[PLC课设]自动门控制装置的PLC梯形图控制.doc

《PLC技术及应用》 课程设计（论文）

题目：自动门控制装置的PLC梯形图控制

院（系）： 轨道交通学院
专业班级： 2011级车辆工程2班
学 号： 20111310010206
学生姓名： 汪浩
指导教师： 罗世民
起止时间： 2014.12.08——2014.12.12

课设题目：
自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试

控制要求：
（1） 控制要求 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8s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8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
（5）开门与关门不可同时进行

目 录
第1章 方案论证 1
第2章 硬件设计 3
2.1选取主机型号 3
2.2按键电路的设计 4
2.3 总体电路图及性能分析 4
第3章 软件设计 6
3.1程序功能图 6
3.2输入/输出点代码和地址编号 7
3.3编写梯形图 7
第4章 课程设计总结 9
参考文献 10

第1章 方案论证
 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。因此在一些日常生活控制的场合得到了广泛的应用。同时自动门控制系统的设计方案也是多种多样的。如利用数字电路来设计自动门控制系统，但数字电路设计复杂，可靠性也不是很理想；也可以利用单片机来设计自动门控制系统，但利用汇编语言来编写程序来实现其功能又显得更为麻烦。
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,单元电路分别通过原理图设计、由梯形图语言设计完成,利用试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。
自动门控制系统的设计特点：
本自动门控制系统分别利用原理图硬件设计和梯形图软件设计的优点完成了对应单元的电路进行设计,使系统较为简洁。PLC具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便，易于
实现；功能完善；设计、施工、调试的周期短；体积小，维护操作方便等优点。根据具体的要求,还可对系统的功能进行再编程设计来不断完善系统功能,缩短设计周期,同时保证设计系统的可靠性。
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。光电探测开关为检测到人或物体时为ON，否则OFF，具体的控制要求如下：
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8s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8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
5、开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时。
图1.1 控制系统图
控制系统图如图1.1所示。状态显示
关门KM2
开门KM1
安全光电
关门限K4
关门限K4
开门限K3
门外光电探测K2

主机
CPU
221

门内光电探测K1

第2章 硬件设计
2.1选取主机型号
CPU22*系列PLC的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。
CPU22*是在21世纪初投放市场的，其速度快，具有极强的通信能力，下面简单介绍4种不同配置的CPU单元。
（1）CPU221集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。
（2）CPU222集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。
（3）CPU224集成14输入／10输出共24个数字量I／O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I／O点或35路模拟量I／O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯／编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I／O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。
（4）CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
通过比较以上四种不同配置CPU单元的比较，及根据本自动门控制系统实际输入、输出点数的要求，由于本系统输入点数为6点，输出点数为10点，且CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。由以上分析可以看出，选择CPU226足以完成本次系统的要求。故主机的型号选择CPU226，且不需要其它扩展模块。
2.2按键电路的设计
本自动门控制系统根据功能要求共有4个输入信号和4个输出信号，来控制系统的工作和关断，故应当设置4个按钮作为输入端的输入信号，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，输入端I0.0或I0.1为ON。输出端开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，关门限K3动作，电机停止运行。自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，Q1.1状态为ON，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，开门限K4动作电机停止运行。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。在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时。
本系统共有6个输入信号/10个输出信号，而主机CPU226是24个输入/16个输出，可以按一定的顺序依次将按键的输入端连到主机上，并正确定义输入端地址，以便于编写梯形图。当按钮被按下时，其输入端的信号为高电平。
2.3 总体电路图及性能分析
性能分析：
本次课设的目的是设计一个自动门控制系统,通过以上电路图的设计和原理分析基本上能实现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；自动门在开门位置停留8s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；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；在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过；开门与关门不可同时进行；有启动、停止开关；有开关门的状态显示；开关门的时间以8位数码的方式倒计时等几项功能。通过用PLC设计的自动门控制系统由于具有连接方便、故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。因此在一些日常生活控制的场合得到了广泛的应用。而本次设计也更加突出了这些特点。
总体电路图如下图2-1所示：

图2-1 总体电路图
第3章 软件设计
3.1程序功能图
整个自动门控制系统的程序流程图如下：
N
Y
KM1停止时间显示
K3动作
N
Y
K1或K2动作

开 始

开门子程序

Y

初始化

N
K1或K2动作

N

定时时间到

Y

关门子程序

N

K4动作

Y

结束

图3.1 自动门控制程序流程图

3.2输入/输出点代码和地址编号
通过分析硬件连接图可知，该自动门控制系统是由4个输入按钮的通断作为输入信号，进而来控制四个输出控制信号的输出，利用三个接触器线圈的吸合和断开来控制输出电路的接通和断开。因此本系统共有4个输入点，4个输出点，其输入/输出点代码和地址编号如下表所示：

表3.1 输入/输出点代码和地址编号

名称
代码
地址编号
输 入 信 号
启动开关
SB1
I0.0
停止开关
SB2
I0.1
门内光电探测开关K1
SB3
I0.2
门内光电探测开关K2
SB4
I0.3
开门限K3
SB5
I0.4
关门限K4
SB6
I0.5
输出信号
时钟显示
KM1
Q0.1-0.7
开门KM1
KM2
Q1.1
关门KM2
KM3
Q1.2
状态显示
KM4
Q1.3

3.3编写梯形图
开门与关门不可同时进行；
（1）开门子程序
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。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。 在门打开后的8s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8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。具体程序如下：

（2）关门子程序
自动门在开门位置停留8s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。具体程序如下：

（3）计时及状态显示子程序
用8位数码倒计时的方式来显示开关门的时间，来提醒出入人员注意。具体程序如下：

第4章 课程设计总结

通过本次PLC课程设计,使我对PLC这门学科有了更深层次的认识并且使自己对PLC这一学科产生了浓厚的兴趣,在整个课程设计的过程中,通过图书馆阅览室，借书处和上网查资料，都使自己对PLC这一学科的知识得到了扩展，也发散了自己的思维。
在完成这个设计之后，我又重新将自己的设计仔细思考了一番，不会的地方和可以向老师和同学请教。可能会在设计中碰到更多的问题，这就要求我要更多的去查资料，争取尽快的解决问题同时这样也能让我学到更多的知识，如通过这次课设使我对CPU22*系列它们之间的区别和特点及蜂鸣器的驱动电路有了全面的了解。在解决遇到的问题时会更加引发自己的思考，对自己的信心和毅力都是一种考验。
我想我们不论在学任何一门课程的过程中，都应当有一种勇于探索和不断创新的精神，同时毅力也是最好的催化剂。我认为课程设计中的每一个环节都是对知识的一个总结和复习的过程。
设计对于一个成品来说是相当重要，只有设计出正确的方案才能减少在实际生产中的失误。在今后的学习和设计中，我也会更加注重这方面的锻炼和培养，希望会有所进步。而且设计的最后仿真结果还算是比较理想的，以后还需要多学习多交流多研究。
总之，课程设计可能有的地方做的不是那么完美，但我觉得这是一次很好的锻炼机会，谢谢罗老师的指导和帮助！

参考文献
[1] 王永华. 现代电器控制及PLC应用技术.北京：北京航空航天大学出版社,2003.9
[2] 陈建民.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社,2007
[3] 求是科技. PLC应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社，2005
[4] 何立民. PLC应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社 ，1990
[5] 李光飞. PLC课程设计实例指导.北京：北京航空航天大学出版社 ，2004
[6] 刘建华, 李纪云. PLC在现代社会中的应用[J]. 河南科技, 1998,(10)
[7] 张晓玲, 白瑞云. PLC应用和发展[J]. 科学中国人，2006,(11)