基于plc控制的自动平移门.doc

江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于PLC控制的自动平移门毕 业 设 计（论 文）设计题目：基于PLC控制的自动平移门专 业：机电一体化班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期2014年10月15日2015年5月15 日摘要本文设计了一个基于三菱FX2N16MR的PLC和艾默生EV1000的变频器控制的自动门系统。首先，本文会对自动平移门进行介绍，并且会对自动平移门的各个部件做出说明。第二步，分析自动平移门的机械结构。第三步，介绍自动平移门的设备选型。第四步，对PLC控制系统中的设计，即I/O地址的分配、主电路图、接线图以及梯形图；最后，对PLC程序进行说明。关键词：PLC 变频器 控制 自动门 目录摘要21引言41.1自动门的具体应用51.2自动门的组成部件52自动平移门的总体结构设计方案62.1自动平移门的构造和参数62.2自动平移门的机械结构72.3自动平移门的系统方案83自动平移门控制系统设备选型93.1驱动装置的选型93.2可编程控制器（PLC）的选型103.3变频器的选型113.4变频器的参数设定123.5感应开关的选型133.6限位开关的选用144 控制系统PLC程序设计154.1控制要求154.2项目任务154.3 I/O分配154.4主电路和PLC接线图164.5 PLC程序设计及说明174.6PLC梯形图20结束语22致谢23参考文献241引言在21世纪的今天，门的安全理念，有效性更加地突出，不仅如此，门的作用在建筑艺术上也更加突出，强调了与建筑风格的整体协调。 在大中型公共场所，自动门在这些建筑中扮演着时尚的角色。作为建筑物的一部分，自动门从基本意义上说，要同时满足与外部环境隔离和不妨碍人们通行这两种要求，因此自动门体本身要坚固、密封。 本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动平移门控制系统的设计，本课题开发的产品主要用于商场、银行等需要自动开关门的场合。本文所设计的系统不但能满足自动门控制的基本要求，而且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的经济型产品。1.1自动门的具体应用当人们行走在人行道上时，我们可以看到各类银行矗立在马路两边，而我们可以看到许多人在银行中进进出出，但是我们可以看到人们只是在银行门口稍作停留，银行的大门就会自动打开，当人们进入或离开一段距离后大门就会自动关闭，这种情况可以说是屡见不鲜，而银行所使用的能够自动开关的就是自动门。自动门在银行中的使用可以说大大方便了人们的进出，并且在进出频繁的时候能够有效缓解人流量大时所带来的问题。可以说在银行中自动门已成为不可或缺的一部分。下面我们就来看一下自动门在银行中的应用。 下面认识一下自动门，如图1-1所示图11自动门图片1.2自动门的组成部件主要部件包括主控制器：它是自动门的指挥中心。感应开关：负责采集外部信号。动力马达：提供开门与关门的动力。门扇行进轨道：主要是约束门扇的吊具走轮系统。门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，牵引动门扇运行。同步皮带：用于传输马达产生的动力。下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置。辅助配置包括行程开关：用来判断自动门所处的位置。防夹人光栅：防止自动门的夹人。后备电源：保证停电时自动门能工作正常。2自动平移门的总体结构设计方案2.1自动平移门的构造和参数 自动门门面结构如图2-1所示：图2-1自动门门面结构示意图像银行这类公共场所的自动平移门使用的非常频繁，但是任何自动门的使用次数和使用寿命都是有限的，为了使门体更加坚固耐用，本文所设计自动门的材质使用钢化玻璃，为了满足实际需要，所以必须对自动门各方面进行全面考虑，设定合适的具体参数。具体参数如表2-1所示：表2-1 自动门的具体参数门体设计项目参数设定值单扇门开启宽度1.5m单扇门的最大承重1200kg门体高度2.5m开启保持时间15s（可调）开门速度80cm/s（可调）2.2自动平移门的机械结构传动机构如图2-2所示。电机传动轮直径：D=5cm，大传动轮直径：D=25cm，同圆心中传动轮直径：D=10cm。电机和大传动轮的传动比：i=2r/2r =D /D =5图2-2 自动门机械传动结构2.3自动平移门的系统方案本文设计的自动门系统方案主要是PLC控制变频器达到控制电动机正反运转来实现自动门开关的控制方式。采用变频器控制电路，结构简单，控制方便，可靠性高。交流电机的驱动系统使其具有高效率，而它本身的结构十分简单，维护起来非常方便，并且具有容易冷却和寿命长的优点。控制系统结构图如图2-3所示：图2-3控制系统结构3自动平移门控制系统设备选型3.1驱动装置的选型 根据本论文所设计的自动平移门的要求，选用符合国际安全标准规定的绝缘电阻、接地装置和过电压保护等因素的驱动装置，其具备低噪音、强稳定性等特点，在考虑了安全和其它因素，本论文选用的驱动装置是山东力久特种电机有限公司生产的三相交流变频电机，型号为YVP132M4型，额定电压为380V。根据生厂商提供的电机结构图如图3-1所示；电机外观图如图3-2所示和电机尺寸和参数表如表3-1所示：YVP变频调速三相异步电动机(B3)产品分类： YVP系列变频调速三相异步电动机 机座中心高：H80H355mm额定输出功率：0.55kW315kW电源电压：380V,50Hz(可根据用户定制)防护等级：IP54、IP55绝缘等级：F冷却方式：IC416 图3-1电机尺寸图图3-2电机外观图表3-1 电机尺寸（单位mm）和参数表ABCDEFGHKM216178893880103313212265NPRSTABACADHDL2303000154270275210345510型号转速频率电压电流132M-40-900r/min0-50Hz380V0.5A3.2可编程控制器（PLC）的选型PLC的选择要求：（1）生产厂家：生产厂家的选择，主要以用户的要求、设计者对PLC的熟悉程度和使用习惯等方面来考虑。一般选用大公司生产的产品，其产品质量可以得到有效的保证。（2）I/O点数：I/O点数应该以设计要求所需为依据。程序设计的输入点有急停、自动、感应开关、防夹人光栅、开门和关门限位开关共6个；而输出点有正转开门、反转关门输出和开、关门指示灯、报警指示灯共有6个。输入输出点总计有12个。（3）PLC型号：整体式PLC的I/0点数较少而且相对固定，所以用户选择的余地较小，多用于较小型的控制系统。主要代表有：西门子的S7-200系列、松下、三菱的FX系列等。（4）经济性的考虑：选用PLC时，要考虑经济性，还有应用的扩展性、操作性等因素，进行比较，最终选择合适的产品。根据本文设计的系统方案，选用三菱公司生产的FX2N16MR系列的PLC。如图3.2.3-1所示。图 3.2.3-1 三菱FX2N16MR系列PLC三菱FX2N-16MR-D其参数意义为:三菱FX2N系列的PLC，有16个I/O分配点（输入输出点），继电器输出型，使用DC24V电源，DC输入的基本单元。3.3变频器的选型根据本设计自动门的需要，配合电动机的选型，变频器选型要确定以下几点：电压匹配：本文设计选用的三相异步变频电动机额定输入的电压值为380V ，所以变频器输出的三相电压应为380V。电流匹配：由电机选型参数可知电机YVP型最大电流值为0.5A，所用变频器最大电流应大于电机最大启动电流值。容量匹配：本设计选取电机功率最小为0.55KW，所以选取变频器时其容量必须大于0.6KW以上。综合以上因素，本设计采用上海捷芮自动化技术有限公司生产的艾默生EV10004T0007G型号的变频器。如图3-3所示。 图3-3艾默生EV系列变频器3.4变频器的参数设定根据本文系统设计的控制要求，选用两线模式1进行变频器的参数设定。两线运转模式1的示意图如图3-4所示图3-4两线运转模式1的示意图本文设计开门速度为80cm/s，即电机皮带轮线速度为80cm/s由线速度和电机转速之间的关系V=2nr/60=nr/10（取3）可得电机转速：n=8010/2.5=312r/min由旋转磁场的转速n=60f/p=6050/4=750r/min由此可得转差率S=（n-n）/ n=（750-312）/750=0.5（近似值）在由三相电机转速公式n=（1-s）60f/p可得 320=（1-0.5）60f/4 f = 43 Hz（近似值）参数设定如下：表3-2变频器参数设定表参数含义FP.02=2恢复出厂设置F0.00=0LED键盘显示上下调节F0.02=43HZ运行频率设定F0.12=50HZ上限频率F0.13=5HZ下限频率3.5感应开关的选型结合本设计的实际需要在设计的自动门的人员检测上采用深圳市晶创和立科技有限公司生产的D203S型的红外传感器。如图3-5D203S型的红外传感器具有易于调节的红外感应探头,可以适应不同的应用场合，其非常稳定的技术设计，使其具备监测范围大、灵敏度高、安装角度多向调节等特点。其工作原理是利用温度的变化来检测的:当人体进入传感器检测区，因为人体的温度与环境的温度有差别，所以传感器就会产生温度变化，那么就会有温度信号输出；但是人体进入传感器检测区后不运动，则温度没有变化，相应的传感器也没有输出信号了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。在防夹人感应器的选择上，本设计选用北京博星得门控科技有限公司生产的安全传感器型号为WS-210。如图3-6所示WS-210型安全传感器主要用于安全防夹人辅助功能。其最大特点是发射距离远，安装方便；固定不易脱落；抗干扰能力强，可以不受各种可见光的影响；信号接点灵活方便。它的工作原理是由安全传感器发射出红外光束，从而产生保护光栅，而当光栅被遮挡时，装置就会发出遮光信号，从而控制有危险的自动门停止工作。 图3-5D203S型的红外微波感应器 图3-6 WS-210型的安全传感器3.6限位开关的选用限位开关又被称作行程限位开关，主要用于控制设备的行程和限位保护。在实际的应用当中，一般是将行程开关安装在预先设定的位置，当装在运动部件上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点就会动作，从而实现电路的切换。所以，限位开关是一种由运动部件的行程位置来切换电路的电器，它的工作原理与按钮相类似。两者有所不同的是：一个是手动控制，另一个是由运动部件的模块碰撞。当外界运动部件上的模块撞击按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，触头就会自动复位。而在自动门的控制电路中，可以利用限位开关来控制门打开的限位。本文选用上海天逸电器股份有限公司生产的LX1型限位开关，如图3-7所示。 图3-7LX1型限位开关4 控制系统PLC程序设计4.1控制要求初始状态：自动控制，自动指示灯亮。没有人时，自动门始终处于关闭状态，门关闭的指示灯常亮。当感应开关检测到有人时，开始执行开门程序，门开指示灯亮。当门打开到最大时，门停止打开，开门延时15秒。门开15秒后，又执行关门程序。在关门的过程中，感应开关检测到有人时，此时中断关门程序，转向开门程序。若发生紧急事件或需要长时间打开时，按下手动开门按钮，自动门完全打开，报警指示灯将会闪烁。4.2项目任务利用PLC实现本项目控制要求，具体任务如下：（1）分配I/O地址（2）绘制PLC接线图（3）编制PLC控制程序（4）设定变频器参数（5）绘制变频器接线图4.3 I/O分配I/O分配表如表4-1所示表4.3-1 I/O分配表PLC输入名称PLC输出名称X0手动开门按钮SB1Y0正转开门X1自动按钮SB2Y1反转开门X2感应开关SB3Y4开门指示灯HL1X3防夹人光栅SB4Y5关门指示灯HL2X4开门限位SQ1Y6自动指示灯HL3X5关门限位SQ2Y7报警灯HL54.4主电路和PLC接线图主电路图如图4-1所示，PLC接线图如图4-2所示。图4-1主电路图图4-2PLC接线图4.5 PLC程序设计及说明自动门的控制流程图如图4-3所示，状态转移图如图4-4所示。图4-3自动门的控制流程图图4-4自动门的状态转移图PLC程序段说明如下：初始状态程序段图如图4-5所示：M8002为初使脉冲信号，X1表明自动门处于自动控制，X3为防夹人光栅一直打开，X5表明自动门处在关门限位，Y5关门指示灯和Y6自动指示灯有输出保持常亮。图4-5初始状态程序段图开门程序段如图4-6所示：当感应开关X2检测到有人时，Y0有输出开始执行开门程序；Y4有输出，开门指示灯常亮；清除Y5，关门指示灯熄灭。图4-6开门程序段图开门延时程序段如图4-7所示：Y0表示电机正转开门，X4表示门打开到开门限位时，门停止打开；清除Y0，即电机停止转动，门停止打开；T0有输出，开门时间15秒。图4-7开门延时程序段图关门程序段图如图4-8所示：T0表明开门15秒时间到后，执行关门程序；Y5有输出，关门指示灯常亮；清除Y4，开门指示灯熄灭。图4-8关门程序段图转换程序段如图4-9所示：X5为关门限位，Y1为电机反转关门；在关门的过程中，感应开关X2检测到有人时，此时中断关门程序，清除Y1：转向开门程序S20。图4-9转换程序段手动开门程序段如图4-10所示：当自动门出现故障时，因为急停X0加在开关门程序中，按下手动开门急停按钮X0，自动门停止所有运动，M8013是1秒钟的脉冲信号，Y7有输出，急停指示灯以1秒钟频率闪烁；其它指示灯全部熄灭。图4-10手动开门程序段4.6PLC梯形图PLC整个梯形图如图4-5所图4-5PLC梯形图图4-5PLC梯形图（续）结束语本设计以三菱PLC和艾默生变频器的综合运用来控制电机正反转实现自动门的自