基于plc的自动旋转门控制系统设计.docx
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摘 要
随着生活水平的不断提高和科技的发展，旋转自动门广泛应用在楼宇自动化中，不仅美观实用，还为人们的生活带来方便。
因此，要保证自动门安全有效的工作，针对控制要求设计合理的旋转门控制系统就很有实用价值和现实意义。
本设计利用可编程控制器（PLC）和变频器等设计了针对三翼自动旋转门的控制系统。
设计中根据控制原理和设计要求确定了系统的设计方案，给出了结构框图、电气原理图。
针对每个环节进行具体设计，对主控芯片、变频器、传感器等进行参数选择，给出传感器的连接电路和信号分析。
系统通过主控芯片与各种传感器（防夹、防撞传感器，红外线感应传感器，接近开关传感器）的连接，对控制信号进行检测和分析，并利用变频器调节电机实现对旋转门的控制。
旋转门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、安全智能和夜间闭锁等功能。
另外针对不同人群的需要采取相应措施（如残疾人按钮）使整个系统显得更加人性化。
关键词 可编程控制器变频器旋转门控制系统
II
Abstract
Withrisinglivingstandardsandtechnology,automaticrevolvingdooriswidelyusedinbuildingautomation,notonlybeautifulandpractical,butalsobringconveniencetopeople'slives.Therefore,toensuresafeandeffectiveworkofautomaticdoors,designedforthecontrolrequirementsoftherevolvingdoorcontrolsystemitisveryusefulandpracticalsignificance.
Thedesignofprogrammablecontrollers（PLC）andtheinverter,etc.designedforthethreewingautomaticrevolvingdoorofthecontrolsystem.Designprinciplesanddesignrequirementsforthecontrolsystemisdesignedtodeterminethegivenblockdiagram,electricaldiagram.Foreachlinkofthespecificdesignofthemainchip,inverter,sensors,etc.parameters,giventhesensorconnectioncircuitandsignalanalysis.Systemthroughthemainchipwithvarioussensors（pinch,crashsensors,infraredsensors,sensor,proximityswitchsensors）connectedtothecontrolsignaldetectionandanalysis,andusingfrequencyconvertertorealizetheadjustmentmotorcontroloftherevolvingdoor.
Revolvingdoorcontrolsystemforthedooroftheautomaticstartandstop,automaticpositioning,speedregulation,safetyfeaturessuchasintelligentandnightlatch.Inadditiontodifferentgroupsneedtotakeappropriatemeasures（suchasthedisabledbutton）sothatthewholesystemevenmoreuserfriendly.
Keywords ProgrammableLogicController Inverter revolvingdoor controlsystem
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2自动旋转门的国内外发展现状 2
1.2.1国外自动旋转门发展现状 2
1.2.2国内自动旋转门发展现状 2
1.2.3自动旋转门的发展趋势 3
1.3主要设计内容 3
第2章设计方案的确定 6
2.1自动旋转门系统的基本结构 6
2.2旋转门控制方案的分析 7
2.3旋转门控制方案的确定 8
第3章主控芯片选择及辅助电路设计 10
3.1主控芯片的选型 10
3.1.1PLC的简要介绍 10
3.1.2PLC的选型 11
3.1.3PLC的I/O点分配 13
3.2系统控制电路的设计 16
3.2.1变频调速的基本原理 16
3.2.2变频器容量选择 17
3.3系统电源的设计 19
第4章传感器的选型及信号处理 21
4.1红外检测传感器 22
4.1.1热释电红外传感器 22
4.1.2防夹红外传感器 24
4.2接近开关传感器 25
4.3防碰撞传感器 27
5
第5章系统软件部分设计 29
5.1模拟输入输出点信号 29
5.2控制程序流程图 31
5.3程序控制过程分析 32
结 论 44
致 谢 45
参考文献 46
附录1 47
DIRECTORY
Abstract I
Abstract II
Chapter1Exordium 1
1.1Backgroundandsignificanceoftopicselection 1
1.2Thedevelopmentpresentsituationofautomaticrevolvingdoorathomeandabroad 2
1.2.1Developmentofforeignrevolvingdoor 2
1.2.2Developmentofthedomesticrevolvingdoor 2
1.2.3DevelopmentTrendoftherevolvingdoor 3
1.3Maindesigncontents 3
Chapter2DeterminationofDesignScheme 6
2.1Thebasicstructureofautomaticrevolvingdoorsystem 6
2.2Analysisoftherevolvingdoorcontrolmethod 7
2.3Determinationoftherevolvingdoorcontrolmethod 8
Chapter3Themasterchipselectandtheauxiliarycircui 10
3.1Selectionofthemasterchip 10
3.1.1PLC'sbrief 10
3.1.2PLCSelection 11
3.1.3TheI/ODistributionofPLC 13
3.2ThedesignofSystemcontrolcircuit 16
3.2.1Thebasicprincipleoffrequencycontrol 16
3.2.2InverterCapacitySelection 17
3.3Thedesignofsystempowersupplies 19
Chapter4Selectionofsensorsandsignalprocessing 21
4.1Infrareddetectionsensor 22
4.1.1Pyroelectricinfraredsensor 22
4.1.2Pinchinfraredsensor 24
4.2Proximityswitchsensor 25
4.3Anti-collisionsensors 27
Chapter5Thedesignofsoftware 29
5.1Thesignalofanaloginputandoutputpoints 29
5.2Theflowchartofcontrolprogram 31
5.3Theanalysisofprogramcontrolprocess 32
Conclusions 44
Acknowledgements 45
References 46
Appendix1 47
第1章绪论
1.1选题的背景和意义
随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展，人们更加注重自动化和人性化的产品。
楼宇自动化产品中的旋转自动门由于其可以实现无人看管，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的原因，在银行、写字楼、酒店等办公娱乐场所得到了广泛普及应用。
自动旋转门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。
同时对于旋转自动门的控制系统也有了更高的要求。
旋转自动门的控制更加突出了安全理念，强调了有效性：
有效地防范、通行、疏散，同时还融合了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。
自动旋转门控制系统的基本工作形式是在门的不同位置安装传感器以及控制芯片等，对旋转门进行人性化、智能化的自动控制。
可以根据通行人员的多少、有无老幼残孕等情况调整旋转门的旋转速度以适应不同情况的需求。
当检测到行人距门翼太近、走反等有可能出现危险的时候，能及时通过调整避免危险的发生。
而且在无人通行时停止节能，在夜间实现闭锁等功能。
由于旋转自动门在通电后可以实现无人管理而且智能、安全、节能，又能提高建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
因此针对自动旋转门系统的设计就显得更具有实际意义，不仅可以提高旋转门的智能化程度，更能促进旋转门的技术更新和产品的应用。
1.2自动旋转门的国内外发展现状
1.2.1国外自动旋转门发展现状
自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门[1]，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。
国外著名
35
厂家有：
荷兰的B00NEDAM 瑞典的BESAM 德国的多玛、盖泽 日本的纳博克、寺冈等。
由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。
自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化设计的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。
与此同时某些厂家生产的自动旋转门还具有远程控制和液晶显示。
利用当前先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过internet与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。
当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面显示门体转速、状态和故障等信息。
1.2.2国内自动旋转门发展现状
我国旋转门技术的发展：
我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。
90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。
旋转门的厂家：
国内专业厂家：
北京有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。
外省市有上海康育、广州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。
旋转门在我国的市场前景：
随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。
从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。
现代城市建筑物装饰装修中，将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化。
对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施。
堪称建筑物的点睛之笔。
但是国家对自动门产品质量、安全性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国内建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。
随着国内建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。
1.2.3自动旋转门的发展趋势
经过多年发展，旋转门行业呈现以下发展趋势：
1.智能化、多功能：
今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化,以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。
还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。
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：
将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。
4.高安全性：
随着用户安全意识的提高，安全性将成为非常重要的一项指标，也是一项基本要求。
1.3主要设计内容
旋转门控制系统的设计是以三翼旋转门为模型，以PLC为主控制器，外加传感器和变频器等组成的自动旋转门控制系统。
通过各种类型的传感器将控制信号（如：
调速按钮、防夹、放撞、防碰、急停等）检测并经处理传递到PLC中，根据设计要求的安全控制措施以及条件的优先级来判断并发出相应的控制信号，最后由传动装置完成动作。
本设计的主要特点是设计充分考虑人的需求，使旋转门更加智能化和人性化。
预计实现的主要功能有：
1.旋转速度可调。
旋转门设有低速、中速、和高速3种旋转速度，通过残疾人、正常、高速三个按钮进行切换，以适应残疾人通过、正常运转和紧急疏散时对转速的不同要求。
2.自动起停功能。
检测到来人时自动启动，并以正常转速运转，15s无人进出，则自动停转并封门。
3.防夹功能。
当门扇运转靠近曲壁立柱时，则旋转门马上停转，以防止撞伤行人或撞坏物体。
行人或物体离开右侧立柱时门自动恢复运转。
4.防撞功能。
当行人紧靠右侧立柱或遇物体碰撞右侧立柱时，则旋转门马上停转，以防止撞伤行人或撞坏物体。
行人或物体离开右侧立柱，门自动恢复
运转。
5.防碰功能。
行人在旋转门内通行过程中，如遇门扇碰行人脚后跟，则门立即自动停转，以防止碰伤行人。
行人离开门扇，门自动恢复运转。
6.锁门功能。
采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙即可完成自动锁门工作，快捷方便。
7.急停功能。
当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。
8.暂停功能（STOP钮）。
与急停功能相当，不同的是按STOP钮后，必须用残疾、正常或高速三个按钮中的一个进行恢复。
9.残疾优先功能。
当按下残疾按钮后，30s内门始终以2r／min的速度低速运转，此时按正常或高速钮无效，以确保残疾人安全通过。
30s后来人，门自动以正常速度运转。
10.电动机过载保护功能。
当电动机过载时，门停转并且指示灯闪烁报警。
过载消除后门自动恢复运转。
11.变频器报警输出和延时自动复位功能。
当变频器过压或过流时，关闭输出，门停转并报警（指示灯闪烁），延时3s自动复位。
本设计自动旋转门采用的电机是JXJ1-35-0.75摆线针轮减速器三相异步电机。
JXJ系列异步电机按照TB1T6442-92标准设计制造,广泛用于轻工,纺织，建筑机械行业。
JXJ系列异步电动机是直接输出低转速，大转距，且有转速型谱宽，运转平衡，噪声低，高效节能，体积小，重量轻，规格多，选用方便等特点。
具体参数见表1-1。
表1-1电机参数表
型号
额定功率
（KW）
转矩
（N.m）
同步转速
（r/min）
满载转速
（r/min）
总传动比
齿轮传动比
减速器
JXJ1-35-0.37
0.37
67.9
1500
1440
240
6.9
35
第2章设计方案的确定
2.1自动旋转门系统的基本结构
1.框架总成：
分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成[2]。
立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。
采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6MM厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。
门体结构简图如图2-1所示。
图2-1门体结构简图
2.驱动系统：
由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。
3.控制系统：
由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。
4.检测系统：
由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。
5.安全系统：
主要有接触和非接触安全感应器。
旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底
边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动。
2.2旋转门控制方案的分析
旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个方面进行考虑[3]。
从上面几个方面具体分析有两种设计方案可供选择：
1.方案一
（1）框架总成：
分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。
立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。
圆周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲
壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。
（2）传动系统：
由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。
（3）控制系统：
由单片机、变频器、功能开关组成。
（4）检测系统：
由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。
（5）安全系统：
主要有接触和非接触安全感应器。
旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底
边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动[15]。
2.方案二
（1）框架总成：
分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。
立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。
采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6MM厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。
（2）驱动系统：
由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。
（3）控制系统：
由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。
（4）检测系统：
由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。
（5）安全系统：
主要有接触和非接触安全感应器。
旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底
边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。
胶条恢复正常，门扉则自动转动。
三翼旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。
中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。
在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量生产，不适于单件设计。
综合两种方案进行比较，可以看出
第二种方案在具体设计中更具有实用性，完善性。
故选择第二种方案。
2.3旋转门控制方案的确定
通过分析可知本设计是利用可编程控制器（PLC）、变频器传感器等构成三翼自动旋转门的控制系统[4]。
根据控制原理和设计要求确定了系统的结构框图如图2-2所示。
红外传感器作用是检测是否有行人通行；红外防夹传感器和防夹接近开关用来检测是否有人被夹；定位接近开关用来检测门翼是否停在定位位置；防碰撞传感器用来检测是否有人被碰或被撞；主控芯片用来判断传感器传来的各种信号并经过判断做出相应控制动作；变频器接收控制信号对电动机进行调速。
另外还有运行状态指示灯和过载报警等等。
旋转门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、安全智能和夜间闭锁等功能。
红外传感信号
防夹传感信号
防碰、撞信号
定位信号
锁门信号
调速按钮
闭锁信号
过载
警铃
状态指
示灯
变频器
M
3～
西门子S7-200PLC
图2-2控制原理框图
第3章主控芯片选择及辅助电路设计
3.1主控芯片的选型
3.1.1PLC的简要介绍
PLC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可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicalController）。
国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：
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[5]。
可编程控制器是60
升级会员 