PLC自动门设计毕业设计.docx

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PLC自动门设计毕业设计

摘要

　　当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，感应探测器探测到有人进入时，将信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，马达做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门开启；自动门开启后由控制器作出判断，如需关闭门，通知马达作反向运动。

12.绪论…………………………………………………………………5

3.自动门系统硬件介绍……………………………………………8

4.功能器件的基本工作原理……………………………………………14

5.系统功能分析………………………………………………………18

6.设计要求…………………………………………………………18

7.总体设计方案…………………………………………………………18

8.I\O分配…………………………………………………………19

9.设备选型与清单……………………………………………………19

10.硬件原理图…………………………………………………………20

11.设备连线图…………………………………………………………21

12.PLC程序设计………………………………………………………22

13.指令表……………………………………………………………24

14.安装调试……………………………………………………………26

15.设计总结……………………………………………………………26

16.致谢…………………………………………………………………27

17.参考文献……………………………………………………………28

一设计题目:

plc自动门的控制装置系统

二设计要求：

经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。

要实现自动控制首先要具备以下功能部件：

光电检测开关，限位开关，超载保护开关，电机。

现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。

1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关输出信号到主控器,由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，决定加增手动开门和关门开关。

第二章绪论

1.1研究背景和研究意义

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。

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。

因此门体本身应牢固、密封。

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。

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。

1.3自动门的技术发展方向

由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。

因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，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，目前有许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等5家单位参与了此标准的编制工作。

2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。

经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。

经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势：

智能化，多功能：

今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。

还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。

1.4课题研究内容

本文以某营业厅自动门为例，设计了以PLC为控制器、控的自动门控制系统。

在营业厅自动门正上方里外各安装一个光电探测开关，当有人欲进入时，光电探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。

PLC获取到该输入信号，启动电机，将门打开。

当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动门停止动作。

等待一时间段后，自动门自动合上。

在闭合过程中，如光电探测开关检测有人要进入或出去时，自动门停止闭合，并立刻打开。

为了保障门的安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门相撞的情况。

第三章自动门控制系统硬件介绍

3.1可编程程序控制器（PLC）

3.1.1PLC的定义

可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，但个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（ProgrammableLogicalController）。

国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：

“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起，被称为现代工业控制的三大支柱。

可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

3.13PLC发展历史

自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。

这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。

目前，可编程控制器以实现从“单片机控制自动化——生产线控制自动化——全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。

回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为4个阶段。

（1）从1969年到20世纪70年代中期

这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。

典型产品有莫迪康公司的084、ALLEN-BRADLEY（AB）公司的PDQ2等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序逻辑控制器（PLC）。

（2）20世纪70年代中期到80年代初期

这一阶段可编程控制器的CPU采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。

可编程控制器的名称碎屑为PC，但为了于个人计算机的名称缩写PC相区别，通常还把可编程控制器简称为PLC。

（3）20世纪80年代初期到90年代初期

这一阶段由于16位，32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比搞的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统，在功能上，PLC具有了数学运算、数据采集和处理、运动控制、闭环控制、联网通信等功能，而且随着应用领域的不断迅速扩大，PLC已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。

在此期间，国际电工委员会颁布了PLC标准，似的PLC向标准化发展。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-2系列、PLC-3系列，西门子公司的SYMATICS5系列等。

（4）20世纪90年代至今

这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步，成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。

同时，通信从各厂家的自称系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展，如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。

产品系列不断丰富，互通功能得到了较大的发展，系统性能日趋可靠、完善。

同时，还捉不采用了符合IEC61131-3标准的程序设计语言，增加了高级编程语言等，似的各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、直接。

这是，PLC已不是单纯意义上的可编程控制器了，而是一种完全的过程系统。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-5系列、Control-Logix系列，西门子公司的SYMATICS7系统，莫迪康公司的Quantum系列等。

3.1.4PLC的特点

PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）安装方便，扩展灵活

PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小；而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件，系统集成方便灵活。

各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。

（5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（6）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.1.5PLC的应用与发展趋势

目前，PLC已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。

概括起来主要有以下几个方面：

1开关逻辑和顺序逻辑

2模拟量控制

3运动控制

4数据处理

5通信与联网

从第一台PLC问世至今，其发展经历了实用化阶段、成熟阶段和加速发展阶段。

PLC主要在以下几个方面得到了不断发展：

1小型PLC产品性能提高、结构不断优化

2大型PLC功能不断完善

3强化联网通信能力

4I/0模块分散化、智能化

5编程语言标准化

6控制算法不断增加

7迅速与其他工业产品整合

8进一步向开放型发展

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

在21世纪，PLC将会有更大的发展空间。

第四章功能器件的基本工作原理

4．1自动感应门机的基本工作原理

4.1.1平移式自动感应门机组由以下部件组成

（1）主控制器：

它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；

（2）感应探测器：

负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个信号；

（3）动力马达：

提供开门与关门的主动力.

（4）自动感应门扇行进轨道：

就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。

（5）门扇吊具走轮系统:

用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。

（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：

用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

（7）下部导向系统：

是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。

4.1.2工作流程

当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，感应探测器探测到有人进入时，将信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行。

马达得电后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判断，如需关闭门，通知马达作反向运动。

4.3行程开关（限位开关）的工作原理

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路

4.4光电开关

　光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的，所以它可以在许多场合得到应用。

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

常用光电开关的分类方法：

按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型；光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

4.4.1光电开关工作原理

　　反射式光电开关的工作原理由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。

当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。

并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

4.4.3使用及注意事项

光电开关可用于各种应用场合，另外，在使用光电开关时，还应注意环境条件，以使光电开关能够正常可靠的工作。

1、避免强光源

光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。

但应回避将传感器光轴正对太阳光、白炽灯等强光源。

在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。

2、防止相互干扰

　　MGK系列新型光电开关通常都具有自动防止相互干扰的功能，因而不必担心相互干扰。

然而，HGK系列对射式红外光电开关在几组并列靠近安装时，则应防止邻组和相互干扰。

防止这种干扰最有效的办法是投光器和受光器交叉设置，超过2组时还拉开组距。

当然，使用不同频率的机种也是一种好办法。

　　HGK系列反射式光电开关防止相互干扰的有效办法是拉开间隔。

而且检测距离越远，间隔也应越大，具体间隔应根据调试情况来确定。

当然，也可使用不同工作频率的机种。

3、镜面角度影响

　　当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成10～20°的夹角，以使其光轴不垂直于被检测物体，从而防止误动作。

4、排除背景物影响

　　使用反射式扩散型投、受光器时，有时由于检出物离背景物较近，光电开关或者背景是光滑等反射率较高的物体而可能会使光电开关不能稳定检测。

　　因此可以改用距离限定型投、受光器，或者采用远离背景物、拆除背景物、将背景物涂成无光黑色、或设法使背景物粗糙、灰暗等方法加以排除。

5、自诊断功能使用

　　在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。

这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。

第五章系统功能分析

自动门控制装置的硬件组成：

自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（电动机正转）、关门执行机构KM2（电动机反转）、指示灯等部件组成。

（光电检测开光K1、K2用按钮替代，以手工按下按钮模拟检测到有人通过的信号；限位开关K3、K4使用实际行程开关，以人工碰触模拟开门或关门已到位；电动机使用实际三相交流异步电机；指示灯使用实际的220V指示灯。

）

控制要求：

1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。

2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。

3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

5）关门等待状态中，绿灯A长亮，绿灯B熄灭；开、关门过程中，绿灯B闪烁，绿灯A熄灭。

（也可以仅使用一个指示灯实现这两个指示灯指示）

6）为搬运货物等特殊情况需要，设置一个开关，开关合上时，门打开，并长时间保持，直至开关断开，门关上，恢复常态。

第六章设计要求

（1）写出I\O分配表；

（2）设备选型并列写出设备清单；（3）画出硬件接线原理图、布局与实物接线图；（4）软件设计；（5）安装制作出实物系统，并调试好。

第七章总体设计方案

选用三菱FX2N-16MR型PLC为控制核心,以正泰CJX2-1210型接触器为驱动的电气控制线路，实现一台三相异步电动机进行正反转，正转为开门，反转为关门。

用两个行程开关实现正转、反转停止。

当自动门碰到开门行程开关使其闭合，电动机就进入等待8S的状态，然后在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停