專業(yè).專注 7 -. 學(xué)習(xí)參考 .專業(yè).專注. 學(xué)習(xí)參考 .揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)課 程：電氣控制及可編程控制器課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：建筑電氣與智能化班 級：建電1102班學(xué) 號：姓 名：葛嘉新指導(dǎo)老師：李新兵、蔣步軍完成日期：2014年6月27日. 學(xué)習(xí)參考 .目錄TOC \o "1-3" \h \u 30487 1 任務(wù)書 - 2 - 24052 1.1 設(shè)計(jì)課題 - 2 - 6316 1.2 設(shè)計(jì)目的及要求 - 2 - 20489 1.3 原始資料 - 2 - 4886 1.4 課題要求 - 2 - 28531 1.5 日程安排 - 3 - 1789 1.6 主要參考書 - 3 - 8945 2 課題分析與方案選擇 - 4 - 11790 2.1 設(shè)計(jì)方案的初步分析 - 4 - 7098 2.2 選擇實(shí)現(xiàn)方案 - 4 - 25057 3 具體設(shè)計(jì) - 5 - 27991 3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 5 - 20195 3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 6 - 1385 4 模擬運(yùn)行結(jié)果以及存在的問題 - 8 - 23436 4.1 在實(shí)驗(yàn)臺上模擬運(yùn)行 - 8 - 2675 4.1.1 接線 - 8 - 20089 4.1.2 運(yùn)行結(jié)果 - 8 - 8739 4.2 存在的問題或需要改進(jìn)的方向 - 8 - 21023 5 總結(jié)與體會 - 9 - 25262 6 參考文獻(xiàn) - 10 -1 任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)課題本次課程設(shè)計(jì)課題是“自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。
1.2 設(shè)計(jì)目的及要求1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)程序。2、掌握電氣設(shè)計(jì)制圖的基本規(guī)范，熟練掌握PLC程序設(shè)計(jì)的方法和步驟。3、學(xué)會收集、分析、運(yùn)用電氣設(shè)計(jì)有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、工程設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。1.3 原始資料概況及控制要求：1、在商店、銀行等入口，經(jīng)常使用感應(yīng)自動門，有人出入時(shí)能夠自動打開和關(guān)閉大門。2、有人接近時(shí)，門應(yīng)自動打開。3、門打開后，應(yīng)保持開狀態(tài)，直到門的通道上已無任何人為止。4、如果門的通道上已無任何人，門必須在很短時(shí)間內(nèi)自動關(guān)閉。5、設(shè)置功能選擇控制開關(guān)：①常開、常關(guān)、自動三種狀態(tài)；②只能進(jìn)、只能出。6、門故障時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號。7、應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。1.4 課題要求1、設(shè)計(jì)原則：國家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范及主管部門規(guī)定等。2、設(shè)計(jì)范圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)。3、設(shè)計(jì)成果：課程設(shè)計(jì)報(bào)告（設(shè)計(jì)說明書及計(jì)算書等），主電路圖、控制電路圖、流程圖、I/O端子接線圖、梯形圖及程序。（所有成果均應(yīng)為打印稿）1.5 日程安排本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間共1周，進(jìn)度安排如下：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，熟悉課題設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容。
（1天）分析控制要求、主電路及控制電路方案設(shè)計(jì)。（1天）繪制控制流程圖、I/O端子接線圖。（1天）梯形圖設(shè)計(jì)、編制程序及程序說明。（1天）整理計(jì)算書及圖紙、寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（1天）1.6 主要參考書1、《電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》 鄧則名等；2、《可編程控制器教程》 王兆義主編；3、《工廠常用電氣設(shè)備手冊》（第2版）上、下冊 中國電力出版社；4、《可編程控制器教程原理、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)》 徐世許主編。2 課題分析與方案選擇2.1 設(shè)計(jì)方案的初步分析本次課程設(shè)計(jì)是要設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)自動門的開關(guān)門的自動控制系統(tǒng)。當(dāng)門內(nèi)或門外有人時(shí)可編程控制器課程設(shè)計(jì)，系統(tǒng)要根據(jù)當(dāng)前門的控制狀態(tài)（常開、常關(guān)、自動、進(jìn)出門單向控制等）做出相應(yīng)合理的動作。同時(shí)，當(dāng)門有故障時(shí)，系統(tǒng)自動發(fā)出故障報(bào)警。在模擬試驗(yàn)中，輸入量方面可編程控制器課程設(shè)計(jì)，用兩個(gè)常開按鈕代替紅外傳感器實(shí)現(xiàn)門內(nèi)外是否有人的監(jiān)測，用一個(gè)狀態(tài)開關(guān)代表常開與自動兩個(gè)狀態(tài)，用另外兩個(gè)狀態(tài)開關(guān)分別代表是否能進(jìn)/出（若進(jìn)/出均不許可，則代表常關(guān)；在不是常開前提下，若進(jìn)/出均許可，則代表自動），最后，用一個(gè)狀態(tài)開關(guān)模擬故障信號；輸出量中，用兩個(gè)輸出通道驅(qū)動控制開關(guān)門電機(jī)正反轉(zhuǎn)的兩個(gè)接觸器的線圈，用另一個(gè)輸出通道驅(qū)動故障報(bào)警信號。
以下情況下要開門：①常開狀態(tài)；②門內(nèi)有人且允許出門；③門外有人且允許進(jìn)入。以下情況下要關(guān)門：①不許進(jìn)入也不許出門；②不在應(yīng)開門的時(shí)候。從開門到關(guān)門要做一個(gè)可刷新的斷電定時(shí)，以確保開門后人能完全通過。2.2 選擇實(shí)現(xiàn)方案目前已學(xué)的可行控制方案有傳統(tǒng)繼電接觸式控制、單片機(jī)或微處理器控制、PLC可編程控制器控制三種，這三種方法各有優(yōu)劣，下面進(jìn)行比較。傳統(tǒng)繼電控制原理簡單明了，適用于簡單控制系統(tǒng)場合的運(yùn)用。但在本例中，繼電控制很難完成與紅外傳感器、故障傳感器的配合。同時(shí)，斷電延時(shí)的時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)精度不高，而且無法做到“不斷刷新”。另外，在元件較多情況下，傳統(tǒng)繼電控制接線復(fù)雜，易出錯(cuò)，控制可靠性就顯得沒那么高了。而且，繼電控制無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信，對智能建筑綜合控制系統(tǒng)的建立沒有幫助。所以不應(yīng)選擇這個(gè)做法。單片機(jī)或微處理器在目前造價(jià)低廉，與傳感器的配合、與計(jì)算機(jī)通信也較容易做到，但要配合各類周邊芯片（RAM、ROM等）才能正常工作，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜。而且工作時(shí)控制精度受外接晶振影響較大，容易受到各類電磁干擾，可靠性不高。同時(shí)，在輸入電平兼容、輸出驅(qū)動方面的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，編程也較為復(fù)雜。所以不應(yīng)采用這個(gè)做法。
PLC可編程控制器雖然造價(jià)較高，但容易與各類傳感器配合、與計(jì)算機(jī)通信。它編程簡單、可靠穩(wěn)定，各類裝置集成于一體。在控制的實(shí)現(xiàn)上直觀清楚，在程序調(diào)試時(shí)容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和紕漏所在，方便更改。所以本次課程設(shè)計(jì)采用這種方法實(shí)現(xiàn)。3 具體設(shè)計(jì)3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動門的開關(guān)門由一臺小型籠式三相異步電動機(jī)實(shí)現(xiàn)，其主電路采用電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路，如圖所示。圖3-1 主電路控制回路由PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)，其I/O接口圖如下。圖3-2 控制電路（PLC的I/O端口圖）注：此圖為實(shí)際情況下的I/O端口圖，在進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，故障傳感器用一個(gè)狀態(tài)開關(guān)模擬，兩個(gè)紅外傳感器用兩個(gè)按鈕代替；輸出側(cè)均用小LED等代替，采用直流電源，不安裝限位開關(guān)。3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在控制系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)動作的邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上的，系統(tǒng)的邏輯關(guān)系如下。1、以下情況下要開門：①處于常開狀態(tài)；②門內(nèi)有人，且允許出門；③門外有人，且允許進(jìn)入。2、以下情況下要關(guān)門：①不許進(jìn)入也不許出門；②不在應(yīng)開門的時(shí)候。3、從開門到關(guān)門要做一個(gè)可刷新的斷電定時(shí)，以確保開門后人能完全通過。4、采集到故障信號及時(shí)報(bào)警。PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)的流程如下：圖3-3 程序流程圖所編寫程序的梯形圖如下。
圖3-4 程序梯形圖相應(yīng)的指令助記符語句如下。圖3-5 指令語句4 模擬運(yùn)行結(jié)果以及存在的問題4.1 在實(shí)驗(yàn)臺上模擬運(yùn)行4.1.1 接線狀態(tài)開關(guān)SA0代表能進(jìn)/不能進(jìn)信號接輸入通道00.00；狀態(tài)開關(guān)SA1代表能出/不能出信號接輸入通道00.01；狀態(tài)開關(guān)SA2代表常開/自動信號接輸入通道00.02；狀態(tài)開關(guān)SA3代表故障信號接輸入通道00.03；按鈕SB0代表內(nèi)部有人信號接輸入通道00.04；按鈕SB1代表外部有人信號接輸入通道00.05。輸出通道10.00接燈L1代表開門線圈，輸出通道10.01接燈L2代表關(guān)門線圈，輸出通道10.02接燈L3代表故障指示。4.1.2 運(yùn)行結(jié)果1、SA2接通時(shí)（常開），L1亮（開門），此時(shí)撥動其他開關(guān)，輸出無變化。2、斷開SA2（自動），L1滅，過2s后L2亮（關(guān)門）。3、在這個(gè)狀態(tài)下，接通SA0、SA1（能進(jìn)能出），只要SB0或SB1按下，L1就亮；距最后一次按下SB0或SB1松開2s后，L2亮。4、若SA0、SA1只接通一個(gè)，只有按下相應(yīng)的按鈕后才有上述反應(yīng)。5、若SA0、SA1都不接通，相當(dāng)于常關(guān)，不響應(yīng)內(nèi)、外有人的需求。6、SA3接通后，L3亮（故障報(bào)警）。
4.2 存在的問題或需要改進(jìn)的方向1、由于條件限制，僅僅在實(shí)驗(yàn)臺上做了模擬實(shí)驗(yàn)，并沒有做成完整的系統(tǒng)，如沒有真正地使用紅外傳感器進(jìn)行監(jiān)測而是用按鈕代替等。2、開關(guān)門的限位開關(guān)信號并沒有輸入PLC，而是在外圍接線設(shè)計(jì)時(shí)簡單地接入，這雖然不影響自動門正常控制與使用，但若放入整個(gè)智能建筑控制系統(tǒng)考慮，這個(gè)信號應(yīng)該是要采集的。3、按鈕、狀態(tài)開關(guān)使用過多，操作略顯繁瑣，有待優(yōu)化。4、若電機(jī)容量擴(kuò)大，需要加入星三角啟動的部分。5 總結(jié)與體會我們經(jīng)歷了一個(gè)學(xué)期的電氣控制及可編程控制器的學(xué)習(xí)，但是只有平時(shí)的抽象的理論教學(xué)和部分的設(shè)計(jì)作業(yè)，除此之外并沒有多少實(shí)踐的機(jī)會。課程設(shè)計(jì)與理論課程和實(shí)驗(yàn)有著很大的區(qū)別，它是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的課程環(huán)節(jié)，也是我們所必須經(jīng)歷的一個(gè)學(xué)習(xí)階段。在課程設(shè)計(jì)中，我們在學(xué)會理論知識的同時(shí)，還會加深自己對這門課程的理解。在這門課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們能結(jié)合到一些其他課程，能鞏固一些軟件的運(yùn)用。通過互相結(jié)合，相互滲透，來得到我們所需的數(shù)據(jù)、結(jié)論以及使我們掌握更多的知識。這次電氣控制及可編程控制器課程設(shè)計(jì)的過程中，我參考了很多資料，發(fā)現(xiàn)自己現(xiàn)在學(xué)到的只是很小的一部分，在設(shè)計(jì)上有一定的難度。就我設(shè)計(jì)的題目而言，平時(shí)在書上介紹的只是一些原理，并參數(shù)取值等介紹，具體要怎么設(shè)計(jì)一個(gè)完整的架構(gòu)就需要我們對現(xiàn)有和過去學(xué)的知識有一個(gè)大概的了解。
通過課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)的學(xué)習(xí)工作，使我接觸了很多新的知識，比如相關(guān)軟件的拓展，也讓我對這門課有了更深的了解，培養(yǎng)了我們求真務(wù)實(shí)的態(tài)度。本次課程設(shè)計(jì)也是一次邏輯培養(yǎng)的過程。每個(gè)程序不可能一下手就編好，總是先編一個(gè)大致框架，再不斷地完善它內(nèi)容的邏輯關(guān)系，不斷修改里面的邏輯錯(cuò)誤，最終得到預(yù)期的結(jié)果。最重要的，這門課教會了我“做什么”要比“怎么做”難得多。做任何事都要有一個(gè)目標(biāo)，從一開始就要有一個(gè)明確的方向，這樣才有意義。6 參考文獻(xiàn)[1] 馬小軍主編．建筑電氣控制技術(shù)．2013年6月第二版．北京．機(jī)械工業(yè)出版社[2] 李新兵，王永華，束長寶，蔣步軍．電氣控制及可編程控制器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書．揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院