PAGE s設(shè) 計 說 明 書《可編程控制器》課程設(shè)計全套設(shè)計加扣 設(shè) 計 題 目：自動門控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院學(xué)號：專業(yè)（方向）年級： 14級電氣工程及其自動化3班學(xué) 生 姓 名：福建農(nóng)林大學(xué)機電工程學(xué)院2017年 3月1日PAGE 26 PAGE \* PAGE \* 9目錄 TOC \o "1-3" \h \z \u \l "" 1、引言 \h 2 \l "" 1.1背景 \h 2 \l "" 1.2設(shè)計內(nèi)容及目的 \h 2 \l "" 2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計4 \l "" 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理4 \l "" 2.1.1系統(tǒng)硬件配置4 \l "" 2.1.2 PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成4 \l "" 2.1.3自動門原理4 \l "" 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表5 \l "" 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計 \h 5 \l "" 3、控制系統(tǒng)程序設(shè)計 \h 7 \l "" 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 \h 7 \l "" 3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計思路及設(shè)計程序 \h 8 \l "" 4、控制系統(tǒng)的上位機設(shè)計 \h 10 \l "" 4.1 人機界面選擇 \h 10 \l "" 4.2 人機界面設(shè)計 \h 10 \l "" 4.2.1通訊連接10 \l "" 4.2.2變量設(shè)置 \h 10 \l "" 4.2.3畫面組態(tài) \h 11 \l "" 5、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析12 \l "" 5.1 PLC程序調(diào)試及解決的問題 \h 12 \l "" 5.2 PLC與上位機聯(lián)調(diào) \h 13 \l "" 5.3 結(jié)果分析 \h 14 \l "" 結(jié)束語 \h 14 \l "" 參考文獻 \h 14 \l "" 附錄：程序梯形圖 \h 151 引言1.1背景隨著經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國家用汽車擁有量也在迅速增加，這使得城市道路交通可編程控制器，簡稱PLC。
隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動化越來越多的工廠設(shè)備采用PLC，可編程控制器是基于微型計算機技術(shù)的通用工業(yè)自動控制設(shè)備??在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制。l987 年國際電工技術(shù)委員會（ ，IEC）頒布的PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案對PLC 做了如下定義：“PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體。易于擴展其功能的原則而設(shè)計。自第一臺可編程控制器問世以來，可編程控制器的發(fā)展與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)及通信技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展是緊密相關(guān)的。這些技術(shù)的每次革新，都會給可編程控制器帶來功能和特性的新變化，使得可編程控制器技術(shù)的與飛速發(fā)展。目前，可編程控制器以實現(xiàn)從“單片機控制自動化——生產(chǎn)線控制自動化——全廠生產(chǎn)自動化”的三級解決方案，成為工業(yè)自動化的核心控制設(shè)備。
PLC 作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計算機，有其顯著的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強。（2）硬件配套齊全，功能完善，適用性強。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。（4）安裝方便，擴展靈活。（5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小、維護方便，容易改造。（6）體積小、重量輕，能耗低。目前的PLC已經(jīng)與十年前大不相同。十年后的PLC與如今的PLC也勢必不同，但有兩個方面是不變的。其一、PLC會提供穩(wěn)定的控制響應(yīng)。其二、高度的可靠性。可以預(yù)見的PLC發(fā)展趨勢將是：（1）向高速度、大容量方向發(fā)展。（2）向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。（3）PLC 大力開發(fā)智能模塊??加強聯(lián)網(wǎng)通信能力。（4）增強外部故障的檢測與處理能力。（5）編程語言多樣化。1.2設(shè)計內(nèi)容及目的本次的課程設(shè)計的主題就是：自動門控制設(shè)計。本次的課程設(shè)計的主題就是：自動門控制裝置PLC梯形圖控制程序的設(shè)計與調(diào)試。在經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走進自動門是感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。
當(dāng)人通過之后，再將門關(guān)上。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。 自動門在國外早已得到普遍的應(yīng)用，在我國也以優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。 自動門性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是PLC，它是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。目前他在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性、維修方便等優(yōu)點。由此看來，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。 本課題主要介紹運用PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)還是使用者來說都是最好的。
此系統(tǒng)的設(shè)計既滿足了自動門的基本要求，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本的下降，效益提高。因此是一個比較實用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1系統(tǒng)硬件配置（1）輸入：自動門啟動停止信號、光檢測傳感器所接收到的信號、限位開關(guān)動作信號、手動控制時的開關(guān)門信號。（2）輸出：電機正轉(zhuǎn)開門、電機反轉(zhuǎn)關(guān)門。（3）S7-是一種小型可編程邏輯控制器。高集成度的設(shè)計、低廉的成本使得S7-200成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。根據(jù)對自動門系統(tǒng)的作用分析，該控制系統(tǒng)應(yīng)有9個輸入點3個輸出點。I/O點總數(shù)為12個。使用西門子S7-（），這樣就能完全能夠滿足設(shè)計要求。2.1.2 PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖2-1 PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2.1.3自動門原理自動門的系統(tǒng)配置是指根據(jù)使用要求而配備的，與自動門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必須根據(jù)建筑物的使用特點。通過人員的組成，樓宇自控的系統(tǒng)要求等合理配備輔助控制裝置。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。
自動門常采用集中控制，包括集中監(jiān)視自動門運行狀態(tài)和集中操作多個自動門兩層含義，集中監(jiān)視自動門開門關(guān)門狀態(tài)可以通過位置信號輸出電路來實現(xiàn)，可以采用接觸式開關(guān)，當(dāng)門到達一定位置（如開啟位置）時，觸動開關(guān)（限位開關(guān)）而給出觸點信號。2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表根據(jù)不同控制要求，可以定義不同的變量名來代替外界發(fā)來的開關(guān)信號，并且合理的分配對應(yīng)的變量，從而針對性的進行開關(guān)信號的轉(zhuǎn)變，使程序的可讀性增強，使程序在擴展方面更加方便。在我的設(shè)計方案中，I/O分配如表2-1所示。表2-1 輸入輸出信號的定義及地址分配表地址編碼信號名稱地址編碼信號名稱I0.0啟動停止按鈕I0.1門外光檢測電開關(guān)I0.5手動開門開關(guān)I0.2門內(nèi)光檢測電開關(guān)I0.6手動關(guān)門開關(guān)I0.3開門限位開關(guān)I0.4關(guān)門限位開關(guān)表2-2 輸出信號的定義及地址分配表地址編碼信號名稱Q0.0電機正轉(zhuǎn)Q0.1電機反轉(zhuǎn)2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計接線圖，是根據(jù)電氣設(shè)備和電器元件的實際位置和安裝情況繪制的，只用來表示電氣設(shè)備和電器元件的位置、配線方式和接線方式，而不明顯表示電氣動作原理。主要用于安裝接線、線路的檢查維修和故障處理。 根據(jù)系統(tǒng)變量定義及分配表可以看出，要實現(xiàn)控制目的要利用PLC中的9個輸入繼電器和3個輸出繼電器，所以本系統(tǒng)可以選用PLC型號為西門子S7—200()，這種機型的I/O點數(shù)分別為14/10；而輸入部分的電壓可以采用DC24V的直流電，輸出部分的電壓則必須采用的交流電，并且熱繼電器的輔助常閉觸點要接在主線上，這樣才能達到保護的目的。
此自動門控制的接線圖可如圖2-3所示。圖2-3自動門控制系統(tǒng)接線圖3控制系統(tǒng)程序設(shè)計3.1 控制程序流程圖設(shè)計我設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)具體的程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 存車控制的程序流程圖3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計思路及設(shè)計程序設(shè)計思路：自動門控制程序中設(shè)計的各變量如圖3-3所示。圖3-2自動門程序設(shè)計符號表1.開始時全部復(fù)位。設(shè)置時間。設(shè)置總的開始停止開關(guān)。開門控制圖開門程序：按下I0.0，按下I0.1或I0.2,Q0.0接通，電機正轉(zhuǎn)開門；也可直接按下I0.5進行手動啟動開門。5、開門限位I0.3進行延時8S，當(dāng)有人進來時重新開始定時8S。關(guān)門控制圖 = 3 \* GB3 ③、延時8秒后進行關(guān)門也可以手動進行強制關(guān)門I0.6進行關(guān)門也就是電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)有人進來時關(guān)斷關(guān)門重新進行開門狀態(tài)。4控制系統(tǒng)的上位機設(shè)計4.1 人機界面選擇對于人機界面，我選擇富昌維控公司的觸摸屏來制作。4.2 人機界面設(shè)計4.2.1通訊連接在系統(tǒng)的設(shè)備欄里，點擊COM1，接著點擊出現(xiàn)的新建設(shè)備，西門子S7-200系列PPI可編程控制器課程設(shè)計，然后選擇串口號、設(shè)置地址指南等，如下圖（圖4-1）所示圖4-1 通訊連接相關(guān)圖4.2.2變量設(shè)置表4-1 上位機輸入、輸出變量I0.0/M1.0啟動停止按鈕I0.1/M0.1門外光檢測電開關(guān)I1.0/M0.5手動開門開關(guān)I0.2/M0.2門內(nèi)光檢測電開關(guān)I1.1/M0.6手動關(guān)門開關(guān)I0.3/M0.3開門限位開關(guān)Q0.0電機正轉(zhuǎn)I0.4/M0.4關(guān)門限位開關(guān)Q0.1電機反轉(zhuǎn)4.2.3畫面組態(tài)我的人機界面具體如下圖（圖4-2、圖4-3）圖4-2 開門程序界面圖按下門外光電檢測電開關(guān)后松開，模擬傳感器信號輸出，Q0.0接通，門打開。
圖4-3 關(guān)門界面圖系統(tǒng)Q0.1接通，電機反轉(zhuǎn)，開門限位開關(guān)復(fù)位（Q0.2線圈采用閃爍報警，關(guān)斷時為亮黃，否則為亮紅）。5調(diào)試及結(jié)果分析5.1 PLC程序調(diào)試及解決的問題（1）連接線路，接電源。（2）將在“”開發(fā)平臺編寫好的軟件通過“RS-232/PPI電纜”下載到“”。（3）運行程序，并調(diào)整相應(yīng)的錯誤，直到實驗成功為止。（4）利用S7-200仿真軟件自動門正轉(zhuǎn)開門、反轉(zhuǎn)關(guān)門、手動開門、緊急停車保護如下圖。一丶有人進入或出去時檢測：二丶遇到開門限位時：三丶延時八秒后進行關(guān)門：四丶關(guān)閉開門限位后依然進行關(guān)門狀態(tài)：五丶這時要是有人進來則立馬進入開門狀態(tài)：圖5-1 開門和關(guān)門的仿真圖5.2 PLC與上位機聯(lián)調(diào)上位機我是采用富昌維控公司的觸摸屏來制作，人機界面中根據(jù)下位機PLC的程序新建一些I/O變量，這些變量需要添加進PLC程序中，才能進行PLC與上位機的聯(lián)調(diào)。（添加后的程序見附錄）PLC與上位機的聯(lián)調(diào)：首先在實驗室將線路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打開程序，進行程序的通信，并下載程序，隨后運行程序，關(guān)閉V4.0 STEP7 軟件。
緊接著，打開富昌維控軟件，選擇自己的工程，點擊VIEW，運行自己創(chuàng)建的人機界面。聯(lián)調(diào)時，第一，點擊人機界面中的存取按鈕，選擇自動門開門或者關(guān)門過程，撥動相應(yīng)的啟動開關(guān)、限位開關(guān)，觀察是否符合設(shè)計要求；第二，直接撥動PLC工作臺上的存取開關(guān)，也是選擇自動門的某一工作過程，撥動相應(yīng)的限位開關(guān)，觀察是否符合設(shè)計要求。只有兩者都成功了，才能確保PLC與上位機聯(lián)調(diào)成功。5.3 結(jié)果分析經(jīng)過PLC與上位機的聯(lián)調(diào)可編程控制器課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)我做的人機界面并不能真正地做到遠程控制，聯(lián)調(diào)本文研究了基于plc的自動門控制系統(tǒng)，包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。通過對自動門控制裝置的實驗?zāi)M運行，可看出本裝置運行良好。但此裝置只是通過了模擬部分，離實際的系統(tǒng)實現(xiàn)還有一段距離。由于我水平有限，還不能將系統(tǒng)提升到一個新的高度。因此在今后的學(xué)習(xí)生活中，還要加強自我學(xué)習(xí)與研究，還需針對具體的自動門系統(tǒng)進行系統(tǒng)的分析以及調(diào)整。結(jié)束語通過對自動門系統(tǒng)的軟件設(shè)計，掌握可編程控制器程序的應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、監(jiān)控、運行方法。在學(xué)習(xí)與設(shè)計的過程中，了解所設(shè)計工程的工藝流程，從而完成了對自動門系統(tǒng)的軟件設(shè)計。同時，對于自動門硬件也有了一定的了解和熟悉。這次設(shè)計擴展了我的知識面，提高了我的實踐能力，加深了我對PLC課程的理解。
通過這次實驗，讓我的專業(yè)技能分析和解決問題得到提高，同時對于之前理論課上的疑問也得到了一定程度的解決。本次課程設(shè)計讓我對PLC的學(xué)習(xí)也更加深入，同時激發(fā)了我對PLC的興趣，加深了我對PLC的理解以及專業(yè)技能的試用。此外，在設(shè)計過程中，我遇到了一些不懂的問題，及時與老師同學(xué)進行討論，在探討中獲得進步，基本上解決了不懂的地方。這讓我感受到合作互助的重要性。以后要注重這方面能力的培養(yǎng)，積極交流，互幫互助?？偠灾@次課設(shè)對于我今后的學(xué)習(xí)工作將大有裨益，我會繼續(xù)努力的，不斷求索。參考文獻[1]高強.PLC應(yīng)用技術(shù)—北京：北京郵電大學(xué)出版社.1991[2]李鳳閣，佟為明等編著.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京??機械工業(yè)出版社.2007[3]黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù).機械工業(yè)出版社.2011,8附錄：程序梯形圖