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PLC自动门控制装置

PLC自动门控制装置

摘要

当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，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。

马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启;自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门。

关键词:

自动感应门;马达;开关

第一章设计的意义和要求„„„„„„„„„„„„„„„„„4第二章绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„52.1研究背景和研究意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„52.2课题研究内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5第三章自动门控制系统硬件介绍„„„„„„„„„„„„„„„73.1可编程程序控制器（PLC）„„„„„„„„„„„„„„„„73.1.1PLC的定义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„73.1.2PLC的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„73.1.3PLC的应用与发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„9第四章功能器件的基本工作原理„„„„„„„„„„„„„„„114.1自动感应门机的基本工作原理„„„„„„„„„„„„„„„114.1.1平移式自动感应门机组由以下部件组成„„„„„„„„„„114.1.2工作流程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„114.2行程开关（限位开关）的工作原理„„„„„„„„„„„„„„124.3光电开关„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„124.3.1光电开关的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„134.3.2光电开关工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„134.3.3光电开关的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13第五章自动门的程序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„145.1继电器接触控制图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„145.2Plc控制输出输入接线„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

5.3程序流程图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„155.4梯形图以及指令„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„165.5指令如下„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„185.6过程分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18第六章结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

第一章毕业设计的意义和要求

毕业设计是教学和工程实践的结合点,要求学生在设计中明确什么是正确的设计思想

和设计方法。

学生在走上工作岗位之前必须通过工程知识和专业技能的严格训练,完成向

工程技术人员的过渡,使自已走上工作岗位后有能力综合利用学过的理论知识和专业技能

解决工程实际问题。

一设计题目:

plc自动门的控制装置系统

二设计要求:

经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。

要实现自动控制首先要具备以下功能部件:

光电检测开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。

现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。

1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，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。

5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，最后决定加增手动开门和关门开关。

第二章绪论

2.1研究背景和研究意义

21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性:

有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。

自动门可实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。

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宠大，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。

自动平移门最常见的形式是自动门及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，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。

自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。

微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。

红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。

缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员进入的场所。

本文拟使用PLC设计一个自动门控制器系统。

2.2课题研究内容

本文以某营业厅自动门为例，设计了以PLC为控制器、控的自动门控制系统。

在营业厅自动门正上方里外各安装一个光电探测开关，当有人欲进入时，光电探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。

PLC获取到该输入信号，启动电机，将门打开。

当

门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动门停止动作。

等待一时间段后，自动门自动合上。

在闭合过程中，如光电探测开关检测有人要进入或出

去时，自动门停止闭合，并立刻打开。

为了保障门的安全性，设置关门限位开关。

第三章自动门控制系统硬件介绍

3.1可编程程序控制器（PLC）

3.1.1PLC的定义

可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，但个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（ProgrammableLogical

Controller）。

国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的准及其定义:

“可编程控制器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标

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的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

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。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

3.1.2PLC的特点

PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）安装方便，扩展灵活

PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小;而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件，系统集成方便灵活。

各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。

（5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及

建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（6）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.1.3PLC的应用与发展趋势

目前，PLC已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。

概括起来主要有以下几个方面:

*开关逻辑和顺序逻辑

*模拟量控制

*运动控制

*数据处理

*通信与联网

从第一台PLC问世至今，其发展经历了实用化阶段、成熟阶段和加速发展阶段。

PLC主要在以下几个方面得到了不断发展:

小型PLC产品性能提高、结构不断优化*

*大型PLC功能不断完善

*强化联网通信能力

*I/0模块分散化、智能化

*编程语言标准化

*控制算法不断增加

*迅速与其他工业产品整合

*进一步向开放型发展

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要

PLC将会组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

在21世纪，有更大的发展空间。

第四章功能器件的基本工作原理

4（1自动感应门机的基本工作原理

4.1.1平移式自动感应门机组由以下部件组成:

（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:

提供开门与关门的主动力，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。

4.1.2工作流程:

当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，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。

马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启;自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应。

4.2行程开关（限位开关）的工作原理

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路4.3光电开关

光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。

但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。

目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。

此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。

4.3.1光电开关的分类

常用光电开关的分类方法:

按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型;光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

4.3.2光电开关工作原理

反射式光电开关的工作原理由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。

当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。

并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

4.3.3光电开关的特点

MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。

与以往的光电开关相比具有自己显著的特点:

（1）具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠;

（2）对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便;

（3）对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。

并可随时接受计算机或PLC的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化;

（4）响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体;

（5）采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性;

（6）体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。

第五章自动门的程序设计

5.1继电器接触控制图

5.2Plc控制输出输入接线

5.3程序流程图

开始

若K1，K2有信号

开门

K3打开停止

延时8s,若

K1，K2有信号

号HAO号

关门

若K1，K2有信号

K4打开停止

结束

5.4梯形图以及指令

I0.1门外光检I0.2门内光检I0.3开门限位测电开关测电开关电开关

I0.4关门限位电I0.5过载保护I0.6紧急停车开关开关开关

I0.7启动停止I1.0手动开门I1.1手动关门

5.5指令如下:

5.6过程分析

1.首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。

由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。

当Q0.0线圈通电时Q0.0闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。

2.当门扇完全打开时，使开门限位开关I0.3打开，Q0.0线圈断电.电动机停止转动。

3.当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。

进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关I0.1或I0.2有信号，则使T0重新延时。

当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1通电并自锁，4.

电机反转执行关门过程。

5.在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。

6.在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。

7.考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门

第六章结论

今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，会在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

自动门工程在整个建筑投资中的比例虽然很小，但在建筑的日常使用和管理中却占有很重要的地位，是建筑智能化水平的重要指标。

在PLC设计过程中,从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。

PLC的软件调试相对于硬件连接来说要复杂的多，需要用的到的软件更是多种多样，有编程的，有负责连接PLC与编程软件的，还有监控用的软件，学习与熟悉这些软件的过程无形中消耗了编者大量的精力。

PLC系统的硬件和软件是不能分开的,有的硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。

但通常是先排除明显的硬件故障以后,再和软件结合起来调试以进一步排除故障。

可见硬件的调试是基础,如果硬件调试不通过,软件设计则是无从做起。

通过对自动门控制装置的实验模拟运行，可看出，本装置运行良好。

但此装置只是通过了模拟部分，离实际的系统实现还有一段距离，由于笔者水平有限，限位开关功能没有实现，如果实现限位开关系统的稳定性和安全性将上升到一个新的高度。

因此在今后的学习生活中还要加强自我学习与研究，还需针对具体的自动门系统进行系统的分析以及调整。

致谢

三年的大学生活即将结束，在这几年里我学到了很多东西。

首先，向包头钢铁业职业技术学院的各位老师表示感谢。

你们不光传授了我知识，而且告诉了很多为人处事的道理，这些道理将对我以后的人生起到很重要的指导作用。

通过对自动门系统的软件设计，掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法，在学习与设计的过程中，了解所设计工程的工艺流程，从而完成了对自动们系统的软件设计，同时，对于自动门硬件，也知道了一些周边技术，扩展了知识面，增强对工艺的理解。

本论文的构思，规划设计，撰写得到了李秀英老师的细心指导，在论文设计时给予热心的指导与帮助，在此向李秀英老师表示诚挚的谢意～

成功完成本设计，还离不开同学和朋友们的帮助，当我在设计过程中遇到困难的时候，他们给了我全力的支持和帮助，真心感谢关心我的同学，送你们最深的祝福～

值此论文完成之际，向所有曾给予我帮助的指导老师、同学和朋友们致以衷心的感谢～

参考文献

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