基于PLC的自动门控制系统的设计.docx

目 录摘 要1前 言21. 自动门控制系统总体方案设计31.1 在自动门的功能需求分析31.2 自动门的控制要求32. 自动门控制系统的硬件设计42.1 PLC的选型42.2 驱动装臵的选型42.3 感应器件的选型42.4 直流电机的选型52.5 传动装臵52.6 限位开关52.7 自动门控制系统I/0地址分配表52.8 自动门控制系统的原理图63. 自动门控制系统的软件设计63.1 梯形图的设计63.2 程序流程图73.3 总程序图74. 结 论8参考文献9致 谢10基于PLC的自动门控制系统的设计摘 要：本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC）、感应器件、驱动装臵和传动装臵组成。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，使驱动装臵运行，在通过传动装臵带动门的动作。关键词：自动门，PLC，感应器件，驱动装臵前 言在经济飞速发展的中国，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，控制器通过驱动装臵将门打开。自动门性能优劣主要取决于它的控制装臵，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臵是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。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。121.自动门控制系统总体方案设计1.1在自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。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由以下功能：（1） 开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装臵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口且门未关闭，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。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。1.2自动门的控制要求（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位臵时，电机停止运行。（2）自动门在开门位臵停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位臵时，电机停止运行。（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。（4 在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。1.3自动门控制系统构成自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动电动控制方式，此种控制方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。如图1 所示： 图1 自动门的构成2.自动门控制系统的硬件设计2.1PLC的选型PLC按结构分为整体型和模块两类型型，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/0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/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配臵系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。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，最终选出比较满意的产品。2.2驱动装的臵选型自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径45，额定转数4000转，额定扭矩0.036N.m，功率15W100W。额定电压24VDC。2.3感应器件的选型目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、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，适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确保了产品可靠性。如表2型号WB-3004供电电压AC/DC 12V AC/DC 24V工作频率范围50Hz 60z感应探头工作频率10.525(9.00GHz 12.00GHz)工作指示方式LED感应时间/延时时间REAL-TIME / 0.5SEC 静态消耗：4.0(W)X 3.0M(D)工作状态：200mWg12V探头可调节角度550mWg12V工作温度范围40 160相对温度-25 +60安装方式WALL 表2自动门感应器的规格2.4 直流电机的选型直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。2.5传动装臵本控制系统所用到的传动装臵具体包括如下：（1） 自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。（2） 自动门扇吊具走论系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。 3 同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。2.6 限位开关限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位臵的一种自动控制器件。限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位臵时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位臵，借此对生产机械给以必要的保护。2.7自动门控制系统I/0地址分配表I/0分配表示编写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。 输入点 Xo: 屋外光电开关控制的继电器KA1X1: 屋内光电开关控制的继电器KA2X2:开门到位行程开关SQ1X3:关门到位行程开关SQ2X4:开门到位行程开关SQ3X5:关门到位行程开关SQ4输出点 Y0:开门接触器KM1（如图3）图3 PLC接线图 2.8 自动门控制系统的原理图图4主电路及供电线路3. 自动门控制系统的软件设计3.1梯形图的设计（1）首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程。（2）将所有的输入信号（按键，行程限位开关，压力开关，压力、速度、时间等传感器）和输出控制对象（接触器、电磁阀、电动机、指示灯等）分别列出，按被采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对I/O端子做出相应的分配和安排。（3）根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路。（4）以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。（5）编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。图5 梯形图 3.2 程序流程图图6 程序流程图3.3 总电路图图7 总电路图结 论本文研究了基于PLC的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。 虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、plc输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。参考文献1 王永华 现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社 2013 . 3.92 何衍庆主编，何一平.常用PLC应用手册，电子工业出版社，2008.3.73 陈立定.电气控制与可编程控制器技术.北京人民邮电出版社 2014.3.54 马志喜.电气工程设计 北京机械工业出版社 2013.6.75 郭和伟.电器与PLC控制技术.北京清华大学出版社 2015.4.6致 谢三年的大学生活即将结束，在这里几年我学到了很多东西。首先，向程学院的各位老师表示感谢。你们不只传授了我知识，而且告诉了我很多为人处世的道理，这些道理将对我以后的人生起到很好的指导作用。通过对自动门控制系统的软件设计，在学习与设计过程