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自动门控制装置PLC控制系统设计

RevisedonNovember25,2020

自动门控制装置PLC控制系统设计

PLC设计说明书

题目:

自动门控制装置PLC控制系统设计

班级：

B电气102

姓名:

学号:

指导教师:

陈永明

盐城工学院电气工程学院

2013年01月

独创性声明

摘要

1.引言..............................................................................................1

2.系统总体方案设计.......................................................................4

系统功能要求........................................................................4

系统组成原理........................................................................6

系统硬件配置........................................................................7

系统定义变量及I/O配置....................................................12

系统电气原理图...................................................................13

系统可靠性设计...................................................................15

3.控制系统设计..............................................................................16

控制程序流程图设计..........................................................16

控制程序时序图设计..........................................................17

控制程序设计思路...............................................................18

控制梯形图设计...................................................................19

创新设计内容.......................................................................20

4.系统调试及结果分析..................................................................21

系统调试及解决的问题.......................................................21

结果分析...............................................................................21

5.结束语...........................................................................................22

参考文献..........................................................................................23

附录..................................................................................................24

独创性声明

本人声明所呈交的课程设计论文是本人在老师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

撰写过的研究成果，也不包含为获得盐城工学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本课程设计所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

课程设计作者签名：

袁艳艳签字日期：

2013年01月04日

摘要

在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。

早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，随着现代科技的发展该方法已逐渐被淘汰，取而代之的是PLC控制自动门。

该方法的优点是：

故障率低、可靠性高、维修方便等，因此得以广泛应用。

由于直流电动机的调速范围广，调速特性平滑，过载能力较强，启动和制动转矩较大，所以执行机构采用直流电动机。

本设计主要是针对于门的自动开、关而言。

自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程控制器（PLC）、电动机组成，它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程控制器（PLC）中，由可编程控制器对信号进行处理，处理的结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动，由直流电动机带动门的开关。

直流电动机正传，门打开；直流电动机反转，门关闭。

【关键字】：

可编程控制器PLC自动门光电传感器行程开关

1.引言

可编程控制器，简称PLC，是近几年发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业企业中的各个领域。

随着科技的日益发展，人们的生活水平不断提高，自动化和人性化的产品也越来越受到人们的青睐。

大厦、宾馆等公共场所普遍采用自动门。

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，当人走进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打开门；当人通过之后，再自动将门关闭。

由于自动门在通电之后可以实现无人管理，有许多优点，例如使人员进出方便、节约空调电能、防风、防尘等。

此外自动门的全自动化给大门增加了技术含量，看起开更有涵养。

自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展与完善。

自动门是指可以将人接近门的动作识别为开门信号的信号控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后在自动将门关闭，并对开启和关闭的过程实现自动控制的系统。

自动门开始在建筑物上的使用是二十世纪以后。

二十年代后期，美国开放超级市场，自动门开始被使用。

受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用。

到了1962年，电气式自动门开始出现，之后伴随着城市的建设自动门技术使用的领域每年都在增加。

起初，用建筑物供电电源控制电机的转速很难，只能进行油压、空压速度控制，但因能源利用率很低，并没有得到推广。

然而随着电气控制技术的发展，现代电器控制技术已逐渐成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。

如感应自动门（红外感应、微波感应、触摸感应、脚踏感应等）、刷卡自动门等。

如今，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，强调门与建筑物以及周围环境的协调、和谐。

门的大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。

门的高级形式--自动门起源于欧美。

发展至今已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。

九十年代中后期，各国各地区的自动门开始试探性进入中国市场，并迅速占取各自领域。

当时的自动门设备已经改良良好，导轨采用铝合金材料，电动机由交流改为直流，皮带由铁链换成了三角皮带再到2000的钢丝齿轮皮带，不过台湾的自动门还是依靠磁簧开关来控制。

自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。

自动门除了可以美化出入口环境外，还有助于防尘节、约空调能源等。

但由于我国没有相关的自动门国家标准，导致国内自动门的档次、质量稂莠不齐。

因此，我国的自动门发展还处于初级阶段。

在自动门控制系统的设计中，要考虑稳定、节能、环保、安全以及人性化等因素。

综合以上要求，本课题中主要研究自动门中的平移门。

自动平移门最常见的形式是自动门机以及门内外两侧的光电感应器。

由于自动平移门在通电以后可实现无人管理，既方便又提高了建筑物的档次，在国内外建筑市场上得以广泛应用。

自动门的发展前景很乐观，以后自动门的应用会像家用电器一样普及。

2.系统总体方案设计

系统功能要求

本课程设计的主题是自动门控制装置PLC控制系统设计有以下要求：

（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达门限开关K3位置时，电动机停止运行；

（2）自动门在开门位置停留8S后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电动机停止运行；

（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K1或K2时，应立即停止关门，并自动进入开门程序；

（4）在门打开后的8S等待时间内，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K1或K2时，必须重新开始等待8S，再自动进入关门程序，以保证人员安全通过；

（5）开门与关门不同时进行。

本设计是面向公共厂所入口的应用设计，要求有安全性和可靠性，在设计时，对自动门做了局部改变，具体结构如图所示。

如图中所示，SQ1和SQ2处的电气器件为限位开关。

本次设计中的自动门有以下功能：

（1）开门和关门控制除自动外应有手动方式

（2）有紧急停止控制

当门出现故障时，可以按下紧急停止开关，及时停止门的运。

图自动门开关功能示意图

自动门配电盘控制面板电气器件包括启动、停止、开关、启动停止指示灯、开门关门控制按钮以及急停按钮和灯。

设计布局如图

图自动门配电盘控制版面布局设计

系统组成原理

自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。

光电探测开关为有光导通，无光断开。

当有人靠近自动门时，门内侧或外侧的检测装置动作，将信号传送到控制装置，电动机正传，电动机带动减速器、皮带或链条，带动门的开启，当门碰到上限位开关时，电动机停止转动，门停止开启。

当人离开检测范围且门在上限位停留8s后，通电延时继电器动作，使电动机得电反转，电动机带动门的关闭。

当门碰到下限位开关时电动机停止，门停止关闭。

系统硬件配置

本系统所需硬件为：

三菱PLC、直流电动机

光电开关、皮带、接触器、熔断丝、热继电器。

表系统硬件配置

编号名称型号数量

1三菱PLCFX2N-48MR1台

2直流电动机45BLDC1台

3接触器3个

4感应器WB-30043个

5熔断丝1个

6热继电器1个

（1）其中日本三菱公司型号为FX2N-48MR的可编程控制器（ProgrammableLogicController,PLC）具体技术参数如下：

FX2N是小型化、高速度、高性能，所有方面都相当于FX系列中最该档次的超小型程序装置。

除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC系统。

系统配置既固定又灵活，在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合，备有可自由选择丰富的品种，可选用16/32/48/64/80/128点的主机。

可采用最小8点的扩展模块进行扩展，可根据电源及输出形式自由选择令人放心的高性能程序容量；内置80步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。

（2）直流电动机的选择

自动门的驱动装置是自动门能否良好工作的保障，在本设计中运用直流无刷电动机。

直流无刷电动机功率密度高，噪音小，调速性能好，既具备交流电动机的结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具备直流电动机的线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点，是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择。

本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电动机，点击直径为Φ45，额定转速4000转/秒，额定转矩m，功率15W—100W，额定电压。

（3）光电开关（感应器）的选择

目前，自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器，红外线感应器等。

根据不同的功能和性能运用在各类不同的场合的自动门控制系统中，感应器是自动门系统的重要部分。

其性能直接影响自动门系统的安全稳定，结合本设计的要求，选用微波自动门感应器WB-3004，其规格如表2-2.

（4）直流电动机的选择

1）直流电动机的调速

并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂价格高维修也不方便，但是在调速性能上具有独特地优点。

因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无极调速，因此对调速要求高的设备均采用直流电动机。

这是因为直流电动机能无极调速，机械传动机构比较简单。

由直流电动机的转速公式：

n=（U-IaRa）/kEΦ可知

表2-2WB-3004的规格

型号

WB-3004

供电电压

AC/DC12V－AC/DC24V

工作频率

50Hz－60Hz

感应探头工作频率

－

工作指示方式

LED

感应时间/延时时间

REAL-TIME/

感应范围

（W）×（D）

静态功耗/功作功耗

200MW/12V/550MW/12V

探头可调角度

40°－160°

工作温度范围

-25℃－60℃

Ra、Φ和U中的任意一个值得改变，都可以改变直流电动机的转速。

但缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小且只能进行有级调速，故这种方法目前已较少采用。

现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。

2）直流电动机的优势

由于采用高性能永久磁材料，无刷直流电动机的转子尺寸得以减小，可以具有更低的惯性，更快的影响转速，更高的转矩惯量比。

由于没有转子损耗（转自使用永磁材料），所以无刷直流电机具有较高的效率和功率。

对于同等容量输出，交流电机需要更大功率的整流器和逆变器。

由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。

交流电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。

无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化离散状态的转子位置控制，无需坐标转换，调整范围变宽，控制性能更好。

综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度，更高的效率和更好的控制性能，使用者的投资成本下降很大，所以本设计选用无刷直流电机。

（5）传动装置

本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：

1）自动门扇形进轨道：

就像火车的铁轨，约束门扇的吊其走论系统，使其按特定方向进行。

2）自动门扇吊其走论系统：

用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。

3）同步皮带：

用于传输电机所产动力，牵引自动门吊其走论系统。

（6）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元件。

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件的动作，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。

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。

自动门控制系统中控制配电盘器件分布如图2-4.

图2-4自动门控制系统配电盘器件分布图

系统变量定义及I/O配置

I/O分配表是编写PLC程序的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。

PLC输入/输出结点配置表如表2-3.

表2-3PLC输入/输出结点配置

编号结点功能名称功能描述

1X001门外光检测开关检测是否有信号输入

2X002门内光检测开关检测是否有信号输入

3X003开门限位开关检测门是否完全打开

4X004关门限位开关检测门是否完全关闭

5X005过载保护开关保证控制系统安全

6X006紧急停止开关保证控制系统安全

7X007启动开关启动控制系统

8X0010手动开门手动控制门开启

9X0011手动关门手动控制门关闭

10Y000正传线圈控制电机正传，门开启

11Y001反转线圈控制电机反转，门关闭

12Y002急停线圈控制电机紧急停止

系统电气原理图

系统电气原理图包括两个部分：

PLC控制部分电气原理图和主电器电路电气原理图。

自动控制系统中，PLC控制部分电气接线图如图所示。

图自动门的PLC外部接线图

自动控制系统中主电气电路原理图如图所示。

a.主电路

b.控制电路

图自动控制系统中主电气电路原理图

系统可靠性设计

（1）使用变频器驱动高速电机，可以满足本课题所设计的自动门系统的调速要求，即：

快速启动→常速运行→减速运行→停止。

（2）PLC控制单元增加专用的控制配电箱，可以屏蔽外部电磁信号的干扰，从而增加系统的可靠性。

3.控制系统设计

控制程序流程图设计

本设计的控制程序流程图如图所示。

图控制程序流程图

控制系统时序图设计

自动门控制程序的时序图如图所示。

X007

X001（X002）

X003

Y000

T0

X004

Y001

X005（X006）

Y002

图自动门控制程序的时序图

控制程序设计思路

（1）首先按下启动按钮x007，若外检测开关或内检测开关有信号时，x001或x002闭合。

由于开门限位开关x003是长闭的，所以Y006线圈得电，有原理分析可知，光电检测开关的触发方式是脉冲出发，所以需要自锁。

当Y000线圈得电时，Y000开关闭合时，电动机正转，带动自动门扇移动，执行开门程序。

（2）当门完全打开是限位开关x003打开时，Y000线圈失电，电动机停止转动。

（3）当门停止移动时，由于开门限位开关的常闭变为常开，故常开闭合，进行8s延时。

若此时外侧开关或内侧开关x001或x002闭合，则使TO重新延时8s。

（4）当8s延时完毕后，线圈得电，关闭限位开关闭合，Y001得电自锁，电机反转执行关门程序。

（5）在关门过程中，若门外检测开关或门内检测开关闭合，又使Y000得电，由于在关门过程中Y000常闭，此时打开或者中断关门过程，转向开门程序。

（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止。

（7）考虑到自动门若出现故障时，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。

控制梯形图设计

本设计的控制梯形图如图所示。

图自动门开关程序控制梯形图

按下启动按钮X007后X001或X002闭合，Y000得电自锁，电动机正传，门打开。

门开到门限位开关X003时，Y000失电，T0延时8s得电，Y001得电自锁，门关闭。

延时8s时，若X001或X002闭合，则T0失电清零，重新延时8s。

关门时若X001或X002闭合，则Y000得电门打开。

关门关到门限位开关X004时，Y001失电，电动机停止。

创新设计内容

（1）使用安全微波，可以克服感应探头感应不到的盲区，从而使自动门更加安全。

（2）自动门微波感应器是对物体的运动做出反应，灵敏度可调，性能更加稳定。

4.系统调试结果分析

系统调试及解决的问题

（1）语法错误检查...............................检查命令及其格式。

无错

（2）双线圈检验...................................检查同一元件或显示顺序输出命令的重复使用状况。

无错

（3）电路错误检查...............................检查梯形图中的缺陷。

无错

结果分析

在本课题的调试过程中，预先设计的功能和动作都能正常实现，有较高的可靠性，且维修方便。

5.结束语

为期两周的课程设计，使我对所学PLC知识有实际运用的机会，也体会到了学以致用的乐趣。

通过这次设计，我对自动门控制系统有了更具体的了解，也明白了PLC可编程序控制系统在自动门控制系统中的应用。

同时也对三菱系列PLC的工作原理和使用方法有所了解，在提高理论知识的同时也提高了我们的编程能力与实际动手能力。

此外，经过本次设计我认识到创新的重要性，创新精神和创新意识都有所提高。

设计是在他人理论成果及实际经验的基础上设计出自己的东西。

经过调试验证成功后便可运用到实际生活中。

参考文献

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[4]方永远.工业电气控制技术.第二版.北京；机械工业出版社.2000.

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[6]王阿根.电气可编程控制原理与应用（第2版）.北京；清华大学出版社.2010.

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[8]崔名明.动车组自动门控制系统的研究.吉林大学硕士论文..

[10]XX百科.PLC控制

[11]Zhou.TheReserchandApplicationofFreeportCommunicationofSIEMENSPLC.Proceedingsof2008In

附录

0LDX001*门外检测开关

1ORX002*门内检测开关

2ORY000*Y000自锁得电

3ANIY002*急停常闭结点

4ANDX007*启动开关

5ORX010*手动开门开关

6ANIX003*开门限位开关常闭

7OUTY000*电机正传

8LDX003*开门限位开关

9ANIX001*门外检测开关常闭

10ANIX002*门内检测开关常闭

11OUTT0k80*8s延时继电器

13LDT0*延时继电器常开接点

14ORY001*电机正传

15ANIY000*正传常闭接点

16ANIY002*急停常闭接点

17ANDX007*启动开关

18ORX011*手动关门开关

19ANIX004*关门限位开关常闭

20OUTY001*电机反转

21L