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1、- **理工大學應用技術學院 歐姆龍PLC課程設計 專 業(yè)：機電一體化 班 級： 姓 名： 學 號： 設計題目： 自動門控制裝置 目錄 第1章 分析評估及控制任務…………………………………………………… 1.1課題的分析評估……………………………………………………………………2 1.2 課題的控制任務……………………………………………………………………2 課題內(nèi)容 ……………………………………………………………………2 控制要求 …………………………………………………………………… 2 第2章 plc的選型 …………………………………

2、………………………………………6 3.1 plc容量的選擇 ………………………………………………………………… 6 3.2 plc及外設型號的選擇………………………………………………………………6 第3章 功能器件的根本工作原理………………………………………………………8 4.1自動感應門機的根本工作原理 ……………………………………………………8 4.2 限位開關的工作原理………………………………………………………………9 4.3光電開關介紹………………………………………………………………………9 第4章 I/O地址分配……

3、………………………………………………………………… 第5章 電氣原理圖…………………………………………………………………………9 6.1 方案說明…………………………………………………………………………9 6.2 程序流程圖………………………………………………………………………9 6.3 繼電器接觸控制圖………………………………………………………………9 6.4 plc控制輸出輸入接線……………………………………………………………10 第6章 系統(tǒng)程序設計………………………………………………………………………11 7.1

4、 梯形圖……………………………………………………………………………12 7.2 過程分析…………………………………………………………………………13 第7章 總結…………………………………………………………………………………14 第1章 分析評估及控制任務 1.1課題的分析評估 隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)領域的所有任務。但PLC還是有它最適合的應用場合，所以在接到一個控制任務后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制裝備〔PLC，單片機，DCS或IPC〕來完成該任務最適宜，比方儀器及儀表裝置，家電的控制器就要用單片機來做；大型的過程控制

5、系統(tǒng)大局部要用DCS來完成。而PLC最適宜的控制對象是：工業(yè)環(huán)境較差，而對平安性，可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復雜，輸入/輸出以開關量為主的工業(yè)制動控制系統(tǒng)或裝置。其實，現(xiàn)在的可編程控制器不僅處理開關亮，而且對模擬量的處理能力也很強。所以在很多情況下，也可以取代工業(yè)控制計算機〔IPC〕作為主控制器，來完成復雜的工業(yè)控制任務。 控制對象及控制裝置〔選定為PLC〕確定后，還要進一步確定PLC的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況，能用傳感器進展直接測量的參數(shù)，控制邏輯復雜的局部都由PLC完成。另外，如緊急情況停車的環(huán)節(jié)，對主要控制對象還要加上手動控制功能，這就需要在設計電氣系統(tǒng)原理圖與編程

6、時統(tǒng)一考慮。 1.2課題的控制任務 課題內(nèi)容： 1．自動門控制裝置的硬件組成： 自動門控制裝置由門內(nèi)光電探測開關K1，門外光電探測開關K2，開門到位限位開關K3，關門到位限位開關K4，開門執(zhí)行機構KM1〔使直流電動機正轉〕，關門執(zhí)行機構KM2〔使直流電動機反轉〕等部件組成。 控制要求： 〔1〕當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)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，電機停頓運行。 〔2〕自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2被啟動，電動機反轉，當門移動到開門限位開關K4位置時，電機停頓運行。

7、 〔3〕在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停頓關門，并自動進入關門程序。 〔4〕在門翻開后的8秒等待時間內(nèi)，假設有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開場等待8秒后，在自動進入關門過程，以保證人員的平安通過。 第3章 PLC的選型 當*一個控制任務決定由PLC來完成后，選擇PLC就成了最重要的事情，一方面是選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC及外設。 3.1 PLC容量的選擇 對PLC容量的選擇問題，首先要對控制任務進展詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點的

8、性質(zhì)。I/O點的性質(zhì)主要指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器型還是用晶體管或是可控硅型。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器，電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流220V的負載使用，則直流24V的負載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點數(shù)的浪費，增加本錢。所以要盡可能選擇先同等級的PLC使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動控制時的高速脈沖數(shù)出，就可以定下選用多少點和I/O是什

9、么類型的PLC了。 根據(jù)本課程設計的題目及要求可知門內(nèi)光電探測開關K1，門外光電探測開關K2,開門到位限位開關K3,關門到位限位開關K4,都是輸入觸點，所以該系統(tǒng)共有開關量輸入點4個。另外，該系統(tǒng)還有開門執(zhí)行機構KM1，(使直流電動機正轉)，關門執(zhí)行機構KM2〔使直流電動機反轉〕，短接啟動電阻接觸器KM3等都是輸出觸點，所以該系統(tǒng)共有開關量輸出點3個。又根據(jù)課題要求可知PLC選用輸入電源為24VDC，輸出電源也是24VDC,選擇輸出口器件類型為Relay即繼電器的PLC。 3.2 PLC及外設型號的選擇 對于PLC及外設型號的選擇問題，則有以下幾個方面要考慮： 〔1〕功能方面 所

10、有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對*些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務。如對PLC與PLC，PLC與智能儀表及上位機之間有靈活方便的通訊要求；或?qū)LC的計算速度，用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。 〔2〕價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似，質(zhì)量相當，I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價當然是必須考慮的因素。 〔3〕個人喜好方面 有些工程技術人員對*些品牌的PLC熟悉，所以一般比較喜歡使

11、用這種產(chǎn)品。另外，甚至一些政治因素或個人情感有時也會成為選擇的理由。 PLC主機選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應的配套模塊也就選定了。如模擬量單元，顯示設定單元，位置控制單元或熱電偶單元等。 名稱 代碼 地址編號 輸 入 信 號 門內(nèi)光電探測開關 K1 I0.2 門外光電探測開關 K2 I0.1 開門到位限位開關 K3 I0.3 關門到位限位開關 K4 I0.4 輸 出 信 號 開門執(zhí)行機構 KM1 Q0.0 關門執(zhí)

12、行機構 KM2 Q0.1 短接啟動電阻接觸器 KM3 Q0.2 表3-1 輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號 對于本課設來說不需要擴展單元與模擬量單元，據(jù)上表可知選擇PLC可以選擇我們所熟悉的歐姆龍系列PLC,根據(jù)以上的分析可知我們可以選擇主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC。 第四章 功能器件的根本工作原理 4.1 自動感應門機的根本工作原理 首先，平移式自動感應門機組由以下部件組成：〔1〕主控制器：它是自動感應門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇

13、開啟速度、開啟幅度等參數(shù)?！?〕感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號；〔3〕 動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制自動感應門門扇加速與減速運行。〔4〕自動感應門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。 〔5〕 門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行?！?〕同步皮帶〔有的廠家使用三角皮帶〕：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統(tǒng)。〔7〕下部導向系統(tǒng)：是自動感應門門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 當自動感應門門扇要完成一次開門與關

14、門，其工作流程如下：感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使自動感應門扇開啟；自動感應門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關自動感應門，通知馬達作反向運動，關閉自動感應門 4.3 限位開關的工作原理 行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程

15、位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進展終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。 滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(羊角式)非自動復位式，雙滾輪行移開關具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有"記憶〞作用，在*些情況下可以簡化線路。 4.4 光電開關介紹 1〕、工作原理光電開關〔光電傳感器〕是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為

16、光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進展探測。 2〕、光電開關的分類及術語解釋 〔1〕、分類①漫反射式光電開關：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當被檢測物體的外表光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。②鏡反射式光電開關：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了檢測開關信號。③對射式光電開關：它包含了在構造上相互別離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)

17、出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。④槽式光電開關：它通常采用標準的U字型構造，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經(jīng)過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產(chǎn)生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體,使用平安可靠。⑤光纖式光電開關：它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進展檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。 〔2〕術語①檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當開關動作時測得的基準位

18、置〔光電開關的感應外表〕到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。②回差距離：動作距離與復位距離之間的絕對值。③響應頻率：在規(guī)定的1s的時間間隔內(nèi)，允許光電開關動作循環(huán)的次數(shù)。④輸出狀態(tài)：分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。⑤檢測方式：根據(jù)光電開關在檢測物體時發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等。⑥輸出形式：分NPN二線、NPN三線、NPN四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線〔自帶繼電器〕，及直流NPN

19、/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。⑦指向角。 第5章 I/O地址分配 輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進展PLC控制系統(tǒng)設計的根底。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可進展編程；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(jù)線路圖和安裝控制柜。 分配輸出點地址時，要注意負載類型的問題。 在進展I/O地址分配時最好把I/O點的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來。 控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表3-1 名稱 代碼 地址編號 輸 入

20、 信 號 門內(nèi)光電探測開關 K1 I0.2 門外光電探測開關 K2 I0.1 開門到位限位開關 K3 I0.3 關門到位限位開關 K4 I0.4 輸 出 信 號 開門執(zhí)行機構 KM0 Q0.0 關門執(zhí)行機構 KM1 Q0.1 短接啟動電阻接觸器 KM2 Q0.2 表5-1 輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號 第6章電氣原理圖 系統(tǒng)設計包括硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計。硬件系統(tǒng)設計主要包括PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計和抗干擾措施的設計等。軟件系統(tǒng)設計主要指編制PLC控制程序。

21、選定PLC及其擴展模塊〔如需要的話〕和分配完I/O地址后，硬件設計的主要內(nèi)容就是電氣控制系統(tǒng)原理圖的設計，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設計。電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路和控制電路。控制電路中包括PLC的I/O接線和自動局部、手動局部的詳細連接等，有時還要在電氣原理圖中標上期間代碼或另外配上安裝圖、端子接線圖等，以方便控制柜的安裝。電器元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。 在程序設計時，除I/O地址列表外，有時還要把在程序中用到的中間繼電器〔M〕、定時器(T)，計數(shù)器〔C〕和存儲單元(V)以及它們的作用或功能列寫出來，以便編寫程序和閱讀程

22、序。 在編程語言的選擇上，用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點： 〔1〕有些PLC使用梯形圖編程不是很方便〔例如書寫不便〕，則可用語句表編程，但梯形圖總比語句表直觀。 〔2〕經(jīng)歷豐富的人員可以用語句表直接編程，就像使用匯編語言一樣。 〔3〕如果是清晰的單順序、選擇順序或并發(fā)順序的控制任務，則最好是用功能圖來設計程序。 6.1 方案說明 由于自動門的分類很多，本次實驗不能一一進展討論，最后決定主要對平移自動門進展設計實現(xiàn)plc的自動控制。自動門的硬件組成局部在前已經(jīng)表達，現(xiàn)不再贅述。下面主要對控制部件進展討論。 經(jīng)分析設計任務，可知完成任務的實質(zhì)就是控

23、制電機的正反轉。要實現(xiàn)自動控制首先要具備以下功能部件：光電檢測開關，限位開關，超載保護開關，直流電機。 現(xiàn)確定電機與門扇軌道組成的系統(tǒng)，要實現(xiàn)電機正轉——開門，電機反轉——關門。 1〕當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關時，開關上有電流通過〔光電檢測開關是脈沖觸發(fā)須對其自鎖〕由于開門限位開關常閉，所以線圈上有電通過，電動機正轉，到達開門限位開關位置時，電機停頓運行。 2〕當自動門到開門限位開關位置時啟動延時定時器8秒后，自動進入關門過程，電動機反轉，當門移動到關門限位開關時，電機停頓運行。 3〕在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關，應立即停頓關門，并自動進入開門

24、程序。 4〕在門翻開后的8秒等待時間內(nèi)，假設有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關時，必須重新開場等待8秒后，再自動進入關門過程，以保證人員平安通過。 5〕考慮到自動門在出現(xiàn)故障或在維修的時候，用自動控制從在一定的問題，最后決定加增手動開門和關門開關。 6.2 程序流程圖 6.3 繼電器接觸控制圖 圖6-1 繼電器接觸控制圖 6.4 plc控制輸出輸入接線 圖6-2 plc控制輸出輸入接線 第七章 系統(tǒng)程序設計 7.1 梯形圖 7.2 過程分析 1、首先按下啟動按鈕使I0.7閉合，假設外檢測開關或內(nèi)檢測開關有信號時I0.1或I0.2閉合。由于開門限位開關I0.3是長閉的

25、，所以Q0.0線圈通電，有原理分析可知光電檢測開關的觸發(fā)方式是脈沖觸發(fā)所以需要自鎖。當Q0.0線圈通電時Q0.0閉合，此時電動機正轉帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門過程。 2、當門扇完全翻開時，使開門限位開關I0.3翻開，Q0.0線圈斷電.電動機停頓轉動。 3、當門扇停頓移動時，由于開門限位開關的長閉變成長開，故使長開閉合。進展8秒的延時，假設此時外檢測開關或內(nèi)檢測開關I0.1或I0.2有信號，則使T37重新延時。 4、當8秒的延時完畢后T37線圈通電，關門限位開關關閉，所以使Q0.1通電并自鎖，電機反轉執(zhí)行關門過程。 5、在關門過程中，假設外檢測開關或內(nèi)檢測開關I0.1,I0.2有信號又使

26、Q0.0通電，由于在關門過程中Q0.0長閉，此時翻開并中斷關門過程，轉向開門過程。 6、在此控制過程中，為了保證其平安性設置過載保護和緊急停車。 7、考慮到主動門假設出現(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。 第8章 總結 課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。我開場先認真審題，考慮設計系統(tǒng)的要求及條件，復習有關課程內(nèi)容，如"電器與plc控制技術"、"西門子plc課程設計指導書"等，之后多方收集相關資料并截選，再與同學交流、請教教師。 回憶起此次歐姆龍plc課程

27、設計，令我仍感慨頗多。一個多星期的時間里，付出了不少時間和精力，努力地查找資料、繪制電路圖等，但學到了很多很多東西。同時，不僅穩(wěn)固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才能提高自己的思維能力和實際應用能力。在設計的過程中常遇到問題，可以說是困難重重，第一次做此類設計，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠結實。這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新穩(wěn)固。 通過本次課程設計，我在教師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，這對我今后進一步學習這方面的知識有極大的幫助。在此，忠心感謝肖教師的指導和同學的幫助。 一周的時間說長不長，說短也不短，在這一周里讓我學會了本課程在實際生活中的用途，學會了同學之間的互助團結，學會了怎樣抑制困難。 在此 再次感謝 我的指導教師。 . z.