地铁自动门控制系统的设计.doc

1、 太原工业学院毕业设计 1 摘要 可编程序控制器通产简称为 PLC，是近年来发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业企业各个领域 。 随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展，人们更加注重自动化和人性化的产品。自动门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔， 由于 PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点，因此，自动门的生产商家很多都运用 PLC来做门的控制器 。 本文是 关于 地铁 自动门控制系统的设计， 地铁 自动门系统主要由可编程控制器（ PLC）、感应器件、驱动装置

2、和传动装置组成 。 由于地铁作为公共交通工具 ， 特别强调其安全可靠性。因此 在此提出了一种以 s7 400可编程序控制器 (PLC)为核心的自动门控制系统。 该控制器是西门子 s7系列产品中的高端产品，适合于大中型系统的控制，具有 集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力 ，适应性力。等特点 ， 在工业控制应用上越来越广泛 。 本文分析了 地铁 自动门 控制系统 在地 铁运行过程中 的 过程原理， 介绍了 地铁 自动门的硬件设计， PLC选型，驱动装置选型，感应器件的选型，系统软件设计， PLC梯形图设计，软

3、件设计，程序调试 ，硬件接线等多方面内容。 关键词 ： 可编程控制器； S7-400； 自动门 ；地铁； 梯形图 ； 变频控制 太原工业学院毕业设计 2 abstract Programmable controller is typically referred to as PLC, is developing rapidly in recent years the industrial control equipment, has been widely used in industrial fields. With the continuous improvement of peoples

4、 living standard and the rapid development of science and technology, people pay more attention to automation and humanized products. Opto-mechatronics integration technology of automatic door is building equipment products, it gives a person the sense with kind and generous, creates an atmosphere o

5、f luxury at the same time, the new concept, spacious open appearance and high style design, is the nods eyeball pen of buildings, because the PLC control has high reliability, stability, convenient maintenance, as a result, the production of automatic doors many merchants use PLC to do the door cont

6、roller. This article is about the design of underground automatic door control system, the automatic door system is mainly composed of programmable controller (PLC), induction device, driving device and driving unit. Because the subway as public transport, with particular emphasis on the safety and

7、reliability. So in this paper presents a s7-400 programmable controller (PLC) as the core of automatic door control system. The controller is the high-end product in Siemens s7 series products, suitable for large and medium-sized system control, has a set of automation technology, computer technolog

8、y, communication technology integration of new industrial automatic equipment. It has programmability, and flexible, simple programming work under bad environment of high anti-interference ability, adaptability. Wait for a characteristic, has been widely used in industrial control applications. Metr

9、o automatic door control system in metro are analyzed in this paper the process principle of the operation process, this paper introduces the hardware design of metro automatic doors, type selection of PLC, drives selection, sensor selection and system software design, PLC ladder diagram design, sof

10、tware design, program debugging, hardware connection and so on many aspects. 太原工业学院毕业设计 3 前言 .5 第 1章 概述 .6 1.1 本课题研究的目的和意义 .6 第 2章 国内外自动门发展 .7 2.1 国内外自动 门发展现状 .7 2.2毕业设计任务及要求 .8 2.2.1设计任务要求 .8 2.2.2本课题研究的内容 .8 第 3章 地铁自动门控制系统总体方案设计 .9 3.1系统设计的基本步骤 .9 3.2在地铁自动门的功能需求分析 .10 3.3地铁自动门的控制要求 .11 3.4 地铁自动控制系

11、统具体构成 .11 3.5 自动门的机械传动机构设计 .12 第 4章 PLC概述 .13 4.1 PLC的概念 .13 4.2 PLC的主要功能 .13 4.3 与其他控制系统的区别 .14 4.3.1 PLC与其它典型控制系统的区别 .14 4.3.2 与单片机控制系统的区别 .15 4.4 S7-400系列 PLC的组成与基本结构 .16 4.5 PLC的硬件系统 .16 4.6 PLC的工作原理 .19 第 5章 地铁自动门控制系统的硬件设计 .20 5.1 PLC的选择 .20 5.2驱动装置的选型 .22 5.3感应器件的选型 .23 5.4 直流电动机的选型 .24 5.4.1直

12、流电动机的调速 .24 5.4.2直流电动机的优势 .24 太原工业学院毕业设计 4 5.5传动装置 .25 5.6 限位开关 .25 5.7自动门控制系统 I/0地址分配表 .25 5.8自动们控制系统的原理图 .27 5.8.1主电路及供电线路 .27 第 6章 自动门控制系统软件的设计 .28 6.1 工作过程的分析 .28 6.2梯形图程序 .29 6.2.1梯形图的概述 .29 6.2.2 梯形图的设计 .30 第 7章 程序调试 .33 7.1硬件线路连接 .33 第八章 总结 .36 第九章 参考文献 .37 第十章 致谢 . 38 第十一章 附录 1 . 39 附录 1 39

13、太原工业学院毕业设计 5 前 言 自动门控制系统，在现当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分 自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。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，造成安装繁琐、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

14、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，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。 由于用 PLC控制自动门具有故障频率低、可靠性高、维修方便等优点，而 Sieme

15、ns s7 400系列 PLC稳定 ，在各个行业中的运用非常普遍，本研究重点讨论使用 s7 400系列 PLC来实现 地铁 自动门控制系统的设计与应用。 随着经济的不断发展，城市的交通越来越拥挤，地铁已经在各大城市中相继出现，越来越多的深入到人们的生活当中，对自动地铁门的要求也越来越 严格。本设计主要是介绍利用西门子 S400 为控制器实现地铁门的自动控制。具有较高的可靠性，维修方便等特点。 太原工业学院毕业设计 6 第 1 章 概述 1.1 本课题研究的目的和意义 随着 城市人口的 的不断 增加 ，城市的交通越来越拥挤，地铁已经在各大城市中相继出现，越来越多的深入到人们的生活当中，对自动地铁

16、门的要求也越来越严格。与此同时可编程控制在工程领域的应用愈来愈广泛，其具备的高可靠行和强抗干扰性都是地铁安全运行的保障 。 本设计主要是介绍利用西门子 S400为控制器实现地铁门的自动控制。具有较高的可靠性，维修方便等特点。 随着电子科技的不断发展 ,各种智能控制系统进入人们的生活。自动门控制系统成为地铁、超市等人流密集地疏导人流、控制出入的首选。目前国内高速轨道客车主要采用气动自动门 ,主要应用于 150km / h及以下速度级的轨道客车 ,200km / h及以上速度级轨道客车用的电动自动门完全依靠进口 , 国内尚无成熟可靠的产品。外国高速轨道客车电动自动门技术比较成熟 , 其产品通常是用

17、可编程控制器和单片机作为系统的处理器。为了使地铁自动门能够更好的为地铁服务 , 本文研究基于西门子 S400的地铁自动门的设计可以得到一种电路简单，软件功能完善，控制系统可靠， 性价比较高的地铁 门自动控制系统，对于保障地铁安全运行方面有着重要意义。 首先是硬件系统的设计，以高稳定性为原则对各个传感装置、驱动装置、控制装置进行选取。接下来是 对整个地铁运行时自动门控制过程的分析，分别列举出各种运行状况和安全要求，然后就是 软件系统的设计，通过 PLC 编程语言梯形图，简单明了的设计出自动门的控制要求，并且要考虑到安全性和故障报警等方面的问题。 基于可编程控制器具有很好的处理 自动门开关控制 及

18、良好的稳定性， PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点， 现在很多工业控制的 生产商 都 运用 PLC来做 控制器， PLC控制已成为自动控制中最常见的方式之一 ，因此本次的课程设计，是对于自己一次很好地学习机会，也是对所学的知识的一次检验的机会，对以后从事专业方面知识的一个很好的储备，相信自己会做好的。 太原工业学院毕业设计 7 第 2 章 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

19、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，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。 我国的自动门状况有如下几点： (1) 厂家多，规模小 5 6 年来几年来， 自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有 50多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 (2) 专业化分工趋势 显现早期的生产厂家，一般

20、是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 (3) 高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。 (4) 产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开 发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄

21、。同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。 太原工业学院毕业设计 8 2.2毕业设计任务及要求 2.2.1设计任务要求 设计题目是基于 PLC的 地铁 自动门控制系统，根据题目要求，设计的控制系统的控制核心是 PLC。主要实现的功能是是全自动化操作，不需要人为参与。要完成整体系统的设计、控制系统硬件设计和软件设计。 2.2.2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. 地铁 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、

22、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. 地铁 自动门硬件系统的设计 本课题设计的 地铁 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德国西门子公司生产的 s7-400 型 PLC。在 地铁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， 在对地铁检测的过程中用限位开关对地铁进站时的位置进行检测， 在感应器方面运用了自动门专用的 红外 感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精

23、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 地铁 自动门的 安全性能和运行过程 稳定的需要。 3. 地铁 自动门的软件设计 在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图 ，梯形图能直观明了的设计出 地铁 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。 4. 地铁运行过程分析 太原工业学院毕业设计 9 在地铁运行过程中，当地铁靠站时，触动行程开关，开始自动

24、门开启过程，经过延时，电机正传开始开门，通过行程检测，达到最大位置，然后进入延时，经过一段时间电机反转，开始关门，其中通过传感器检测关门过程中是否有人进入，同时考虑出现夹人状况的紧急处理。 第三章 地铁 自动门控制系统总体方案设计 3.1 系统设计的基本步骤 在 地铁 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 地铁运行过程中 的工艺条件和控制要求。 (2) 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

25、的 PLC类型。 (4) 分配 I/O点数，分配 PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。 (5) 设计 地铁 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 地铁 自动门系统设计的核心工作。 （ 6）连接硬件电路，画出主电路和控制电路，并在组态软件中进行演示。 太原工业学院毕业设计 10 3.2 在 地铁 自动门的功能需求分析 本设计是 地铁自动门 入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计的时候改 良了自动门的友好性，结构如图 2-1所示： 图 2-1 自动门结构示意图 根据入口处对 地铁 自动门的具体要求，本设计所设计的自动门应具有以

26、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， 地铁 自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到 地铁靠 站后 ， 开启动作过程，首先进行延时， 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 地铁 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。 （ 3） 蜂鸣器 和闪光 的提示功能 当 地铁 自动门开启和关闭时， PLC输出信号给蜂鸣器 和闪光 ，以提醒来往行人注意。 地铁 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。