课程设计-自动门控制装置设计

目录

一、设计目的 (1)

二、设计要求和设计指标 (1)

2.1自动门结构 (1)

2.2自动门的控制要求 (1)

三、设计内容 (2)

3.1自动门的应用 (2)

3.2自动门装置结构 (2)

3.2.1自动门部件的介绍 (2)

3.2.2 PLC的功能 (3)

3.2.3 PLC的基本结构 (3)

3.2.4选择PLC的主要因素 (4)

3.3主电路接线图 (5)

3.4PLC控制系统的Ｉ／Ｏ地址分配表 (5)

3.5PLC控制系统所需机型的选择及Ｉ／Ｏ接线图 (6)

3.5.1 PLC的选择及其介绍 (6)

3.5.2 I/O接线图 (6)

3.6自动门程序流程图 (7)

3.7自动门顺序功能图 (7)

3.8自动门梯形图 (8)

3.9 KINGVIEW仿真软件组态软件 (8)

3.9.1自动门仿真图 (8)

3.9.2图形模板的使用步骤 (9)

四、本设计改进建议 (9)

五、总结 (9)

六、主要参考文献 (10)

一、设计目的

通过本课程设计，希望能让同学们初步了解到一个课题设计的诞生，到这个课题的完成，其中要经历些什么，也为不久后的毕业设计做好准备，打好基础，希望能让同学们通过自己在大学四年学到的知识来解决设计当中所遇到的问题，能充分利用好自己手里所拥有的条件。培养正确的设计思想，并通过运用设计标准、规范、图册、和查阅有关技术资料去进行理论计算、结构思考、写相关说明性材料，培养我们电路设计的基本技能和工程设计工作者的基本素质锻炼自己独立动手的能力，开阔了自己的见识。通过本课题设计对PLC课程有了更深刻的了解，也更加熟悉了Portal、组态王PLC、S7-200等软件。

二、设计要求和设计指标

2.1自动门结构

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。

2.2自动门的控制要求

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。

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，以保证人员安全通过。

三、设计内容

3.1自动门的应用

近年来，自动门已应用于银行、酒店、大型商场等场合。在国外，自动门的发展已相对成熟，国内在自动门的自主研发上还处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定、安全是首先需要考虑的因素，因此系统的安全性和稳定性是至关重要的。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。因此，可编程控制器（PLC）在自动门具体应用。

3.2自动门装置结构

左右两块玻璃门、电动机传动链、限位开关、三相异步电动机、信号发送与接收装置（门内外个一个）。

［图3-1自动门结构示意图

3.2-1自动门部件的介绍

（1）主控制器：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，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

（2）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；

（3）动力马达：提供开门与关门的动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。

（4）自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。

（5）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。

（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

（7）下部导向系统：是自动感应门门扇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。其工作流程如下：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。

3.2-2 PLC的功能

1）数据采集与输出。

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、比较、对字节的运算、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，通过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，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

6）支持人机界面功能: 提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。

7）编程、调试等，并且大部分支持在线编程。

3.2-3 PLC的基本结构

CPU模块：CPU模块主要由微处理器CPU芯片和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地收集输入信号、执行用户程序、刷新系统的输出。存储器用来储存程序和数据。

I/O模块：输入模块和输出模块简称I/O模块，它们是系统的眼耳、手脚。是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输出模块用来接受和采集输入信号。开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等的开关量信号；模拟量输入模块用来接受一些如电位器电压信号、测速发电机和各种连续变从器提供的连续变化的模拟量电流电压信号；开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装备。

编程器：变频器用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。

电源：PLC一般使用AC 220V和DC 24V电源，内部的开关电源为各模块提供不同等的直流电源。本系统PLC使用AC220V电源。

可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。

图3-2 PLC硬件结构图

3.2-4选择PLC的主要因素

1)可靠性高：PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10~20万h，且均有完善的自诊断功能。

2)功能强大。

3)结构形式多样，模块化组合灵活：有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的Controlling系统的容量达128000点。

4)编程方便：控制具有极大灵活性。

5)适应工业环境：适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。

6)安装、维修简单。

7)与DCS相比，价格低。

8)当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。

3.3主电路接线图

图3-3主电路接线图

3.4 PLC控制系统的Ｉ／Ｏ地址分配表

3.5PLC控制系统所需机型的选择及Ｉ／Ｏ接线图

3.5-1 PLC的选择及其介绍

对于本次自动门的设计所选PLC为西门子S7-200 CPU224，其要性能如下表

表3-2 西门子S7-200 CPU224性能表

3.5-2 I/O接线图

图3-4 I/O接线图

3.6自动门程序流程图

图3-5 程序流程图3.7自动门顺序功能图

图3-6 自动门顺序功能图

3.8自动门梯形图

图3-7 自动门梯形图3.9 king view仿真软件组态软件

3.9-1自动门仿真图

图3-8 自动门仿真图

3.9-2 图形模板的使用步骤

1）创建图形模板对象，并绘制图形，将图形模板对象和图形打成单元。

2）为图形设定动画连接，关联到数据的点参数。

3）定义现场情况设定模板替换变量。

4）使用图形模板的点名替换函数，将模板替换变量替换成不同的数据库点。

以上几个步骤不是固定的，第二步和第三步可以调换，具体操作可以依据您的习惯进行。

四、本设计改进建议

由于在某些特别的环境下，自动门的设计要求需要进去人员持卡才能自如进出，比如一些小区、私人楼宇，有保安要求的地方，这些地方不可随便出入，必须持有特定的磁卡可以识别放行。这就保证了有选择性放行，适合于一些特定条件的区域。还可以在自动门接口的地方加入磁力锁，锁门的方式是一个靠锁头（舌）卡住，一个靠产生磁力吸住门体。磁力锁的优点是门紧闭，没有活动的间隙，防止小孩推拉门体造成的故障，缺点是超过承载力门可被拉开。

五、总结

本课题设计主要介绍自动门的组成结构，可编程控制器的应用，基于PLC控制系统的硬件和软件的设计。通过对课题的探讨，主要深入了解PLC在自动系统中的应用，在各个领域都能发挥出PLC的作用，这证明PLC的影响已经渗透了社会各个领域之中，随着社会科技日新月异的向前发展，自动化的已经是一种科技发展趋势，成为人们生活中必不可少的一部分。通过参与这次课程设计，根据课程设计的要求进行PLC编程，让我发现这是一件非常有趣的事，当自己和组内队员讨论写出可行的程序，才发现原来这些并不是原来想象的那么困难，通过自己的努力可以把知识一点一点积累起来，等到这么有需要用到的一天就可以发挥所长，那种成就感也是那么令人兴奋。通过收集关于课题的资料，了解自动控制系统的工作原理、控制要求以及对程序的编写, 用自己所学到的知识把这些原理弄清楚，运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，我们通过亲自动手，学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，将课本上的知识与实际生活中的应用结合起来，运用平时积累的课程设计经验，只

有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，我认识到书本上的知识是多么的薄弱，基础不扎实，遇到些小问题，就要去查课本，导致实际动手去完成一个任务的时候耽误了很多无谓的时间和精力浪费，以后我会更加注重课本上的知识学习，然后和实际操作互相联系起来。

六、主要参考文献

[1]金广业、李景学. 可编程控制器原理与应用[M]. 上海: 电子工业出版社，1991年2

月第一版

[2]程周. 电气控制与PLC原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社，2003

[3]王兆义. 可编程控制器教程[M]. 北京：机械工业出版社,1993

[4]林明星. 电气控制及可编程控制器[M]. 北京：机械工业出版社，2004

[5]范永胜、王岷. 电气控制与PLC应用[M]. 北京：中国电力出版社，2007

[6]张万忠、刘明芹. 电器与PLC控制技术[M]. 北京：化学工业出版社，2003

[7]廖常初. PLC编程与应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2007