基于西门子PLC S7-1200和MCGS的自动门控制系统设计

1. 设计背景及方案选定

1.1 设计背景

1.1.1 自动门的发展与应用

• 自动门在公共场所得到了广泛应用，提高了建筑档次和便利性。
• 自动门根据使用场所及功能的不同可分为多种类型，其中自动平移门使用最广泛。

1.1.2 PLC在自动门系统中的应用

• PLC具有可靠性高、维护方便等优点，已成为自动门控制系统的首选。
• PLC的应用使得自动门系统更加智能化和自动化，提高了系统的稳定性和效率。

1.2 设计要求

1.2.1 控制方式

• 自动门应具有手动和自动两种控制方式，以适应不同的使用场景。
• 手动控制方式用于自动门的维修和维护，自动控制方式用于日常使用。

1.2.2 基本功能

• 自动门应根据人的接近自动打开，并在无人时自动关闭。
• 系统应具有紧急停止装置，以保障使用安全。
• PLC S7-1200应准确反映信号检测装置的检测结果，控制电动机的正转或反转，以实现自动门的打开或关闭。

2. 系统的硬件设计及选型

2.1 控制系统结构设计

2.1.1 控制方案确定

• 工程设计选型和估算时，详细分析了工艺过程的特点，控制要求，明确控制任务和范围。
• 控制功能的选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

2.1.2 驱动装置和感应器的选择

• 驱动装置的选择应考虑功率密度、噪音、调节性能等因素。
• 感应器的选择应考虑反应速度、灵敏度等因素，以适应不同的使用场景。

2.2 自动门控制需求

2.2.1 开门与关门过程

• 当检测到有人接近时，自动门应自动打开。
• 当检测到无人时，自动门应自动关闭。
• 关门过程中检测到有人时，应立即停止关门，并打开门。

2.2.2 紧急停止与手动控制

• 系统应具有紧急停止装置，以保障使用安全。
• 应设置手动开门和手动关门，以适应自动控制系统不适宜的情况。

3. PLC的概述

3.1 PLC S7-1200的定义

3.1.1 PLC的定义

• PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
• PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令。

3.1.2 PLC的特点

• PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、适应力强、建设工作量小、维护方便、容易改造、体积小、重量轻等特点。

3.2 PLC S7-1200控制系统的简介

3.2.1 PLC的工作原理

• PLC通过运行储存在其内存中的程序把经输入电路的物理过程得到的输入信息变换为所要求的输出信息。
• PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量。

3.2.2 PLC的应用

• PLC专为工业控制应用而设计，由于这些特点可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎并得到迅速的发展。
• PLC已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

3.3 PLC S7-1200的基本结构及原理

3.3.1 PLC的基本结构

• PLC硬件结构与微机相似，主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部识别接口等。
• PLC内部采用总线结构来进行数据和指令的传输。

3.3.2 PLC的工作原理

• PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量。
• PLC内部通过执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作，将输入信息变换为所要求的输出信息。
• PLC的输出量对外围设备进行各种控制。

3.4 PLC S7-1200的特点

3.4.1 可靠性高

• PLC具有完善的自诊断功能，提高了系统的稳定性和可靠性。

3.4.2 结构形式多样

• PLC具有组合式控制系统，可以根据不同的应用场景进行灵活配置。

3.4.3 功能强大

• PLC具有丰富的指令系统、各种各样的I/O接口、通信接口、大容量的内存、可靠的自身监控系统等。

3.4.4 编程方便

• PLC的编程方便，控制具有极大的灵活性。

3.4.5 适应工业环境

• PLC适应工业环境，适应高温、震动等恶劣条件。

3.4.6 安装检修方便

• PLC的安装和检修方便，提高了系统的可维护性。

3.4.7 价格较低

• PLC与其他电控制器相比，价格较低，具有较高的性价比。

4. 自动门控制系统方案设计

4.1 系统主程序流程图

4.1.1 流程图设计

• 流程图是人们对于解决问题的一种思路、方法或着算法的描述。
• 流程图具有画法简单、结构清晰、容易理解、逻辑性强、易于描述等特点。
• 本设计的流程图如图4-1所示。

4.2 自动门控制系统的特点

4.2.1 自动门的优势

• 自动门避免了手接触门把手的细菌，减少了细菌的传播。
• 自动门为行动不便的人提供了便利，提高了建筑的人性化程度。
• 自动门有助于保持室内温度的稳定，节约能源。

4.2.2 自动门的工作过程

• 当按下启动按钮时，传感器检测到人体信号，电动机正传带动自动门执行开门过程。
• 当门完全打开后，开门限位开关打开，自动门停止开门，进行8秒延时。
• 在延时期间，如果感应器重新检测到有人体信号，则重新进行8秒延时。
• 延时结束后，电动机反转执行关门过程。
• 在关门过程中，如果感应器重新检测到人体信号，则中断关门，转向开门过程。
• 考虑到自动门可能出现故障，设置了手动开门和手动关门功能。

5. 结论

• 通过对这次毕业论文的设计，使自己对专业学过的知识有了更深的巩固，提高了自己分析问题的能力，解决问题和独立工作的能力，为将来的工作打下了良好的基础。
• 通过认真的撰写了毕业设计，针对老师提出的问题进行了调整和补充，完成了PL