基于PLC的商店自动门的设计

1、郑州电力职业技术学院毕业生设计题目 ：基于 PLC的商店自动门的设计姓 名：赵军超学号： 20102919班级: 10 级供电 5班联系方式：文成绩指导教师李全胜答辩成绩主答辩教师综合成绩答辩委员会主任2013年 03 月 15 日基于 PLC的商店自动门的设计摘要随着科学技术的不断发展，自动门系统已开始应用于大型公司、科研所、政 府机关等保密性较强的单位，而且也开始用于商店、酒店、办公室等大众场所。 为增强自动门运行的可靠性，本设计提出了一种 FX 232MR 可编程控制器（ PLC） 与变频器控制的自动门控制系统，设计中采用两个感应探测器（门内和门外） 、一 些开

2、关及传感器作为此系统的输入设备，变频器用来调节门体速度，并分析了该 控制系统的工作原理及系统的硬件组成，分析了人体感应探测、自动门运行位置 检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程，对 PLC 的选型、变频器的选型、 I/O 点的确定及自动门的动作过程等方面进行了详细阐述。结合 PLC 的运行特点， 对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基础上，给出了控制系统软件设计 的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及 PLC 控制梯形图等。本设计介绍 应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。关键词：自动门，可控制编程器，梯形图，变频控制目录前

3、 言 4聞創沟燴鐺險爱氇谴净。第一章概述 5残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.1研究背景和研究意义 5酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.2国内外自动门的发展状况 7彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.3自动门技术发展方向 9謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。第二章自动门控制系统总体方案设计 9厦礴恳蹒骈時盡继價骚。2.1自动门的功能需求分析 10茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.2自动门的部件组成 11鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.3系统设计的基本步骤 12籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.4自动门技术参数的确定 12預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.5自动门的控制要求 13渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。第三章自动门硬件系统的设计 14铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.1控

4、制系统结构设计 14擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.2驱动装置的选择 15贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3变频器的选择 16坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.3.1 变频器原理 17蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.3.2 变频器的选型 17買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3.4探测器的选择 18綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.5自动门运行位置检测 19驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.6门运行障碍检测、报警 20猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.7可编程控制器 (PLC) 的选型 21锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.7.1 PLC 概述 21構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.7.2 可编程控制器 (PLC) 的选型 . 22輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.8可编程控制

5、器 (PLC) 的 I/O 分配 . 25尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。第四章自动门软件系统的设计 28识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4.1PLC 梯形图概述 28凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。4.2程序流程图概述 29恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。总结 . 31鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。致谢 . 错 误！未定义书签。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。参考文献 33 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。附图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、写字楼里自动门已经是随处可见。自动门的工作方式是通过自动 门内外两侧的感应探测器来感应人的出入，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

6、将门打开。当 人通过门之后，再将门关闭。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。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。自动门在国外早已得到普遍应用， 在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。自动门的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 装置是可编程控制器 （以下简称 PLC） ,PLC 是一种专门

7、为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，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，

8、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。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。本设计主要介绍运用 PLC 为控制器的自动门的开发和研究，所有产品 的开发都要讲究实用，本设计开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够 简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。他们需要的是 一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要 求，能够在大多数的地方应用。因此本设计就是解决了这样一个问题，还可 以保证自动门的稳定性，且本设计意味着产品成本下降，效益提高。因此是 一个比较实用且经济的产品。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。第一章概述1.1 研究背景和研究意义

9、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。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。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。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库大中型公共场所，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

10、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。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。由于中国没有相关的自动门国家标准， 导致自动门档次、 质量良莠不齐。 如果你没有使用过自动门，最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后 服务的自动门品牌 （目前有很多自动门品牌是由一些贸易公司购买散件加上 自己拼装而成，应尽量避免购买此类产品） 。不要认为样本上全部是外国语， 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 的知名品牌，合法的商品不会这样做。在购买自动门时最好在授权的指定经 销商处或认定销售店的商店购买（有悬挂的授权书） ，

11、而且在购买时要清楚 所购买设备的基本配置，防止买家克扣部件。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。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。 颖刍莖蛺饽亿顿 裊赔泷。自动门的普及和应用， 改变了人们的防护意识， 提升了人们的安全观念。 自动门除可美化出入口环境外，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

12、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。 濫驂膽閉驟羥闈詔 寢賻。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加感应探测器， 当人 走近自动门时，感应探测器感应到人的存在，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。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。自动门的控制方法有很多， 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；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

13、制器控制 的自动门所淘汰。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。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 控制的特点是稳定性高维护方便， 目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。1.2 国内外自动门的发展状况在国外，进入 90 年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟， 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 自动门可以节约空间能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛塤礙

14、籟馐决穩賽釙冊庫。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、商店等公共场所。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。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。我国的自动门状况有如下几点： 厂家多，规模小 5 6 年来几年来， 自 动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目前国内大大小小生产自动 门的厂家已有 50 多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开 发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 专业化分工趋 势显现早期的生产厂家，一般是自主

15、研发和生产，顶多委托代加工部分零部 件。近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器 传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入 的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 高、低档次的市场分明进口产品 借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具 备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次 较低，主要集中在低端市场。 产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同 质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价 格因素占的比重较大， 加剧了市场竞争。 其结果是众多厂家一味地比拼价格， 导致利润微薄。

16、 同时， 由于价格过低， 也使产品的持续改进和发展受到限制。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。1.3 自动门技术发展方向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。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 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

17、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。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 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。

18、 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。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉第二章 自动门控制系统总体方案设计2.1 自动门的功能需求分析本设计是面向公共场所入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计根据入口处对自动门的具体要求， 本设计所设计的自动门应具有以下功 能：为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。手动和自动转换开关来 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，手动开门失效，由感应探测器检测有人接近门口且门未打 开或者检测到已无人接近门口且

19、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栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹感应器， 一防止停留在门附近的人被门所夹住。当自动门出现夹人意外状况时， PLC 输出信号给蜂鸣器， 蜂鸣器响以提 示管理人员的注意。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数自动门的控制方式。本设计所设 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。 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。2.2 自动门的部件组成主控器是自动感应门的指挥中心

20、，它通过内部编有指令程序的大规模 集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时工作人员可通过 主控器调节门扇开启速度、 开启幅度等参数。 感应探测器负责采集外部信号， 当有移动物体进入它的工作范围时，它就给主控器一个脉冲信号。动力马达 可提供开关门的主动力。 自动感应门扇行进轨道用于约束门扇的吊具走轮系 统，使其按特定方向行进。 门扇吊具走轮系统用于吊挂活动门扇，同时在 动力牵引下带动门扇运行。 同步皮带 （有的厂家使用三角皮带 ） 用于传输马达 动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。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摆动峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。2.

21、3 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要考虑以下几点： 深入了解和分 析自动门的工艺条件和控制要求 ;确定 I/O 设备。根据自动门控制系统的功能 要求，确定系统所需的用户输入、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 根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型 ;分配 I/O 点数，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 ; 设计自动门系统的梯 形图程序，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。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。2.4 自动门技术参数的

22、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， 门体地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，应经常调节门体，修 正运行产生的误差。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。要严格限制门体重量，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达 到成千上万人次，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

23、，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。具体参数如表 2-1 所示。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。表 2-1 自动门具体参数单扇开启宽度 (mm)1250( 最宽 )单扇门的最大承重 (kg)1120kg高度 (mm)2500mm最快开 / 关门速度 (cm/s)60cm/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 )可编程控制器电源220V AC， 50-60Hz驱动器电源380V AC， 50Hz驱动器输出额定功率120W2.5 自动门的控制要求当有人由内到外或由外到内通过感应探测器检测开关 SBl 或 SB2 时， 开门执行机构 KMl、 KM2动作，

24、电动机正转，当门到达开门减速开关 SB3位 置时，电机开始减速，门到达开门限位开关SB4 位置时，电机停止运行。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。自动门在开门位置停留 8 秒后，自动进入关门过程， 关门执行机构 KM3、 KM4被起动，电动机反转，当门移动到关门减速开关SB5 位置时，电机开始 减速， 门移动到关门限位开关 SB6 位置时， 电机停止运行。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过感应探测器检测开 关 SBl 或 SB2 时，门立即停止且停止 0.5 秒后，自动进入开门程序。 陽簍埡鲑 罷規呜旧岿錟。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

25、感 应探测器检测开关 SBl 或 SB2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。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。当有人站在门口不进入时，感应探测器检测开关 SBl 或 SB2 就会一直 检测到信号，定时器处于循环定时状态。自动门控制装置由门外感应探测器检测开关 SBl 、门内感应探测器检测 开关 SB2、开门减速开关 SB3、开门到限位开关 SB4、关门减速开关 SB5、关 门到限位开关 SB6、开门执行机构 KMl/KM2（ 使直流电动机正转 ） 、关门执行 机构 KM3/KM4（使直流电动机反转 ） 等部件组成。考虑到自动控制门在出现故 障时的维修方便，所以增加了

26、手动开门K1、手动关门 K2. 钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。第三章 自动门硬件系统的设计3.1 控制系统结构设计本设计运用 PLC 控制变频器来调节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，结构简单，控制方便，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、结构简单、维护方便、易于冷却和寿命长等优点，并且系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速横功率运转等特性。随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。控制系统结构图如图 3-1 所示： 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。图 3-1 控制系

27、统结构图3.2 驱动装置的选择自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障， 本设计中是运用变频器来自动调节电机的速度， 以达到驱动自动门的目的。 这种方法具有稳定性好，维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的自动门行业的主流控制方式。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。根据本设计所设计的自动门的要求应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准规定的，具有噪声低、过载能力强 的特点，在结合了安全、稳定的考虑，本设计的自动门控制系统的驱动装置选用步进电机呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收 到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个

28、同定的角度（ 称为“步距角” ） ，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制 脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉 冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可 以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差 （精度为 100） 的特点， 广泛应用于各种开环控制。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。PLC对电机的控制有两种方式：一种是脉冲+方向控制；一种是正反向脉冲输出。这里采用第 1种方法。PLC的高速脉冲输出 （FrO） 提供一个指定脉冲数目的方波输出 （ 占空比为 50）。在加速和减速时输出脉冲的频率 （或周期 ）线性变化，而在恒定频率

29、段部分保持不变。一旦产生完指定数目的脉冲，PTO输出变为低电平，直到装载一个新的指定值时才产生脉冲。PTO输出占用一个 PLC输出点，用于控制门体的位移和速度，由另一个输出点的信号控制门体运动的方向。这两个信 号送给步进电机驱动器去驱动电机，以带动门体完成相应的运动。 麸肃鹏镟轿騍 镣缚縟糶。3.3 变频器的选择3.3.1 变频器原理 变频器是利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。 我们现在使用的变频器主要采用交 -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

30、以供给电动机。变频器的 电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。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。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。 变频器调速的主要工作 原理是将供给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节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的 三相交流电，以此为电源再供给电机使用。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。3.3.2 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： 变频器与负载的 匹

31、配问题；电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。本设计所 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； 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；在本设计所使用的三相交流电机的最大启动电流为0.37A ，故所用的变频器的最大电流应大于电机的最大启动电流；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， 本设计所使用的最初启 动转矩为 1.4N/m ，所以， 在选型中要考虑。 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

32、通电机的选型。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。综合以上因素，本设计变频器采用日本三菱公司生产的 FR-540 变频器 作为控制电机转速的控制器。三菱 FR-540 变频器具有以下优点： 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。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。频率设置简单，并且具有三速设定功能，可以满足本设计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。 铹鸝饷飾 镡閌赀诨癱骝。3.4 探测器的选择目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应开 关，红外感应器，接

33、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，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，可以选择高灵敏度的感应器； 在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。根据本设计的需要选用人体感应探测器。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。人体都有恒定的体温，一般在 37，发出波长为 10微米左右的红外线。 热释电元件探头是以探测人体辐射为目标的，对波长为 10 微米左右的红外辐 射非常敏感，在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷， 后续电路经检测处理后就能产生信号。被动式红外探头，其传感器包含两个 反向相串

34、联的热释电元件，环境背景辐射对两个热释元件几乎 具有相同的 用，使其产生热释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人进入探 测区域内，人体红外辐射被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的 热量不同，热释电也不同，不能抵消，因而产生相应的信号。 趕輾雏纨颗锊讨跃满 賺。人体感应探测电路由被动红外探头、放大电路及电子开关电路组成，安 装在自动门两侧。当有人靠近自动门时，身体辐射出的红外线被热释电红外 传感器接收下来并将其转换成信号，经检测放大电路放大处理后输出给电子 开关电路。电子开关信号输入到 PLC输入继电器中， PLC根据收到的信号，驱 动步进电机将门打开。 夹覡闾辁駁档驀迁锬減。人

35、体感应探测器需要 2个，分别用来感应门内外的来人情况，占用PLC两个输入点。3.5 自动门运行位置检测本系统的关键是控制门的运行，为了达到更好的控制效果，PLC必须时刻知道门所处的位置从而做出相应的处理，所以在关键的位置上安装位置传感器，并把传感器信号传给PLC。为此设置了两个行程开关，一个用于检测门完全打开时的位置， 叫开门极限开关， 一个用于检测门完全关闭时的位置， 叫关门极限开关。当门在运行过程中，接近最大位置时，限位开关的信号传 给 PLC，电机停止运转。门离限位开关较近时，电机低速运行，通过程序来 控制。 2个行程开关，占用 PLC3个输入点。 视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。3.6 门运行障

36、碍检测、报警在门运行过程中， 有时会遇到障碍物阻止它的运行。 这时需要具体分析， 如果是在开门过程中出现这种情况，有可能是途中障碍的阻止，或者是开门 限位开关坏了，停止运行并报警；如是关门时出现这种情况，有可能挤到人 或物了，应向相反方向运行，给出报警信号。 偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。设置一个传感器检测在关门过程中有无人或物体在门的中间。主动式红 外线防夹感应器由发射特定频率的红外线发射器与接收器组成，其红外线频 率与自然界及人体的红外线不同。在关门过程中当人或物阻挡时，接收器收 不到光信号产生一个负脉冲，该脉冲作为PLC的一个中断信号， PLC控制门体向相反方向运动。这是一个非常重要的保护功能，

37、在防止碰人或物的同时， 保护自动门电机不会因过载而烧坏。 緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。在自动门运行中，由于电机的频繁转动，可能会使电机过热造成电机机 芯的损坏，因此，在电机上安置一个温度传感器来监测电机的温度，当电机的温度高于预定值时，传感器把信号传给PLC， PLC分析输出信号，指示灯亮，提醒监管人员的注意，以保证电机的良好运转。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼3.7 可编程控制器 (PLC) 的选型3.7.1 PLC 概述可编程控制器，英语称 Programmable Controller ，简称 PLC ，本设计中 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

38、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，变换为所要求的输入信息，进而再通过输 出电路的物理过程去实现对负载的控制。 疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。PLC 基于电子计算机， 但并不等于普通计算机。普通计算机进行出入信 息变换时，大多只考虑信息本身，信息出入的物理过程一般不考虑的。而 PLC 则要考虑信息出入的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考 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，出入信息 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 以通过它的外设或者通信接口与外界交换信息。其功能要比继电装置多

39、的 多、强的多。 镞锊过润启婭澗骆讕瀘。(可以实现各种内PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 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， 因而具有以下基本的功能： 逻辑处理功能； 数据运算功能；准确定时功能；高速计数功能；中断处理 外中断 )功能； 程序与数据存储功能； 联网通信功能；自检测、自诊断功 能。 榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能， PLC 几乎也可以做到。像 PLC 这样，集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统 的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能， 同时，也为自动门行业的远程化、信息化

40、及智能化创造了条件。 邁茑赚陉宾呗擷 鹪讼凑。3.7.2 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要求是设计选型的主要依据。因此，工程 设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务 和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，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，最后选择有较高性能 价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。输入输出 (I/O) 点数的估算： I/O 点数估算时应考虑适当的余量， 通常根 据统计的输入输

41、出点数，再增加 10%20% 可扩展余量后，作为输入输出点 数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商的产品特点，对输入输出点数 进行圆整。 根据估算的方法， 故本设计的 I/O 点数为输入 12 点，输出 11 点。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。存储容量的估算： 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储 单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此， 程序容量在设计阶段是未知的，需要在程序调试之后才知道。为了设计选型 时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。 劇妆诨貰攖 苹埘呂仑庙。存储器内存

42、容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同 公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的的总字数 （16 位为一个字 ）；另外再按此数的 25%考虑余 量。因此本设计的 PLC 内存容量选择应能存储 2000 梯形图，这样才能在以 后的改造过程中有足够的空间。 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。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。根据本设计所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。控制功能： PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回 路或多回路

43、控制器解决模拟量的控制， 有时也采用专用的智能输入输出单元 完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 编程功能 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。：离线编程方式： PLC 和编程器公用一个 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。完成编程后，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。离线编程方式可降低 系统成本，但使用和调试不方便。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，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交 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

44、新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中 型 PLC 中常采用。 穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。五种标准化编程语言：顺序功能 (SFC) 、梯形图 (LD) 、功能模块图 (FBD) 三种图形化语言和语句表 (IL) 、结构文本 (ST) 两种文本语言。选用的编程语 言应遵守其标准 (IEC6113123) ，同时，还应支持多种语言编程形式如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。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

45、对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断 是外诊断。 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。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要求， 并影响平均维修时间。机型的选择： 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。 浹繢腻叢着駕骠構砀湊。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，

46、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。 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。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。 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。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。本设计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 。贞廈

47、给鏌綞牵鎮獵鎦龐。综合以上因素，本设计采用日本三菱公司生产的 FX2-32MR 小型 PLC 来实现整个自动系统的控制。3.8 可编程控制器 (PLC) 的 I/O 分配也是现场接线和调试I/O 分配表是编写 PLC 程序首先要做的前提条件，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，如表 3-1 所示： 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。表 3-1 I/O 分配表类型设备PLC 端子号输入端门外感应探测器 SB1X000门内感应探测器 SB2X001开门减速开关 SB3X002开门限位开关 SB4X003关门减速开关 SB5X004关门限位开关 SB6X005防夹人 SB7

48、X006手动开门 K1X007手动关门 K2X008手动 /自动开关 K3X009电机过热 K4X010急停开关 K5X011输出端高速开门 KM1Y000低速开门 KM2Y001高速关门 KM3Y002低速关门 KM4Y003报警器Y004门动作中指示灯Y005门停止工作指示灯Y006门达到上限指示灯Y007电机过热指示灯Y008手动开门Y009手动关门Y010PLC 外部端子 I/O 配置图是 I/O 分配表的直观表达， 可以清楚的表示 PLC 的外部端子的接线情况，是非常必要的，如图 3-2 所示： 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。图 3-2 PLC 外部 I/O 配置图第四章 自动门软件系统的设

49、计4.1 PLC 梯形图概述PLC 是专门为工业控制而开发的装置， 其主要使用者是工厂广大电气技 术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常 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( 可编程控制器语言标准 )详细地 说明了句法、语义和下述 5 种编程语言：功能表图、梯形图、功能块图、指 令表、结构文本。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字 语言，功能表图是一种结构块控制流程图。 齡践砚语蜗铸转絹攤濼。梯形图程序设计语言是梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设

50、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 件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生 的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。 绅薮疮颧訝标販繯轅赛。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 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，并得到广泛的应用饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； . 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；与原 有的继电器逻辑控制技术的不同

51、点是：梯形图中的能流不是实际意义的电 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对待： 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。 梯形图与电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工 厂电器人员掌握， 特别适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。 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。本设计自动门控制系统的梯形图如图 4-1 所示：4.2 程序流程图根据本设计的控制要求和安全要求，所设计的程序按照图 4-2 所示的流 程运行，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最

52、终设计。 撷伪氢鱧轍幂聹 諛詼庞。图 4-2 程序流程图PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。一个扫描周期主要分为 输入采样、程序执行、输出刷新。由于PLC 采用这样的工作原理，所以即使是顺序程序也会反复执行，程序中各个部分的执行与否由相应的条件来控 制，条件满足则执行，否则不执行。 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。下面就详细地介绍程序的流程，首先进行系统初始化，然后 PLC根据输 入信号进行不同的处理。若按下手动选择按钮，则自动门进行手动程序，当 开门按钮按下时，自动门开门到极限，然后停止运行。当关门按钮按下时， 自动门关门到极限，然后停止运行；若按下自动选择开关，则自动门进行自 动程序，当门口有人时，感应探测器感应到人的存在，门高速开门到达开门减速开关，门减速运行到达开门极限开关，门停止运行，自动门停留8 秒后自动进入关门程序，到达关门减速开关，门减速运行到达关门极限开关，