毕业论文基于PLC的自动门控制系统设计与实现13250.doc
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1、摘 要随着科学技术的日新月异,我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们的眼前,这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就是自动化进程中的一个典型代表,此设计就是运用所学的知识,结合实际需要而进行研究的。为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以S7-200可编程序控制器(PLC)为核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对PLC的选型及I/O点的确定进行了说明。结合PLC的运行特点,对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基础上,采用结构化的编程方法,给出了主程
2、序模块、开门子程序模块、关门子程序模块的程序流程图。系统已通过硬件和软件调试,在实际中获得了应用。应用结果表明,整个系统功能完善,性能可靠。关键词:可编程控制器; S7-200; 自动门; 控制系统AbstractWith the rapid development of science and technology, our lives changed greatly. An intelligent and automation has began to appear in our view, this gives us great convenience. In the process o
3、f automatic door is of a typical automation, this design is the use of knowledge, and combining with actual need and research. To strengthen the reliability of the operation, a S7 -200(PLC) as the core of the automatic control system. Analyzed the control system works, a description of a hardware sy
4、stem, introduced the body automatically detect and respond to the operation position of the inspection and operation of the inspection and control circuit to the work of the process, the plc and of course I would like to confirm the order. It was introduced how to choose a PLC type, to really settle
5、 the I/O orders. Combining the operation characteristics of programmable controller, a reasonable optimization was made for the work flow of the system. On this basis, using structured programming method, the program flow charts of main program module and opening door subroutine module and closing d
6、oor subroutine module were developed. The debugging of the control system was developed and the control system has been adopted. The practical application shows that the control system is good and reliable. Keywords: programmable logic controller(PLC); S7-200; automatic door; Control system 目 录第1章 绪
7、论11.1 选题背景11.2 课题来源及意义11.3 自动门的简介21.4 自动门的组成及分类3第2章 PLC的介绍和选择52.1 PLC的简介52.2 PLC的基本组成与结构52.3 PLC的工作原理62.4 PLC的主要功能及其特点72.4.1 PLC的主要功能72.4.2 PLC的主要特点82.5 PLC在自动门中的应用9第3章 自动门的执行机构的设计113.1 稳压电源设计113.2 无刷直流电机的应用123.3直流电动机的选型143.3.1直流电动机的调速143.3.2直流电动机的优势16第4章 自动门的硬件设计174.1 自动感应门的基本工作原理174.2 限位开关的工作原理184
8、.3 光电开关的工作原理184.4 无刷直流电动机的工作原理184.5 PLC的选择194.5.1输入输出(I/O)点数的估算194.5.2存储器容量的选择204.5.3控制功能的选择214.5.4机型的选择214.5.5对PLC响应时间的选择224.6自动门的硬件部分234.6.1驱动装置选型234.6.2感应器选型234.6.3自动门系统I/O地址的分配情况24第5章 自动门的软件系统255.1 控制系统流程设计255.2 MCGS组态控制设计275.2.1自动门组态控制对象分析275.2.2自动门监控系统初方案指定275.2.3自动门组态控制实时数据275.3 PLC梯形图的设计285.
9、3.1设计梯形图的基本方法和步骤285.3.2梯形图编辑注意事项295.3.3梯形图以及指令295.3.4过程分析31第6章 程序调试336.1 硬件线路连接336.2 联机调试34第7章 结论35致 谢36第1章 绪论1.1 选题背景自动门控制系统,在现当代社会是一个应用非常广泛的设备,自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口,其主要核心部分自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。自动门是指:可以将人接近门的动作(或将某种入门授权)识别为开门信号的控制单元,通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭,并对开启和关闭的过程实现控制的系统。例如:各种用可识别感应
10、器控制的自动专用门。这是实现生活自动化进程的一个重要组成部分。自动门的问题研究,其控制系统可追溯到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。而基于PLC(可编程控制器,以下统一用“PLC”表示)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。所以此设计中,我以西门子公司S7-200系列PLC为控制系统的核心元件,作信号的处理工作。而感应部分,采用BISS0001芯片与RE200B热释电元件的组合,实现人或物体进出时的信号转换装置。而实现门的开与关,则用直流电机作为动力装置,配以继电器控制来达到电机正反转动作,并加上行程开关作为限位,以实现该功能,因为以上器
11、件在生活中非常容易购买,且价格适宜,同时也便于维护,非常适合广泛生产应用。本课题所研究的自动门控制系统,主要通过PLC作为控制基础,加上对红外热释电传感器的应用,从而实现了门的“自动”功能,此设计拓展了PLC的应用层面,增加了实现自动门控制系统的选择性。1.2 课题来源及意义21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:有效的防范通行、疏散,同时还突出了建筑艺术的理念,强调门与建筑艺术的理念,强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。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,涌现出大批独具规模专业制造商。门的高级形式自动门起源在欧美,迅速发展至今,已经形成了种类齐全
12、、功能完善、造工精细的自动门家族。大中型公共场所,为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿态。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们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。自动门的普及和应用,改变了人们的防护意识,提升了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外,由于中国没有相关的自动门国家标准,导致自动门档次、质量良莠不齐。如果你没有使用过自动门,最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌(目前有很多自动门品牌是有一些
13、贸易公司购买散件加上自己拼装而成,应尽量避免购买此类产品)。不要认为样本上全是外国语,资料也是外国语的商品就是进口商品,其实这样是违反国家规定的。真正的知名品牌,合法的商品不会这样做。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所不可少的一项配置。自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达,当人走近自动门时,雷达感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后,再将门关闭。由于自动平移门在通电后
14、可以实现无人管理,既方便又提高了建筑的档次,于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。自动门的开门信号是触点信号,微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应,因而反应速度快,适用于行走速度正常的人员通过的场所,它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后,雷达便不再反应,自动门就会关闭,对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应,不管人员是否移动,只要在处于传感器的扫描范围内,它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢,适用于有行动迟缓的人员出入的场所。1.3 自动门的简介自动门 英文名:automatic door 自动门开始在建筑物上使
15、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,电气式已开始出现,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。利用脚踏板、光电束等作用以
16、电力、气压或液压为动力自动启闭门扇的系统。公元1世纪,希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置是最早利用气压和液压为动力的自动门。如图所示,祭坛点火使1的空气膨胀,水流入2,利用水的重量使轴3转动,将门打开。祭坛灭火,门即自动关闭。现代自动门的操作主要有三种方。脚踏板式:在踏板之下装有压力开关。光电束式:在门的附近设置光束发射装置和光电传感装置。按钮方式:用手按类似开关的按钮使门扇打开。自动门以滑动、铰链或折叠等方式启闭门扇。为了防盗,必须同时装有特殊的设备,例如家庭用的自动门就需要装设来人识别装置或电视监视器等,对家庭以外的人员进行严格限制。自动门在商场、宾馆、饭店、机场、车站、银行等场合已得到广
17、泛应用。1.4 自动门的组成及分类主控制器:它是自动门的指挥中心,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;同时人们通过主控制器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。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脉冲信号;动力马达:提供开门与关门的主动力,控制门扇加速与减速运行。门扇行运轨道:就像火车的铁轨,约束门扇的吊具走轮系统,使其按特定方向进行。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。同步皮带(有的厂家使用三角皮带):用于传输马达所产动力,牵引门扇吊具走轮系统。下部导向系统:是门扇
18、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。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。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达,当人走近自动门时,雷达通过发射微波感应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后,再将门关闭。另外还有红外感应形式,主要是通过红外线来感受指定范围内温度变化,当人走进时,微波感应其器发射信号控制门的变化。微波
19、感应器和红外感应器的区别主要是:微波感应器,又称微波雷达,对物体的移动进行反应,因而反应速度快,适用于行走速度正常的人员通过的场所,它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动,雷达便不再反应,自动门就会关闭,有可能出现夹人现象。 红外感应器,对物体的存在进行反应,不管人员是否移动,只要处于感应器的扫描范围内,它都会反应。 红外感应器的反应速度比微波感应器慢。第2章 PLC的介绍和选择2.1 PLC的简介由于PLC在不断发展,因此,对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会(NEMA)经过四年的调查工作,于1980年正式将可编程序控制器命名为PC(Programmable Contr
20、oller),但为了与个人计算机PC(Personal Computer)相区别,常将可编程控制器简称为PLC,并给PLC作了定义:可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口,以位运算为主,能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能,用于控制器或产生过程的自动化控制装置。1982年,国际电工委员会(International Electrical Committee,IEC)颁布了PLC标准草案第一稿,1985年提交了第二稿,并在1987年的3稿中对PLC作了如下的定义:“PLC是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序控制器的存储器,用来在其内部存储
21、执行逻辑运算、顺序运算、定时、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,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,都应按照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。”上述的定义表明,PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置,是以微处理器为基础,结合计算机技术、自动控制技术和通信技术,用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。2.2 PLC的基本组成与结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物,从广义上讲,PLC也是一种计算机系统,只不过它比一般计算机具有更强的与工业
22、过程相连接的输入/输出接口,具有更适用于控制要求的编程语言,具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此,PLC是一种工业控制用的专用计算机,它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同,也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC的硬件系统由主机系统(如图1)、输入/输出扩展环节及外部设备组成。图1 PLC硬件主机系统图2.3 PLC的工作原理可编程控制器是一种专用的工业控制计算机,其工作原理与计算机控制系统的工作原理基本相同。PLC是采用周期循环扫描的工作方式,CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描,并用周期性的地集中采样、集中输出的方式来完成。
23、一个扫描周期(工作周期)主要成分为以下几个阶段:1.输入采样扫描阶段这是第一个集中批处理过程,PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号,不论输入端子上是否接线,CPU顺序读取全部输入端,将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中,在当前的扫描周期内,用户程序用到的输入信号的状态是否变化。即使此时外部输入信号的状态发生了变化,也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取,对于这种采集输入信号的批处理,虽然严格上说每个信号被采集的时间有先有后,但由于PLC的扫描周期很短,这个差异对一般工程应用可忽略,所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的。2.执行用户程序扫描阶段是第二个集中批处理过程,在
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