自动门课程设计样本.doc

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课 程 设 计 说 明 书

课程名称 电气控制技术
题 目 自动门的控制系统设计

学 院
农业工程学院
班 级
农电111
学生姓名

指导教师

日 期
6月20

电气控制技术课程设计任务书
班级: 农电111 姓名 学号:
设计题目: PLC自动门的控制系统设计

一、 设计目的
进一步巩固理论知识, 培养所学理论知识在实际中的应用能力; 掌握一般生产电气控制系统的设计方法; 掌握一般生产电气控制系统的施工设计、 安装与调试方法; 培养查阅图书资料、 工具书的能力; 培养工程绘图、 书写技术报告的能力。
二、 设计任务及要求
掌握PLC工作原理、 编程及调试方法及应用技术; 根据控制要求, 制定合理的设计方案; .正确选用PLC, 确定输入、 输出设备; PLC的I/O点分配, 并绘制其连接图, 以及其它外部硬件图; 设计PLC控制程序; 绘制有关图纸; 编制设计说明书。
三、 控制要求
（1） 当有人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时, 快速开门机构KM1动作, 高速电动机1正转, 到达开门高/低速转换开关K5时开门低速继电器KM2动作, 使低速电动机2正转) 到达开门到位极限开关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。关门高速继电器KM3动作使高速电动机3反转, 当到达关门高/低速转换开关K6时, 关门低速继电器KM4动作, 使低速电动机4反转, 当门移动到关门门到位极限开关K4位置时, 电机停止运行。
( 3) 在关门过程中。当有人员由内到外或者由外到内经过光电检测开关K2或K1时, 应立即停止关门自动进入开门程序。
( 4) 在门开后的8秒等待时间内, 若有人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时, 必须重新等待8秒后再自动进入关门过程, 以保证人员安全经过。
( 5) 为了防止夹人, 设置防夹人开关
( 6) 考虑到自动门若出现故障时, 使用自动门控制系统有所不适, 要设置手动开门和手动关门。

四、 设计时间安排
查找相关资料( 1天) 、 设计并绘制系统原理图( 2天) 、 设计PLC控制程序( 2天) 、 模拟调试( 2天) 、 编写设计报告( 2天) 和答辩( 1天) 。
五、 主要参考文献
1.黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社, .
2.王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, .
3.吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, .

指导教师签字: 年 月 日

自动门的控制系统
摘要
本文是关于自动门控制系统的设计,自动门系统主要由可编程控制器(PLC),感应器件,驱动装置和传动装置组成, 主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC, PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断, 而后发出控制信号, 使驱动装置运行, 再经过传动装置带动们发的动作。
随着经济的发展和人们生活水平发的提高自动门的应用也越来越广泛。它现在为许多宾馆、 超市、 百货大楼等现代建筑所必备, 不但能够美化出入口环境, 而且具有节能、 防尘、 隔音等功能, 同时也是建筑物智能化的重要指标。本自动门控制系统是利用PLC为核心来控制, 其电路结构简单, 单元电路分别经过原理图设计、 由梯形图语言设计完成, 利用实验室所提供的条件来模拟和验证程序,并利用指示灯实现系统功能,非常适用于日常生活控制场合.
关键字: 自动门, 控制, PLC

目录
第一章 控制任务分析 4
1.1 课题的分析评估 4
1.2 课题的控制任务 4
1.2.1 课题内容 4
1.2.2 控制要求 4
第二章PLC的发展史 6
2.1 PLC的起源 6
2.2 PLC的功能 6
2.3 PLC的主要特点 6
第三章 PLC的选型 7
第四章 功能器件的基本工作原理 8
4.1 限位开关的工作原理及分类 8
4.2 光电开关的介绍 8
第五章 I/O地址分配 10
第六章 电气原理图 12
6.1 主电路图 12
6.2 程序流程图 12
6.3 继电器接触控制图 13
6.4 PLC控制输入输出接线图 14
第七章 系统程序设计 15
7.1 梯形图 15
7.2 过程分析 17
第八章 总结 18
参考文献 19

第一章 控制任务分析
1.1 课题的分析评估
随着PLC功能的不断提高和完善, PLC几乎能够完成工业领域的所有任务。但PLC还是有它最适合的应用场合, 因此在接到一个控制任务后, 要分析被控制对象的控制过程和要求, 看用什么样的控制装备( PLC, 单片机, ocs或者ipc) 来完成该任务最合适。
1.2 课题的控制任务
1.2.1 课题内容
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, 开门到位极限开关K3, 关门到位极限开关K4, 开门高/低速转换开关K5,关门高/低速转换开关K6, 防止夹人, 紧急停止开关K7, 手动开门按钮SF2,手动关门按钮SF3。开门高速继电器KM1( 使直流电动机1高速正转) , 开门低速继电器KM2( 使直流电动机1低速正转) , 关门高速继电器KM3( 使直流电动机2高速反转) , 关门低速继电器KM4( 使直流电动机2低速反转) , 开门信号灯PG1, 关门信号灯PG2等部件组成。
1.2.2 控制要求
( 1) 当有人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时, 快速开门机构KM1动作, 高速电动机1正转, 到达开门高/低速转换开关K5时开门低速继电器KM2动作, 使低速电动机2正转) 到达开门到位极限开关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。关门高速继电器KM3动作使高速电动机3反转, 当到达关门高/低速转换开关K6时, 关门低速继电器KM4动作, 使低速电动机4反转, 当门移动到关门门到位极限开关K4位置时, 电机停止运行。( 3) 在关门过程中。当有人员由内到外或者由外到内经过光电检测开关K2或K1时, 应立即停止关门自动进入开门程序。( 4) 在门开后的8秒等待时间内, 若有人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时, 必须重新等待8秒后再自动进入关门过程, 以保证人员安全经过。( 5) 为了防止夹人, 设置防夹人开关( 6) 考虑到自动门若出现故障时, 使用自动门控制系统有所不适, 要设置手动开门和手动关门。

第二章PLC的发展史
2.1 PLC的起源
PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世, 人们就开始用导线将它同开关器件巧妙得连接, 构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末, 它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强, 逐渐适合复杂的控制任务。随着微电子技术、 计算机技术和数据通信技术的飞速发展、 微处理器的出现, 以流程加工行业( 如汽车制造业) 对生产流程迅速、 频繁变更的需求。PLC技术出现并快速发展。当前PLC在小型化、 大型化、 大容量、 强功能等方面有了质的飞跃, 使早期的PLC从最初的逻辑控制、 顺序控制, 发展成为具有逻辑判断、 定时、 计数、 记忆忽然算数运算、 数据处理、 联网通信及PID回路等功能的现代PLC。可是, 依然沿用着顺序扫描, 等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。PLC之因此有生命力, 在于它更加适合工业现场和市场的要求: 高可靠性、 强抗各种干扰的能力、 编程安装使用简便、 低价格、 长寿命。它的输入输出断更接近现场设备, 不需要添加太多的中间部件或需要更多的接口, 这样就节省了用户时间和成本。PLC的下端( 输入端) 为继电器、 晶体管和晶闸管等控制部件, 而上端一般是面向用户的微型计算机。你们在应用它的时候, 能够不必进行计算机方面的专业培训, 就能对可编程控制器进行操作及编程。
2.2 PLC的功能
1、 数据采集及输出。2、 控制功能。包括顺序控制、 逻辑控制、 定时。计数等。3、 数据处理功能。包括基本数学运算、 PID运算、 滤波等。4、 输入/输出接口调理功能。具有A/D、 D/A转换功能, 经过I/O模块完成对模拟量的控制和调节, 具有温度、 运动等测量接口。5、 通信、 联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、 网络技术。6、 支持人机界面功能。7、 编程调试等。
2.3 PLC的主要特点
①可靠性高。②结构形式多样, 模块化组合灵活。③功能强大。④编程方便。⑤适应工业环境

第三章 PLC的选型
当某个控制任务决定由PLC来完成后, 选择PLC就成为了一件非常重要的事情了, 一方面是选择多大容量的PLC, 另一方面是选择什么公司的PLC及外设。
首先对控制任务进行详细分析启动开关SB, 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, 开门到位极限开关K3, 关门到位极限开关K4, 开门高/低速转换开关K5,关门高/低速转换开关K6, 防止夹人, 紧急停止开关K7, 手动开门按钮SF2,手动关门按钮SF3, 都是输入触点, 因此该系统共有开关量输入点10个。开门高速继电器KM1( 使直流电动机1高速正转) , 开门低速继电器KM2( 使直流电动机1低速正转) , 关门高速继电器KM3( 使直流电动机2高速反转) , 关门低速继电器KM4( 使直流电动机2低速反转) , 开门信号灯, 关门信号灯等都是输出触点, 因此该系统共有开关量输出点6个。又根据课题要求可知PLC选用输入电源交流供电, 输出电源为24VDC,出口器件类型为Relay即继电器型的PLC。对于PLC及外设型号的选择问题, 则有以下几个方面要看考虑: ( 1) 功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能, 但对某些特殊要求, 就要知道所选的PLC是否具有能力完成控制任务。( 2) 价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大, 有些功能类似, 质量相当, I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。这样的差价在使用较多的PLC的情况下是必须要考虑的因素。( 3) 个人喜好方面 有些工程技术人员对某些品牌的PLC熟悉, 因此一般比较喜欢。。另外, 甚至一些政治因素或者个人情感有时也会成为选择的理由。PLC主机选定之后, 如果控制系统需要, 则相应的配套模块也就选定了。如模拟单位量, 显示设定单元, 位置控制单元或热点偶单元等。
对于本课程设计来说不需要扩展单元与模拟量单元, 再加上我们在PLC课程上学的是西门子系列的PLC根据以上分析可知我们能够选择主机型号为CPU224/AC/DC/Relay的S7-200系列的PLC。

第四章 功能器件的基本工作原理
4.1 限位开关的工作原理及分类
行程开关又称为限位开关, 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置位置, 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, 它的作用与按钮类似。行程开关广泛应用于各类机床和起重机械, 用于其行程、 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关轿门速度, 自动开门的限位, 轿厢的上、 下限位保护。行程开关按其结构能够分为直动式、 滚轮式、 微动式和组合式。
4.2 光电开关的介绍
( 1) 工作原理 光电开关( 光电传感器) 是光电接近开关的简称, 它是利用被检测物对光束的遮挡或者反射, 由同步回路选通电路, 从而检测物体有无的。物体不限于金属, 所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在反射器上转化为光信号射出, 接收器再根据接收到的光线强弱有无对目标物体进行探测。( 2) 光电开关的分类①漫反射式光电开关: 它是一种集发射器和接收器为一体的传感器, 当有被检测物体经过时物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器, 于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体表面光亮或者其反光率极高时, 漫反射式光电开关是首选的检测模式②镜反射式光电开关: 它亦发射器和接收器为一体, 光电开关发射器发射的光线经过反射镜反射回接收器, 当被检测物体经过且完全阻断光线时, 光电开关就产生了检测开关信号。③对射式光电开关: 它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器发射器和接收器, 发射器发出的光线直接进去接收器, 当被检测物体为不透明时, 对射式光电开关是最可靠的检测装置。④槽式光电开关: 它一般采用标准的U字型结构, 其发射器和接收器分别位于U型槽的两边, 并形成一个光轴, 当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时, 光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体而且它能分辨透明与半透明物体, 使用安全可靠。⑤光纤式光电开关: 它采用塑料或者玻璃光纤传感器来引导光线, 能够对距离远的被检测物体进行检测。一般光纤传感器分为对射式和漫反射式。

第五章 I/O地址分配
输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说, I/O地址分配后才能够编程; 对控制柜及PLC外围接线来说只有I/O地址确定之后。才能够绘制电气接线图、 装配图, 让装配人员根据路图接安装控制柜、 配置。
输出点地址时要注意负载类型的问题下面表格是本课程设计的I/O分配
表5-1 输入口分配
名称代码
地址编号
输入信号
启动开关
SB
I0.0
门内光电探测开关
K1
I0.1
门外光电探测开关
K2
I0.2
开门到位限位开关
SQ1
I0.3
关门到位限位开关
SQ2
I0.4
开门高/低速转换开关
K5
I0.5
关门高/低速转换开关
K6
I0.6
防止夹人, 紧急停止开关
K7
I0.7
手动/自动转换开关
SF2
I1.0
手动开门按钮
SF3
I1.1
手动关门按钮
SF4
I1.2
表5-2输出口分配
名称代码
地址编号
输出信号
开门高速继电器
KM1
Q0.0
开门低速继电器
KM2
Q0.1
关门高速继电器
KM3
Q0.2
关门低速继电器
KM4
Q0.3
开门指示灯
PG1
Q0.4
关门指示灯
PG2
Q0.5

第六章 电气原理图
6.1 主电路图

图6-1 主电路图
主电路选用两台电动机, 加电阻是让其慢速开门或者关门。电动机1正接, 正转, 电动机2反接, 反转。
6.2 程序流程图

从上图能够非常准确的看出流程
6.3 继电器接触控制图

图5-3 继电器接触控制图
6.4 PLC控制输入输出接线图

图6-4 PLC的输入输出接线图

第七章 系统程序设计
7.1 梯形图

网络1是电动机( 手动或自动) 快速开门, I0.0是启动按钮, 在正常情况下I1.0是闭合的, 当出现故障时自动开门停止, 手动开门执行, 而且并接Q0.0的辅助常开触点使其自锁。I0.5是高低速转换开关, 在到达设定位置之前I0.5是闭合的,

网络2是电机低速开门, 为保证人员安全以及使电机寿命不至于太短, 在这个课程设计中加入了低速开门, 当电动机1带动自动门行至开门高低速转换开关处时 电动机停止运转, 低速电动机2开始运转。当自动门完全打开后, 行程开关K3打开, 开门电机停止运转。

网络3是延时程序, 当自动门完全打开时, 开门限位开关打开定时器T40开始工作, 完成8秒延时, 定时途中如果传感器检测到有人进出, 定时器重新定时, 当自动开门出现故障时, 定时器不工作。

网络4是电动机手动或者自动关门程序, 当定时器完成8秒定时之后, 定时器的常开触点闭合, 电动机3运转, 实现快速开门, 直至行至关门高低速转换开关处。

网络5是低速开门程序, 当自动门行至关门高低速转换开关时, 的低速电机4运行。途中如传感器检测到有人员进出应停止关门, 自动进入开门程序。

当电机1或者2运行时, 开门指示灯亮, 当电动机3或者电动机4运行时, 关门指示灯亮
7.2 过程分析
(1)首先按下启动按钮, 当传感器检测到有人体信号时, 电动机1运行, 带动自动门执行快速开门过程
(2)运行至开门高低速转换开关时, 电动机2运行, 带动自动门执行慢速开门过程。
( 3) 当门完全打开后, 使开门限位开关打开, 此时自动门停止, 进行8s延时若此时感应器重新检测到有人体信号时, 则再重新进行8秒延时。
(4)当8s的延时完毕后, 电动机3运行, 带动自动门执行快速关门过程
(5)运行至关门高低速转换开关时, 电动机4运行, 带动自动门执行慢速关门过程
( 6) 为了防止夹人, 设置了防夹人开关
( 7) 考虑到自动门若出现故障时, 使用自动门控制系统有所不适, 于是设置了手动开门和手动关门。
第八章 总结
本课题完成了题目要求的基本部分的全部要求。发挥部分的因为时间和制作材料的短缺而没有进行尝试, 在今后条件允许的情况下再扩展。基本部分各单元工作稳定。
经过次侧设计是我学会了如何去培养我们的创新精神, 从而不断地战胜自己, 超越自己。创新, 是要我们学会将理论很好地联系实际, 并不断地去开动自己的大脑, 从为人类造福的意愿出发, 做自己所力所能及的, 别人却没想到的事。使之不断地战胜别人, 超越前人。同时, 更重要的是, 我在这一课程设计中学会了坚持不懈, 不轻易放弃, 挑战自己。设计过程, 也好比是我们人类成长的历程, 常有不如意, 可能这就是在对我们提出了挑战, 勇敢过, 也战胜了, 胜利的钟声也一定为我们而敲响。

参考文献
1. 陈志新.宗学军.电器与PLC控制技术, 北京: 北京大学出版社,
2. 黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社,
3. 吴晓军.电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社,
4. 王建华.电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社,
5. 钱锐.PLC应用技术[M].北京:科学出版社.

元器件清单
器件名称
个数
电动机
2
CPU226/AC/DC/Relay的PLC
1
指示灯
2
行程开关
2
按钮
9

控制接线图

电气控制技术课程设计任务书
班级: 农电111 姓名: 学号:
设计题目: 自动门的控制系统

一、 设计目的
进一步巩固理论知识, 培养所学理论知识在实际中的应用能力; 掌握一般生产电气控制系统的设计方法; 掌握一般生产电气控制系统的施工设计、 安装与调试方法; 培养查阅图书资料、 工具书的能力; 培养工程绘图、 书写技术报告的能力。
二、 设计任务及要求
掌握PLC工作原理、 编程及调试方法及应用技术; 根据控制要求, 制定合理的设计方案; .正确选用PLC, 确定输入、 输出设备; PLC的I/O点分配, 并绘制其连接图, 以及其它外部硬件图; 设计PLC控制程序; 绘制有关图纸; 编制设计说明书。
三、 控制要求
1、 课题内容: 1．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( 使直流电动机正转) 、 关门执行机构KM2( 使直流电动机反转) 等部件组成。
2．控制要求: 1) 当有人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时, 开门执行机构KM1动作, 电动机正转, 碰到开门减速开关SA1, 变为低速开门, 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, 碰到关门减速开关SA2, 变为低速关门, 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经过光电检测开关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经过光电检测开关K2或K1时, 必须重新开始等待8秒后, 再自动进入关门过程, 以保证人员安全经过。5) 考虑到自动门在出现故障和维修时。增加手动开门和关门按钮。

四、 设计时间安排
查找相关资料( 1天) 、 设计并绘制系统原理图( 2天) 、 设计PLC控制程序( 2天) 、 模拟调试( 2天) 、 编写设计报告( 2天) 和答辩( 1天) 。
五、 主要参考文献
1.黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社, .
2.王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, .
3.吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, .
指导教师签字:
年 月 日