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PLC课程设计报告

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PLC课程设计报告

自动门控制装置的设计与调试

目录

1.引言 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件配置及组成原理 3
2.2 系统变量定义及分配表 4
2.3 系统接线图设计 5
3 控制系统设计 5
3.1 控制程序流程图设计 5
3.2 控制程序时序图设计 7
3.3 控制程序设计思路 9
3.4 创新设计内容 9
4.系统调试及结果分析 10
4.1 系统调试及解决的问题 10
4.2 结果分析 14
结束语 15
参考文献： 16
附录（源程序）： 17

18

1.引言
课程设计是教学和工程实践的结合点，要求学生在设计中明确什么是正确的设计思想和设计方法。学生只有通过工程知识和专业技能的严格训练，才能在走上工作岗位后，有能力综合利用理论知识和专业技能解决工程实际问题。
在本次课程设计中，我小组依托实际问题，设计了一款基于PLC（可编程控制器）控制的自动门，该产品具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，取代了传统的继电器控制，从而能够得到广泛的应用。同时充分考虑到系统故障的发生，于是又新增添了增加手动开关门功能，和禁止开关门功能使该自动门系统更加强大，提高了稳定性。
2 系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
PLC的组成主要有以下几部分，参见图2-1：

图2-1 PLC组成部分

1.主控制器（PLC）：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，指挥整个系统工作，通过控制电机的转到与停止，来实现自动开门和关门。
2．感应探测器：负责采集外部信号，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脉冲信号。该系统中门内门外各一个，来检测人或物体。
3.门位电机：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。
4.开门执行结构：由门扇、同步皮带、下部导向系统这三部分组成。主控制器通过分析感应器传来的信号，来控制电机的转动与停止，从而实现了开门与关门。
因此，该系统的整个设计图如下,参见图2-2：
感应探测器检测
主控制器分析
开门执行结构

电机的运转

图2-2 系统总体设计结构图
所以，自动门的工作原理为以下过程：当有人或物体要进入时，感应探测器探测会在第一时间内监测到，然后将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知电机来运行，同时监控电机的转数，以便通知电机可以快速或慢速运行。电机得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知电机作反向运动，关闭自动感应门扇。
2.2 系统变量定义及分配表
目前国内应用较广的PLC有三菱、西门子等。综合经济、安全、高效等因素本设计选用西门子PLC。
按照原理分析易知：该PLC控制系统需要7个输入，两个输出。由于该控制系统控制规模不大，控制程序比较简单，充分考虑到控制规模、内存大小、功能要求并结合经济、安全、高效等因素，我们小组选用了西门子系列，型号为S7-200（222）的控制模块。
根据西门子S7-200（222）的模块及I/O接口组成确定该控制系统的I/O点的分配及地址编码，如表2-1所示。
表2-1： I/O点的分配及地址编码表
控制信号
名称
I/O点地址编码
输入
门外光检测电开关K1
I0.0
门内光检测电开关K2
I0.1
开门限位电开关K3
I0.2
关门限位电开关K4
I0.3
启停按钮QS0
I0.4
手动开门SB0
I0.5
手动关门SB1
I0.6
输出
开门执行机构KM1
Q0.0
关门执行机构KM2
Q0.1

2.3 系统接线图设计
根据I/O点的分配及地址编码表及S7-200（222）的特点做出该控制系统的PLCI/O外部接线图，如图2-3所示。

图2-3自动门PLC的I/O接线图

3 控制系统设计
3.1 控制程序流程图设计
根据自动门的工作原理，为了实现预定的功能，我们小组设计了以下流程图来概述整个过程，参见图3-1

是
是
是
否
否
是
否
否
图3-1自动门控制系统流程

开始
K1K2是否有信号？
开门
是否到K3限位开关？

开关
保持开门8秒、K1K2是否有信号？
K1、K2是否有信号？
关门
关门
停止开门
停止

打开开关
手动开门
手动关门
是否到K4限位开关？

开关

3.2 控制程序时序图设计
程序梯形图如下图3-2所示。

图3-2 控制程序的梯形图

用STEP7—Micro/WIN32将梯形图程序转换成语句表如图3-3所示。

图3-3 控制程序的代码图

3.3 控制程序设计思路
PLC程序常用的设计方法主要有经验设计法、继电器控制电路转化为梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等。由于本控制程序比较简单，所以在设计时选择了经验设计法。在设计过程中使用了STEP7—Micro/WIN32编程软件并使用模拟仿真软件S7-200sim3.0调试程序初步验证程序。
3.4 创新设计内容
该控制系统的突出优点是，增加了手动开关门功能和门禁功能。可实现手动开关门。并且在开启门禁功能后无论是光电感应开关还是手动开关都无法打开自动门。优化了程序设计，增强了自动门的功能。可满足大多数用户的需求。由于本控制系统才有PLC控制所以可根据用户需求做进一步个性化方案设计。
4.系统调试及结果分析
4.1 系统调试及解决的问题
S7-200sim3.0是西班牙PLC爱好者编写的一个PLC模拟仿真软件。该软件支持所有型号的S7-200系列PLC。使用S7-200sim3.0可以模拟仿真大多数PLC程序大大简化了PLC程序调试步骤，缩短了程序调试时间。
S7-200sim3.0调试方法如下 ：
1.将在Step 7 MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；
2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择CPU 222；
3.点“程序”-“载入程序”；
4.选择Step 7 MicroWin的版本；
5.将先前导出的AWL文件打开；
6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序。

具体调试过和如下：
1.载入程序打开运行监视将PLC状态调为“run”。如图4-1所示。

图4-1程序调试图

2.打开门禁开关I0.4如图4-2所示。

图4-2程序调试图

3.门内或门外光电感应开关（K1/K2）检测到有人。如图4-3所示。

图4-3程序调试图

4.门打开到最大位置碰到开门限位开关K2。如图4-4所示。

图4-4程序调试图

5.门保持打开状态八秒。如图4-5所示。

图4-5程序调试图

6.门保持打开状态过程中光电开关K1/K2检测有人重新开始八秒待。如图4-6所示。

图4-6程序调试图
7.门保持打开状态八秒后自动关门。如图4-7所示。

图4-7程序调试图

8.关门过程中若光电开关K1/K2检测到有人则停止关门，执行开门。如图4-8所示。

图4-8程序调试图

9. 关门过程中当门到达关门限位开关K4，停止关门。如图4-9所示。
图4-9 程序调试图

4.2 结果分析
本自动门的PLC控制系统可以满足课题所规定的设计要求：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。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。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。
结束语
本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求，基本部分各单元已工作稳定。此外该设计还增加了手动开关门功能和门禁功能。可实现手动开关门。并且在开启门禁功能后无论是光电感应开关还是手动开关都无法打开自动门。优化了程序设计，增强了自动门的功能。
通过这次设计使我们学会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，去贡献人类。同时，更重要的是，我们在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

参考文献：
[2] 邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，2007
[3] 周宏甫.机电传动控制.北京：化学工业出版社，2006
[4] 张 扬.S7-200 PLC原理与应用系统设计.北京：机械工业出版社，2007
[5] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安：电子科技大学出版社，2006.12

附录（源程序）：
//开门程序//
//按下启动按钮，当门内或门外光电检测开关检测到有人，或者有手动开门按钮按下，则执行开门程序。//
LD K1
OR K2
OR SB_0
OR KM1
ANI K3
AND QS_0
ANI KM2
OUT KM1
//用计数器实现定时8秒使门在开门状态停留八秒//
//当开门达到最大位置时，门保持打开状态8秒之后再关闭，而在等待期间，如果有人或物体靠近，则再重新计时。//
lD K3
AND SM0
OR K2
CTU C20,8
//关门程序//
//当门保持打开状态8秒后（c20闭合），门自动 关闭，在门关闭过程中，若有人靠近或离开，则停止关门自动执行开门程序，或者按下关门按钮，门关闭，当完全关闭后则停止关门动作。//
LD C20
OR SB_1
OR KM2
ANI K1
ANI K2
ANI K4
AND QS_0
AMI KM1
OUT KM2