1、課程設計（論文）用紙目錄1.設計的主要內容和要求31.1設計任務31.2設計要求32.概述42.1國內外發展現狀42.2研究的實際意義53.硬件設計63.1硬件設計思想63.2硬件介紹63.2.1可編程控制器（PLC）的發展概述63.2.2PLC調試步驟93.2.3行程開關（限位開關）的工作原理104.設計思想124.1硬件設計思想124.1.1主電路124.1.2控制電路134.2軟件設計思想154.2.1程序流程圖154.2.2輸入/輸出地址分配174.2.3T形圖175.使用說明226.設計總結236.1 設計感想236.2 存在的問題及建議24參考文獻25大門自動控制系統1. 設計的主

2、要內容和要求 1.1 設計任務（1） 根據控制要求，進行電氣控制系統硬件電路設計，包括主電路、控制電路以及I/O配置。（2） 根據控制要求，編寫控制程序。（3） 畫出程序設計流程圖（4） 編寫設計說明書1.2 設計要求本建筑有四個進出口，南大門為主門（門1）、西門（門2）、北門（門3，門4）.（1） 正常情況四門均在早晨6：20開門，晚上22:30關門。（2） 發生突發事件管理中心發出一個控制信號，將四門立即鎖上，發出安防報警的警鈴信號。值班人員進行建筑內查看時，由南大門進入，先按手動按鈕。報警信號解除后，大門的開啟關閉立即按照正常情況處理。發生火災時，由管理中心發出火警信號，四門立即開啟，并

3、發出火災報警。火災信號優先于安防信號。2. 概述2.1 國內外發展現狀進入90年代以來，自動化技術發展很快，技術已經相對成熟，取得了驚人的成就，PLC技術成為大門控制的重要部分。在現代人們生活中自動控制系統可以使得大門開關合理，節約空調能源，降低噪音，防風，防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應用非常廣泛。隨著我國經濟的飛速發展，自動控制系統在大門控制中的運用越來越廣泛，其適用于賓館，酒店，銀行，寫字樓，醫院，商店等。由于門體的重量及體積不同會對自動門驅動和傳動系統提出不同的要求，所以各種門又可以分為重型和輕型。根據使用的場合及功能的不同可分為平移門，平開門，旋轉門，圓弧門，折疊門，其中平

4、開門用的場合較少，旋轉門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，平移門使用得最廣泛，目前市場上流行的平移門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。門的控制方法很多，從控制的不同來分，有傳統的繼電器控制，即通過按鈕和復雜的接線安裝來控制，智能控制器，即通過運用線的自動化設備來控制，它具有穩定性高，安全等優點，因此被很多生產商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自動門所淘汰。在智能控制的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器和可編程控制器PLC控制，微電腦控制主要有體積小，安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產自動門，PLC控制的特

5、點是穩定性高，維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。為了穩定性與維護，本設計便是采用可編程控制器進行設計。2.2 研究的實際意義自動控制門在國內外早已得到普遍應用，在我國也逐步得到大家的認同，已經迎來了自動門發展的黃金時期。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的儲存器，用來在其內部儲存執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算數運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式和開關量的邏輯控制的輸入和輸出，控制個種類型的機械或生產過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，實用性強，系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積

6、小，重量輕，能耗低等優點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。因此運用PLC系統控制門具有較高的可靠性，維修方便等特點，因此運用PLC控制門具有較高的可靠性，維護方便等特點。本課題的設計運用PLC作控制器能大大提高了穩定性和經濟性，對于整個行業是一次技術革新，提高了自動門的使用率，因此，進行大門系統的PLC控制系統設計，可以推動整個行業的發展，擴大PLC在大門自動控制行業乃至整個自動化行業的應用，具有一定的經濟和理論研究價值。3. 硬件設計3.1 硬件設計思想控制裝置由開門到位限位開關、關門到限位開關、開門執行機構（使直流電動機正轉）、

7、關門執行機構（使直流電動機反轉）等部件組成PLC控制自動門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優點，因而得到廣泛的應用。由于直流電動機的調速范圍寬廣，調速特性平滑。直流電動機超載能力較強，熱動和制動轉矩較大，所以執行機構使用直流電動機。3.2 硬件介紹3.2.1 可編程控制器（PLC）的發展概述PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統發展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導線將它同開關器件巧妙地連接，構成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀60年代末，它不斷吸收微電腦技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務 。隨著微電子技術、計算機技術和數據通信技術的飛速發展、微處理器的出現，以及流

8、程加工行業（如汽車制造業）對生產流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術出現并快速發展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發展成為具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、數據處理、聯網通信及PID回路調節等功能的現代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結構。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業現場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸

9、入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。PLC的功能數據采集與輸出。控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數等。數據處理功能。包括基本數學運算、比較、對字節的運算、PID運算、濾波等。輸入/輸出接口調理功能。 具有A/D、D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節，具有溫度、運動等測量接口。通信、聯網功能。 現代PLC大多數都采用了通信、網絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制

10、器的信號處理單元之間，實現程序和數據交換，如程序轉移、數據文文件轉移、監視和診斷。在系統構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成"集中管理、分散控制"的分布式控制網絡，以便完成較大規模的復雜控制。通常所說的SCADA系統，現場端和遠程端也可以采用PLC作現場機。支持人機界面功能。提供操作者以監視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統與其應用程序相互作用，以便作決策和調整，實現工業計算機的分散和集中操作與監視系統。 7、編程、調試等，并且大部分支持在線編程。PLC的主要特點：可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020萬h，且均有完善的自診

11、斷功能。結構形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統或機床，組合式適于集控制系統。最少的PLC只有6點，而AB的ControlLogix系統的容量達128000點。功能強大。編程方便。控制具有極大靈活性。適應工業環境。適應高溫、振動、沖擊和粉塵，惡劣環境以及電磁干擾環境。安裝、維修簡單。與DCS相比，價格低。PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其它智能設備間的通信。PLC系統與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉接器相連構成網絡，以實現信息的交換，并可構成"集中管理、分散控制"的分布式控制系統，滿足工廠自動化(FA)系統發展的需要，各

12、PLC系統或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后采用網絡連接構成集中管理的分布式網絡系統。目前各廠商都主推各自的總線標準，如西門子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其構成的"集中管理、分散控制"分布式控制方式是十分類似的。如ROCKWELL（A-B）推出了"全方位自動化"的理念，推薦三層網絡結構，即1）設備層（DeviceNet為代表）；2）控制層（ControlNet為代表）；3）管理層（EtheNet）。PLC的日常維護和保養比較簡單，主要是更換保險絲和鋰電池,基本沒有其它易

13、損元器件。由于存放用戶程序的隨機存儲器（RAM）、計數器和具有保持功能的輔助繼電器等均用鋰電池保護，鋰電池的壽命大約為5年，當鋰電池的電壓逐漸降低到一定程度時，PLC基本單元上電池電壓跌落到指示燈亮，提示用戶注意有鋰電池所支持的程序還可保留一周左右，必須更換電池，這是日常維護的主要內容。3.2.2 PLC調試步驟（1） 檢查路線、確認地址這一步需要比較細心逐點進行，要保證路線、地址正確無誤。否則會影響后面的調試。可不帶電核對，那就是查線，較麻煩。也可帶電查，加上信號后，看電控系統的動作情況是否符合設計的目的。（2） 檢查與測試指示燈控制面板上如有指示燈，應先對應指示燈的顯示進行檢查。一方面，查

14、看燈壞了沒有，另一方面檢查邏輯關系是否正確。指示燈是反映系統工作的一面鏡子，先調好它，將對進一步調試提供方便。（3） 檢查手動動作及手動控制邏輯關系完成了以上調試，繼而可進行手動動作及手動控制邏輯關系調試。要查看各個手動控制的輸出點，是否有相應的輸出以及與輸出對應的動作，然后再看，各個手動控制是否能夠實現。如有問題，立即解決。（4） 半自動工作如系統可自動工作，那先調半自動工作能否實現。調試時可一步步推進。直至完成整個控制周期。哪個步驟或環節出現問題，就著手解決哪個步驟或環節的問題。（5） 自動工作在完成半自動調試后，可進一步調試自動工作。要多觀察幾個工作循環，以確保系統能正確無誤地連續工作。

15、（6） 模擬量調試、參數確定以上調試的都是邏輯控制的項目。這是系統調試時，首先要調通的。這些調試基本完成后，可著手調試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數。一般講，這個過程是比較長的。要耐心調，參數也要作多種選擇，再從中選出最優者。有的PLC，它的PID參數可通過自整定獲得。但這個自整定過程，也是需要相當的時間才能完成的。3.2.3 行程開關（限位開關）的工作原理行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的限位以及行程保護，是一種非常小的電流主令電器。其作用原理與按鈕類似，并且可以起到簡化電路的作用。這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變

16、速運動或自動往返運動等。圖3.1 行程開關符號利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。在電氣控制系統中，位置開關的作用是實現順序控制、定位控制和位置狀態的檢測。用于控制機械設備的行程及限位保護。由操作頭、觸點系統和外殼組成。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位、

17、轎廂的上、下限位保護。行程開關可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態的改變去控制電路和機構的動作。(其作用原理如圖3.2)SQ2 SQ1圖3.2 行程開關模擬運行本設計以電機的正傳反轉來模擬大門的開啟閉合，為了使其代表的大門在完全開啟（閉合）后電機停轉，并且為了節約資源，不燒壞電機采用限位開關，并且使得在開啟的過程中不能因為意外摁下關閉按鈕時出現錯誤。行程開關在本設計中的應用，以小車的運行來類比。假設小車向右運行代表門開，當小車運行到

18、SQ1時刻，觸發SQ1 ，通過設計電路可以使得小車停止運行。從而達到門完全開（閉）時候停止轉動。4. 設計思想 4.1 硬件設計思想大門控制系統是利用主電路、控制電路、定時器/計數器及輸入/輸出I/O接口電路組成，然后通過編程（梯形圖）與電路的配合形成完整的控制系統，并且實現功能要求。4.1.1 主電路 圖4.1 主電路圖4.1.2 控制電路融斷 解除警鈴 開門限位 熱繼電器器火災警鈴緊急照明安防警鈴 安防閃光圖4.2 控制電路熱繼電器的作用：通常用熱繼電器的常閉觸點斷開控制電路，實現過載保護。并且由于熱慣性，不能用于短路保護或者瞬時的過載保護。熔斷器的作用：如果被保護電路發生短路現象，由于其

19、安秒特性具有反時限特性，電流過大熔斷時間過短，則熔斷器瞬時熔斷，則熔斷器在電路中主要起短路保護的作用。四個門均采用電動機的正轉（開）反轉（關）來表示四個大門的開啟關閉，由于方位和可靠性的考慮，四個門由不同的電機帶動（兩個北門也可用一個電機，若是一臺故障，另一扇門打不開則不使用）。4.2 軟件設計思想通過定時器計數器實現時間的控制，白天打開、晚上關閉。通過中斷的設計來實現非正常情況下大門的開閉，其中中斷優先級的設置為：安防信號火災信號。南大門外部進入單獨設置一個刀開關。并且通過電動機的正轉反轉來模擬大門的開啟關閉，通過行程開關來控制大門是開啟關閉的結束。4.2.1 程序流程圖圖4.3 總流程圖4

20、.2.2 輸入/輸出地址分配對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據線路圖來安裝控制柜。輸入/輸出信號在PLC接線端子的地址分配是進行PLC控制系統設計基礎。I/O地址分配是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現成接線和調試的重要依據。 表4.1 I/O地址分配表輸入地址對應的外部設備I0.0啟動信號I0.1給定的安防事件信號I0.2給定的火災事件信號輸出地址對應的外部設備Q0.0啟動開門開關S1Q0.1啟動關門開關S2Q0.2安防警燈Q0.3火災警燈Q0.4安防警鈴Q0.5火災警鈴Q

21、0.6安防解除按鈕Q0.7火災解除按鈕4.2.3 T形圖由于圖形較大，分開截圖表示。圖4.4 程序T形圖（1）圖4.4 程序T形圖（2）圖4.4 程序T形圖（3）采用通電延時定時器（T37/T38/T39），根據預設值（PT、字類型）的不同可以使定時時間發生改變。T37/T38/T39的最大時間基為100ms，最大定時范圍3276.7s。定時器的延時時間由指令的預設值和時間基確定，即延時時間等于指令預設值與時間基的乘積。加計數指令（CTU）：對CU端計數脈沖的上升沿進行加計數。當計數器的當前值大于預設值時，計數器位被置位，當復位R為“1”或執行復位指令時，計數器復位，計數當前值清零，計數器位被

22、復位。計數器最大計數值為32767.ENI(Enable interrupt):全局性的允許所有被連接的中斷事件。系統進入RUN模式時，會自動禁止所有者中斷。ATCH(Attach Interrupt)：中斷連接指令。用來建立事件EVNT（中斷號）和處理該事件的中斷程序INT（中斷程序號）之間的聯系。只有執行了全局允許指令，再為某個中斷事件指定了相應的中斷程序后（建立連接），該中斷事件才能被允許。CPU在接到多個中斷時，按照固定的優先級順序執行：通信（高優先級）中斷，I/O中斷和定時中斷（低優先級）。在3個優先級范圍內，CPU按照先來先服務的原則處理中斷，任何時候都只執行一個中斷程序。若正在執

23、行某個中斷程序時，則即使有高優先級的事件發生，CPU也不會響應。此時該中斷進入中斷等候隊列，直至正在執行的中斷程序執行完畢。本設計中考慮到安全等因素，必須使火災信號的優先級高于安防信號，及時完成人員的疏散，將傷亡損失降至最低。采用外部激勵的信號模擬安防與火災信號。5. 使用說明SB1：常閉觸點，動作時斷開，實現在安防警報和火災警報情況下的解除，使得解除后能夠按照正常情況工作。SB2：開門按鈕，SB2動作時候，線圈KM1得電，并且與輔助常開觸點形成自鎖，即使按鈕松開也能運行，電機正轉大門打開，KM1常閉觸點斷開，則若無意中觸動SB3也對大門的打開沒有影響。當大門打開至SQ1時刻，大門完全打開，S

24、Q1動作，電機停轉。SB3：關門按鈕，線圈KM2與KM2輔助常開觸點形成自鎖，按下SB2，線圈KM2得電，KM2常開閉合，KM2常閉斷開，電機反轉，大門開始關閉，直到SQ2受到觸發動作，此時大門完全關閉，并且電機停轉。SB4：火災報警按鈕，SB4動作，線圈KM3、KM1得電，常開觸點KM3閉合，電機正轉，大門打開，同時火災報警警鈴響，火災緊急照明燈打開，確保在濃煙過大時候為疏散人群提供足夠的指示、照明，同時照明電路需要采用防火、防煙、光照足夠強的安全短路，并且能夠蓄電，在大樓斷電時仍能顧提供照明。SB5：安防報警信號，線圈KM4和KM2得電，形成回路，電機反轉，大門開始關閉，安防報警警鈴和閃光報警器啟動。同時，串于SQ1之后的KM2常閉觸點斷開，S1與SB2失去作用，直到報警解除。主電路：S1開關是南門的外部打開開關，以便工作人員進入大樓檢查。若由意外情況軟件控制無法實現悶得打開與關閉，也可以通過主電路S1(開)S2（閉）實現控制，同時也為檢修提供方便。6. 設計總結6.1 設計感想通過這次的設