青岛理工大学 plc 实习设计题目（一）：自动门控制装置一、设计目的1进一步巩固电器与 PLC 控制的基本知识；2掌握设备电气控制系统的原理设计、施工设计的方法；3掌握 PLC 程序的设计及调试方法；4掌握电气线路安装与调试方法；5学会查阅有关专业资料及设计手册。二、设计要求和设计指标2.1 自动门结构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。2.2 自动门的控制要求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。三、设计内容- 2 -23.1 自动门装置结构左右两块玻璃门、电动机传动链、限位开关、三相异步电动机、信号发送与接收装置（门内外个一个）。图 3-1 自动门结构示意图3.2.1 自动门部件的介绍（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；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，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）动力马达：提供开门与关门的动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 （4）自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。（5）门扇吊具走轮系统：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（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。 （7）下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。其工作流程如下：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。- 3 -33.2.2 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。3.2.3 PLC 的基本结构CPU 模块：CPU 模块主要由微处理器 CPU 芯片和存储器组成。在 PLC 控制系统中，CPU 模块，它不断地收集输入信号、执行用户程序、刷新系统的输出。存储器用来储存程序和数据。I/O 模块：输入模块和输出模块简称 I/O 模块，它们是系统的眼耳、手脚。是联系外部现场设备和 CPU 模块的桥梁。输出模块用来接受和采集输入信号。开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等的开关量信号；模拟量输入模块用来接受一些如电位器电压信号、测速发电机和各种连续变从器提供的连续变化的模拟量电流电压信号；开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装备。编程器：变频器用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户- 4 -4程序的执行情况。电 源：PLC 一般使用 AC 220V 和 DC 24V 电源，内部的开关电源为各模块提供不同等的直流电源。本系统 PLC 使用 AC220V 电源。可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。图 3-2 PLC 硬件结构图3.3 主电路接线图- 5 -5图 3-3 主电路接线图3.4 PLC 控制系统的 地址分配表表 3-1 I/O 地址分配表I1.1 门内外开关 K1、K2 有信号 Q0.1 电动机正转开门I0.3 开门限位电开关 Q0.2 电动机反转关门I0.4 关门限位电开关 T37 时间继电器I0.5 手动开门 T38 时间继电器I0.6 手动关门I0.7 过电流保护开关3.5.I/O 接线图图 3-4 I/O 接线图- 6 -63.6 自动门程序流程图图 3-5 程序流程图3.7 自动门顺序功能图图 3-6 自动门顺序功能图- 7 -73.8 自动门梯形图图 3-7 自动门梯形图四、本设计改进建议由于在某些特别的环境下，自动门的设计要求需要进去人员持卡才能自如进出，比如一些小区、私人楼宇，有保安要求的地方，这些地方不可随便出入，必须持有特定的磁卡可以识别放行。这就保证了有选择性放行，适合于一些特定条件的区域。还可以在自动门接口的地方加入磁力锁，锁门的方式是一个靠锁头（舌）卡住，一个靠产生磁力吸住门体。磁力锁的优点是门紧闭，没有活动的间隙，防止小孩推拉门体造成的故障，缺点是超过承载力门可被拉开。- 8 -8题目（二）：全自动洗衣机控制系统1.1 全自动洗衣机 PLC 控制的控制要求1.1.1 全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理1 全自动洗衣机的基本结构全自动洗衣机的基本结构如图 1-1 所示。图 1-1 全自动洗衣机的基本结构图2全自动洗衣机的工作流程全自动洗衣机的单循环工作流程示意图如图 1-2 所示。开始脱水排水洗涤进水- 9 -9图 1-2 全自动洗衣机的单循环工作流程示意图3全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。 洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。 脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。 洗涤完成由蜂鸣器报警。1.1.2 洗衣机控制要求1.全自动洗衣机控制系统的要求:（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、 低）水 位，关水（2） 2 秒后开始洗涤（3） 洗涤时，正转 30 秒，停 2 秒，然后反转 30 秒，停 2 秒（4） 如此循环 5 次，总共 320 秒后开始排水，排空后脱水 30 秒（5） 开始清洗，重复（1）（4） ，清洗两遍（6） 清洗完成，报警 3 秒并自动停机（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）1.2 全自动洗衣机控制系统的 PLC 选型和资源配置1.2.1 控制系统硬件接线图1控制系统硬件接线图全自动洗衣机控制系统硬件接线图见所附图纸。2I/O 地址分配由于 S7-200 224 CPU 模块有 14 点数字量输入，10 点数字量输出，所以不需要再增加扩展模块。模块上的输入端对应的输入地址是 I0.0I1.2 ，输出端对应的输出地址是 Q0.0Q1.01.2.2 模块功能概述CPU 模块采用西门子公司的 6ES7 214-1AD23-0XB0 模块。由于该模块采用直流 24V 供电(直流晶体管输出)，有 14 点数字量输入和 10 点数字量输出，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不在需要另外的数字量输入/输出模块。1.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试1.3.1 编程软件结束- 10 -10编写程序见附录1.3.2 程序的流程图、构成和相关设置1.流程图正常运行流程图正常运行流程图如图 1-4 所示。流程图描述:按下启动按扭,开始进水;进水到规定高度,使水位开关接通,实现洗涤正转,并停止进水; 洗涤正转 30S后,停止 2 秒,反转 30S 后,停 2 秒。计数器加 1,累计洗涤次数;若未满 5 次则重复进行洗涤, 直至洗涤达到 5 次,开始排水.由于排水 ,水位降低, 当水位低于规定下限水位时,排空检测开关接通, 开始脱水,脱水 30S 后,计数器加 1,脱水停止.然后再返回到进水动作 重复上述过程 3 次,报警并停机NYYNYNN YYY NYNY图 1-4 正常运行的流程图2.程序的构成暂停 2S洗涤反转30S暂停 2S洗 5 次排水脱水30S脱水 3次停机报警30S洗涤正转停止进水进水水满起动- 11 -11这个程序只有自动方式。在自动方式下，PLC 将运行已经设置好的程序和参数（用于全自动洗衣机一切都工作正常的情况下） 。3.程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由 V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4 编程软件的指令完成。若要修改程序，先将 PLC 设定在 STOP 状态下 ,运行编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试。1.4 全自动洗衣机 PLC 控制系统程序1.4.1 系统资源分配1.数字量输入部分全自动洗衣机控制系统的输入有启动、停止、高水位、中水位、低水位、手动排水和手动脱水按钮以及高水位、中水位、低水位和排空检测开关共 11 个输入点。具体的输入分配如表 1-1 所示。 表 1-1 输入地址分配名称 符号 地址启动按钮 SB1 I0.0停止按钮 SB2 I0.1高水位按钮 SB3 I0.2中水位按钮 SB4 I0.3低水位按钮 SB5 I0.4排空检测开关 ST1 I0.5高水位检测开关 ST2 I0.6中水位检测开关 ST3 I0.7低水位检测开关 ST4 I1.0手动排水按钮 SB6 I1.1手动脱水按钮 SB7 I1.21.4.2 源程序- 12 -12- 13 -13- 14 -14- 15 -15LD I0.0O M0.1AN C2AN I0.1= M0.1= Q0.0 图 1-5 启动指令梯形图LD M0.1EULD I0.5EUOLDO M0.3AN M0.2= M0.3LD I0.2AN I0.6LD I0.3AN I0.7OLDLD I0.4AN I1.0OLDA M0.3= Q0.1LD Q0.1EDTON T37, +20LD T37O M0.2AN C1A M0.1= M0.2LD M0.2AN T38AN Q0.3A M0.1LD I0.5AN