自动门系统设计.doc

1、基于 PLC 自动门控制系统的设计前言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，自动门已经随处可见。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，当人走进自动门是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。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。自动门在国外早已得到普遍的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动们发展的黄金时期自动门性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易

2、维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它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。因此运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性、维修方便等优点。进行自动门的 PLC 控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用。本课题主要介绍运用 PLC 为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化。此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。目录1 绪论-

3、12 国内外自动门的发展-22.1 国内外自动门的发展现状-22.2 本课题研究的内容-32.3 本课题研究的目的和意义-43 自动门控制系统总体方案设计-63.1 自动门的功能需求分析-6 3.2 自动门的控制要求-63.3 自动门控制系统构成-7 3.3.1 PLC 概述-73.3.2 具体构成-113.4 自动门的机械传机构设计-124 自动门控制系统的硬件设计-134.1 PLC 的选型-134.2 驱动装置的选型-164.3 感应器件的选型-164.4 直流电动机的选型-184.4.1 直流电动机的调速-184.4.2 直流电动机的优势-204.5 传动装置-21 4.6 限位开关-

4、214.7 自动门控制系统 I/O 地址分配表-224.8 自动门控制系统的原理图-234.8.1 主电路原理图-23 4.8.2 PLC 外围接线图-24 5 自动门控制系统的软件设计-245.1 工作过程分析-24 5.2 梯形图程序-255.2.1 梯形图的概述-255.2.2 梯形图的设计-266 程序调试-29 6.1 硬件线路连接-296.2 联机调试-297 总结-31致谢 -32附录 1-33附录 2-34附录 3-3511 绪论本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC） 、感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体

5、信号传送到 PLC，PLC 再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。随着电子技术的发展，PLC 不断的更新，PLC 控制已成为自动控制中最常见的方式之一。自动门就是自动控制应用的以典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商家很多都运用 PLC 来做门的控制器。目前自动门在日常生活中用越来越广泛。PLC 控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点。本文分四个部分来介绍其软、硬件结构、工作原理等，具体如下：（一）介绍自动门的设计要求（二）介绍自动门的硬件设计，

6、PLC 选型，驱动装置选型，感应器件的选型，（三）介绍了系统软件设计，PLC 梯形图设计，软件设计（四）介绍程序调试 ，硬件接线22 国内外自动门发展2.1 国内外自动门发展现状在国外，进入 90 年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，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。在自动门控制系统设计中

7、，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的影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和频繁使用自动门。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，一般只使用余高档酒店宾馆，自动平移门使用的最广泛，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

8、式是自动门内外两侧加感应器，当人走进3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。当人通过之后，再将门关上。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。自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运行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存在许多缺陷而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。在智能控制器的选折上，自动门的主控制器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PLC

9、）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，目前许多大型商场的自动门都是有这种方式来控制的。2.2 本课题研究的内容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。42. 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

10、能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的CPU224 小型 PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制，为了解决在频率很低时出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机，在感应器方面运用了自动门专用的微波雷达感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器，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要在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。3. 自动门的软件设计在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形

11、图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。2.3 本课题研究的目的和意义在超级市场、公共建筑、银行、医院入口，经常使用自动门控制系统。使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出口显得庄重高档，因此应用非常广泛。自动平移门最常见的形式是自动门及门内外的光电开关，当人走进自动门时，感应开关感应到人5的存在，给控制器一个开门的信号，控制器通过驱动装置将门打开，当人通过门之后，在将关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既

12、方便又提高了建筑档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到了广泛应用。自动门在国外早就得到了普遍应用，在国内也逐渐得到了大家的认可，已经迎来了自动门发展的黄金时期。早期自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已被逐渐淘汰。PLC 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。他采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、和算数运算等操作指令，并能通过数字式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，

13、重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等优点。本课题的自动门设计运用 PLC 做控制器能大大提高自动门的稳定性和经济性，对与整个自动门行业是一次技术革新，提高了自动门的使用率，因此，进行自动门的 PLC 控制系统的设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC 在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。63 自动门控制系统总体方案设计3.1 在自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。根据商场中对自动门的具体要求，

14、本课题所设计的自动门应由以下功能：（1） 开门和关门控制应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。当信号采集装置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口且门未关闭，PLC 动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。（2） 紧急停止当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。自动门控制系统包含 PLC 控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，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。3.2 自动门的控制要求（1）当有人由内到外或

15、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，到达开门限位开关 K3 位置时，电7机停止运行。（2）自动门在开门位置停留 8 秒后，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K2 或 K1 时，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 K2 或 K1 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。3.3 自动门控制系统构成

16、自动门控制系统包含 PLC 控制和动作执行元件构成。采用自动和手动电动控制方式，此种控制方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。3.3.1PLC 概述可编程控制器，英文 Programmable Controller,简称 PLC，本课题中用 PLC 作为它的简称。PLC 是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC 基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入