1、安徽机电职业技术学院毕业论文 I摘 要随着电子技术的发展，可编程控制器（以下简称 PLC）不断更新、发展，PLC 控制是自动控制中最常见控制方式之一，自动门就是自动控制应用的一典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理自动门的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运用越来越广泛。本文论述的自动门控制系统主要由以下几部分构成：可编程控制器(PLC)、信号采集装置、变频器、驱动装置、传动装置。可编程控制器选用日本三菱电机公司生产的FX2N-32M 小型 PLC；信号采集装置选用上海晶园微电子公司生产的微
2、波感应器；变频器采用日本三菱电机公司生产的 FR540 变频器；驱动装置采用天津安全电机有限公司生产的 YSM100/112、W、S 三相异步电动机，额定转矩为 0.43N.m，额定转速为400r/min；传动装置采用皮带来带动门的运动。本设计对于周围环境的要求较低。本设计主要的工作原理是通过信号采集装置判定有无人经过并将信号转换成开关量信号传到 PLC，PLC 根据开关信号的来控制变频器的开停和速度的变换，在由传动装置带动门运动。本文总共分五个章节进行叙述其软、硬件结构、工作原理等，具体如下：第一章介绍自动门的国内外自动门现状，本课题研究的内容和目的意义。第二章主要介绍自动门控制系统方案的设
3、计。第三章介绍了自动门的硬件系统的设计，PLC 的选型，变频器的选型，系统结构，自动门控制电路，控制电路的连接。第四章介绍了系统软件的设计，PLC 梯形图概述，编程软件的介绍，程序流程图，程序的编写工作。关键词：PLC，变频器，驱动装置，感应器。安徽机电职业技术学院毕业论文 II目录 引 言 .IV第一章 概 述 .11.1 国内外自动门发展现状.11.2 本课题研究的内容.21.3 本课题研究的目的和意义.2第二章 自动门控制系统总体方案设计 .42.1 自动门的功能需求分析.42.2 系统设计的基本步骤.42.3 自动门技术参数的确定.52.4 自动门的机械传动机构设计.6第三章 自动门硬
4、件系统的设计 .83.1 控制系统结构设计.83.2 可编程控制器(PLC)的选型.83.3 驱动装置的选型.103.4 变频器的原理.113.4.1 变频器的选型 .113.4.2 变频器的参数设定 .123.5 感应开关的选型.133.6 自动门系统 I/O 分配表.143.7 控制系统的电气接线.15第四章 自动门控制系统软件的设计 .164.1 PLC 梯形图概述 .164.3 程序流程图.184.4 梯形图的设计.18结束语 .21致 谢 .22安徽机电职业技术学院毕业论文 III参考文献 .23附录 自动门的硬件连接电路 .24附录 PLC 的 I/O 地址分布图 .25附录 自动
5、门梯形图程序 .25附录 自动门梯形图程序 .26安徽机电职业技术学院毕业论文 IV引 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、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。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，当人走近自动门时，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将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。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，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同，中国已
6、经迎来了自动门发展的黄金时期。自动门的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，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易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可编程控制器（以下简称 PLC），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，
7、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、轻工业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，维修方便等特点，因此，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，具有一定的经济和理论研究价值。本课题主要介绍运用 PLC 为控制器的自动门的开发和研究，所有产品的开发都要讲究实用，本课题开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要求
8、，能够在大多数的地方应用。因此本设计就是解决了这样一个问题，还可以保证自动门的稳定性。例如，某商场要求营业期间的门都运用自动门，这就需要自动门要有极高的稳定性，且对于商场来说成本不能太高。然而本课题意味着产品成本下降，效益提高。因此是一个比较适合此类场合运用且经济的产品。安徽机电职业技术学院毕业论文 1第一章 概 述1.1 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
9、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。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和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影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。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，一般只用于有需要的高
10、档宾馆，自动平移门使用得最广泛，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式是自动门内外两侧加感应器，当人走近自动门时，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。当人通过门之后，再将门关闭。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。自动门的控制方法很多，从控制器的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运用现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，
11、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因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PLC）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，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制 5。安徽机电职业技术学院毕业论文 21.2 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
12、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。2.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能控制器为稳定性良好的三菱 FX 系列 PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以三菱变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制来实现自动门的转速控制，为了解决变频器在频率很低的时候会出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性较好的自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用
13、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求在硬件系统的设计过程中主要考虑了自动门的经济实用、稳定的需要。3.自动门软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出自动门控制的要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用三菱的 GX Developer 编程软件，此软件支持全部的三菱的 PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。1.3 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
14、、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。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，当人走近自动门时，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将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。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。自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。安徽机电职业技术学院毕业论文 3PLC 是一种专门
15、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，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、轻工业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，维修方便等特点。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
16、于整个自动门行业是一次技术的革新，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。 3安徽机电职业技术学院毕业论文 4第二章 自动门控制系统总体方案设计2.1 自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需要有安全和可靠性，在设计的时候改进了自动门的友好性，结构如图 2.1 所示：图 2.1 自动门结构图根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能：1开门和关门控制应具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。手动和自动开门方式由手自动
17、转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器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且门未关闭，PLC 动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。2蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时，PLC 输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。3防夹人功能为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。自动门控制系统包含 PLC 控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式，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 P
18、LC 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。2.2 系统设计的基本步骤在自动门系统设计与调试过程中最主要的是先列出设计的主要步骤流程图，如图 2.2所示。在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1.深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。安徽机电职业技术学院毕业论文 52.确定 I/O 设备。根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。3.根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。4.分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分
19、配表或者输入输出端子的接线图。5.设计自动门系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个自动门系统设计的核心工作。6.将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。7.自动门系统的整体调试，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试种发现的问题要逐一排除，直至调试成功。图 2.2 设计调试步骤图2.3 自动门技术参数的确定自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体的两安徽机电职业技术学院毕业论文 6个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。在自动门投入使用后，尤其是初
20、期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。要严格限制门体重量，不能超过自动门的额定负重。通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。具体参数如表 2.1所示。表 2.1 自动门具体参数单扇开启宽度（mm） 1250mm（最宽）单扇门的最大承重（kg） 1x120kg高度（mm） 2500mm最快开/关门速度（cm/
21、s） 60cm/s常速开/关门速度（cm/s） 32.5cm/s减速开/关门速度（cm/s） 20cm/s开启保持时间（s） 15s（程序中可调）可编程控制器（PLC）电源 220V AC,50-60Hz驱动器电源 380V AC,50Hz驱动器输出额定功率 120W2.4 自动门的机械传动机构设计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。3电机：驱动电机采用 380V 三相交流电机，功率大，可调性强。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
