自动门控制装置西门子PLC课程设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.41M 资料格式：doc 举报版权申诉

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Xxx 大学西门子 PLC 课程设计专班姓学业： xxx 级： xxx 名：号： xxx xx 设计题目：自动门控制装置设计报告格式 20 分设计内容 60 分封面 3 页面布局 5 目录格式 3 图表质量 4 间距、行距、字体 6 工艺过程分析 8 系统控制要求 8 I/O 分配 5 设备选型 5 电气原理图主电路 8 控制电路 8 外围接线图 8 系统程序设计 10 10 分动手实践能力 10 10 分总印象评分 10 总计得分 2008 年 12 月

Xxx 大学课程设计目录第 1 章分析评估及控制任务……………………………………………………… 2 1.1 课题的分析评估……………………………………………………………………2 1.2 课题的控制任务……………………………………………………………………2 1.2.1 课题内容 …………………………………………………………………… 2 1.2.2 控制要求 …………………………………………………………………… 2 第 2 章 p l c 的发展史 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4 2.1 plc 的起源……………………………………………………………………4 2.2 plc 的功能……………………………………………………………………4 2.3 plc 的主要特点…………………………………………………………………4 2.4 plc 的联网与通信………………………………………………………………5 第 3 章 plc 的选型 …………………………………………………………………………6 3.1 plc 容量的选择 ………………………………………………………………… 6 3.2 plc 及外设型号的选择………………………………………………………………6 第 4 章功能器件的基本工作原理………………………………………………………8 4.1 自动感应门机的基本工作原理 ……………………………………………………8 4.2 自动门的分类………………………………………………………………………8 4.3 限位开关的工作原理………………………………………………………………9 4.4 光电开关介绍………………………………………………………………………10 第 5 章 I/O 地址分配………………………………………………………………………11 第 6 章电气原理图…………………………………………………………………………12 6.1 方案说明…………………………………………………………………………12 6.2 程序流程图………………………………………………………………………13 6.3 继电器接触控制图………………………………………………………………14 6.4 plc 控制输出输入接线……………………………………………………………14 第 7 章系统程序设计………………………………………………………………………15 7.1 梯形图……………………………………………………………………………15 7.2 过程分析…………………………………………………………………………17 第 8 章总结…………………………………………………………………………………18 参考文献………………………………………………………………………………………19 - 1 -

Xxx：自动门控制装置第 1 章分析评估及控制任务 1.1 课题的分析评估随着 PLC 功能的不断提高和完善，PLC 几乎可以完成工业领域的所有任务。但 PLC 还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（PLC，单片机，DCS 或 IPC）来完成该任务最合适，比如仪器及仪表装置，家电的控制器就要用单片机来做；大型的过程控制系统大部分要用 DCS 来完成。而 PLC 最合适的控制对象是：工业环境较差，而对安全性，可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业制动控制系统或装置。其实，现在的可编程控制器不仅处理开关亮，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控制器，来完成复杂的工业控制任务。控制对象及控制装置（选定为 PLC）确定后，还要进一步确定 PLC 的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由 PLC 完成。另外，如紧急情况停车的环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。 1.2 课题的控制任务 1.2.1 课题内容： 1．自动门控制装置的硬件组成：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，关门到位限位开关 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。 1.2.2 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 被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关 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 - 2 -

Xxx 大学课程设计立即停止关门，并自动进入关门程序。（4）在门打开后的 8 秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 K2 或 K1 时，必须重新开始等待 8 秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。 - 3 -

Xxx：自动门控制装置第二章 plc 的发展史 2.1 PLC 的起源 PLC 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 1836 年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪 60 年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC 技术出现并快速发展。目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的 PLC 从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及 PID 回路调节等功能的现代 PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及 CPU+通信+I/O 的基本结构。 PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC 的下端 (输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。 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。 2.3 PLC 的主要特点 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)、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 ControlLogix 系统的容量达 128000 点。3)、功能强大。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、 - 4 -

Xxx 大学课程设计振动、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。 2.4 PLC 的联网与通信 PLC 的通信包括 PLC 之间、PLC 与上位计算机之间以及 PLC 与其它智能设备间的通信。 PLC 系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成"集中管理、分散控制"的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各 PLC 系统或远程 I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子 Profibus、A-B ControlNet 及 DeviceNet、莫迪康 Modbus 等等。但其构成的"集中管理、分散控制"分布式控制方式是十分类似的。如 ROCKWELL（A-B）推出了"全方位自动化"的理念，推荐三层网络结构，即 1）设备层（DeviceNet 为代表）；2）控制层（ControlNet 为代表）；3）管理层（EtheNet）。 1)、与 DCS 的差别。集散系统 DCS 从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC 在自身发展同时，也在吸收 DCS 系统的优点。PLC 在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。 2)、市场占有率 1987 年世界 PLC 的销售额为 25 亿美元，此后每年以 20%左右的速度递增。进入 90 年代以来，世界 PLC 的年平均销售额在 55 亿美元以上，其中我国约占 1%。当前，PLC 在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用 PLC 设计自动控制系统已成为世界潮流。图 1 为 PLC 产品、PID 调节装置、DCS 系统、个人计算机等销售额（美元）的对比，图 2 为市场增长率的对比。 - 5 -

Xxx：自动门控制装置第 3 章 PLC 的选型当某一个控制任务决定由 PLC 来完成后，选择 PLC 就成了最重要的事情，一方面是选择多大容量的 PLC，另一方面是选择什么公司的 PLC 及外设。 3.1 PLC 容量的选择对 PLC 容量的选择问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的 I/O 点找出来，包括开关量 I/O 和模拟量 I/O 以及这些 I/O 点的性质。I/O 点的性质主要指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流 220V 的接触器，电磁阀，又有直流 24V 的指示灯，则最后选用的 PLC 的输出点数有可能大于实际点数。因为 PLC 的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流 220V 的负载使用，则直流 24V 的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择先同等级的 PLC 使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲数出，就可以定下选用多少点和 I/O 是什么类型的 PLC 了。根据本课程设计的题目及要求可知门内光电探测开关 K1，门外光电探测开关 K2,开门到位限位开关 K3,关门到位限位开关 K4,都是输入触点，所以该系统共有开关量输入点 4 个。另外，该系统还有开门执行机构 KM1，(使直流电动机正转)，关门执行机构 KM2（使直流电动机反转），短接启动电阻接触器 KM3 等都是输出触点，所以该系统共有开关量输出点 3 个。又根据课题要求可知 PLC 选用输入电源为 24VDC，输出电源也是 24VDC,选择输出口器件类型为 Relay 即继电器的 PLC。 3.2 PLC 及外设型号的选择对于 PLC 及外设型号的选择问题，则有以下几个方面要考虑：（1）功能方面所有 PLC 一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的 PLC 是否有能力完成控制任务。如对 PLC 与 PLC，PLC 与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通讯要求；或对 PLC 的计算速度，用户程序容量等有特殊要求；或对 PLC 的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的 PLC 品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。（2）价格方面不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似，质量相当，I/O 点数相当的 PLC 的价格能相差 40%以上。在使用 PLC 较多的情况下，这样的差价当然是必 - 6 -

Xxx 大学课程设计须考虑的因素。（3）个人喜好方面有些工程技术人员对某些品牌的 PLC 熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情感有时也会成为选择的理由。 PLC 主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元，显示设定单元，位置控制单元或热电偶单元等。名称代码地址编号输入信号门内光电探测开关门外光电探测开关开门到位限位开关关门到位限位开关开门执行机构关门执行机构短接启动电阻接触器 K1 K2 K3 K4 输出信号 KM1 KM2 KM3 I0.2 I0.1 I0.3 I0.4 Q0.0 Q0.1 Q0.2 表 3-1 输入/输出信号的名称、代码及地址编号对于本课设来说不需要扩展单元与模拟量单元，据上表可知选择 PLC 可以选择我们所熟悉的西门子系列 PLC, 根据以上的分析可知我们可以选择主机型号为 CPU221/DC/DC/Relay 的 S7-200 系列 PLC。 - 7 -

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