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1、 燕山大學 課 程 設 計 說 明 書 題目： 自動門控制裝置 學院（系）： 電氣工程學院 年級專業(yè)： 儀表二班 學 號： 學生姓名： 指導教師： 韓立強 教師職稱： 副教授 燕山大學課程設計（論文）任務書 院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：自動化儀表 學 號 學生姓名 專業(yè)（班級） 儀表二班 設計題目 自動

2、門控制裝置 設 計 技 術 參 數(shù) 完成自動門控制裝置，包括編寫程序和硬件接線圖，要求當有人按下開門開關時，門自動打開，然后又能自動關閉。該控制系統(tǒng)有4個輸入點，2個輸出點。I/O點總數(shù)為13個。工藝控制簡單，但是對系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性能要求很高，所以采用PLC控制。 設 計 要 求 1）當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關K1或K2時，開門執(zhí)行機構KM1電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電動機停止運行。 2）自動門在開門位置停止8秒后。自動門進入關閉過程，關門執(zhí)行機構KM2啟動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4時電動機停止運行。 3）在關

3、門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K1或K2時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。 4）在門打開后的8秒等待時間內，若有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再進入關門過程，以保證人員安全通過。 工 作 量 1熟悉相關plc開發(fā)軟件 2繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路、I/O接口表 3編寫PLC控制程序（梯形圖和指令表） 工 作 計 劃 1.第一天安裝plc開發(fā)軟件（GX Developer）,熟悉該軟件的操作 2 認真分析任務說明書，根據題目要求理清設計思路，畫設計流程圖。 3 編

4、寫plc控制程序（梯形圖和指令表）,并繪制電氣原理圖 4 進行編寫程序的調試，觀察時序圖 5 撰寫課程設計報告 參 考 資 料 《PLC電氣控制技術》，漆漢宏 主編，機械工業(yè)出版社，2006年 《FX系列PLC編程及應用》，寥常初 主編，機械工業(yè)出版社，2004年 其他資料 指導教師簽字 韓立強 基層教學單位主任簽字 謝平 說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。 2013年 7 月 2 日 目錄 摘要………………………………………………………………………………1

5、 第一章 plc簡介……………………………………………………………………………2 第二章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設計………………………………………………4 2.1自動門的功能需求分析…………………………………………………………4 2.2自動門的控制要求……………………………………………………………4 2.3自動門控制系統(tǒng)構成……………………………………………………………5 第三章 自動門控制系統(tǒng)的硬件設計………………………………………………………5 3.1PLC 的選型………………………………………………………………………5 3.2檢測開關…………………………………………

6、………………………………6 3.3限位開關…………………………………………………………………………7 3.4I/O地址分配表…………………………………………………………………7 3.5電路連接圖……………………………………………………………………7 第四章 自動門控制系統(tǒng)的軟件設計…………………………………………8 4.1工作過程分析………………………………………………………………8 4.2梯形圖程序………………………………………………………………9 4.2.1梯形圖的概述……………………………………………………………9 4.2.2梯形圖的設計…………………………………………

7、…………………10 第五章 程序調試…………………………………………………………………………11 心得體會……………………………………………………………………………………15 參考文獻……………………………………………………………………………………16 附錄 19 摘要 本文是關于自動門控制系統(tǒng)的設計，自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應器件、驅動裝置和傳動裝置組成。主要工作原理是感應器件將檢測到的人體或物體信號傳送到

8、PLC，PLC再綜合收到的自動門狀態(tài)信號作出判斷，而后發(fā)出控制信號，使驅動裝置運行，在通過傳動裝置帶動門的動作。 隨著電子技術的發(fā)展，PLC不斷的更新，PLC控制已成為自動控制中最常見的方式之一。自動門就是自動控制應用的以典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門開關控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產商家很多都運用PLC來做門的控制器。目前自動門在日常生活中用越來越廣泛。PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點。 第一章PLC簡介 可編程控制器，英文Programmable

9、Controller,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它以微處理器為核心，集自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，它通過運行儲存在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于計算機。普通計算機進行入出信息交換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性、以及信息的實際使用。特別要考慮怎樣適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝便于門內外感應采集信號，便于維

10、修和抗干擾等問題，入出信息變換及可靠地物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本點。PLC可以通過他的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器控制裝置多得多、強得多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本功能： （1） 邏輯處理功能； （2） 數(shù)據運算功能； （3） 準確定時功能； （4） 高速計數(shù)功能； （5） 中斷處理(可以實現(xiàn)各種內外中斷)功能； （6） 程序與數(shù)據存儲功能； （7） 聯(lián)網通信功能 ； （8） 自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以

11、做到。像 PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC 的廣泛應用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化、智能化創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)代化工業(yè)生產過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應用而設計，一經出現(xiàn)就受到了廣大工程人員的歡迎。其主要特點有: (1) 抗干擾能力強，可靠性能高 (2) 控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強 (3) 編程方便，易于使用 (4) 功能強大，成本低 (5) 設計、施工、調試的周期短 (6) 維護方便 （1）PLC與其它典型控制系統(tǒng)的區(qū)別 繼電器控

12、制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點。是設備連線復雜，且觸點在開閉時易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 a． 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構成后，想在改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4-8對觸點，因此靈活性和擴展性很差，而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式儲存在內存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，因此靈活性和擴展性很好。 b.工作方式 電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器

13、同時處于受控制狀態(tài)，它屬于并行方式。而PLC得控制邏輯中，各內部期間都處于周期性掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出地結果都是按照在程序中的前后順序計算出來的，它屬于串行方式。 PLC有微型計算機的許多特點，但他的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。而PLC則采用不斷循環(huán)的順序掃描的工作方式。每次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序知道用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就是這樣周而復始的重復上述循環(huán)掃描的，這種工作方式是在系統(tǒng)的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出

14、相應的控制信號。 PLC是一種工業(yè)控制計算機，所以他的工作原理是建立在計算機的工作原理基礎上的，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。但是CPU是分時操作方式來處理各項任務的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序一次完成相應各電器的動作，便成為時間上的串行。由于運算速度極高，各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入輸出的響應是有滯后的。 c.控制速度 繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點開閉動作一般幾十毫秒數(shù)量級。另外機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；而PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在

15、微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。 第二章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設計 2.1在自動門的功能需求分析 本設計面向市場的應用，需要有安全性和可靠性。根據市場中對自動門的具體要求，本課題所設計的自動門為了便于維護，自動門應具有手動和自動方式。當信號采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關閉，PLC動作輸出信號開控制點動機正轉或者反轉來開門或者關門。 2.2自動門的控制要求 （1）當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關K1或K2時，開門執(zhí)行機構KM1動作，電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。 （2）自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門

16、過程，關門執(zhí)行機構KM2被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。 （3）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。 （4）在門打開后的8秒等待時間內，若有人員由外至內或由內至外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。 2.3自動門控制系統(tǒng)構成 自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構從而控制門的開

17、和關實現(xiàn)門的自動化控制。 2.4流程圖 見附錄 第三章硬件控制 3.1 PLC的選擇 在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。 （1） 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，在增加10%到20%的可擴展。余

18、量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據。根據估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入6點，輸出2點。 （2） 存儲器容量的選擇 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目實用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器的容量。設計階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，須在程序調試之后才知道。為了設計選型時，能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替，存儲器內存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10到15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字）

19、，另外再按次數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲索要儲存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 （3） 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等性能的選擇。根據本課題所設計的自動門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。 a 控制功能 PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 b編程功能 離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CP

20、U只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(shù)據交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五種標準化變成語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語言表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守標準（IEC611

21、3123），同時，還應支持多種語言變成方式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 c診斷功能 PLC的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟鍵對PLC的CPU玉外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 3.2光電檢測開關 它是光電接近開關的簡稱，是利用被測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通所要接通的電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能

22、反射光線的物體均可檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉化為光信號射出，接受器再根據接受到的光線強弱或有無目標物體進行探測。 3.3限位開關 限位開關又稱行程開關，是一種利用生產機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。限位開關廣泛應用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當生產機械運動到某一運動位置時，行程開關通過機械可動部分的動作，將機械信號轉化為電信號，以實現(xiàn)對生產機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產機械給以必要的保護。 3.4 I/O地址分配表 輸入/輸出信號在PLC接線端子的地址分配

23、是進行PLC控制系統(tǒng)設計基礎。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據線路圖來安裝控制柜。I/O地址分配是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)成接線和調試的重要依據。 PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配如下表： X0 門外光檢測電開關 X1 門內光檢測電開關 X2 開門限位電開關 X3 關門限位開關 X4 手動開門 X5 手動關門 Y1 電機正轉 Y2 電機反轉 3.5 電路連接圖 主電路圖：

24、外部硬件連接電路 第四章 自動門控制系統(tǒng)的軟件設計 4.1 工作過程的分析 根據本課題的控制要求和安全要求，所設計的程序按照下圖所示的流程運行，已達到本系統(tǒng)的最佳設計要求和完成系統(tǒng)的最終設計，工作流程如下： （1）首先按下啟動按鈕，當傳感器檢測到能有人體信號時，電動機正傳，帶動自動門執(zhí)行開門過程。 （2）當門完全打開之后，使開門限位開關打開，此時自動門停止，進行8秒延時。 若此時感應器重新檢測到有人體信號時，則在重新進行8秒延時 （3）當8秒的延時完畢后，電動機反轉執(zhí)行關門過程。在關門過程中，傳感器重新檢測到人體信號時，此時中斷關門轉向開門過程。 （4）考慮到

25、自動門若出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設置手動開門和手動關門。以上工作過程可用流程圖表達如附圖所示。 4.2梯形圖程序 4.2.1梯形圖的概述 PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標準)詳細的說明了句法、語義和下述5中編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能塊圖(fu

26、nction black diagram)、指令表（ Instruction Iist）結構文本（strured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，功能表是一種結構塊控制流程圖。 梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種設計語言。采用梯形圖程序設計語言，這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果，每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件的結果表示在右面。 梯形圖設計語言是最常見的一種程序設計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉。因此，由這種

27、邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛應用。 梯形圖程序設計語言的特點： 1.與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性； 2.與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習； 3.與原有繼電器邏輯控制技術的不同點是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應用時需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待； 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電器人員掌握，特別適用于開關開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯

28、形圖的設計稱為編程。 4.2.2 梯形圖的設計 設計梯形圖的基本方法和步驟： （1）首先根據工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，力求表達清晰、準確。必要時可以把控制系統(tǒng)分解成幾個相對獨立的部分，盡量簡化，利于編程 （2）將所有的輸入信號（按鍵，行程限位開關，壓力開關，壓力、速度、時間等傳感器）和輸出控制對象（接觸器、電磁閥、電動機、指示燈等）分別列出，按被采用的PLC型號內部邏輯元件編號范圍，對I/O端子做出相應的分配和安排。 （3）根據控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用PLC內部有關的邏輯元件（如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等）構成相應的基本回路。 （4）以梯形圖的形式來描述控制要求

29、，繪制梯形圖要遵循編程原則。 （5）編寫程序清單時，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序（由上而下，從左到右）依次進行。 根據以上規(guī)則和PLC的編程方法和思路編寫了本課題設計的自動門控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體程序如下： 步進梯形圖 第五章 程序調試 5.1當有人經過時電機正轉開門 5.2到達關門限位開關處電機反轉停止 5.3等待8秒進入關門過程 5.4等待過程有人經過重新計時 5.5關門過程中有人經過自動進入開門過程 5.6開門到限位開關處等待過程 心得體會 經過為數(shù)不多天數(shù)

30、的PLC課程設計，首先讓我明白了PLC在現(xiàn)實生活中有這么大的作用，這次課設讓我對PLC產生了非常大的興趣，我個人非常想從事控制方面事業(yè)，這對我以后的發(fā)展有很大的幫助，在這里感謝老師找了這么多聯(lián)系實際的題目，使我對PLC這門學科有了初步了解，同時在課設期間，為了完成任務，查閱了許多的資料，對PLC有了更深的了解。 參考文獻 《PLC電氣控制技術》，漆漢宏 主編，機械工業(yè)出版社，2006年 《FX系列PLC編程及應用》，寥常初 主編，機械工業(yè)出版社，2004年

31、 附錄 指令表1 狀態(tài)轉移圖 開始 手動/自動選擇 檢測是否有人 自動 手動 是 門開始打開 門開到底 是 門開始關閉 檢測是否有人 是 門關到底 運行結束 開始計時 檢測是否有人 計時8秒 否 否 否 按下開門按鈕 門打開 按下開門按鈕 門關閉 燕山大學課程設計評審意見表 指導教師評語： 成績： 指導教師： 年 月 日 答辯小組評語： 成績： 評閱人： 年 月 日 課程設計總成績： 答辯小組成員簽字： 年 月 日 燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書 共 頁 第 頁