自动门PLC控制系统设计.docx
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自动门PLC控制系统设计
分类号密级
毕业设计说明书
题目：
自动门PLC控制系统设计
英文题目：
PLCcontrolsystemautomaticdoor
学生姓名：
专业：
机电一体化
指导教师：
职称：
毕业设计说明书提交日期：
2012年4月4日地址：
机电学院
毕业设计任务书
业设计题目
自动门PLC控制系统
指导教师
职称
专业名称
机电一体化技术
班级
学生姓名
学号
设计要求
1．所有设计参数，选型。
2．毕业设计说明书。
3．外文翻译。
4．全套毕业设计资料。
5．提前一周审查毕业设计资料。
完成毕业课题的计划安排
序号
内容
时间安排
1
学生分组、发放任务书
3月5日至3月7日
2
英文资料的翻译
3月8日至3月12日
3
完成选型工作
3月15日至3月19日
4
完成AutoCAD绘图
3月22日至4月2日
5
设计说明书、毕业设计感想和参考资料
4月5日至4月16日
答辩提交资料
计划答辩时间
2012年3月2日
毕业设计调研报告
在超级市场、公共建筑、银行、医院入口，经常使用自动门控制系统。
使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。
自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，当人走近自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。
当人通过门之后，再将门关闭。
由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。
早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它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，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点。
本课题的自动门设计运用PLC做控制器能大大提高自动门的稳定性和经济性，对于整个自动门行业是一次技术的革新，提高了自动门的使用率，因此，进行自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。
摘要
随着电子技术的发展，可编程控制器（以下简称PLC）不断更新、发展，PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，自动门就是自动控制应用的一典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理自动门的开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器。
目前自动门在日常生活中运用越来越广泛。
本文论述的自动门控制系统主要由以下几部分构成：
可编程控制器（PLC）、信号采集装置、变频器、驱动装置、传动装置。
可编程控制器选用日本三菱电机公司生产的FX2N-32M小型PLC；信号采集装置选用上海晶园微电子公司生产的微波感应器；变频器采用日本三菱电机公司生产的FR－540变频器；驱动装置采用天津安全电机有限公司生产的YSM100/112、W、S三相异步电动机，额定转矩为0.43N.m，额定转速为400r/min；传动装置采用皮带来带动门的运动。
本设计对于周围环境的要求较低。
本设计主要的工作原理是通过信号采集装置判定有无人经过并将信号转换成开关量信号传到PLC，PLC根据开关信号的来控制变频器的开停和速度的变换，在由传动装置带动门运动。
本文总共分五个章节进行叙述其软、硬件结构、工作原理等，具体如下：
第一章介绍自动门的国内外自动门现状，本课题研究的内容和目的意义。
第二章主要介绍自动门控制系统方案的设计。
第三章介绍了自动门的硬件系统的设计，PLC的选型，变频器的选型，系统结构，自动门控制电路，控制电路的连接。
第四章介绍了系统软件的设计，PLC梯形图概述，编程软件的介绍，程序流程图，程序的编写工作。
第五章主要介绍了梯形图程序的下载，调试及结果分析。
关键词：
PLC，变频器，驱动装置，感应器。
Abstract
Withthedevelopmentofelectronictechnology,theprogrammablecontroller（PLCofthefollowingabbreviation）constantlyupdated,development,PLCcontrolisthecontrolofthemostcommoncontrolmodeofautomaticcontrol,automaticdoorisatypicalexampleofapplication,theprogrammablecontrollerhasgoodprocessingautomaticdoorswitchcontrolandgoodstability,andcanbesimplechangethecontrolway,therefore,automaticdoorproductionbusinessesareusingPLCtododoorcontroller.Theautomaticdoorsindailylifemoreandmoreextensiveuseof.
Thispaperdiscussestheautomaticdoorcontrolsystemmainlyconsistsofthefollowingcomponents:
programmablelogiccontroller（PLC）,asignalacquisitiondevice,frequencyconverter,drivingdevice,transmissiondevice.ProgrammablecontrollerselectstheMitsubishiMotorCompanyproducedFX2N-32MsmallPLC;signalacquisitiondeviceselectionofShanghaiCrystalParkmicroelectronicscompanyproductionofmicrowavesensor;frequencyconverterusingJapan'sMitsubishiMotorCompanyproducedFR540converter;drivedeviceadoptstheTianjinsecuritymotorlimitedproductionofYSM100/112,W,Sthree-phaseasynchronousmotor,ratedtorquefor0.43N.mratedspeed,400R/min;thetransmissiondeviceusesthebelttodrivethemovementofthedoor.Thedesignoftheenvironmentsurroundingthelowerrequirements.
ThedesignofthemainworkingprincipleisthroughthesignalacquisitiondevicejudgeshavenopassandconvertingthesignalstotheswitchsignaltothePLC,PLCaccordingtotheswitchsignaltocontrolthefrequencyconverter,stoppingandspeedofthetransformation,thetransmissiondevicedrivesthemovementofthedoorby.
Thisarticleisdividedfivechaptersarenarrateditssoft,hardwarestructure,workingprinciple,specificasfollows:
Thefirstchapterintroducestheautomaticdoorsautomaticdoorsathomeandabroadcurrentsituation,theresearchcontentofthissubjectanditssignificance.
Thesecondchaptermainlyintroducestheautomaticdoorcontrolsystemdesign.
Thethirdchapterintroducestheautomaticdoorhardwaresystemdesign,thePLCselection,typeselectionoffrequencyconverter,thesystemstructure,automaticdoorcontrolcircuit,controlcircuit.
Thefourthchapterdescribesthesystemsoftwaredesign,PLCladderdiagramoverview,programmingsoftware,programflowdiagram,programwork.
Thefifthchaptermainlyintroducestheladderdiagramprogramdownload,testandresultsanalysis.
Keywords:
PLC,inverter,drivedevice,sensor.
引言
在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。
自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走近自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。
当人通过门之后，再将门关闭。
由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。
自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。
自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。
目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称PLC），PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它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，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此，进行自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。
本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门的开发和研究，所有产品的开发都要讲究实用，本课题开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。
他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。
此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用。
因此本设计就是解决了这样一个问题，还可以保证自动门的稳定性。
例如，某商场要求营业期间的门都运用自动门，这就需要自动门要有极高的稳定性，且对于商场来说成本不能太高。
然而本课题意味着产品成本下降，效益提高。
因此是一个比较适合此类场合运用且经济的产品。
第一章自动门的简介
1.1发展
自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪以后。
二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。
进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。
在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。
随着科技的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛，自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、、医院、商店等，使用自动门。
但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。
在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。
经过多年的发展，自动门行业已经逐步走向成熟，呈现以下发展趋势：
1．智能化，多功能；今后还将进一步提高品智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动检测故障报警等，还将与住宅安全防护系统配合使用等。
2．免维护；采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。
3．多样化；将会有不同的形式外观和新的功能，满足消费者的要求。
4．高安全性；安全是用户非常重视的一项指标，也是一项基本要求，随着用户安全要求越来越高，安全性也是稳步提升。
1.2分类
1．按启闭形式分：
可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门。
（1）推拉门：
可细分为单开、双开、重叠单开、重叠双开和弧形门。
弧形门门扇沿弧形轨道平滑移动，可分为半弧单向、半弧双向、全弧双向。
为了最大限度的拓宽入口幅度，有的推拉（套叠）自动门可做成在开启终点与固定扇重合后一道手动平开，也归纳为推拉自动门。
（2）旋转门：
可细分为有中心轴式、圆导轨悬挂式和中心展示式等。
（3）平开门：
可细分为单扇单向、双扇单向、单扇双向和双扇双向。
（4）折叠门：
可细分为2扇折叠和4扇折叠。
应用统计：
推拉自动门用量最大，约占4种类型自动门总量的90%以上，其次是旋转自动门，约占6%左右，平开和折叠自动门用量最少，各约占2%左右。
2．按门体的材料分：
有安全玻璃、不锈钢饰面、建筑铝合金型材、彩色涂层钢板、木材等，也可采用其它材料。
用其组成的常见种类有无框玻璃自动门、不锈钢框玻璃自动门和铝合金框（刨光或氟碳喷漆）玻璃自动门。
3．根据门的结构特点，自动门主要分九大类，即自动旋转门、圆弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、伸缩式自动门、卷帘式自动门、提升式自动门及自动挡车器。
4．按用途分类，自动门主要分五大类，即民用自动门、商用自动门、工业用自动门、车库用自动门及庭院自动门。
第二章自动门控制系统总体方案设计
2.1自动门的功能需求分析
本设计面向商场入口的应用，需要有安全和可靠性，在设计的时候改进了自动门的友好性，结构如图2.1所示：
图2.1自动门结构图
根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能：
1．开门和关门控制应具有手动和自动方式
为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。
手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。
当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。
当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门、且门未关闭，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。
2．蜂鸣器的提示功能
当自动门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。
3．防夹人功能
为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。
自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。
采用自动和手动点动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。
本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。
2.2系统设计的基本步骤
在自动门系统设计与调试过程中最主要的是先列出设计的主要步骤流程图，如图2.2所示。
在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：
1．深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。
2．确定I/O设备。
根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。
3．根据I/O点数选择合适的PLC类型。
4．分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。
5．设计自动门系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个自动门系统设计的核心工作。
6．将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。
7．自动门系统的整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。
图2.2设计调试步骤图
2.3自动门技术参数的确定
自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。
在自动门投入使用后，尤其是初期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。
要严格限制门体重量，不能超过自动门的额定负重。
通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。
公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。
例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。
例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。
具体参数如表2.1所示。
表2.1自动门具体参数
单扇开启宽度（mm）
1250mm（最宽）
单扇门的最大承重（kg）
1x120kg
高度（mm）
2500mm
最快开/关门速度（cm/s）
60cm/s
常速开/关门速度（cm/s）
32.5cm/s
减速开/关门速度（cm/s）
20cm/s
开启保持时间（s）
15s（程序中可调）
可编程控制器（PLC）电源
220VAC,50-60Hz
驱动器电源
380VAC,50Hz
驱动器输出额定功率
120W
2.4自动门的机械传动结构设计
在本课题设计的自动门针对人流较多的商场，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面：
1．自动门的传动主要包括安装板，轨道，门机，皮带，吊挂件等。
2．所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。
3．电机：
驱动电机采用380V三相交流电机，功率大，可调性强。
4．导轨：
水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，从而确保了门扇的稳定性。
并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方面的特点。
5．滑轮：
采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。
6．皮带：
采用齿形皮带,齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效率。
皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。
7．传动结构如图2.3所示。
其中马达皮带轮直径为5cm,皮带滑轮内径为13.5cm,外径为28.5cm。
图2.3机械传动
第三章自动门硬件系统的设计
3.1控制系统结构设计
本设计运用PLC控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。
采用变频器电路，结构简单，控制方便、可靠性高，交流电机具有效率高、维护成本低的特点。
交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、结构简单、维护方便、易于冷却和寿命长等优点,并且系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转等特性。
随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。
图3.1控制系统结构图
3.2可编程控制器（PLC）的选型
3.2.1PLC概述
可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。
PLC是用于工业现场的电控制器。
它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。
它通过运行存储在其内存中的程序，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，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。
而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。
其功能要比继电控制装置多的多、强的多。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：
逻辑处理功能；
数据运算功能；
准确定时功能；
高速计数功能；
中断处理（可以实现各种内外中断）功能；
程序与数据存储功能；
联网通信功能；
自检测、自诊断功能。
可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。
像PLC这样。
集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。
3.2.2可编程控制器（PLC）的选型
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。
工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。
因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
1．输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10
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