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PCL自动门docx
引言1
第一章毕业设计的意义和要求2
1.1毕业设计的意义2
1.2设计要求2
第二章绪论4
2.1国外自动门的发展4
2.2国内自动门发展现状5
2.3课题研究内容6
第三章自动门控制系统硬件设计7
3.1可编程程序控制器(PLC)7
3.1.1PLC的定义7
3.1.2PLC的特点7
3.1.3PLC的基础知识9
3.1.4PLC的应用与发展趋势10
第四章功能器件的基本工作原理14
4.1自动感应门机的基本工作原理14
4.1.1平移式自动感应门机组由以下部件组成:
14
4.2工作流程14
4.3行程开关(限位开关)的工作原理15
4.4光电开关简述和功能15
4.4.1光电开关的应用领域16
4.4.2光电开关工作原理16
4.4.3使用及注意事项17
第五章自动门的程序设计19
5.1程序流程图19
5.2继电器接触控制图20
5.3PLC控制输出输入接线21
5.4梯形图22
5.5指令表23
5.6过程分析23
5.7异常状况处理24
5.7.1自动门不停自开自关24
5.7.2自动门运行时门扇抖动24
5.7.3自动门门扇开关时会发生跳动24
5.7.4门扇开关时自动门速度太慢24
5.7.5自动门活动门扇关闭时发生碰撞24
5.7.6自动门门扇不能开启24
结论26
参考文献:
27
致谢28
引言
随着生产力和科学技术的不断发展,人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制,不仅节约了人力资源,而且很大程度的提高了生产效率,又进一步的促进了生产力快速发展,并不断的丰富着人们的生活。
早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的,其特点是:
结构简单、价格低廉、
抗干扰能力强,可以实现集中控制和远距离控制,但是其采用固定接线,通用性和灵活性差;又采用触点的开关动作,工作频率低,触点易损坏,可靠性差。
1969年,出现了可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController),其特点是:
具备逻辑控制、定时、计数等功能,编程语言采用直观的梯形图语言,软件更改方便,通用性和灵活性好。
目前,可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展,与计算机技术相结合,形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(DistributedControlSystem)、现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem),这将使PLC的功能更强,可靠性更高,使用更方便,适用范围更广。
在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口,经常使用自动门控制系统。
早期的自动
门控制系统采用继电器逻辑控制,已逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低、可
靠性高、维修方便等优点,因而得到广泛的应用。
由于直流电动机的调速范围宽广,调速特性平滑。
直流电动机超载能力较强,热动和制动转矩较大,所以执行机构使用直流电动机。
本论文主要是对门的自动开、关控制而论。
自动门控制装置系统由检测元件光电开关、
可编程序控制器(PLC)、电动机组成。
它主要是利用光电传感器检测,有无人到门口的信
号,再把检测到的信号送入可编程序控制器(PLC)中,由可编程序控制器来对信号的处
理,控制电动机的转动。
又由电动机带动门的开、关。
当电动机正转时,门自动打开;当电动机反转时,门自动关闭。
第一章毕业设计的意义和要求
1.1毕业设计的意义
毕业设计是对即将步入社会的毕业班同学设计能力的一次全面考核,毕业设计不是“作
秀”,亦不是“走过场”,毕业设计的过程必须严格遵照科学性原则。
这里的科学性是指在设计活动中将感性与理性思维高度和谐统一,充分考虑人、社会与环境等各种因素,融艺术与技术、文化与经济、生产与实践于一体,用正确的设计理论指导设计实践,以科学合理的方法来控制设计过程,重视设计方法的应用,科学合理的设计方法不仅能有效地协调、组织设计过程的各个阶段和环节,而且可以大大缩短设计周期,提高设计效率。
因此,进行毕业设计时,应持以科学严谨的态度和遵循科学合理的操作规范来进行,不论是实际性课题还是虚拟性课题,都要做到完整而规范,确保在生产、施工应用等各个环节的操作性和可靠性。
毕业设计要求学生初步掌握工程设计的工程和方法,综合进行工程知识和工程技能的训。
学生必须较全面的掌握本专业的基本理论知识和专业技能,有较强的分析、解决问题的能力和较高的综合素质。
学校和教师在坚持以教学为主的同时,应侧重于学生解决工程实际问题能力的培养。
作为专科毕业生,应根据在教师指导下选定的毕业设计目,经过综合实习或顶岗实习,结合生产实际独立完成一项电类专业的模拟工程设计或工程设计。
在设计过程中以实践为主,注重综合能力的发掘和培养。
1.2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,直流电机。
现确定电机与门扇轨道组成的系统,要实现电机正转一一开门,电机反转一一关门。
(1)当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时,开关上有电流通过(光电检开关是脉冲触发须对其自锁)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,用自动控制从在一定问题,最后决定
加增手动开门和关门开关。
第二章绪论
2.1国外自动门的发展
自动门开始在建筑物上使用,是在二十世纪年以后。
二十年代后期,美国的超
级市场的开放,自动门开始被使用,受此影响,世界第一自动门品牌多玛在1945年
开发出油压式、空气式自动门,新建大楼的正门也开始使用了。
到了1962年,电气
式己开始出现,之后伴随着城市的建设,自动门技术的领域每年都在增加。
当初,
用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难,只好进行油压、空压速度控制,
转换但因能源利用效率很低,然而伴随着电气控制的技术发展,现在电气控制技术
已经成熟,直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。
例如:
各种用可识别控
制的自动专用门,如:
感应自动门红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应)、刷卡
自动门等。
用各种信号控制自动开关的单扇、双扇或多扇的门称为自动门。
它是电
力驱动门开启和关闭的。
它是由控制系统发出指令通过电机及减速传动系统带动门体启闭的成套装置。
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,涌现出大批制造商。
规模的专业制门的高级形式--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。
自动门是应用先进的感应技术,通过PLC电脑可编程控制和PLC交流变频调速
控制系统控制机电执行机构使门体自动启闭的一种门系统。
当人或其他活动目标离开感应区,门扇会自动关闭。
自动门起源于20世纪30到40年代,当时主要用于军事仓库、重要工厂,为的
是防火、防弹及开门方便。
20世纪50年代后,自动门应用日渐广泛,形成批量生
产。
许多大型银行、宾馆、酒店、大厦为提高档次和服务水平,为了与高层次的建
筑相匹配,竞相采用自动门,促进了自动门的迅速发扎。
真正较大规模生产和应用
时70年代以后的事。
目前自动门的主要生产国是美国、德国、意大利、荷兰和日本等发达国家。
自动门工程包括建筑物配套的自动旋转门、圆弧行自动门、平滑自动门、平开
自动门、折叠自动门、车库自动门、庭院自动门和自动挡车器的设计、制造和安装。
自动门工程师综合性的边缘产业,它综合了建筑技术、电子控制、机械设计、和制
造技术、计算机技术及建筑装饰技术。
它将会有广阔的发展空间。
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。
2.2国内自动门发展现状
图1PLC自动门图
自动门,进入九十年代以来,中国在二十世纪,已经有20多年的开发时间。
自动门市
场的兴起对中国市场主要来自欧洲和美国,开始,但看看今天的市场,欧洲,日本,国产
品牌已取得了一些市场份额,并建立在市场和发展自己的立场。
截至2009年,包括国内和
进口产品年底,中国已被自动存储领域有超过80门,自动门设备和各种规模的门机品牌
是在几百甚至更多的生产和销售公司。
中国已成为世界上的自动门,电动门和门禁设备,最大的市场和制造中心,自动门的发展前景,世界的自动门制造商正在努力寻求在中国的发展。
市场竞争日趋激烈。
大家都知道,在2008年开始的世界金融危机浪潮中,中国经济一直保持着相对稳定和
快速增长。
2009年,中国国内生产总值增长了8.7%,而未来几年将继续保持稳定。
良好
的经济环境,增强了国内外投资者的信心,提高了对建材的需求提供稳定的各类政府投资,企业投资和外国投资。
自动门进入中国市场,主要在高档酒店,超市,商场,写字楼,银行和关键基础设施使用(如机场,车站等)。
自动门使用,使这类高端服务,以提升地方形象,而且还向客户提供周到的细微差别,其服务的经验。
目前,高档自动门系列产品仍然是这些机构的主要选择对象。
一些中小型建筑,如便利店,照相馆,小餐馆的服务,服务设施开始关注易用性,其中引入自动门。
需要在低端市场等企业,拥有的自动门广泛的需求。
随着生活水平的提高,人民生活方便,施工安全,环保成为一个更加关注改善。
自动门系列产品可以满足这种需求,从一定程度上方便的用户尽管自动门市场推动下,各方的快速增长,但也有一些因素会影响其发展。
目前的自动门产品标准体系不健全,不明确的要求,
可操作性不强。
和大多数的标准不是强制性标准。
讨论和制定标准还积极改善未来可以期待发挥市场调节的积极作用。
2.3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,当人靠近自动感应门时,设置于门内外侧的检测装置(光电开关)将其检测出来,之后将信号送到控制装置。
控制装置接到该信号后驱动电机旋转带动皮带轮、皮带或链条,使门向开启方向运动。
当自动门到开门限位开关位置,电机停止运行。
当人离开检测装置的检测范围,开启定时器等待8秒,定时结束后,控制装置将驱动电机,使门向关闭方向动作,自动门移动到关门限位开关时电机停止。
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
发生两扇门碰撞。
第三章自动门控制系统硬件设计
3.1可编程程序控制器(PLC
3.1.1PLC的定义
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一
种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路,
也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地
方就有PLC
PLC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。
PLC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。
3.1.2PLC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一输出模块或插件,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。
3.1.3PLC的基础知识
1、PLC的基本概念
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机
(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据
设备公司(DEC)研制出现,现行美国,日本,德国的可编程序控制器质量优良,功能强大。
2、PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,
基本构成为:
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电
压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并
能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入
装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器
内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的
数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。
这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控
制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC
通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块
f、通信模块
如以太网、RS485、通讯模块等
3.1.4PLC的应用与发展趋势
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽
车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。
图2西门子PLC图
1开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都
是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)
之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
3运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运
动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC
能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较
多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处
理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、
排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网
络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会
有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS(DistributedControlSystem)中已有大量的可编程控制器应用。
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。
由上可大体上预知PLC的未来
发展方向如下:
1.微型化、网络化、开放性
PLC向高性能小型化发展。
PLC的功能正越来越丰富,而体积则越来越小。
伴随着PLC
网络化技术的发展,其中有两个趋势,一方面,PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭
系统,而是迅速向开放式系统发展,各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC网络系统,
完成设备控制任务之外,还可以与上位计算机管理系统联网,实现信息交流,成为整个信息管理系统的一部分。
另一方面,现场总线技术得到广泛的采用,PLC与其他安装在现场
的智能化设备,比如智能化仪表,传感器,智能型电磁阀,智能型驱动执行机构等,通过一根传输介质(比如双绞线,同轴电缆,光缆)连接起来,并按照同一通信规约互相传输信息,由此构成一个现场工业控制网络,这种网络与单纯的PLC远程网络相比,配置更灵
活,扩容更方便,造价更低,性能价格比更好,也更具开放意义。
2.智能模块
智能模块式以微处理器为基础的功能部件,是PLC未来发展的另一方向、为满足工业
自动化各种控制系统的需要,国内外众多PLC生产厂家不断致力于开发各种新器件和智能
模块,如专
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