1、 学号：200907021135成 都 农 业 科 技 职 业 学 院毕 业 论 文论文题目：基于 PLC 和变频器的自动门控制学生姓名：赵强专业名称：机电一体化技术 指导教师：庞 智 2011 年 11 月 摘 要本系统设计了一个基于西门子 S7-200 系列 PLC 和松下 VF0 变频器控制变频电机的自动门系统。同时介绍了该系统的具体工作流程、控制系统硬件设备的选型方法、程序的编写以及系统的仿真调试。该系统具有结构简单，控制方便，维护方便，可靠性高，安全性高，调速范围宽等特点，所设计的自动门适用于使用频繁、人流量多的公共场所，是目前实现楼宇自动化的设备之一。关键词：PLC ；变频器；变频
2、电机ABSTRACTThis system design of automatic system is based on a series of Siemens S7-200 PLC and VF0 Panasonic of inverter which controls frequency conversion motor. Also it introduces the concrete work flow and control system hardware equipment selection methods, procedures and systems of the simula
3、tion test. This system advantages simple structure, convenient control, convenient maintenance, high reliability, high security, wide range of speed characteristics, and so on. Such as the automatic door, which is designed by this system is used in the hustle and bustle public place. It is really on
4、e of the realizations of building automation equipment currently. Keywords: PLC; Inverter; Frequency conversion motor目 录1 绪论 .11.1 自动门的简介 .11.2 本设计研究的内容 .22 自动门的总体结构设计方案 .42.1 自动门的门体构造和参数 .42.2 自动门的机械传动结构 .52.3 自动门的导轨及滑轮结构 .52.4 自动门的控制系统方案确定 .63 自动门控制系统的设备选型 .83.1 驱动装置的选型 .83.2 可编程控制器（PLC）的选型 .83.3
5、变频器的选型和参数设置 .103.4 感应开关的 选型 .154 控制系统 PLC 程序设计 .164.1 梯形图及其编程环境概述 .164.2 PLC 程序设计 .175 程序仿真调试 .275.1 调试环境概述 .275.2 调试记录及结果分析 .276 自动门的电气硬件连接 .306.1 电气主电路连接 .306.2 变频器端子连接 .306.3 PLC 端子连接 .317 结束语 .32参考文献 .33致 谢 .3411 绪论1.1 自动门的简介(1) 基本原理自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、驱动装置、传动装置、门禁系统、安
6、全装置、集中控制等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。(2) 分类 按启闭形式分：可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门。 按门体材料分：有安全玻璃、不锈钢饰面、建筑铝合金型材、彩色涂层钢板、木材等，也可采用其它材料。用其组成的常见种类有无框玻璃自动门、不锈钢框玻璃自动门和铝合金框（刨光或氟碳喷漆）玻璃自动门。各品牌自动门如图 1-1：图 1-1 各品牌自动门21.2 本设计研究的内容1.2.1 自动平移门机组的部件组成在本设计中主要研究自动平移门，设计的自动平移门具有手动和自动开门功能以及分时段控制功能，同时配备防夹人光栅、后备电源等辅助装置来
7、满足商场等人流众多场所的高效率、高安全性的要求。(1) 主 要 部 件 主 控 制 器 ： 它 是 自 动 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 。 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 。
8、 动 力 马 达 ： 提 供 开 门 与 关 门 的 主 动 力 ， 控 制 门 扇 加 速 与 减 速 运 行 。 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 。 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 。 同 步 皮 带 ： 用 于 传 输 马 达 所 产 动 力 ， 牵 引 门 扇 吊 具 走 轮 系 统 。(2) 辅 助 配 置 行 程 开 关 ： 在 自 动 门 行 进 过 程 中 ， 通 过 行 程
9、开 关 判 断 自 动 门 所 在 位 置 ， 驱 动 信号 输 出 达 到 控 制 自 动 门 行 进 速 度 。 安 全 辅 助 装 置 ： 在 高 档 酒 店 等 地 方 需 要 杜 绝 自 动 门 的 夹 人 事 件 ， 可 以 选 择 安 装防 夹 人 光 栅 。 配 备 后 备 电 源 ： 为 保 证 停 电 时 自 动 门 也 能 工 作 正 常 ， 可 以 配 备 后 备 电 源 。1.2.2 自动门控制系统要求(1) 物 体 靠 近 门 时传 感 器 获 得 信 号 给 控 制 器 ， 控 制 器 根 据 门 当 前 所 在 位 置 决 定 门 的 动 作 ， 有 三 种 情
10、 况 ： 门 处 于 关 闭 状 态 ， 控 制 器 应 驱 动 执 行 电 机 以 最 佳 速 度 曲 线 打 开 门 。 门 处 于 某 一 位 置 ， 控 制 器 应 根 据 门 当 前 所 在 位 置 ， 以 适 当 的 速 度 驱 动 执 行 电 机开 门 。3 门 处 于 开 启 状 态 ， 控 制 器 应 使 门 保 持 开 启 状 态 。(2) 无 物 体 靠 近 门 时 。 如 果 门 处 于 开 启 状 态 ， 延 时 适 当 的 时 间 以 最 佳 速 度 曲 线 关 闭 门 。 如 果 门 处 于 关 闭 状 态 ， 维 持 此 状 态 。42 自动门的总体结构设计方案
11、2.1 自动门的门体构造和参数本设计面向商场和超市等人流量巨大，出入频繁的场所，需要有安全性和可靠性，根据主流自动门设计和本论文内容的要求，设计自动门门面结构如图 2-1 所示：光 电 开 关安 全 光 线防 夹 人 光 栅图 2-1 自动门门面结构示意图公共场所的自动平移门因为使用非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限，为使门体更加坚固耐用，本设计门体玻璃材质使用钢化玻璃。根据例如机场、大型超市、和医院外门等公共场所人员流量巨大的需求，必须对自动门进行综合的考虑，设定适合的具体参数，例如增加门的数量、加大门扇宽度、增加关门延时时间等。具体参数如表 2-1 所示：表 2-1 自动门的
12、具体参数门体设计项目 参数设定值单扇门开启宽度 1500mm单扇门的最大承重 1 200kg门体高度 2500mm5最快开关门速度 80（cm/s）常速开关门速度 40（cm/s）减速开关门速度 20（cm/s）开启保持时间 2s（可调）2.2 自动门的机械传动结构自动门的机械传动机构设计主要包括安装板，行进轨道，三相交流电机，传送皮带，皮带滑轮，轨道滑轮，吊架等。传动机构如图 2-2 所示。其中马达皮带直径为 5cm，皮带外径为 28cm，内径为14cm。I - 1传送皮带皮带滑轮吊架轨道滑轮电机图 2-2 机械传动结构2.3 自动门的导轨及滑轮结构导轨、滑轮及传动皮带是推拉自动门的基本传动
13、部件，与活动扇的运行直接有关，是易损件， 其结构设计、材质、加工、安装及调试精度、维修保养等决定了质量和使用寿命。(1) 双水平导轨设计及优点6本设计采用了水平双导轨设计。这种结构不仅有效地缓解了动态“侧摆”的弊病，同时也在一定程度上解决了活动扇“掉扇”等安全问题。而且大大地减少了滑轮的动态磨损，在根据活动扇受力情况对导轨和滑轮截面曲线进行加强设计后，使门机的单扇承重量达到 200 公斤。自动门导轨采用双层水平导轨设计，使活动扇重心处于双层水平导轨的两个支撑点之间，形成双层“正悬挂” 。导轨朝下的开口两侧配以毛刷形成密封，有效避免积尘造成的磨损影响。这种设计还在于解决了导轨、传动及电气组件的安
14、装固定等关键问题。双水平导轨的最大优点是静音，因为彻底解决侧摆的弊病从而达到了最大的动态稳定性，从而保证了安全，在一定程度实现了“免维修”的承诺。(2) 水平双导轨和滑轮受力状况的改善在两侧简支的水平双导轨的结构设计中。每一个活动扇由四个滑轮来悬挂、驱动，从而避免起动、刹车过程中前后轮的压力不均，在水平和垂直两个方向减少了活动扇的摆动和震动，这种结构较之侧悬挂双滑轮结构的使用寿命几乎提高了一倍，而且大幅度降低了运行噪音。(3) 新齿型皮带的选用为了提高传动机械效率，自动门采用齿型皮带传动。一般自动门的传动皮带的齿型为直角，齿型高度小。当皮带张紧及门机加速度运行时，皮带的齿距会发生变化并导致皮带
15、快速磨损，所以传动皮带是易损件，需定期更换。最新的传动皮带是经过数组钢丝加强的尼龙皮带，这种皮带的齿型表面附加一层尼龙布，不仅使曲线齿型表面与传动齿轮严格吻合，而且减少了滑动的可能性，尼龙皮带的加强钢丝避免了齿距变形和断裂的可能性，使传动皮带成为不可损部件。2.4 自动门的控制系统方案确定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，制造烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（PLC） 。本设计运用 PLC 控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。采用变频器控制电路，结构简单，控制方便，可靠性高。交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高，结构简单，维护方便，易于冷却和寿命长等优点，并且系统调速范围宽，能实现低速恒转矩，高速恒功率运转等特性。随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的广泛运用提供了条件。7控制系统结构图如图 2-3 所示：P L C门 内 外 感 应 开 关手 动 控 制 开 关安 全 光 栅变 频 器开 / 关 门 指 示 灯开 / 关 门 提 醒 蜂 鸣器三 相 交 流 电 机图 2-3 控制系统结构图
