课程设计（论文）-基于PLC及ABB_ACS150变频器控制的二速自动平移门控制系统设计.docx

沈阳工程学院课程设计 摘 要本文是关于二速自动平移门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（s7-224plc）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到plc，plc再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。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。该控制系统采用s7-224plc进行逻辑控制，abb acs150变频器进行调速控制，主拖动电动机为1台y90s-4三相异步电动机，额定电压为交流380v，频率50hz，功率1.1kw,经减速机减速后，对平移门进行驱动。设有开门/关门按钮，设有有人检测传感器，防夹传感器等。二速自动平移门适合中、小人流情况。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。第五章主要介绍了梯形图程序的下载，调试及结果分析。关键词 二速自平移门动门、plc、变频器、感应器件、驱动装置。目录摘 要- 1 -1 引言- 3 -1.1国内外自动门发展现状- 3 -1.2 本课题研究的内容- 4 -1.3 本课题研究的目的和意义- 5 -2 总体设计的方案- 6 -2.1 自动门的功能分析- 6 -2.2 系统设计的基本步骤- 7 -2.3 自动门技术参数的确定- 7 -3 自动门硬件系统的设计- 8 -3.1 传感器的选用- 8 -3.2 变频器的选用- 10 -3.2.1 变频调速技术- 10 -3.2.2 变频调速工作原理- 10 -3.2.3 变频器的选型- 11 -3.3 可编程控制器（plc）- 13 -3.3.1 plc的概述- 13 -3.3.2 机型的选择- 15 -3.3.3控制系统的电气接线- 16 -3.4 自动门的机械传动机构设计- 17 -4 软件系统设计- 18 -4.1 自动门系统i/o分配表- 18 -4.2程序流程图- 19 -4.3 自动门系统的程序设计- 20 -5课程设计总结- 23 -6参考文献- 24 -1 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，当人走进自动门是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。当人通过之后，再将门关上。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的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动们发展的黄金时期自动门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plc，它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。目前他在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工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、维修方便等优点。由此看来，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为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发还是使用者来说都是最好的。此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。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，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。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。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、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。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，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。2 总体设计的方案2.1 自动门的功能分析本设计面向商场，银行，宾馆等入口的应用，需要有安全和可靠性，如图1.1所示：图1-1自动门结构图本课题所设计的自动门具有以下功能：1具有手动及自动开门和关门两种控制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，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开关门无效，由感应器来控制开门或者关门，并且实现自动调速。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防夹人功能为了防止自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人光栅，来杜绝这种事故的发生。2.2 系统设计的基本步骤在自动门控制系统的设计过程中主要应考虑以下几点：1.了解和分析自动门的控制要求。2.根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、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. 列出i/o分配表，5. 画出plc的原理图及接线图。6. 设计自动门系统的梯形图程序，先画出流程图，再根据要求编写出程序，这是整个设计的重点部分。7.系统的调试。2.3 自动门技术参数的确定公共场所的自动平移门因为使用非常频繁，不同场合使用的情况也不一样，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，所以在这种情况下，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。本次设计的自动门具体参数如表2.1所示。表1-1 自动门具体参数单扇开启宽度（mm）1000mm（最宽）单扇门的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2000mm快速运行中的速度（cm/s）58cm/s慢速速开/关门速度（cm/s）20cm/s开启保持时间（s）10s（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1.1kw3 自动门硬件系统的设计本设计运用s7-224plc控制abb acs150变频器来调节1台y90s-4三相异步交流电动机运转最终实现自动门运转。门内外感应器采集信号速度采集信号手动控制开关安全感应器p l c变频器蜂鸣器交流电机开/门 指示灯图31 控制系统结构图3.1 传感器的选用目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，光电传感器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中。结合本课题的实际需要在设计的自动门的人员检测上运用的是微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境因素影响。在防夹人感应器的选择上本设计选用光电传感器，可避免外界光线干扰。在门关闭时,当有人或车经过安全光线时,门体会自动停止关闭,并自动开门以起到安全作用。自动门的速度信号采集上运用了非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离为20mm，检测距离调节方便，安装简单。1 接近开关:接近开关又称无触点行程开关，它不仅能代替有触点形成开关来完成行程控制和限位保护，还可以用于高频计数、测速、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接。接近开关按工作原理来分：高频振荡型，感应电桥型，永久磁铁型等。在这里我们选择高频振荡型来代替电路图中的限位开关。高频振荡型接近开关，它的电路是由lc振荡电路，放大电路和输出电路三部分组成。其基本工作原理是：当被测物（金属）接近到一定距离时，不须接触，就能发出动作信号。常用的有lj1、lj2和lxjo的系列。2 光电式传感器光电式传感器工作原理光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。图32 光电传感器工作原理发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（led）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。光纤（又称光导纤维lwl），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。3.2 变频器的选用3.2.1 变频调速技术自从20 世纪80年代以来，变频调速技术在工业化国家已开始了规模化的应用。80年代以来，我国的民用及工业电气设计等领域也开始使用变频调速技术。变频调速与通常的调速（如直流电机调速）比较，具有很大的优越性：整个系统体积小、重量轻、控制精度高、保护功能完善，操作过程简便，可靠性高，通用性强。尤其是该技术用于一些耗能设备的控制上，具有非常显著的节能效果：通过对用电设备进变频调速技术改造，可使总耗电量减少30%-40%，节能的量产生了一种飞跃。鉴于变频调速设备的价格总体呈现逐渐下将的趋势，而电价却在稳定地上调，因此对建筑工程和企业部分大容量电机进行变频设计与改造，回收投资周期亦很短暂，而所创造的经济效应和社会效益则是显著的。目前，国外许多优秀的变频调速系统和成套设备已大举进入中国市场，如欧洲的abb，德国的西门子，丹麦的丹佛思，日本的三肯、三菱、富士，法国的施耐德，韩国三星、lg、九德松益，美国的罗宾康，英国的欧陆等变频器系列。国内也生产了几种变频调速设备，其质量可与国外的变频器产品相抗衡，如佳灵公司的佳灵变频器，深圳华为公司的enydrive变频器等。3.2.2 变频调速工作原理 由电机学的一个基本公式 n=60f/p式中电动机定子绕组的磁极对数p一定，改变电源频率f，即可改变电动机同步转速。异步电动机的实际转速总低于同步转速，而且随着同步转速而变化。电源频率增加，同步转速n增加，实际转速也增加；电源频率下降，电机转速也下降，这种通过改变电源频率实现的速度调节过程称为变频调在工程中，鼠笼式电动机在电动机数量中占主导部分。因此，对鼠笼式电动机的调速控制成为建筑领域中电机调速的主要部分。在变频调速技术中，向电动机提供频率可变的电源并控制电动机的转速是由变频器完成的。变频器（vvvf）是variable votage variable frequency等英文字头的缩写，意思是变压变频器原理。3.2.3 变频器的选型根据自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点：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。本课题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大于电机的y形接法的最大起动电流。（3）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，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，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。综合以上因素，本课题变频器采用abb acs150变频器（0.37-4 kw）作为控制电机转速的控制器。 图3-3 abb acs150变频器 abb acs150变频器（0.37-4 kw）：（1） 接线简单，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） 频率设置简单，并且具有二速设定功能，可以满足本课题自动门系统的控制要求，且操作方便，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要求：自动门要求快低速启动，高速打开，接近全开时，转低速打开至全开, 构成了如图3-4的开门和关门曲线。根据转速公式：n=60f/p(1-s)其中f表示电流的频率，p表示电机的磁极对数，s表示电机的转差率，n表示转子的实际转速，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400 r/min，算出电机的转差率s=-0.25。（1）根据任务要求提到的门的规格,慢开门或者关门的距离为2，0cm，时间控制在0.5s，速度为,2400cm /min，此时要求转子的转速为204r/min。（2）高速开门和关门的距离为65cm，时间为2s,速度为1950cm/min，此时要求电机的转速为110.4r/min。（3）慢速开门和关门接近全开或全闭的距离为30cm,时间为1.5s,速度为1200cm/s，此时要求电机的转速为67.9r/min。根据以上速度要求设置变频器，变频器的频率具体设定方式见表2-1，根据以下设定方式按课题要求设定好变频器二速控制的频率。图3-4 开门和关门曲线变频器的频率具体设定方式如下表表3-1 变频器设定表名 称表示设定范围最小设定单位设定值上限频率(pr1)0120hz0.1hz50hz下限频率(pr2)0120hz0.1hz0.1hz2速设定（高速）(pr4)0120hz0.1hz25.5hz2速设定（低速）(pr6)0120hz0.1hz8.5hz加速时间(pr7)0999s0.1s0.2s减速时间(pr8)0999s0.1s0.2s操作模式选择(pr79)04,7,8123.3 可编程控制器（plc）3.3.1 plc的概述：1. plc的基本概念 可编程控制器plc（programmable logic controller）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。国际电工委员会在1987年颁发的plc标准草案中对plc（programmable logic controller）作了如下定义：“plc是一种专门为在工业环境中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、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。通过以上定义还可以了解到，相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置许多使其适用于工业控制的器件。它实际上一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来，电气工程技术人员感受最深刻的也正是可编程控制器二次开发编程十分容易。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了厂矿企业，变成了普通工程人员甚至普通电气工人力所能及的工作。再加上其体积小、可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善、适应性强、安装接线简单等众多优点，可编程控制器在问世后的短短三十年中获得了突飞猛进的发展，在工业控制中得到了广泛的应用。2. plc的功能plc在不断地发展，其性能在不断地完善，功能在不断地增强。其主要功能有：（1）开关量逻辑控制这是plc的最基本的功能。plc具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代传统的继电器控制系统。（2）模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位、速度等都是模拟量。而plc中的微处理器cpu只能处理数字量。所以plc中配置了a/d和d/a转换模块后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。（3）闭环过程控制运用plc不仅可以对模拟量进行开控制，还可以进行闭环控制。配置pid控制模块，对控制过程中某一变量（如电压、电流、速度、位置等）进行pid控制。（4）定时控制plc具有定时控制的功能，它为用户提供了若干个定时器。定时器的时间可以由拥护在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现定时或延时的控制。（5） 计数控制plc具有技术计数控制的功能，它为用户提供了若干个计数器。计数器的计数值可以有用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制。（6） 顺序（步进）控制在工业控制中，选用plc实现顺序控制，可以采用iec规定的用语顺序控制的标准化语言顺序功能图进行设计。可以用移位寄存器和顺序指令编写程序。（7） 数据处理现代plc具有数据处理的能力。它不仅能进行数字运算和数据传送，而且可以进行数据比较、数据转换、数据显示、打印以及数据通信等。（8） 通信和联网现代plc具有网络通信的功能，它即可以对远程i/o进行控制，又能实现plc与plc之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布控制系统，实现工厂自动化。plc还可以与其他智能设备实现通信。plc与变频器著称联合控制系统，可提高控制交流电动机的自动化水平。3.plc的特点plc是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点。（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）通用性强、灵活性好、功能齐全（3）编程简单、使用方便（4）模块化结构（5）安装简单、调试方便（6）网络通信（7）体积小、能耗低，便于一体化3.3.2 机型的选择1.plc的类型plc按结构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，通常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，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型plc提供多种i/o卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的i/o点数，功能扩展方便灵活，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，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，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。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对cpu选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，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。综合以上因素，本课题的设计采用该控制系统采用西门子s7-224plc进行逻辑控制来实现整个自动系统的控制，如图3-5所示。图3-5 西门子s7-224可编程控制器（plc）西门子s7-224可编程控制器具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。西门子s7-224可编程控制器具有突出的寄存器容量：西门子s7-224可编程控制器包括8k步内置ram寄存器，用一个寄存器盒可扩充到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、使用标准型号实时时钟满足时间灵敏度应用要求。3.3.3控制系统的电气接线图3-6 控制系统的电气接线3.4 自动门的机械传动机构设计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：驱动电机采用转速不高于500r/min的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。5滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。6皮带：采用齿形皮带, 齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，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传动结构如图4-1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3-7 自动平移门传动结构图4 软件系统设计4.1 自动门系统i/o分配表i/o分配表是编写plc程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据自动门的控制系统的要求，确定了plc的i/o分配表，在下表中列出：表4-1 plc的i/o分配表类型plc元件作用输入x0紧急停止x1手/自动转换开关x2手动开门x3手动关门x4防夹人光栅（常闭）x5感应开关（内）x6感应开关（外）x7开门/关门低速x10关门高速/开门高速x11开门限位x12关门限位输出y1手动开门y2手动关门y3开/关门低速y4开/关门高速y5自动开门灯闪烁y6自动关门灯闪烁y714开/关门提醒y12自动开门y13自动关门4.2程序流程图根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按照下图2.2所示的流程运行。图4-1 程序流程图4.3 自动门系统的程序设计