自动门控制课程设计.docx

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自动门控制课程设计

Companynumber：

【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

自动门控制课程设计

机械电气控制及自动化

课程设计说明书

课题名称：

自动门控制

学生姓名：

XXX

专业：

机械电子工程

学号：

1303XXXXX

指导教师：

XXX

学院：

机电工程学院

2017年9月

机械电气控制及自动化课程设计

成绩评定表

姓名

XXX

学号

1403XXXXX

专业

机械电子工程

题目

XXX

评分标准

评价要素

-----90---------------80------------------70----------------60----------------

分数

选题难度、资料查阅、方案可行性

（20%）

选题难度很大、查阅资料能力很强，设计方案合理

选题难度较大、查阅资料能力较强，设计方案较为合理

选题难度一般、查阅资料能力一般，设计方案基本合理

选题难度较低、查阅资料能力较差，设计方案合理有个别错误

选题难度很低、查阅资料能力很差，设计方案存在原则性错误

说明书撰写质量

（20%）

条理清晰、论述充分、图表规范

条理清晰、论述正确、图表较为规范

条理基本清晰、论述基本正确、文字通顺、图表基本规范

条理不够清晰、论述不够充分但没有原则性错误、文字基本通顺、图表不够规范

条理不清、论述有原则性错误、图表不规范、质量很差

学习态度、专业知识（10%）

设计态度认真，具有扎实的专业知识并能熟练运用

设计态度较为认真，掌握较好的专业知识并能综合运用

设计态度一般，掌握一定的专业知识并能合理运用

设计态度不太认真，掌握一定的专业知识但运用能力较差

设计态度及不认真，掌握专业知识较少，不会运用

创新能力、团队合作

（10%）

具有很强的创新能力及团队协作精神

具有良好好的创新能力及团队协作精神

创新能力及团队协作精神一般

创新能力及团队协作精神较弱

创新能力及团队协作精神很差

答辩

（40%）

思路清晰、论点正确、对设计方案理解深入，问题回答正确

思路清晰、论点基本正确、对设计方案理解较深入，主要问题回答基本正确。

思路比较清晰、论点有个别错误，分析不够深入

主要问题经启发能回答，但分析较为肤浅。

主要问题阐述不清，对设计内容缺乏了解，概念模糊，问题基本回答不出。

评定成绩（合计）

成绩等级

指导教师签字：

年月日

任务书

课题名称：

自动门控制

1）实现功能：

实现对自动门的控制，自动门为平移门。

2）控制要求：

①可自动开关门或旋转，有高、低速选择功能；

②自动门要有防夹人功能；

③有急停和报警功能。

3）设计任务：

①设计主电路；

②用PLC实现控制，绘制PLC端子接线图，编写PLC梯形图程序；

③编写设计说明书

第一章设计任务及认识

1.1自动门控制系统设计任务

1.分手动和自动两种工作方式，手动完成点动调试功能，自动完成自动检测开关门和各种保护功能。

2.开门关门动作实现快速启动，中速运行，慢速关门。

3.检测到内部或外部感应开关自动开门。

4.门打开后8秒，没有检测到内外感应开关，门自动关闭。

5.关门过程中，感应开关检测到有人，自动开门。

6.关门过程中，防夹开关感应到有人，立即开门。

7.开门关门启动时给出两秒报警信号。

自动门控制系统设计课题的认识及现状

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。

在国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。

在现代人们生活中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。

随着我国经济的飞速发展，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。

在自动门控制系统的设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。

由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。

客流量的差异会对自动门的使用产生很大影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。

自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门，目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。

自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人走近自动门时，感应器感应到人的存在，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。

自动门的控制方法很多，从控制器的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运用现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。

由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。

在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PLC）控制，微电脑控制主要有体积小、安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门，PLC控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。

1.2自动门控制系统课程设计的主要内容阐述

本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。

1.自动门类型的选择。

综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。

2.自动门硬件系统的设计。

本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的三菱FX系列PLC。

在自动门的开关门速度控制上本设计以三菱变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制来实现自动门的转速控制，为了解决变频器在频率很低的时候会出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性较好的自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。

由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了自动门的经济实用、稳定的需要。

3.自动门软件的设计。

在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出自动门控制的要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用三西子编程软件，此软件支持全部的S7-200系列PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。

第二章自动门控制系统设计总体方案

自动门控制设计总体方案

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，结构如图上图所示：

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。

自动门控制设计流程

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，如图上图所示。

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。

第三章自动门控制系统主电路设计

1.主电路设计

端子接线图

第四章XXX硬件及选型设计

的选择

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要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、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）机型的选择

①PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

②经济的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。

点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。

在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。

（2）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，在增加10%到20%的可扩展。

余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。

根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入13点，输出6点。

（3）存储器容量的选择

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。

设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。

为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。

因此本课题的PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。

（4）控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。

根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。

①控制功能

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

②编程功能

离线编程方式：

PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

编程方式：

CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

③诊断功能

PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。

硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。

通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

（5）对PLC响应时间的要求

对于多数场合，PLC的相应时间基本上能满足控制要求。

响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。

PLC的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。

综合以上因素，本课题的设计日本三菱公司生产的FX1S小型PLC来实现整个系统的控制。

光电检测开关

它是光电接近开关的简称，是利用被测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通所要接通的电路，从而检测物体的有无。

物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检测。

光电开关将输入电流在发射器上转化为光信号射出，接受器再根据接受到的光线强弱或有无目标物体进行探测。

限位开关

限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。

用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。

限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。

当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。

电器控制系统选型器件表

名称

数量

西门子PLC

1

变频器

1

断路器

1

中间继电器

5

急停按钮

1

安全光栅

1

接近开关

5

自复位按钮

2

选择开关

1

第五章XXX软件设计

1.输入输出IO表的统计

输入

紧急停止

手/自动转换开关

感应开关（内）

感应开关（外）

防夹人光栅（常闭）

关门下限

开门下限

开门/关门中速

关门低速/开门高速

手动开门

手动关门

关门高速/开门低速

输出

开门

关门

快速

中速

慢速

蜂鸣器

2．梯形图程序设计

见程序

结论

（注：

不能写成感谢或心得，就是针对自己的设计课题的总结结论）

结束语

通过本次毕业设计，我初步试着用自己所学的专业知识，设计出程序和硬件系统，进一步理解了PLC控制系统的设计方法，提高了PLC梯形图的编程能力，掌握了PLC控制系统的调试技巧，更加熟悉了编程软件的应用。

虽然在这其中自己提高了很多，但同时这也让我明白自身知识的贫乏，很多方面还需要加强努力；体会到网络资源的丰富，找资料也需要技术，开拓了眼界，并为以后查找资料垫定了基础。

一个设计的完成并不只是了解某一方面的知识就够了，还需要了解和掌握与之有密切关系的其他课程知识的学习。

硬件开发是PLC控制系统应用开发的基础，软件的开发是建立在硬件之上，软硬件设计的巧妙结合是项目开发质量保证的关键。

如果我们能用软件解决的问题，应尽量用软件解决，毕竟软件开发成本低，只需开发时间。

PLC控制系统在满足使用功能的前提下，还应具有较高的可靠性，一旦出现故障，必将造成整个自动化过程的混乱和失控，从而产生严重的后果。

因此，对可靠性的考虑应贯穿于PLC控制系统的设计的整个过程。

设计是在他人的基础之上建造属于自己的东西，我们要学会的就是把人家已经制造好的东西，添加自己的思想组合、加工。

而这也不是简单的事情，要保证它功能实现的同时要考虑到产品的实用性、安全性、持久性、可靠性、稳定性等。

参考文献

（注：

至少5篇）

格式如下：

[1]作者.文章[文章类型].出版社,出版时间