1、 南京机电职业技术学院 毕 业 设 计 (论 文 ) 题目 自动门 控制系统 系部 自动化 工程系 专业 机电一体化 姓名 吴迪 学号 G1340722 指导教师 史丹 青 2015 年 12月 12日 摘要 摘 要 随着计算机 、网络、通信技术的发展，各种方便生活的自动控制系统逐步进入了人们的生活。 自动门是随着人们对生活条件的不断追求、科技的不断发展应运而生的高科技产品，因此，它具备了普通门所没有的优势：雅观漂亮，而且使用管理起来更加的安全、方便、舒适， 通电后可以实现无人看管，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 。 由于 早期自动门控制系统采用继电器逻辑
2、控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制。造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点。而基于 PLC的自动控制系统具有抗干扰能力强，可靠性高，体积小，设计 、使用和维护方便等优点。所以在商场、公共建筑、银行、医院等入口，使用 PLC技术控制自动门已得到广泛应用。 关键词： PLC、直流电机、自动门、热释电红外传感器 目录 目录 摘 要 . 2 目录 . 3 第一章 绪 论 . 4 1.1 国内外自动门发展现状 . 4 1.2 问题的提出 . 4 1.3 本课题设计的主要目的和意义 . 4 1.4 本课题设计的主要 内容 . 5 1.自动门类型的选择 . 5 2.自动门控制系统的 PLC 设计
3、. 5 第二章 可编程控制器（ PLC)的基本知识 . 6 2.1 PLC 的产生 . 6 2.2 PLC 的定义 . 6 2.3 PLC 的特点 . 7 第三章 自动门控制系统总体设计 . 8 3.1 自动门控制过程和要求 . 8 3.2 总体设计方案 . 8 3.3 系统工作原理 . 9 第四章 自动门控制系统硬件设计 . 11 4.1 控 制系统结构设计 . 11 4.2 可编程控制器（ PLC）的选型 . 11 4.3 直流电动机的选型 .13 4.4 感应器件的选型 .14 4.5 限位开关 .15 4.6 主要硬件选型清单 .15 4.7 基于 PLC 的硬件电路设计 .16 4.
4、7.1 I/O 分配表 .16 4.7.2 硬件接线图 .17 4.7.3 主电路原理图 .18 第五章 系统软件设计 .19 5.1 梯形图的概述 .19 5.2 梯形图的设 计方法和步骤 .20 5.3 自动门控制系统程序设计 .21 第六章 系统调试 .23 6.1 调试的主要内容 .23 6.2 调试结果 分析 .23 结束语 .24 致 谢 .25 参考文献 .26 附录 .27 第一章 绪论 4 第一章 绪 论 1.1 国内外自动门发展现状 在国外，进入 20 世纪 90 年代以来，自动化技术发展迅猛，技术已经相对成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现代人们生
5、活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，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。在自动门控制系统的设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑 的因素。 1.2 问题的提出 早期自动门控制系统采用继电器逻辑控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制。造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点。因此，如何运用智能控制器来取代继电器控制，已成为推进自动门行业智能化发展所迫切需要解决的问题。 1.3 本课题设
6、计的主要目的和意义 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、商场、写字楼，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光电感应开关来感应人的出入，当感应到信号时使得控制器发出开门、关门信号，进而控制驱动装置将门 打开、关闭。 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。它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、南京机电 职业技术学院毕业设计论文 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
7、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，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，对于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
8、论研究价值。 1.4 本课题设计的主要内容 根据自动门的控制要求， 针对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 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高低速功能。 2.自动门控制系统的 PLC 设计 本设计中选用的为智能控制器稳定性良好的西门子小型 PLC，来满足自动门在日常生活中很高的稳定性的需求。在自动门的开关门速度控制上本设计以电阻器作为调节器，运用直流无刷电机控制实现自动门的转速控制，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
9、号输入给 PLC来实现 PLC 对自动门的控制。 第一章 绪论 6 第二章 可编程控制器（ PLC)的基本知识 2.1 PLC 的产生 20 世纪 60 年代，当时的工业控制主要是以继电器 接触器组成的控制系统。而其系统存在着设备体积大，调试维护工作量大，通用、灵活性差，可靠性低，功能简单，不具体现现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能。 1968 年，美国通用汽车制造公司（ GM）为了适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以解决继电器 接触器控制系统普遍存在的问题。因而设想把计算机的完备功能、灵活及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
10、，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，使不熟悉计算机的人也能方便的使用。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）根据通用汽车的要求首先研制成功第一台可编程序控制器，称之为“可编程序逻辑控制器” (PLC Programmable Logic Controller)，并在通用汽车公司的自动装置线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。 2.2 PLC 的定义 可编程控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义，国际电子委员会 (IEC)在 1985 年的 PLC 标准划案第 3 稿中，对 PLC 作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操
11、作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它作为可编程序的存储器，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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信 联网的功能。第三章 自动门系统总体设计 7 2.3 PLC 的特点 1、编程简单，容易掌握 梯形图是使用最多的 PLC 的编程语言，其电路符号和表达式与继电器电路原理图相似，梯形
12、图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员很快就能学会用梯形图语言，并用来编制用户程序。 2、功能强，性价比高 一台小型的 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。 3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC 产品已经标准化、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。 4、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统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 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以
13、直接用于有强烈干扰的工业生产现场， PLC 已被广大用户公认为罪可靠的工业控制设备之一。 5、系统的设计、安装、调试及维护工作量少 目前 PLC 已实现产品的系列化、标准化和通用化，用 PLC 组成的控制系统，在设计、安装、调试和维护方面，表现了明显的优越性，由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中中大量的中间继电器、时间继电器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。 6、体积小、重量轻、功耗低 复杂的控制系统使用 PLC 后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型 PLC 的体积仅相当于几个继电器的大小，其结果紧凑，坚固，重量轻，功耗低。南京机电 职业技术学院毕业设计论文 8
14、第三章 自动门控制系统总体设计 3.1 自动门控制过程和要求 自动门控制过程和要求，具体如下： （ 1） 当有人由内到外或由外到内通过时，传感器检测到信号，电动机正转，执行开门动作，到达开门限位位置时，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，电动机启动反转，当门移动到关门限位位置时，电动机停止运行。 （ 3） 在关门过程中，当有人由外到内或由内到外通过时，传感器检测到信号，应立即停止关门，并自动进入开门程序，保证人安全通过。 （ 4） 设计门扇的移动速度为高速和低速两个速度，开门和关门启动时为高速运行，门扇即将到位时进入低速运行，到达限位位置时电动机停止
15、运行。 （ 5） 在关门过程中检测到信号需要开门时，电动机需先停转 0.5s,然后执行相反动作。 （ 6） 使用 4 个行程开关，两个分别为开门和关门限位到位开关，另外两个为高低速转换开关。 3.2 总体设计 方案 自动门控制系统的设计框图如图 1 所示： 图 1: 控制系统结构图 门内外感应器采集信号 手动控制开关 直流无刷电机 开 /关门指示灯 P L C 南京机电 职业技术学院毕业设计论文 由上图可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给 PLC,PLC 根据已经采集的信号发出控制信号， PLC 根据开关信号来控制相应的继电器实现控制电机的启停、正反转以及减速。再由机械传动机构来带
16、动门的移动。 3.3 系统工作原理 首先，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
17、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 。 当 自 动 感 应门门 扇要完成一次 开门 与 关门 ，其工作流程如下：感 应 探 测 器探
18、 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，当碰到减速行程开关时 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 。 3.4 自动门的机械 传机构研究 在本课题设计的自动门针对人流较多的商场，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面： 1自动门的传动主要包括安装板，轨
19、道，门机，皮带，吊挂件等。 2所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。第三章 自动门系统总体设计 3电机：驱动电机采用直流无刷电机， 调速性能好 。 4导轨：水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，从而确保了 门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方面的特点。 5滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好 ，同时还有一定的减震效果。 6皮带：采用齿形皮带 , 齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效率。皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。 7传动结构如图 2 所示。其中马达皮带轮直径为 5cm,皮带滑轮内径为13.5cm,外径为 28.5cm。 图 2：传动结构图
