自动门装置控制设计

自动门装置控制 《机床电气与PLC》 目 自动门装置控制设计 应用技术学院 系 专业 0681班 21 号 学生姓名 . 指导教师 . 完成日期 2009年06月19日 . 湖南工程学院应用技术学院 湖南工程学院 课程设计任务书 设计题目:自动门装置控制设计 姓名系别应用技术学院专业机械设计制造及其自动化班级 0681学号 指导老师 教研室主任 一、设计要求及任务 1(设计要求 (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被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关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，应立即停止关门，并自动进入开门程序; (4)在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。 2(设计任务 (1)绘制工作流程框图或顺序功能图; (2)绘制PLC的硬件接线图;制定元器件明细表; (3)编写全程序梯形图或指令表，并通过调试; (4)编写设计说明书。 二、进度安排及完成时间 1(设计时间:一周，2009年06月 15日至2009年06月19日。 2(进度安排 星期一,星期三:布置设计任务，查阅资料，熟悉设计要求及任务，软硬件设计。 星期四,星期五:整理资料，按格式撰写设计说明书，上交设计作业(打印稿及电子文档)。 目 录 1设计要求及任务 .................................................................................................... 1 1设计要求 .................................................................................................... 1 1. 1.2设计任务 .................................................................................................... 1 2设定 ............................................................................................................... 2 2.1控制系统的功能 ........................................................................................ 2 2.2控制方案的制定 ........................................................................................ 33硬件设计 ............................................................................................................... 5 3.1相关元器件的选型..................................................................................... 5 3.2硬件接线图 ................................................................................................ 6 4软件设计 ............................................................................................................... 8 4.1顺序功能图 ................................................................................................ 8 4.2梯形图 ...................................................................................................... 10 小结 ........................................................................................................................ 12 致谢 ........................................................................................................................ 13 参考文献 ................................................................................................................ 14 附录:系统设计梯形图 ......................................................................................... 15 1 设计要求及任务 1.1 设计要求 1(设计要求 (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被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关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，应立即停止关门，并自动进入开门程序; (4)在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。 1.2 设计任务 2(设计任务 (1)绘制工作流程框图或顺序功能图; (2)绘制PLC的硬件接线图;制定元器件明细表; (3)编写全程序梯形图或指令表，并通过调试; (4)编写设计说明书。 1 2 方案设定 2.1 控制系统的功能 自动感应门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等，应用非常广泛。使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使我们的出入口显得庄重高档。自动感应门机由一下几部分组成: 1. 主控制器:它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作;同时人们通过主控制调节门扇开启速度，开启幅度等参数; 2. 感应探测器:负责采集外部信号，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号; 3. 电动机:提供开门与关门的主动力，控制自动感应门扇加速与减速运行; 4. 自动感应门扇进行轨道:约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进; 5. 门扇的吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行; 6. 同步皮带:用于传输马达动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统; 7. 下部导向系统:自动感应门扇下部的定位于导向装置。 自动感应门机的工作流程: 感应探测器感应到有人进入时，将脉冲信号传给主控制器，主控制器控制电动机运行，同时监控电动机转数，以便控制电动机加力和进入慢性运行。电动机得到运行电流后做正向转动，将动力传给同步皮带，再由同步皮带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启，自动感应门扇开启后由主控制器作出判断，如需关自动感应门，通知电动机做反向运动，关闭自动感应门。 2 2.2 控制方案的制定 由于自动门的分类很多，本次试验不能一一进行讨论，最后决定主要对平移自动门进行设计实现PLC的自动控制。 经设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备以下功能部件:光电检测开关、限位开关、直流电机。 现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。 跟据设计要求，决定采用步进法对程序进行编程。首先可以将自动门系统分为以下几个阶段: 1. 开门阶段:当门内或门外(K1或K2)光电传感器检测到有信号时，开门执行机构KM1控制电动机正转，进行开门程序。 2. 延时阶段:当自动门门扇触碰到开门限位开关K3时，计时器开始计时，此时自动门保持在开门限位，8S后进入关门程序。 3. 继续延时阶段:在门开的8S内，若门内或门外(K1或K2)光电传感器再次检测到信号时，计时器重新计时，延时8S。 4. 关门阶段:门内或门外(K1或K2)光电传感器在8S内没检测到信号，则自动门进入关门阶段，到达关门限位K4，则关门阶段完成。 5. 关门—开门阶段:在自动门到达关门限位开关K4之前，若门内或门外(K1或K2)光电传感器检测到有信号，则自动门马上停止关门进入开门阶段。 详见图2-1系统流程图 3 开始 若K1、K2有信号 开 门 K3接通 延时8S， YES 若K1、K2有信号 NO 关 门 YES 若K1、K2有信号 NO K4接通 结 束 图2-1 系统流程图 4 3 硬件设计 3.1 相关元器件的选型 1 PLC的选型 PLC的容量选择就是要选用合理的I/O点的数量，即在满足控制要求的前提下尽量减少I/O点的使用量，但须留有一定的备用量.。在该系统中，共设计了2个输入量，3个输出量，所以应选用输入和输出点数均为16的三菱公司的FX系列可编程序控制器。 FX系列可编程序控制器具有以下特点 (1) 可编程序控制器体积极小 (2) 外部结构先进美观 (3) 用户选用方便，子系列多 (4) 系统配置灵活 (5) 功能强且使用方便 本系统采用三菱公司生产的FX2N-16MR可编程控制器，共有8个输入点，8个输出点，满足了本系统的要求。 2 光电检测开关的选型 利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。光电开关将输入电流在发射器上转换为光电信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。在此系统中，可用反射式红外线光电开关。 3 限位开关的选型 限位开关用于控制机械设备的行程及限位保护，在实际生产中，将限位开关装在预先安排的位置，当装于机械运动部件上的模块撞击行程开关时，限位开关的触点动作，实现电路的切换。在该系统中JLXK1系列行程开关可以满足设计要求 5 表 3-1 自动门系统元器件明细表 序号 代号 名称 型号规格 数量 备注 1 SB 红外线光电开关 E3JK-5D 2 2 SQ 行程开关 JLXK1-211 2 3 YV 电磁阀 VF3130-4GB-02 3 4 PLC 可编程序控制器 FX2N-16MR 1 3.2 硬件接线图 如表3-2所示，PLC外部有2个限位开关、2个光电检测开关共计有4个输入信号1个开门执行机构、1个关门执行机构共计有2个输出信号 系统的I/O接口电路图如图3-1所示 光电检测开关SB1 KM1 开门机构 X001 Y001 光电检测开关SB2 KM2 关门机构 X002 Y002 开门限位开关SQ3 X003 关门限位开关SQ X004 COM COM AC 220V 图3-1 I/O接线图 6 表3-2 输入和输出点分配表 名 称 代 号 输入/输出 门外光电检测电开关 SB1 X001 门内光检电测电开关 SB2 X002 开门限位开关 SQ3 X003 关门限位开关 SQ4 X004 电动机正转 YV1 Y1 电动机反转 YV2 Y2 7 4 软件设计 4.1 顺序功能图 顺序功能图(SFC)是一种结构块控制程序流程图;这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑;动作是控制任务的独立部分;转换是从一个任务到另一个任务的原因。对于目前大多数可编程序控制器来说，顺序功能图还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需其他编程语言将它转换为可编程序控制器可执行的程序。因此，通常只是将它作为可编程序控制器的辅助工具，而不是一种独立的编程语言。但是，根据系统的工作原理及工作过程，可以很方便的编写顺序功能图，这样，就很直观的了解系统的动作。 根据系统的工作原理图和工作过程，该系统的顺序功能图如图4-1所示 8 M8002 S0 X1+X2 X1或X2有信号 电动机正转 S20 Y1 开门 X3 到达开门限位 K40 S21 T0 计时4S T0 S22 K40 计时4s T1 (X1+X2) T1 在计时器到时间X1或X2有信号 T1 电动机反转 S23 Y2 关门 (X1+X2) X4 在到达关门限位钱X1或X2有信号 X4 到达关门限位 图4-1 系统设计梯形图 9 4.2 梯形图 根据顺序功能图，用步进法些出梯形图，过程如下: 1.初始状态:M8002仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为 ON，可以用M8002的常开触点来使有断电保持功能的元件初始化复位，或给某些 元件初始值。 M8002 [ SET S0 ] 2.当门外光电检测器(X1)或门内光电检测器(X2)检测到信号时，系统进入 开门阶段。 S0 X1 S20 ] [ SET STL X2 3.电动机正转，自动门开门，到达开门限位X3时，系统进入计时状态 S20 ( Y1 ) STL X3 [ SET S21 ] 4.延时阶段:在计时器计时的8S内，若门内光电检测器(X1)或门外光电 检测器(X2)检测到信号，则继续延时8S。若在8S内门内光电检测器(X1)或门 外光电检测器(X2)未检测到信号则进入关门阶段。 S21 ( T0 ) K40 STL T0 [ SET S22 ] S22 ( T1 ) K40 STL X1 T1 [ SET S21 ] X2 T1 [ SET 23 ] 10 5.关门阶段:在自动门到达关门限位X4之前，若内门内光电检测器(X1) 或门外光电检测器(X2)检测到信号，则马上停止关门，进入开门程序。若内门内 光电检测器(X1)或门外光电检测器(X2)没用检测到信号则继续关门。 S23 ( Y2 ) STL X1 X4 [ SET S20 ] X2 X4 ( S0 ) [ RET ] 11 小结 ,提出,分析和解决实际问题,锻课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现 炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，可控制编程器已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握可控制编程器的开发技术是十分重要的。 回顾起此次PLC课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 同时同组的成员也给了我很大的帮助，我们一起讨论，互相帮助，这培养了我们之间的默契和团队精神，对我以后的成长也是很有用的。 12 致谢 课程设计得到了吴晨曦老师、蒋嵘老师的指导，在此表示感谢。 本次 还要感谢和我一个小组的同学，与他们的一次次讨论和交流使我不断进步，不断提高。 13 参考文献 .可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆:重庆大学出版社，[1] 廖常初 2001.2 [2] 袁任光.可编程序控制器(PC)应用技术与实例.广州:华南理工大学出版 社，1997.6 [3] 何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧.北京:化学工业出版社，2003.4 [4] 郁汉琪.可编程序控制器原理及应用.北京:中国电力出版社，2004 [5] 程周.PLC技术与应用.福建:科学技术出版社，2003 14 附录 系统设计梯形图 M8002 [ SET S0 ] S0 X1 [ SET S20 ] STL X2 S20 ( Y1 ) STL X3 [ SET S21 ] S21 ( T0 ) K40 STL T0 [ SET S22 ] S22 ( T1 ) K40 STL X1 T1 [ SET S21 ] X2 T1 [ SET 23 ] S23 ( Y2 ) STL X1 X4 [ SET S20 ] X2 X4 ( S0 ) [ RET ] 15