1、 課 程 設 計 說 明 書設計題目： 車庫自動門的PLC自動控制 專 業(yè)： 機械制造與自動化 班級學號： 姓 名： 曾清 指導教師： 王麗君 2011 年 12 月 1 日教務處印制 西安航空職業(yè)技術學院課 程 設 計 任 務 書課題名稱： 機械設備控制技術 設計內容： PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 庫門設計為卷簾式，用一個電機來施動卷簾。正轉接觸器KM1使電機開門，反轉接觸器KM2使電機關門。在庫門的上方裝設一個超聲波探測開關S01，超聲波開關發(fā)射超聲波。 1）按下啟動按鈕，當有人或車由外到內進入超聲波發(fā)射范圍時，超聲波開關便檢測出超聲回波，從而產生輸出電信號（S01=

2、ON），由該信號啟動接觸器KM1，電機M正轉使卷簾上升開門，當?shù)竭_開門限位開關位置時，電機停止運行。 2)如果此時車不想停人車庫時，需要離開，車離開超聲波發(fā)射范圍，3秒后，車庫門自動關閉。如果此時車又想開進車庫，再次進入超聲波發(fā)射范圍，車庫門停止關閉，進行開門動作。 3）當車開到車庫門下時，在車庫門的下方裝設一套光電開關S02，用以檢測是否有物體穿過庫門。光電開關有兩個部件組成，一個是能連續(xù)發(fā)光的光源；另一個是能接收光束，并能將之轉換成電脈沖的接收器。若行車（人）遮斷了光束，光電開關S02便檢測到這一物體，產生電脈沖，在延時定時器3秒后，由該信號啟動接觸器KM2，使電機M反轉，從而使卷簾開始下

3、降關門，當門移動到關門限位開關時，電機停止運行。4）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外進入超聲波發(fā)射范圍時，則立即停止關門，并自動進入開門程序。5）考慮到自動門在出現(xiàn)故障或在維修的時候，用自動控制從在一定問題增加手動開門和關門開關。 技術條件或要求： 1）根據工作過程分析控制要求。如需要完成的動作（動作順序、動作條件及必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期及單步等）； 2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。據此確定PLC的I/O點數(shù)； 3）選擇PLC，分配PLC的I/O點，設計I/O電氣連接圖（這一步也可結合第2步進行）； 4）進行PLC程序設計。 指導教師（簽

4、名）： 教研室主任（簽名）： 開題日期： 2011 年 11 月 28 日 完成日期： 2011 年 12 月 2 日西安航空職業(yè)技術學院課程設計（論文）成績評定表論文評語：答辯情況：成績：簽名： 年 月 日目 錄 摘要 1 1、 PLC控制系統(tǒng)設計 2 1.1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則2 1.2PLC I/O模塊的選擇步驟與原則3 2、 自動門PLC控制 6 2.1任務介紹6 2.2控制要求7 2.3 控制程序的編制，并畫出硬件接線圖 8 2.4 I/O口及定時器/計數(shù)器說明11 2.5 梯形圖122.6 指令表 14 3、 操作說明 16課程設計總結17 參考文獻 19 摘 要 自動門

5、從理論上講應該是門的概念的延伸，是門的功能根據人的需要所進行的發(fā)展和完善。自動門是指：可以將人或（車）接近門的動作（或將某種入門授權）識別為開門信號的控制單元，通過驅動系統(tǒng)將門開啟,在人或（車）離開后再將門自動關閉，并對開啟和關閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。隨著經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，自動門的應用也越來越廣泛。它現(xiàn)在為許多賓館、超市、百貨大樓等現(xiàn)代建筑所必備，不僅可以美化出入口環(huán)境，而且具有節(jié)能、防塵、隔音等功能，同時也是建筑物智能化的重要指標。本文所設計的自動門是基于OMRON PLC，應用PLC自動控制技術實現(xiàn)了自動控制車庫門的打開和關閉。其電路結構簡單，單元電路分別通過原理圖設計、由梯

6、形圖語言設計完成，利用試驗室所提供的條件來模擬和驗證程序，并利用模擬小車和車庫實現(xiàn)系統(tǒng)功能，非常適用于日常生活控制場合。 1、 PLC控制系統(tǒng)設計 1.1PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程

7、技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。2. 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3. 力求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不

8、斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4. 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。1.2PLC I/O模塊的選擇步驟與原則 一般IO模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的IO模塊有開關量IO模塊、模擬量IO模塊及各種特殊功能模塊等。不同的IO模塊，其電路及功能也不同，直接

9、影響PLC的應用范圍和價格，應當根據實際需要加以選擇。1.2.1 開關量IO模塊的選擇 1、 開關量輸入模塊的選擇開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為PLC內部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：1）輸入信號的類型及電壓等級開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5、12、24、48、6

10、0等；交流110、220等。選擇時主要根據現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠不得超過米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。2）輸入接線方式開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。 匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。3）注意同時接通的輸入點數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)

11、一般不要超過輸入點數(shù)的60。4）輸入門檻電平為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。2、 開關量輸出模塊的選擇開關量輸出模塊是將PLC內部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)PLC內外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：1）輸出方式開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率

12、不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。2）輸出接線方式開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據PLC輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。3）驅動能力開關量輸出模塊的輸出電流(驅動能力)必須大于PLC

13、外接輸出設備的額定電流。用戶應根據實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。4）注意同時接通的輸出點數(shù)量 選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60。5)輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的

14、最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。1.2.2模擬量IO模塊的選擇 模擬量IO模塊的主要功能是數(shù)據轉換，并與PLC內部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（AD）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產生的連續(xù)的模擬量信號轉換成PLC內部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(DA)模塊是將PLC內部的數(shù)字量轉換為模擬量信號輸出。 典型模擬量IO模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。 一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）。1.2

15、.3、特殊功能模塊的選擇目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的IO模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型IO模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。 2、 自動門PLC控制2.1 任務介紹 2.1.1課題名稱：自動門的PLC控制2.1.2工藝要求及動作流程經分析實驗任務，可知完成任務的實質就是在適當?shù)臅r候控制電機的正轉和反轉。要實現(xiàn)自動控制首先要具備以下功能部件：實物圖：接線圖：說明：按鍵盤的方向鍵可控制小車前進和后退。超聲波開關：紅色區(qū)域為超聲波的感應范圍，當小車進入到這個范圍，超聲波開關被觸發(fā)，常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，

16、下面為常開觸點。光電開關：當有物體穿過開關，并遮住了光束，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。門下限開關：當門下降，碰到它時，門下限開關會有動作，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。由于現(xiàn)在門是關閉的，因此它的初始狀態(tài)是上面為常開觸點，下面為常閉觸點。門上限開關：當門上升時，碰到它時，門上限開關會有動作，那么開關的狀態(tài)常閉變常開，常開變常閉。它的初始狀態(tài)是上面為常閉觸點，下面為常開觸點。門位電動機：采用直流驅動，按正負方向接入電源，電動機正轉（門上升），反之，電動機反轉（門下降）。2.2 控制要求PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。庫

17、門設計為卷簾式，用一個電機來拖動卷簾。正轉接觸器KM1使電機開門，反轉接觸器KM2使電機關門。在庫門的上方裝設一個超聲波探測開關S01，超聲波開關發(fā)射超聲波。1）按下啟動按扭，當有人或車由外到內進入超聲波發(fā)射范圍時，超聲波開關便檢測出超聲回波，從而產生輸出電信號（S01=ON），由該信號啟動接觸器KM1，電機M正轉使卷簾上升開門，當?shù)竭_開門限位開關位置時，電機停止運行。2）如果此時車不想停入車庫，需要離開，車離開超聲波發(fā)射范圍，3秒后，車庫門自動關閉。如果此時車又想開進車庫，再次進入超聲波發(fā)射范圍，車庫門停止關閉，進行開門動作。3）當車開到車庫門下時，在庫門的下方裝設一套光電開關S02，用以檢

18、測是否有物體穿過庫門。光電開關由兩個部件組成，一個是能連續(xù)發(fā)光的光源；另一個是能接收光束，并能將之轉換成電脈沖的接收器。若行車（人）遮斷了光束，光電開關S02便檢測到這一物體，產生電脈沖，在延時定時器3秒后，由該信號啟動接觸器KM2，使電機M反轉，從而使卷簾開始下降關門，當門移動到關門限位開關時，電機停止運行。4）在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外進入超聲波發(fā)射范圍時，則立即停止關門，并自動進入開門程序。5）考慮到自動門在出現(xiàn)故障或在維修的時候，用自動控制從在一定問題，增加手動開門和關門開關。 2.3 控制程序的編制，并畫出硬件接線圖 2.3.1主接線路如下圖所示：2.3.2 PLC硬件

19、連接線路如下圖所示：2.3.3設計功能順序如下圖 所示：2.4、I/O口及定時器/計數(shù)器說明I/O口分配表：類別元件端子號作用輸入S010000超聲波開關S020001開門上限開關S030002開門下限開關S040003光感應器開關S050004啟動/停止開關S060005手動開門開關S070006手動關門開關輸出KM10500電機正轉接觸器KM20501電機反轉接觸器定時器說明：類別器件號設定值作用定時器TIM013S車觸關電開關后，3秒后關自動門2.5梯形圖2.6 指令表網絡1.地址 指令 數(shù)據 0000 LD 0000 0001 OR 0500 0002 AND 0004 0003 OR

20、 0005 0004 AND NOT 0001 0005 AND NOT 0003 0006 AND NOT 0501 0007 OUT 0500 0008 LD NOT 0000 0009 OR 0501 0010 AND 0004 0011 AND NOT 0002 0012 OUT 0501 0013 LD 0003 0014 OR 1000MR 0015 AND 0004 0016 AND NOT 0000 0017 OUT 1000MR 0018 LD 1000MR 0019 AND 0004 0020 AND NOT TIM01 0021 TIM 01 #0030 0022 LD TIM01 0023 AND 0004 0024 OR 0006 0025 AND NOT OOO2 0026 AND NOT 0500 0027 OUT 0501 3、 操作說明1、車開進車庫：1）、運行項目，按下啟動按鈕SB5；按鍵盤的向上方向鍵，控制小車前進；當小車進入超聲波區(qū)域時