课程设计
基于PLC的自动门控制系统设计
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1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)是一种数字运算操作的电子系统。PLC是随着现代社会生产的发展和技术进步，在工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展下，在继电器控制的基础上生产的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业控制领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械。
PLC是一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，它总是根据工业生产的实际需要来产生的。在可编程控制器产生之前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，它是由成百上千只继电器所构成的复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器柜，且占据了大量的空间。当这些继电器运行时，又会产生大量的噪音，消耗大量的电能，这样以保证控制系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查和排除故障是非常困难的，需要依靠现场电气技术人员长期积累的经验，尤其是在生产工艺发生变化时，可能还需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或着改线的工作量极大，甚至可能需要重新设计控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺要求。
在我国飞速发展的现代化经济中,工业生产力的高低是衡量发展快慢的重要因素。如今，在不断发展的工业经济中，操作工人的生产环境变得愈加恶劣，这使得在要求提高工人操作技能的同时，他们的工作环境安全也受到了不同程度的威胁。随着一系列现代化设备的推进，大大减轻了操作工人的劳动强度,对于以前那些操作困难、操作危险的工业操作，如今都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生产效率。
在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术。它能够按照人们的事先要求完成相应的操作，有的机械手还带有反馈能力，能够根据生产条件的变化自动调整
生产操作，使生产的质量和稳定性得到提高。目前在一些生产机床和焊接的行业中，得到大量的应用。机械手的使用不但缩减了工业的生产成本，还提高了工业的生产效率和生产质量，促进了社会的现代化发展。机械手技术是一门涉及多领域的跨学科综合性技术。近年来，机械手的发展越加迅速，电子技术、计算机技术、传感器技术以及一些最新的技术也在机械手中有了应用。机械手技术的使用，已经是我国的工业发展的重要组成部分。它有着人的智能性和机器的适应性，在现代化经济发展中有着广阔的前景。
1.2 国内外研究现状
目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初的一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。其中，PLC在机械手方面的应用已经相当广泛了，并且与机械手相关的控制系统大多都是由PLC来承担的。
机械手是模仿人手部分动作的一种拟人电子机械装置，是通过PLC来控制，按给定程序、轨迹和要求，实现识别、自动抓取、搬运或者操作的自动机械装置。通过PLC控制的机械手具有可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。因此，由PLC控制的机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。从某种意义上说，它是工业机械进化过程的产物，同时，是工业及非产业界的重要生产、服务性设备，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。国内通过PLC在机械手方面的应用也十分广泛，相关的研究课题也有很多。例如：基于PLC的机械手分拣大小球系统的设计；基于PLC的机械手物料分拣控制系统的设计；基于Halcon视觉的物流仓储分拣机械手设计与开发；柔顺并联机械手智能分拣控制系统设计；基于PLC控制的水果分拣自动线系统分单元设计；基于PLC和MCGS控制的气动机械手和皮带自动分拣系统；基于PLC和全气动机械手的分拣系统设计；基于PLC技术的液控分拣机械手的设计；并联机械手在零件检测和分拣上的应用等等。
1.3 课程设计任务
自动门控制系统
人靠近自动门时，红外感应器X000为ON ，Y000驱动电动机高速开门，碰到开门减速开关X001时，变为低速开门。碰到开门极限开关X002时电动机停止转动，开始延时。若在0.5s 内红外感应器检测到无人，Y002驱动电动机高速关门。碰到关门减速开关X003时，改为低速关门，碰到关门极限开关X004时电动机停止转动。在关门期间若感应器检测到有人，停止关门，T1延时0.5s 后自动转换为高速开门。
X001
X002 X002
X001
X003 X003
X004 X004 X000
2 设计方案
2.1 PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
按照I/O点数分类：PLC用于对外部机械设备的控制，外部信号的输入、PLC运算结果的输出都要通过PLC的输入输出端子来进行接线，输入、输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数，简称I/O点数。由I/O点数的多少，可将PLC分成小型、中型、大型3种型号：小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可由于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制，代替继电器-接触器控制，用于单机或小规模生产过程中。中型PLC的I/O点数在256~1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。
按结构形式分类：PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。整体式PLC是将CPU、存储器、I/O部件等组成部分集中于一体，安装在印制电路板上，并连同电源一起装在一个机壳内，形成一个整体，通常称为主机或基本单元。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。一般小型或超小型PLC多采用这种结构。模块式PLC是把各个组成部分做成独立的模块，如CPU模块、输人模块、输出模块、电源模块等。各个模块做成插件式结构，组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内。模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，易于扩展。一般大中型的PLC都采用这种结构。
2.2 PLC的硬件组成结构
各生产厂家生产的PLC虽然外观不一样，但作为工业控制计算机，其硬件结构都大体相同。PLC的硬件主要由中央处理器( CPU )、存储器( RAM、ROM )、输入输出单元（I/O 接口）、电源及外围编程设备等几大部分构成。对于整体式PLC，将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，其结构框图如下图2-1所示。尽管模块式PLC与整体式PLC的结构不太一样，但各组成部件的功能作用是相同的，以下对PLC的各主要组成部件进行简单的介绍。中央处理器( CPU )是可编程序控制器的核心。存储器是PLC存放系统程
