基于PLC自動門控制系統(tǒng)設(shè)計論文

1、. . . . 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）題目：PLC自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計姓名：呂濤濤專業(yè)：電子信息工程技術(shù)學(xué)號：G20110206指導(dǎo)教師：玲30 / 31PLC自動門控制系統(tǒng)摘要自動門在人們的日常生活中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，同時人們對其性能和安全等方面的要求也越來越高。由于PLC的高穩(wěn)定性和對環(huán)境較強的適應(yīng)能力，使得PLC在自動門控制裝置中的應(yīng)用也日益廣泛。本文圍繞自動門控制系統(tǒng)展開研究。首先分析了國外自動門發(fā)展的趨勢和所采用的技術(shù)，然后對PLC系統(tǒng)作了簡要說明。并按照自動門控制裝置的要求，設(shè)計了相應(yīng)的梯形圖文件，實現(xiàn)了自動門由檢測到開啟、計時等待、關(guān)閉的全過程。本設(shè)計主要的工作原理是通過信

2、號采集裝置判定有無人經(jīng)過并將信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號傳到PLC，PLC根據(jù)開關(guān)信號來控制變頻器的開停和速度的變換，在由傳動裝置帶動門運動隨著PLC不斷的更新，PLC控制已成為自動控制中最常見的方式之一，由于可編程控制器可以很簡單的改變控制方式。并且，PLC具有較高的穩(wěn)定性、可靠性、維修方便等優(yōu)點。還具有良好的處理自動門開關(guān)控制與良好的穩(wěn)定性，因此，此設(shè)計以PLC為基礎(chǔ)，以傳感器為感應(yīng)裝置，電動機為動力單元，從而達(dá)到設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞： PLC可編程控制器 自動門 傳感器 設(shè)計原理 工作原理PLC automatic door control systemAbstractAutomatic door

3、s have been widely used in the people's daily lives, while about its performance, and security requirements and getting higher. Due to the high stability of the PLC and strong ability to adapt to the environment, makes the application of PLC in auto-door control unit is also increasingly widespr

4、ead.This paper stresses the study on auto-door control system. Development trend of the first analysis of the automatic doors at home and abroad and the technologies used, and then provided a brief description of the PLC system. And in accordance with the requirements of automatic door control devic

5、e, was designed for ladder diagram files, enabling automatic door opening, detected by timed wait, shut down the whole process.This design works mainly through the signal acquisition device judgment after and converts the signal switches quantity signal, no upload PLC,PLC the switching signal to con

6、trol the start stop and speed of the transformation of a frequency converter, driven by gear door movement.With the continuous update of PLC, PLC automatic control of control has become one of the most common way, because changing the control mode of the programmable controller can be as simple. And

7、 PLC has a high stability, reliability, easy maintenance and so on. Automatic door control also has a good deal and good stability, therefore, this design based on the PLC, sensors to sensors, motor-powered units, so as to meet the design requirementsKeywords: PLC programmable controller Automatic d

8、oor The sensor The principle of design The Working principle目錄PLC自動門控制系統(tǒng)1摘要1Abstract2前言5第一章自動門的概述61.1 自動門簡介61.2 自動門的國外發(fā)展現(xiàn)狀61.3本課題研究的容71.3.1自動門類型的選擇71.3.2 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計71.3.3 自動門的軟件設(shè)計81.4本課題研究的背景和意義8第二章 PLC的概述102.1 PLC的定義102.2 PLC的產(chǎn)生背景102.3 PLC控制系統(tǒng)簡介122.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)與原理122.5 PLC的特點122.6 PLC的選型原則13第三章自動門控制系

9、統(tǒng)的整體方案153.1設(shè)計流程153.2自動門的功能需求分析153.3自動門的控制要求153.4自動門技術(shù)參數(shù)163.5自動門具體構(gòu)成16第四章硬件設(shè)計184.1 可編程控制器的選型184.2驅(qū)動裝置的選型184.3感應(yīng)器件的選型184.4 行程開關(guān)(限位開關(guān))的工作原理194.5 傳動裝置19第五章自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計205.1 PLC梯形圖概述205.2自動門工作流程如下：205.3自動門控制系統(tǒng)原理圖215.4工作過程的分析225.5梯形圖的設(shè)計23自動門I/O地址分配表235.6 過程分析23總結(jié)25辭26參考文獻(xiàn)27前言在經(jīng)濟(jì)與科技飛速發(fā)展的中國，自動門在人們的生活中的運用越來越

10、廣泛,在一些正式的公共場合自動門已經(jīng)隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)外有人走近自動門時感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到有人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開,計時，在人通過之后，再將門關(guān)上。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，給我們的日常生活帶來很多的好處,比如進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、還有利于人力資源的節(jié)省,更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息,也顯示了一個國家的發(fā)展。自動門最早應(yīng)用在國外，目前在我國也以優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，自動門在中國正走向發(fā)展的黃金時期?？刂蒲b置性能決定自動門性能的優(yōu)劣，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制,造成安裝

11、繁瑣, 不穩(wěn)定，不易維修，體積大等缺點已經(jīng)逐漸被淘汰。目前自動門與其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的行業(yè)是PLC，它是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前它在機械制造、自動化、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。運用PLC控制自動門具有較高的可靠性、穩(wěn)定性，維修方便等優(yōu)點。由此看來，進(jìn)行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計, 可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自

12、動化行業(yè)的應(yīng)用，具有很好的發(fā)展前景。自動門根據(jù)使用的場合與功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只使用于高檔酒店賓館，自動平移門使用的最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門，目前市場上流行的平移型自動門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護(hù)方便。本文所研究的對象就是自動平移門。本課題主要介紹運用PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計，本課題開發(fā)的產(chǎn)品對許多場合都能適用，并滿足了自動門的基本要求，還可以保證自動門的穩(wěn)定性。研究本課題意味著產(chǎn)品成本的下降，效益提高，因此是一個比較實用且經(jīng)濟(jì)

13、的產(chǎn)品。第一章 自動門的概述1.1 自動門簡介自動門英文名：automatic door。自動門從理論上理解應(yīng)該是門概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行發(fā)展和完善。自動門是指：可以將人或物接近門的動作或某種入門授權(quán)，轉(zhuǎn)換為開門信號，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟，在人離開后在將門自動關(guān)閉，對門的開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。在二十世紀(jì)年以后，自動門開始在建筑物上使用。二十年代后期美國的超級市場的開放，受此影響，自動門開始被使用，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式已開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增

14、加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動機的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展,現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如:感應(yīng)自動門（紅外感應(yīng),微波感應(yīng),觸摸感應(yīng),腳踏感應(yīng)）、刷卡自動門等。1.2 自動門的國外發(fā)展現(xiàn)狀在國外,進(jìn)入90年代以來，自動化技術(shù)已經(jīng)很成熟，技術(shù)發(fā)展很快，并取得了驚人的成就，自動門是自動化技術(shù)的典型代表。在現(xiàn)在人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、防塵、防風(fēng)、降低噪音、同時可以使出入口顯得很莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技水平的飛速發(fā)展，

15、自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適用于各種大型公共場所。但在國，自動門的自主研發(fā)技術(shù)尚不成熟。在自動門控制系統(tǒng)設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全與人性化是需要首先考慮的因素。自動平移門最常見的形式是自動門外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走進(jìn)門時，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給PLC控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過之后，再將門關(guān)上。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國外建筑市場上得到大圍的普與。自動門的控制方法有很多，從控制器的不同來說，有繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；還有智能控制器控制，即通過運行現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具

16、有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)存在許多缺陷而逐步被智能控制器的自動門所淘汰。在智能控制器的選擇制主要有體積小、安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動門，PLC控制的特點是穩(wěn)定型高、維護(hù)方便，目前許多大型商場的自動門都是有這種方式來控制的。1.3 本課題研究的容綜合了自動門的實用、簡潔、便捷、簡單、的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時間段控制功能以與配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全和穩(wěn)定性的要求。本設(shè)計將在以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)

17、進(jìn)行研究和論證。1.3.1 自動門類型的選擇由于門體的重量與體積不同會對自動門驅(qū)動傳動系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動門又可以分為重型自動門和輕型自動門。客流量的差異會對自動門的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和頻繁使用自動門。自動門根據(jù)使用的場合與功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等綜合了自動門的實用，簡潔、便捷、簡單的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時間段控制功能以與配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。1.3.2 自動門硬件系

18、統(tǒng)的設(shè)計為滿足日常的需要本課題設(shè)計的自動門要求有很高的穩(wěn)定性，故在本設(shè)計中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC。驅(qū)動裝置選用穩(wěn)定性較好、功率強大、自帶減速裝置的三相交流電機，在感應(yīng)器運用自動門專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器件感應(yīng)到的開關(guān)量信號輸入給PLC，再由來PLC實現(xiàn)對自動門的控制。本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動門的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實用、方便、安全的需要。1.3.3 自動門的軟件設(shè)計在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖能直觀明了的設(shè)計出自動

19、門的控制要求，并能更好的實現(xiàn)安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用西門子編程軟件，此軟件具有強大的診斷功能，能更快的查處故障原因，從而大大縮短了維修時間。1.4 本課題研究的背景和意義21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性：有效地防、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強調(diào)門與周圍建筑的風(fēng)格的整體的協(xié)調(diào)與和諧。在大中型公共場所，自動門為這些建筑增添了時尚，高貴的姿彩。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的進(jìn)一步提升和完善。所以對自動門的認(rèn)識應(yīng)該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通

20、行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。自動門的普與和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，提升了人們的安全觀念。自動門根據(jù)使用的場合與功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常寵大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國外的建筑市場上得到大圍的普與。同時也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。自動平移門最常見的形式是自

21、動門機與門外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動門時，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國外建筑市場上得到大圍的普與。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達(dá)和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達(dá)是對物體的位移反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，對門機有一定的保護(hù)作用。紅外傳感器對物體存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員移動與否，只要處于傳感器的掃描圍，它都會反應(yīng)即傳出觸點信號。缺

22、點是紅外傳感器的反應(yīng)速度較慢，適用于有行動遲緩的人員進(jìn)入的場所。本文擬使用微波雷達(dá)傳感器設(shè)計一個自動門控制器系統(tǒng)本課題的自動門設(shè)計運用PLC做控制器能大大提高自動門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對于整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動門的使用率，因此，進(jìn)行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究價值第二章 PLC的概述2.1 PLC的定義國際電工委員會（International Electrical Committee）于1987年頒布了可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)與其定義：“可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計

23、的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破髋c其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”定義強調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”它也是一種計算機，它是專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算

24、，順序運算，定時，計數(shù)和算數(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)”聯(lián)成一體，易于“擴充”。2.2 PLC的產(chǎn)生背景可編程控制器是基于微型計算機技術(shù)的通用工業(yè)自動控制設(shè)備，在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制。機械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。在可編程控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在明顯的缺點，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性較差。1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，為了完成“多品種、小批量、

25、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略，提出了研制新型邏輯順序控制裝置來取代繼電器控制裝置。第2年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了第一臺PLC，將其應(yīng)用于美國通用汽車自動裝配生產(chǎn)線上，并取得了極大的成功。此后隨著計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展起來。PLC初創(chuàng)階段的代表產(chǎn)品有MODICON公司的084、AB公司的PDQIl、DEC的PDP14和日立公司的SCY022等。該時期PLC產(chǎn)品的主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、邏輯運算、定時和計數(shù)等。它的CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，在IO接口電路上做了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場

26、的要求，它的控制功能比較簡單。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器，定時器，接觸器與觸電按一定的邏輯關(guān)系連接起來，組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器接觸控制系統(tǒng)，由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價格便宜，在一定圍能滿足控制要求，因而使用面甚廣。在工業(yè)領(lǐng)域控制中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難以實現(xiàn)交復(fù)雜的的控制，特別是由于它是靠硬件連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。20

27、世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以與對整個開展系統(tǒng)從新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是;（1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電器控制裝置（4）體積小于繼電器控制盤（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機（6）成本可與繼電器控制盤競爭（7）輸入可以是交流150V以上（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等（9）擴展時原裝系統(tǒng)改變最?。?0）

28、用戶存儲器至少能擴展到4KB十項指針的核心要采用軟布線（編程）方程代替繼電器控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.3 PLC控制系統(tǒng)簡介可編程控制器，英文Programmable Controller,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運行儲存在其存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負(fù)載的控制。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的存

29、，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化、智能化創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不一樣。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。2.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)與原理目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都個不一樣但都一微處理器

30、為核心用微工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大至一樣，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似，主要包括中央處理單元CPU存儲器RAM和ROM，輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部識別接口等。其部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，他們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。2.5 PLC的特點PLC作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計算機，有其顯著的特點。具體特點如下: （1）可靠性高，抗干擾能力強

31、（2）硬件配套齊全，功能完善，適用性強（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）安裝方便，擴展靈活（5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造（6）體積小，重量輕，能耗低2.6 PLC的選型原則當(dāng)某一個任務(wù)決定由PLC來完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。再PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，一方面工藝流程的特點和應(yīng)用要設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時應(yīng)該詳細(xì)分析工藝過程的特點，控制要求，明確控制任務(wù)和圍，確定需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求估計輸入輸出點數(shù)，確定PLC的功能外部設(shè)備等存有多大。第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點找出來，包

32、括開關(guān)量I/O和模擬量I/O，以與輸出量是用繼電器還是晶體管或可控硅型。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器,電磁閥，又有24V指示燈，則最后選用的PLC的輸出點數(shù)有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的實際點數(shù)，因為PLC的輸出點一般是幾個一組公用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦他們是交流220V的負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載智能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點浪費，增加成本。所以要盡可能選擇一樣等級和種類的負(fù)載。第二個問題，則有以下幾個方面要考慮（1）功能方面所有PLC一般都具有常，規(guī)的功能，但對某些特殊要求，就要知道所發(fā)用的PLC是

33、否有能力控制任務(wù)。如PLC的計算速度。用戶程序容量等有特殊要求。該選擇包括運算功能，控制功能，通信功能，編輯功能，診斷功能和處理速度等性能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的要求主要有一下幾種功能的選擇：a.控制功能b.編輯功能c.診斷功能d.機型的選擇e.對PLC響應(yīng)時間的要求（2）價格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似，質(zhì)量相當(dāng)，I/O點數(shù)相當(dāng)，PLC價格卻相差很大在使用PLC較多情況下，這樣的差價是必須考慮的因素。綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用智能控制器為穩(wěn)定性良好的德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制。第三章 自動門控制系統(tǒng)的整體方案

34、3.1 設(shè)計流程1.深入了解和分析自動門的控制要求和控制部件。2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。3.根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5.設(shè)計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。7.自動門系統(tǒng)的整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，

35、就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。3.2 自動門的功能需求分析本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)由以下功能：（1)開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方式為了便于維護(hù)，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)器檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。（2)緊急停止當(dāng)自動門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時

36、，可閉合緊急停止開關(guān)，自動門自動進(jìn)入開門過程。PLC控制和執(zhí)行元件構(gòu)成是自動門控制系統(tǒng)的兩個重要組成。采用自動和手動控制方式，此種控制模式為自動門的主要控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。3.3 自動門的控制要求經(jīng)分析設(shè)計任務(wù)，可知完成任務(wù)的實質(zhì)就是控制電機的正反轉(zhuǎn)。要實現(xiàn)自動控制首先要具備一下功能部件：微波檢測開關(guān)，限位開關(guān)，超載要實現(xiàn)電機正保護(hù)開關(guān)。先確定電機與門扇軌道組成的系統(tǒng)，要實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)開門，電機反轉(zhuǎn)關(guān)門。首先按下啟動按鈕，當(dāng)傳感器檢測到能有人體通過信號時，開關(guān)上有電流通過，（光電檢測開關(guān)是脈沖觸發(fā)需對其自鎖

37、）所以線圈上有電流通過，電動機正傳，帶動自動門執(zhí)行開門過程。當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)由閉合到斷開，此時自動門停止，延時8秒。 若此時感應(yīng)器重新檢測到有人體信號時，則在重新進(jìn)行8秒延時。 當(dāng)8秒的延時完畢后，電動機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測到人體信號時，此時中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程?？紤]到自動門若出現(xiàn)故障或維修的時候，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。3.4 自動門技術(shù)參數(shù)表3-1自動門技術(shù)參數(shù)單扇門的最大承重（kg）1x120kg單扇開啟最大寬度（mm）1250mm高度（mm）2500mm開/關(guān)門速度（cm/s）32.5cm/s開啟保持時間（s）8S

38、可編程控制器（PLC）電源220V AC,50-60Hz驅(qū)動器電源380V AC,50Hz驅(qū)動器輸出額定功率120W3.5 自動門具體構(gòu)成自動門系統(tǒng)的具體組成如下圖： PLC 自動門感應(yīng)器件驅(qū)動裝置傳動裝置圖3-1自動門系統(tǒng)組成由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，是驅(qū)動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運行。第四章 硬件設(shè)計4.1 可編程控制器的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控

39、制任務(wù)和圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。綜合PLC的選型標(biāo)準(zhǔn)，本課題的設(shè)計采用智能控制器為穩(wěn)定性良好的德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制圖4-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖4.2 驅(qū)動裝置的選型自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。結(jié)合安全穩(wěn)定的考慮，在本設(shè)計中選用安全電機生產(chǎn)的型號為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機，此電機噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，又具備直流電動機線

40、性機械特性、調(diào)速圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點。4.3 感應(yīng)器件的選型目前自動門行業(yè)運用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對物體的移動進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所。結(jié)合本課題的實際需要在設(shè)計自動門的人員檢測上運用微波雷達(dá)傳感器為自動門感應(yīng)器 微波感應(yīng)器的特點:（1）非接觸探測（2）不受溫度，濕度，噪音影響4.4 行程開關(guān)(限位開關(guān))的工作原理行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機械設(shè)備的行程與限位保護(hù)。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換

41、。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。滾輪式行程開關(guān)又分為單滾輪自動復(fù)位和雙滾輪(羊角式)非自動復(fù)位式，雙滾輪行移開關(guān)具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路4.5 傳動裝置在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：1自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。2所有的組件都為

42、插入式元件，使得安裝很簡便。3電機：驅(qū)動電機采用380V三相交流電機，功率大，可調(diào)性強。4導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對導(dǎo)軌與滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護(hù)方面的特點。5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。6皮帶：用于傳輸電機所產(chǎn)動力，牽引自動門吊具走論系統(tǒng)，采用齒形皮帶, 齒形皮帶的齒形截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高了使用壽命。7馬達(dá)皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪徑為13.5cm,外徑

43、為28.5cm。第五章 自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計5.1 PLC梯形圖概述梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：1. 與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；2. 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；3. 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別

44、對待；梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。5.2 自動門工作流程如下：（1）按下啟動按鈕，當(dāng)有人由到外或由外到通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機構(gòu)KM1動作，電動機正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時，電機停止運行。（2）自動門在開門位置停留8秒后，自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電機停止運行。（3）在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到或由到外通過光電檢測開關(guān)K2

45、或K1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進(jìn)入開門程序。（4）在門打開后的8秒等待時間，若有人員由外至或由至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。（5） 考慮到自動門若出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。以上工作過程可用流程圖表達(dá)如下圖所示。圖5-1 自動門工作流程圖5.3 自動門控制系統(tǒng)原理圖a.自動門控制系統(tǒng)主電路控制圖：圖5-2 自動門控制系統(tǒng)主電路圖b.繼電器接觸器控制圖圖5-3 繼電器接觸器控制圖c.外圍接線圖5-4 自動門控制系統(tǒng)外圍接線圖5.4 工作過程的分析根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計的程序

46、按照下圖所示的流程運行，已達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計，工作流程如下：首先按下啟動按鈕，當(dāng)傳感器檢測到能有人體信號時，電動機正傳，帶動自動門執(zhí)行開門過程。當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)打開，此時自動門停止，進(jìn)行8秒延時。 若此時感應(yīng)器重新檢測到有人體信號時，則在重新進(jìn)行8秒延時 當(dāng)8秒的延時完畢后，電動機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測到人體信號時，此時中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程?？紤]到自動門若出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。5.5 梯形圖的設(shè)計自動門I/O地址分配表表5-1自動門I/O地址分配表PLC原件作用I0.1門外光檢測電開關(guān)

47、I0.2門光檢測電開關(guān)I0.3開門限位電開關(guān)I0.4關(guān)門限位電開關(guān)I0.5過載保護(hù)開關(guān)I0.6緊急停車開關(guān)I0.7啟動停止I1.O手動開門I1.1手動關(guān)門具體梯形圖程序見附錄1指令表見附錄25.6 過程分析1.首先按下啟動按鈕使I0.7閉合，若外檢測開關(guān)或檢測開關(guān)檢測到有人體接近時將其轉(zhuǎn)換成信號使I0.1或I0.2閉合。由于開門限位開關(guān)I0.3是常閉的，所以Q0.0線圈得電，由原理分析可知光電檢測開關(guān)的觸發(fā)方式是脈沖觸發(fā)，所以需要自鎖。當(dāng)Q0.0線圈通電時Q0.0閉合，此時電動機正轉(zhuǎn)帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門過程。2.當(dāng)門扇完全打開時，使開門限位開關(guān)I0.3打開，Q0.0線圈失電。電動機停止轉(zhuǎn)動。3.當(dāng)門扇停止移動時，由于開門限位開關(guān)的常閉變成斷開，故使常開變閉合。此時進(jìn)行8秒鐘的延時，若此時外檢測開關(guān)或檢測開關(guān)I0.1或I0.2檢測到有人體信號，則使T0重新延時8秒鐘。4.當(dāng)8秒的延時完畢后T0線圈通電，關(guān)門限位開關(guān)閉合，所以使Q0.1得電并自鎖，電機反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。5.在關(guān)門過程中，若外