毕业设计论文PLC自动门控制系统设计

1绪论在经济飞速发展的中国，在我们高楼矗立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随地可见。自动门不仅能给我们带来人员进出以便、节省空调能源、防风、防尘、减少噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。可编程控制器（PLC）在继电器的控制和计算机控制的基础上开发出来的，是一种应用于工业生产过程控制，具有实时数字化处理能力的硬件设备，为工业自动化提供高可靠性的自动控制装置。

可编程控制器（PLC）在工业现场因其编程以便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。具有可靠性高，环境适应好，编程简朴，使用以便以及体积小，重量轻，功耗低等长处，迅速成为现代工业自动化的支柱设备。

由于自动门的合用性、可编程控制器（PLC）的优越性，为此我设计自动门装置，它靠光电检测开关自动检测有无人员通过，具有安装维护简朴、以便可靠、节能和安全等多种特性。本文论述的自动门控制系统重要由如下几部分构成：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企业生产的FX2N-32M小型PLC；信号采集装置选用上海晶园微电子企业生产的微波感应器；变频器采用日本三菱电机企业生产的FR－540变频器；驱动装置采用天津安全电机有限企业生产的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规定较低。本设计重要的工作原理是通过信号采集装置鉴定有无人通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。2设计的意义和规定的简介2.1究背景和研究意义二十一世纪的今天，门愈加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防备、通行、疏散，同步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、友好。自动门大规模专业化生产始于150年前，在不停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--自动门来源在欧美，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当是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提高和完善。因此对自动门的认识应当从人对门功能的规定开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同步满足隔离外部环境和不阻碍人的通行这两种规定。因此门体自身应牢固、密封。自动门的普及和应用，变化了人们的防护意识，提高了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外由于中国没有有关的自动门国标，导致自动门档次、质量良莠不齐。假如你没有使用过自动门，最佳选择一种由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有诸多自动门品牌是由某些贸易企业购置散件加上自己拼装而成，应尽量防止购置此类产品）。不要认为样本上所有是外国语，资料也是外国语的商品就是进口的商品，其实这样是违反国家规定的。真正的著名品牌，合法的商品不会这样做。由于中国没有有关的自动门国标，导致自动门档次、质量良莠不齐。假如你没有使用过自动门，最佳选择一种由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有诸多自动门品牌是由某些贸易企业购置散件加上自己拼装而成，应尽量防止购置此类产品）。不要认为样本上所有是外国语，资料也是外国语的商品就是进口的商品，其实这样是违反国家规定的。真正的著名品牌，合法的商品不会这样做。在购置自动门时最佳在授权的指定经销商处或认定销售店的商店购置（有悬挂的授权书），并且在购置时要清晰所购置设备的基本配置，防止买家克扣部件。自动门根据使用的场所及功能的不一样可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场所较少，旋转门由于昂贵并且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆，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。由于自动门在通电后可以实现无人看守，同步又可节省空调能源、防风、防尘、减少噪音，既以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。同步也几乎成为了银行，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，给控制器一种开门信号，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，既以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，合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，只要处在传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺陷是红外传感器的反应速度较慢，合用于有行动缓慢的人员进入的场所。本文拟使用PLC设计一种自动门控制器系统。2.2自动门的简介人类文明的产物，自动门已经通过了数十年的漫漫发展，至今为止，通过应用PLC控制系统及其他多种科技产品，已经具有了及其完善的控制技术，形成了具有庞大规模的自动门家族。并且根据不一样的需求制定了一系列的原则。如JG/T177-是由中华人民共和国建设部于-12-01制定的中国自动门原则编号，原则内容重要有：规定了建筑用多种自动门的分类、规格、代号、材料、规定、试验措施、检查规则和标志、包装、运送、贮存。本原则合用于推拉自动门(弧形自动门)、平开自动门、折叠自动门、旋转自动门。其他自动门可参照执行。有特殊规定的自动门，还应参见其有关原则。门和人类文明是孪生的，它伴伴随人类文明的发展而跃动。数千年来，门一直作为人类社会活动的守护神，拒侵入者于门外，而作为人类社会活动的航道，门又承载着文明，追寻着人们向往的光辉彼岸。

人类对文明的渴望是无穷尽的。从古埃及到古罗马到今天的现代社会，都可以见到门迈动的足迹。

往昔，门的屏障作用是被动隔离，而通道作用仅仅是保证通行。

二十一世纪的今天，门愈加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防备、通行、疏散，同步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、友好。

门的高级形式--自动门来源在欧美，从188月，德标企业成功设计并开发出世界第一台感应自动门，门大规模专业化生产始于150年前，在不停发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模的专业制造商。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。

中国早在十数年前就开始引用欧洲自动门，并把它应用在酒店、机场、购物中心、银行、写字楼等大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。2.3自动门控制系统总体方案设计2.3.1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，在设计的时候改善了自动门的友好性，构造如图2-1所示：图2-1自动门构造图根据商场中对自动门的详细规定，本课题所设计的自动门应具有如下功能：(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，门可以手动调整开或者关。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靠近门口且门未打开或者检测到已无人靠近门且门未关闭，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。自动门控制系统包括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。2.3.2系统设计的基本环节在自动门系统设计与调试过程中最重要的是先列出设计的重要环节流程图，如图2-2所示。在自动门控制系统的设计过程中重要要考虑如下几点：1）深入理解和分析自动门的工艺条件和控制规定。2）确定I/O设备。根据自动门控制系统的功能规定，确定系统所需的顾客输入、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）分派I/O点，分派PLC的输入输出点，编制出输入输出分派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，根据工作规定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关键工作。6）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序愈加完善。7）自动门系统的整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完毕后，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设计调试环节图2.3.3自动门技术参数确实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，最大程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，应常常调整门体，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。一般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由于使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命均有限。例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可到达千上万人次，或者在特定期间段里集中通过大量人员，在这种状况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增长门的数量，加大门扇宽度，增长关门延迟时间等。详细参数如表2-1所示。表2-1自动门详细参数单扇启动宽度（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/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启动保持时间（s）15s（程序中可调）可编程控制器（PLC）电源220VAC,50-60Hz驱动器电源380VAC,50Hz驱动器输出额定功率120W在本毕业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，因此在本课题的自动门机械传动设计中考虑了如下几种方面：1）自动门的传动重要包括安装板，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：水平双导轨构造，形成正悬挂，处理了侧摆的问题，从而保证了门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，防止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，同步尚有一定的减震效果。6）皮带：采用齿形皮带,齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增长了齿形的高度，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）传动构造如图2-3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2-3机械传动3自动门控制系统硬件简介3.1控制系统构造设计本设计运用PLC控制变频器来调整交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。采用变频器电路，构造简朴，控制以便、可靠性高，交流电机具有效率高、维护成本低的特点。交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、构造简朴、维护以便、易于冷却和寿命长等长处,并且系统调速范围宽，并且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转等特性。伴随变频技术的发展，交流电机控制的成本得以减少，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。控制系统构造图如图3-1所示：变频器门内外感应器采集信号变频器门内外感应器采集信号PLCPLC交流电机交流电机手动控制开关手动控制开关开/关门指示灯开/关门指示灯蜂鸣器蜂鸣器安全感应器安全感应器图3-1控制系统构造图3.2可编程控制器(PLC)的选型3.2.1PLC概述可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所规定的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于一般计算机。一般计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息自身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。尤其要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界互换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。PLC有丰富的指令系统，有多种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有如下基本的功能：eq\o\ac(○,1)逻辑处理功能；eq\o\ac(○,2)数据运算功能；eq\o\ac(○,3)精确定期功能；eq\o\ac(○,4)高速计数功能；eq\o\ac(○,5)中断处理（可以实现多种内外中断）功能；eq\o\ac(○,6)程序与数据存储功能；eq\o\ac(○,7)联网通信功能；eq\o\ac(○,8)自检测、自诊断功能。可以说，凡一般小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。像PLC这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是老式的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了也许，同步，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化发明了条件。3.2.2与单片机控制系统的区别a.本质区别单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板级或模块级的系统。其实PLC自身就是一种单片机系统，他是已经开发好的单片机产品。开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在产品的单片机控制系统上进行二次开发。b.使用场所单片机控制系统适合于家电产品、智能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场所使用；而PLC控制系统适合在单片机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过程中使用。c.使用过程设计开发一种单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置多种所需要的电子元件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰等大量工作需要专门的开发装置和低级编辑语言控制程序，进行系统联调；而PLC不必操心内部的计算机系统与否可靠和他们的抗干扰能力，软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简朴。进行系统调试时，由于有好的工程工具协助，因此非常轻易。3.2.3可编程控制器（PLC）的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用规定是设计选型的重要根据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制规定，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制规定，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最终选择有较高性能价格比的PLC和设计对应的控制系统。1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑合适的余量，一般根据记录的输入输出点数，再增长10%～20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的措施故本课题的I/O点数为输入12点，输出12点。2）存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器自身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中顾客应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量不不小于存储器容量。设计阶段，由于顾客应用程序尚未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才懂得。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，一般采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不一样公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一种字），此外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储条梯形图，这样才能在后来的改造过程中有足够的空间。3）控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的自动门控制的需要，重要简介如下几种功能的选择。（1）控制功能PLC重要用于次序逻辑控制，因此，大多数场所常采用单回路或多回路控制器处理模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完毕所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一种CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完毕编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可减少系统成本，但使用和调试不以便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一种扫描周期内与编程器进行数据互换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作以便，在大中型PLC中常采用。五种原则化编程语言：次序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、构造文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其原则（IEC6113123），同步，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场所的控制规定。（3）诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息互换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的规定，并影响平均维修时间。4）机型的选择(1)PLC的类型PLC按构造分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，一般可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此顾客选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此顾客可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展以便灵活，一般用于大中型控制系统。（2）经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同步考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等原因，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。当点数增长到某一数值后，对应的存储器容量对应增长，因此，点数的增长对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择均有影响。在估算和选用时应充足考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。综合以上原因，本课题的设计采用日本三菱企业生产的FX2N-32M小型PLC来实现整个自动系统的控制，如图3-2所示。图3-2FX2N可编程控制器（PLC）三菱FX2N-32M具有如下长处：最大范围地包容了原则特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不一样的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可认为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量：三菱FX2N-32M包括8K步内置RAM寄存器，用一种寄存器盒可扩充到16K步RAM或EEPROM。丰富的元件资源：3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器、实时时钟、使用原则型号实时时钟满足时间敏捷度应用规定。3.3驱动装置的选型自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障，在本设计中是运用变频器的三段速度调整来自动调整电机的速度，以到达驱动自动门的目的。这种措施具有稳定性能好，维修以便，连接简朴，成本较低，是在目前的自动门行业主流控制方式。根据本课题所设计的自动门的规定应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全原则规定的，具有噪声低、过载能力强的特点的并且转速不高于500r/min的电机，在结合了安全、稳定的考虑本课题所设计的自动控制系统的驱动装置选用天津安全电机有限企业生产的型号为YSM100/112、W、S的3相380V交流电机，电机如图3-3所示。图3-3YSM100/112、W、S交流电机3.4变频器的选择3.4.1变频器的原理变频器是运用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们目前使用的变频器重要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供应电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分构成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器是输出频率可变化的交流电力拖动设备。变频器调速的重要工作原理是将供应电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调整技术逆变为频率可调、幅度也随之变化的三相交流电，以此为电源再供应电机使用。3.4.2变频器的选型根据自动门的需要，变频器选型时要确定如下几点：1.变频器与负载的匹配问题（1）电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。本次所用的电机的额定电压为380V，故在选择变频器时要符合电机的额定电压。（2）电流匹配；变频器的额定电流与电机的额定电流相符，以最大电流确定变频器电流和过载能力。在本课题所使用的三相交流电机的最大起动电流为Y形接法为0.37A，△形接法为0.64A，本设计中采用Y形接法，所用的变频器的最大电流应不小于电机的Y形接法的最大起动电流。（3）转矩匹配；这种状况在恒转矩负载或有减速装置时有也许发生，本课题所用电机的最初起动转矩为1.4Nm，在选型中要考虑。2.在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增长导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍不小于一般电机的选型。综合以上原因，本课题变频器采用日本三菱企业生产的FR－500系列中的FR-540变频器（如图3-4所示）作为控制电机转速的控制器。图3-4三菱FR-540变频器三菱FR-540变频器具有如下长处：(1)接线简朴，可运用PLC的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。(2)安装灵活，可以根据实际需要，把控制装置安装到任何位置，进行远距离操作。(3)频率设置简朴，并且具有三速设定功能，可以满足本课题自动门系统的控制规定，且操作以便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。3.4.2变频器的参数设定本课题所设计的自动门系统具有如下速度规定：自动门规定迅速启动→（限位）常速运行→（限位）慢速运行→停止,构成了如图3-5的开门和关门曲线。根据转速公式：n=60f/p(1-s)其中f表达电流的频率，p表达电机的极对数，s表达电机的转差率，n表达转子的实际转速，计算出变频器的设定频率。根据公式和电机参数p=6，额定转速为400r/min，算出电机的转差率S=-0.25，马达皮带轮与门上的皮带轮外径、门上的皮带轮内径转速比为5.7：1：2.1,得出马达皮带轮与门上的皮带轮内径转速比为2.4：1。1.根据上一章提到的门的规格,加速开门或者关门的距离为30cm，时间控制在0.5S，速度为3600cm/min，此时规定转子的转速为204r/min。2.中速开门和关门的距离为65cm，时间为2s,速度为1950cm/min，此时规定电机的转速为110.4r/min。3.减速开门和关门的距离为30cm,时间为1.5s,速度为1200cm/s，此时规定电机的转速为67.9r/min。根据以上速度规定设置变频器，变频器的频率详细设定方式见表3-1，根据如下设定方式按课题规定设定好变频器三速控制的频率。图3-5开门和关门曲线表3-1变频器设定名称设定范围最小设定单位设定值上限频率(Pr1)0～120Hz0.1Hz50Hz下限频率(Pr2)0～120Hz0.1Hz0.1Hz3速设定（高速）(Pr4)0～120Hz0.1Hz25.5Hz3速设定（中速）(Pr5)0～120Hz0.1Hz13.8Hz3速设定（低速）(Pr6)0～120Hz0.1Hz8.5Hz加速时间(Pr7)0～999s0.1s0.3s减速时间(Pr8)0～999s0.1s0.3s操作模式选择(Pr79)0～4,7,8123.5感应开关的选型目前自动门行业的运用的感应开关重要有触摸感应开关，微波感应器，红外感应器，靠近感应开关等，根据不一样的功能和性能运用在各类不一样场所的自动门控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高敏捷度的感应器；在人行道边上的银行、商店等常常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。目前自动门行业运用的感应器件重要有微波感应器、红外感应器等。微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，合用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线昨感应系统，以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件，方案设计选择器件均保证了产品可靠性。微波感应器的特点：微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接受。其探测方式详细如下长处：（1）非接触探测。（2）不受温度、湿度、噪音。红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员与否移动，只要处在感应器的扫描范围内，它都会反应，此外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。根据不一样的功能和性能运用在各类不一样场所的自动控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高敏捷度的感应器；在人行道边上的银行、商店等常常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。结合本课题的实际需要在设计自动门的人员检测上运用上海顺安达门业装饰有限企业的微波自动门感应器WB-3004，其规格如下：表3-2自动门感应器WB-3004型号WB-3004供电电压AC/DC12V~AC/DC24V工作频率范围50HZ`60HZ感应探头工作频率10.525GHz(9.00GHz~12.00GHZ)工作指示方式LED感应时间/延时时间REALTIME/0.5SEC感应范围4.0M(W)X3.0M(D)静态功耗200mW12V工作功耗550mW12V探头可调整角度40~160工作温度范围-25~+60相对湿度0-95%4功能器件的基本工作原理4.1自动感应门机的基本工作原理及流程4.1.1自动门的原理自动门的基本工作原理：自动门机的基本构成大体上相似，有了以上构成，再加上开门信号，就可以配置成一套简朴的自动门系统了。自动门的系统配置是指根据使用规定而配置的，与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的构成，楼宇自控的系统规定等合理配置辅助控制装置。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，合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，只要处在传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺陷是红外传感器的反应速度较慢，合用于有行动缓慢的人员出入的场所。此外，假如自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。并且自动平移门假如保持启动时间过长，也会对电气部件产生损害。由于微波雷达和红外传感器并不理解靠近自动门的人与否真要进门，因此有些场所更乐意使用按键开关。按键开关可以是一种触点式的按钮，更以便的是所谓肘触开关。肘触开关很耐用，尤其是它可以用胳膊肘来操作。防止了手的接触。尚有脚踏开关，功能同样，但对防水的规定较高，并且脚踏的力量很大，轻易使脚踏开关失效。尚有一种带触点开关的拉手，当拉手被推(或在反方向拉)到位时，向门机提供触点信号。目前的楼宇自控有时会提出特殊的规定，例如使用电话的某一分线控制开门。要到达这个规定，只要保证信号是无源的触点信号即可。有些状况下，人们会提出天线遥控的规定。用一种无线接受器与自动门进行触点式连接，再配一种无线发射器，就可以到达规定。不过，目前的无线电波源太多，轻易导致偶尔开门是一种麻烦的问题。定期器可以自动控制门的状态，其原理是将时钟与特定的开关电路相连，可预设定期间将自动门处在自动启动或锁门状态。4.1.2平移式自动感应门机构成部件（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，发出对应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同步人们通过主控器调整门扇启动速度、启动幅度等参数。（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，它就给主控制器一种脉冲信号；（3）动力马达：提供开门与关门的积极力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。（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，同步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）：用于传播马达所产动力，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。4.1.3工作流程当自动感应门门扇要完毕一次开门与关门，其工作流程如下：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后告知马达运行，同步监控马达转数，以便告知马达在一定期候加力和进入慢行运行。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启动；自动感应门扇启动后由控制器作出判断，如需关自动感应门，告知马达作反向运动，关闭自动感应门.通过PLC控制系统作为中央处理器，来宏观整体调控自动门中各硬件设施协调工作，来完毕自动打开和关闭大门。目前某些厂家PIE供应商都提供可直接控制步进电机运动的定位控制单元，可直接控制步进电机，通过编程完毕单轴，两轴插补运动。直线运动系统设计师习惯上自行设计包括轴承、滚珠丝杠副、同步齿形带等。设计时非常简朴，零件可直接选用，但装配时有较高的规定。因此，国际上出现了某些机械直线运动控制单元，将滚珠丝杠副、同步齿形带、轴承等安装在一种密闭的长壳体内，并安装有一种滑动模块。生产商预先调整好精度、预紧力等，该单元安装有限位开关，并提供安装法兰，供电机、编码器安装用。顾客按传动行程、受力状况等直接选用，直接安装在基础上即可。步进电机与机械直线运动单元连接，建立一种直线运动轴，“零点”、“终点”分别为玻璃门全开、全闭时的位置。假如无人进出，玻璃门关闭。传感器一旦给PIC信号，PLC通过定位控制单元立即控制步进电机中断目前运动，回零位。开始速度逐渐提高，在即将闭合时，速度逐渐减为零。而当门在关闭的过程时，一旦有人通过，应立即停止动作，转入开门过程。PIC通过定位控制单元进行速度调整非常以便。一旦无人进出，传感器无信号发出，PIC控制步进电机中断目前运动，向终点运动，速度控制如前。4.2行程开关(限位开关)的工作原理行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还运用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些状况下可以简化线路。5自动门的程序设计5.1I/O的地址分派输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分派是进行PLC控制系统设计基础。对软件设计来说，I/O地址分派后来才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定后来，才可以绘制电气接线图，装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。分派输出点地址时，要注意负载类型的问题。在进行I/O地址分派时最佳把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表5-1所示。表5-1I/O分派表类型PLC元件作用输入X0紧急停止X1手/自动转换开关X2感应开关（内）X3感应开关（外）X4防夹人光栅（常闭）X5关门下限X6开门下限X7开门/关门中速X10关门低速/开门高速X11手动开门X12手动关门X13关门高速/开门低速X14异常复位输出Y1手动开门Y2手动关门Y3开/关门中速Y4开/关门低速Y5开/关门高速Y6自动开门灯闪烁Y7自动关门灯闪烁Y10开/关门提醒Y11故障报警灯Y12自动开门Y13自动关门Y14异常停止5.2PLC控制输出输入接线本课题设计的自动门控制系统的控制连接电路重要包括自动门控制系统连接电路、自动门I/O接线电路，详细的接线方式分别在附表Ⅰ和Ⅱ中列出。5.3PLC梯形图概述及环境PLC是专门为工业控制而开发的装置，其重要使用者是工厂广大电气技术人员，为了适应他们的老式习惯和掌握能力，一般PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程控制器语言原则）详细地阐明了句法、语义和下述5种编程语言：功能表图（sequentialfunctionchart）、梯形图（Ladderdiagram）、功能块图（Functionblackdiagram）、指令表（Instructionlist）、构造文本（structuredtext）。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和构造文本为文字语言，功能表图是一种构造块控制流程图。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和成果，每个梯级是一种因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表达在左面，事件发生的成果表达在右面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；3）与原有的继电器逻辑控制技术的不一样点是：梯形图中的能流（PowerFlow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别看待；梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的长处，很轻易被工厂电气人员掌握，尤其合用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。本设计的梯形图编程是运用三菱企业的GXDeveloper7.0编程软件完毕的，其编程环境界面如图5-1所示：图5-1GXDeveloper7.0编程界面下面重要简介下GXDeveloper7.0编程软件概要：GXDeveloper7.0是具有下列功能的软件包。1）对可编程控制器CPU的写入/读出图5-2可编程控制器CPU的写入/读出示意图2）监视功能，监视功能包括回路监视，软元件同步监视，软元件登陆监视机能。此功能对于自动门的控制系统在查找故障的时候是非常重要的。3）模拟调试功能，把制作好的可编程控制器程序模拟写入可编程控制器的CPU内，测试此程序能否正常运转。次功能对于在完毕自动门程序的时候进行程序的检查是很重要的。4）PC诊断功能，由于会见目前的错误状态或是故障履历表达出来，可以在短时间内恢复作业。对于自动门系统后来的故障查找是很重要的一项功能。GXDeveloper7.0软件的专长：1）软件的共通化GXDeveloper可以制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,可以转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列状况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2）运用Windows的优越性，使操作性飞跃上升，可以将Excel,Word等作成的阐明数据进行复制，粘贴，并有效运用。3）程序的原则化(1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而可以根据标示制作成原则程序。用标号编程做成的程序可以根据汇编从而作为实际的程序来使用。(2)功能块FB是以提高次序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发次序程序时反复使用的次序程序回路块零件化，使得次序程序的开发变得轻易。此外，零件化后，可以防止将其运用到别的次序程序时的次序输入错误。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简朴的命令就可以读出登录过的回路模式，变更软元件就可以灵活运用了。4）可以简朴设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的状况下也可以简朴的设定。5.4流程图根据本课题的控制规定和安全规定，所设计的程序按照图5-3所示的流程运行，以到达本系统的最佳设计规定和完毕系统的最终设计。图5-3系统设计流程图5.5梯形图的设计本系统运用GXDeveloper7.0编程软件进行梯形图顺控程序编写，在编写梯形图的过程中遵照如下编程规则：1）每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不容许再有触点）。3）线圈不能直接接在左边母线上。4）在一种程序中，同一编号的线圈假如使用两次，称为双线圈输出，它很轻易引起误操作，应防止。5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的变化只能从上向下。根据以上规则和PLC的编程措施和思绪编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序，详细梯形图程序在附录Ⅲ中列出。5.6指令表如下表5-2：表5-2指令表LDM8000OUTT0K5LDT0ANDX001ANDX000CJP0LDX011ANIM115ANDX000OUTY001LDX012ANIM114ANDX000OUTY002FENDLDXOO2ORX003OUTTIK2LDT1PLSM12DIX003ANIX002ANIM109OUTT4K150LDT4PLSM113LDX004PLFM111LDM111ORM109OUTM109LDX005OUTM114LDX006OUTM115LDX00748MPS49ANIM10950ANIY01251ANDY01352PLSM11653MPPLDY01355ANDY01356PLSM11757LDX01058MPSANIM109ANIY012ANDY013PLSM11863MPP64LDIY01365ANDY012PLSM11967LDX01368MPS69ANIM10970ANIY012ANDY013PLSM12373MPP74LDIY01375ANDY01276PLSM12477LDX01478PLSM12579LDM12080ORM11781ORM11982ORM12483ANDM11384ORM11685ORM118ORM123OUTM12288LDM12089ORM10990ORY01291ANIM12292ANIM11593ANIY01394ANDX00095OUTY012LDM8013OUTY006LDM11399ORY013ANIM114ANIM122ANIM109ANIY012ANDX000OUTY013LDM8013OUTY007LDY012ORY013MPSANIT5OUTY010MPPOUTT5K10114LDM122115ORY011116OUTY011117LDM118118ORM124119ORY004120ANIM122121ANIM114122ANIM115123OUTY004124LDM116ORM117ORY003ANIM122ANIM118ANIM124130OUTY003131OUTY003132LDM119133ORM123134ORY005135ANIM122136ANIM116137ANIM117138OUTY005139LDM112140ORY014141ANIM125142ORX000143OUTY01144END5.7过程分析本课题进行了模拟的在线联机调试，目的在于确定整个系统的程序，在调试中，程序的变动，包括功能的增减、变化是难免的。程序与否好用，最终要通过调试才能使程序深入完善和最终确实定。首先在PLC面板上将PLC设置为RUN位置，此时PLC开始运行。然后接好控制箱连线，根据I/O分派表中的输入输出所对应的开关进行调试。记录如表5-3。完毕如下的基本调试，整个系统的调试工作基本完毕了，最终的工作就是调试成果的分析。表5-3PLC调试记录PLC元件动作记录动作成果X0OFF自动门停止运转X1ON程序跳转至自动，自动门自动运转启动X2、X3ONY12自动开门、Y6自动开门灯闪烁动作X4OFFY13自动关门停止，Y12自动开门动作X5ON