基于PLC的自动门控制系统的设计论文.doc

重庆科技学院毕业设计摘要I摘要本文论述的自动门控制系统主要有以下几部分构成：可编程控制器（PLC）、信号采集装置、变频器、驱动装置、传动装置。PLC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波感应器；变频器采用日本三菱电机公司生产的FR-540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，再由传动装置带动门的运动。关键词：自动门PLC变频器感应器重庆科技学院毕业设计目录II目录摘要.I1绪论.11.1国内外自动门发展现状.11.2本课题研究的内容.21.2本课题研究的目的和意义.32自动门控制系统总体设计方案.52.1自动门的功能需求分析.52.2系统设计的基本步骤.52.3自动门技术参数的确定.62.4自动门的机械传动机构设计.73自动门硬件系统的设计.93.1控制系统结构设计.93.2可编程控制器（PLC）的选型.93.2.1PLC概述.93.2.2PLC的选型.123.3驱动装置的选型.143.4变频器的选型.143.4.1变频器原理.143.4.2变频器的选型.143.4.3变频器的参数设定.153.5感应开关的选型.164自动门控制系统软件的设计.184.1PLC梯形图概述.184.2梯形图编程环境.184.3梯形图的设计.195系统调试.215.1程序调试记录及结果分析.216总结.22致谢.23参考文献.24重庆科技学院毕业设计1绪论11绪论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，在现在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的影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和频繁使用的自动门。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，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，当有人走进自动门的时候，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。自动门的控制方法的很多，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，即通过运用现在自动化设备来控制，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控制的特点是稳定性高，维护方便。重庆科技学院毕业设计1绪论2由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，自动门标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势：智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等，还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。1.2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。.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。.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求，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，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。重庆科技学院毕业设计1绪论3.自动门软件的设计。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和故障报警灯问题。1.2本课题研究的目的和意义21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。门的高级形式-自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。由于自动门在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，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，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。自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。自动门在国外早已得到普遍通用，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。重庆科技学院毕业设计1绪论4PLC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，配套齐全，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。重庆科技学院毕业设计2自动门控制系统总体设计方案52自动门控制系统总体设计方案2.1自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需求有安全和可靠性，在设计的时候改进了自动门的友好性。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动转换开关来控制，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，手动开关失效，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。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。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。2.确定I/O设备。常用输入设备有按钮、开关、传感器等。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，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。重庆科技学院毕业设计2自动门控制系统总体设计方案65.设计自动门系统的梯形图的程序，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，将系统程序更加完善。7.自动门系统的整体调试，在PLC软硬件和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题逐一排除，直至调试成功。图2.2设计调试步骤图设计安装线路现场施工连线修改程序测试正常？满足要求？自动门整体测试安全使用编制技术文件绘制流程图设计梯形图程序写入PLC软件测试开始确定I/O点数PLC硬件系统配置分析控制要求分配I/O点重庆科技学院毕业设计2自动门控制系统总体设计方案72.3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，尤其是初期，应该常调节门体，修正运行产生的误差。要严格限制门体的重量，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以达成千上万人次，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。自动门具体参数设定如下：单扇开启宽度（mm）1250mm（最宽）单扇门的最大承重（kg）1×120kg高度（mm）2500mm最快开/关门速度（cm/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220vAC,50Hz-60Hz驱动器电源380vAC,50Hz驱动器输出额定功率120W2.4自动门的机械传动机构设计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版，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，实现了维护方面的特点。