PLC课程设计自动门控制系统汇编.docx

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PLC课程设计自动门控制系统汇编

课程设计说明书

题目自动门控制系统

学生姓名贺丹凤苏慧丽

年级2010级

系别机械工程学院

专业机械维修及检测技术教育

指导教师蒋丽

评定成绩优良中及格不及格

课程设计任务书

机电系机检1011班学生贺丹凤

课程设计课题：

商店自动门控制系统

一、课程设计工作日自2013年1月1日至2013年1月10日

二、同组学生：

苏慧丽

三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料5篇以上等）：

（一）、目的和意义：

1、培养学生综合设计与操作能力，巩固和深化已学的理论知识，掌握PLC系统设计计算的一般步骤和方法；

2、运用所学的专业技术理论知识设计优化的PLC系统、并运用有关国家标准、设计手册和产品样本等技术资料选取满足系统基本性能要求的电气元件；

3、通过课程设计能使学生提高PLC编程、电气控制等系统的设计能力；

（二）、设计要求：

（三）、基本要求：

1、PLC外部设计：

根据所选题目和所用的电器元件设计出完整的外部接线电路。

2、梯形图程序设计：

要求给出程序说明和程序注释。

3、设计报告文件内容包括：

1）设计题目；

2）控制系统的主要功能作用；

3）总体设计方案及组成原理或设计说明及技术路线；

4）系统设计：

外部接线电路设计，电器元件的选择，程序设计，相关的理论分析和计算；

5）三菱编程软件编辑程序并仿真。

6）设计总结：

对设计中存在的问题和不足进行分析和总结，提出解决的方法、措施、建议和对这次设计实践的认识、收获和提高。

（四）、完成时间（进度计划）

序号

课程设计阶段性工作及原理

时间安排

1

明确课题技术要求及内容、收集相关技术资料

12月31日

2

拟定系统方案，系统分析、系统估算

1月1日

3

系统优化设计、编写梯形图、编写指令表

1月3日

4

调试与仿真、汇总设计说明书内容

1月5日

5

撰写、整理设计说明书

1月7日

6

答辩

1月11日

目录

前言…………………………………………………………………………1第一章控制要求……………………………………………………………2

第二章方案设计及组成原理………………………………………………2

第三章系统配置…………………………………………………………5

第四章程序设计………………………………………………………9

4.4方案二………………………………………………………10

4.5梯形图………………………………………………………10

4.6指令表………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………13总结………………………………………………………………………13

前言

1、本课题的设计背景

21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：

有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。

自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。

门的高级形式--自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。

大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。

自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。

所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。

作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。

由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。

同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。

自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加红外感应装置，当人走近自动门时，红外感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。

当人通过门之后，再将门关闭。

由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。

2、自动门的发展

自动门开始在建筑物上使用是在二十世纪二十年代后期。

1945年，出现了油压式、空气式自动门，到了1962年，电气式已开始出现，之后伴随着科技的发展以及电气控制技术的日趋成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。

近5-6年来，自动门在国内也得到了快速发展。

据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家有上百余家，但普遍生产规模小，自主研发能力差，不具备和进口产品的竞争实力。

目前，国内厂家的产品基本上也都具备比较完善的功能，但生产工艺略显粗糙，质量水平参差不齐，导致整体档次降低，主要集中在低端市场。

由于目前没有相关的技术指标，各厂家的产品按照各自企业的标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，因此，有必要制定自动门技术标准，明确规定主要技术指标及测试方法等，有利于引导市场有序竞争，促进行业发展。

在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，《自动门标准》编制工作已经展开，目前有继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司5家单位参与了此标准的编制工作。

伴随国内自动门行业的标准化以及行业的飞速发展，自动门行业将呈现以下趋势：

（1）智能化、多功能：

进一步提高智能化程度，如自动检测关门行程位置、自动适应门体阻力的变化以及保持较高的遭遇保护灵敏度等，还将增加新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。

（2）免维护：

采取多种措施，减少使用中的维护工作。

（3）多样化：

将会有多种各种各样不同外观和功能的产品供用户选择

（4）高安全性：

随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注意的一项指标，也将是一项基本要求。

3、本课题研究的目的及意义

在超级市场、公共建筑、银行、医院入口等使用自动门控制系统可以节约空调能源，降低噪音，防风、防尘，同时可以使出口显得庄重高档。

由于自动门在通电后可以实现无人管理既方便有提高了建筑档次，于是迅速在国内建筑市场上得到了广泛应用。

本课题主要介绍了三菱FX设计控制平移自动门的方法，其意义是：

（1）掌握三菱FX系列可编程控制器硬件电路的设计方法。

（2）熟练使用三菱FX系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。

（3）掌握三菱FX系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。

（4）通对过自动门的设计更好的使理论知识与实践相结合起来。

控制要求

自动门控制系统由微波人体检测开关K1和K2、门限位开关S1（门开到位）和S2（门关到位）以及主电机的前进、后退控制接触器KM1和KM2组成。

电机和门运动系统之间有安全离合器。

电机功率为5.5千瓦。

控制要求如下。

该自动门安装在商店，在商店营业期间，只要K1检测到有人进商店或K2检测到有人离开商店，立即就开门，门一直开着直到检测不到人为止。

若是检测不到人，在停顿2s后开始关门。

周一至周四营业时间为（上午9：

00～下午6：

30）；周五至周日营业时间为（上午10：

00～下午9：

30）；

但是在下午停止营业后30分钟期间，只有K2检测到有人离开商店才开门，K1即使检测到有人，也不开门。

S0：

系统停止按钮，系统可在任意时间停止。

S1：

系统启动按钮，系统可按设计者要求在指定时间启动工作。

设计方案及组成原理：

自动门的控制原理就是在自动门的内外两侧安装感应器件，感应器件探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控制器（PLC），控制器（PLC）判断后通知驱动装置运行，驱动装置将动力传给传动装置，再由传动装置将动力传给吊具系统使门扇开启，碰到限位开关驱动装置停止工作；门扇开启后一段时间由控制器（PLC）作出判断，如需关门，通知驱动做反向运动，关闭门扇，自动门的结构图以及自动门控制系统结构图如图所示：

自动门控制系统结构图

系统配置

电器元器件选型：

1.输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。

余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。

根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入20点，输出20点。

2.控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。

根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。

1）控制功能

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

2）编程功能

离线编程方式：

PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

在编程方式：

CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

3）诊断功能

PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。

硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。

通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

3.机型的选择

1）PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

2）经济的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。

点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。

在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。

4.驱动装置的选择

自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。

在本设计中是运用直流无刷电机。

直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。

是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转数4000转，额定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。

额定电压24VDC。

5.目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、红外感应器等。

微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线昨感应系统，以微处理器作控制。

整机关键元器件均为进口器件，方案设计选择器件均确保了产品可靠性。

微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接收。

其探测方式具体如下优点：

非接触探测。

不受温度、湿度、噪音。

红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。

根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。

6.电动机的选择

根据本论文所设计的自动门的要求选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准的规定的，具有噪声低、过载能力强、低转速的交流变频电机，在结合了安全、稳定的考虑，本论文设计的自动控制系统的驱动装置选用本溪市微分电机有限责任公司生产的电梯自动门专用三相交流变频电机，型号为SBP90-60型，额定电压为三相交流220V，采用Y型接法。

7、低压电器选型

低压电器元件明细表如下表3.2

表3.2元件明细表如表

序号

名称

符号

型号与规格

数量

1

三相交流变频电动机

M

SBP90-6,0.18KW,220V,0.45A

1

2

熔断器及熔芯配套

FA

RT14-20/2

3

3

低压断路器

QA

DZ15-40/390

3

4

启动停止开关

SF1

LW5-15/5.5Q

1

5

紧急停止开关

SF2

LA20-11J

1

6

开门限位开关

BG1

LXl9A

1

7

关门限位开关

BG2

LXl9A

1

8

滑道内行程开关

BG3

LXl2—2

1

9

滑道内行程开关

BG4

LXl2—2

1

10

门内光电检测开关

KF1

FWD-DS

1

11

门外光电检测开关

KF2

FWD-DS

1

低压断路器的选型

低压断路器也称做自动开关或空气开关，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的开关电器和保护电器，它集控制和多种保护功能于一身。

除了能完成接通和分段电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等保护，也可以用于不频繁的起动电动机。

①额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。

②热脱扣器的整定电流应与所控制负载（比如电动机）的额定电流一致。

③欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。

④过电流脱扣器的额定电流Iz大于或等于线路的最大负载电流。

对于单台电动机来说，可按下式计算

≥

式中，k为安全系数，可取1.5~1.7；

为电动机的启动电流。

对于多台电动机来说，可下式计算

≥K（

）

式中，K也可取1.5~1.7；

为最大一台电动机的启动电流；

为其他电动机的额定电流之和。

行程开关又称做限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。

用于控制生产机械的运动方向、速度、形成大小或位置的一种自动控制器件。

行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。

当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，姜机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给予必要的保护。

LXl2—2型行程开关具有2常开2常闭触头，额定电流5A。

LXl9A系列行程开关是LXl9系列行程开关的改型产品，具有1常开1常闭触头，额定电流5A。

可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。

熔断器的选型

熔断器的选择包括熔断器类型的选择和熔体额定电流的选择两部分。

选择熔断器类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。

例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。

所以，容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。

若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的或熔体为锌质的熔断器。

用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力，当短路电流较大时，宜采用高分断能力的熔断器。

当短路电流相当大时，宜采用限流作用的熔断器。

熔体额定电流的选择：

1.用于保护照明或电热设备的熔断器，因负载电流比较稳定，熔体的额定电流一般应等于或稍大于负载的额定电压，即

式中：

为熔体的额定电流，

为负载的额定电流

2.用于保护单台长期工作的电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时不应熔断，即

≥（1.5~2.5）

轻载启动或启动时间比较短时，系数可取近似1.5。

带重载启动或启动时间比较长时，系数可取近似2.5。

3.用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热而熔断器也不应熔断，即

≥（3~3.5）

式中：

为熔体的额定电流，

为电动机的额定电流。

4.用于保护多台电动机（即供电干线）的熔断器，在出现尖峰电流时不应熔断，通常将其中容量最大的一台电动机启动，而其余电动机正常运行出现的电流作为其尖峰电流。

为此，熔体的额定电流应满足下述关系

≥（1.5~2.5）

式中:

为多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流，为其余电动机额定电流之和。

5.为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合。

为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1~2个级差。

6.熔断器额定电压的选择应等于或大于所在电路的额定电压。

控制按钮的选型

控制按钮简称按钮，是一种结构简单且使用广泛的手动电器，在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。

控制按钮在结构上有按钮式、自锁式、紧急式、和保护式等。

LA20系列控制按钮LA20系列作用同LAl9系列，但LA20系列控制按钮有单钮、双钮和三钮三种，单钮带有信号灯，装在按钮颈部，钮头兼作灯罩，有红、黄、绿和白等种颜色，双钮和三钮型的分开启式和保护式两种，钮头为方形，按钮组件有一组常开和一组常闭触头，常闭触头靠复位弹簧闭合。

8.电源设计

根据本设计需求选择型号6EP1333-1SL11的电源单相220VAC输入,输出24VDC,5A。

方案二：

梯形图

指令表：

应用仿真软件：

GXDeveloper

参考文献：

《三菱PLC应用100例》杨后川.电子工业出版社

《电气控制与可编程控制器技术》史国生.电子工业出版社

《流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）》贺哲荣.西安电子科技大学出版社

《工厂电气控制》俞艳.机械工业出版社

《可编程控制器入门与应用实例》张桂香.电力工业出版社

总结

本课题所设计的自动门系统采用可编程控制器控制，运用步进顺序控制编程，程序简单且便于调试。

通过PLC本身通信接口与计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测、修改、调整，使系统处于最佳工作状态。

利用PLC控制相对于其它控制方式，具有很高的可靠性，较好的性价比，较强的可操作性和实用性。

就本课题设计的目的，实际应用运行良好，大大方便了社会生活。

通过这次的毕业设计，我学到了很多东西，在做设计的过程中对工作的细心得到了提高，认识到自己在这方面的不足。

并且，对本设计的内容有了更好的了解，比如加深了解了有关可编程控制器的功能，还有自动门的工作原理等等。

通过做这个设计，对以前不足的知识进行弥补，在指导老师那里学到了很多宝贵的东西，这些都是对我很有帮助的。

回顾此次课程设计，令我们感慨颇多。

短短的时间里，付出了不少时间和精力，努力地确定好课题、搜集资料、绘制梯形图等，但学到了很多很多东西。

同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力

致谢：

通过本次课程设计，在蒋老师的精心指导和严格要求下，我们获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，这对我们今后进一步学习这方面的知识有极大的帮助。

在此，忠心感谢老师的指导和同学的帮助。

时间说长不长，说短也不短，在这段时间里让我们学会了本课程在实际生活中的用途，学会了同学之间的互助团结，亲身体验了1+1>2的道理，学会了怎样克服困难。

本论文的构思、规划设计、撰写得到了胡老师的悉心指导，在论文设计时给予热心的指导与帮助，在此向胡老师表示诚挚的谢意！

值此论文完成之际，向所有曾给予我帮助和指导的老师、同学和朋友们致以衷心的感谢！