【《基于PLC的自动门控制系统设计》7100字】

基于PLC的自动门控制系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u174461绪论 4259182自动门控制系统总体方案设计 5192992.1自动门的功能需求分析 5251792.2系统设计的基本步骤 641412.3自动门技术参数的确定 74393自动门硬件系统的设计 96523.1控制系统结构设计 9277463.2自动门的机械传动机构设计 9255513.3可编程控制器(PLC)的选型 10125243.3.1PLC概述 10309383.3.2PLC的选型 10304473.4驱动装置的选型 114096 1230893.5开关的选型 12323843.5.1感应开关的选型 1232252 1369453.5.2接近开关的选型 1320757 1498613.5.3开关电源的选型 148703 15223073.5.4中间继电器的选型 15117913.6自动门系统I/O分配表 165374自动门控制系统软件的设计 1889444.1控制要求 1860744.2程序流程图 19268484.3梯形图设计 2016805系统调试 22233025.1梯形图程序的下载 22292505.1.1传输设置 22223055.1.2梯形图写入PLC 22121595.2程序调试记录及结果分析 2315717结论 27摘要：科技的发展使人们的生活步调越来越快，到超市买东西的客户，所寻求的并不只是物质上的满足，更是一种精神层次。便捷成为当今消费者的一个追求。这次设计研发的自动门，也为顾客提供了很大的便利，不仅可以让上班族从门口快速进入超市，省去了购物的时间，也可以为行动迟缓的老人提供一种安全感，不用把东西放在地板上，能更好的保护他们通过店铺的大门。它的工作原理是：通过一个信号采集设备对有无人经过进行检测，并把它转化成一个开关量信号，然后发送给PLC,PLC根据该开关信号来控制门的开关，当车门被传动机构驱动时。该自动门控制系统包括：驱动装置、传动装置、可编程序控制器、信号采集装置。FX2N-14MT型可编程控制器是日本三菱公司生产的，其主要产品为；选择了欧姆龙漫反射型光电传感器作为信号采集设备；驱动马达选用24V的减速器，传动机构由齿轮驱动。这种设计不需要太多的周围环境。经试验证明，可发出“欢迎下次光临”、“欢迎光临”的声音，具有防夹持功能，可以最大限度地保障客户的人身安全。这种设计具有很好的稳定性和灵敏度，能够准确的感知到客人的进出，并且降低了生产成本、生产的难度，适用于各种大小店铺。关键词：PLC；驱动装置；感应器；自动门1绪论我国水资源紧缺、利用效率低下、水资源浪费严重、供求矛盾突出。传统的灌区机械结构简单，难以进行，耗时耗力，这已经成为我国社会经济发展的一大障碍。所以，要进行科学的灌溉。发展机械化灌溉是解决水资源矛盾，节约人力，扩大灌溉面积，促进“两个转变”，促进可持续发展，全面提高农业综合生产能力的一条重要途径。合理的灌溉是保证作物正常生长和增产的关键因素，具有较好的生理作用和生态作用，同时也具有明显的增产作用。随着自动化和信息化的不断发展，可编程控制器的使用领域不断扩大。就工业控制而言，PLC同样起到了决定性作用，是可编程控制器的，它用途很广，能够实现生产过程的自动控制与管理，具有非常重要的意义。由于社会科技的不断发展，随着人们的生活水平不断提高，人们的日常生活中也出现了一些自动化设备。至于店铺的自动门，则是利用人体的感应，让客人们可以轻松地打开门，也可以让手牵着孩子的女士，直接走进店里。同时，它还可以利用人体的感应器，实现自动关闭，这不但可以在夏季降低商场的空调损耗，节约电力，还可以让下一位顾客感受到自动打开的礼节。在这里，自动门也可以增加一个喇叭的声音广播系统。当顾客走进店内，自动门会发出“欢迎光临”的声音，以迎接客人的到来，工作压力降低，生产率提高。这段时间，有顾客从店内走出时，还会播放“谢谢惠顾”的声音，使消费者体验到一种购物的美妙体验。本课题主要针对日本三菱公司FX2N-14MT小型PLC。选择了欧姆龙漫反射型光电传感器作为信号采集设备；驱动马达选择了24V的减速器，通过齿轮来推动车门的移动，设计师们最看重的就是它的实用性，所以这一次的设计非常注重实用性，让它在各种情况下都能发挥出最大的作用。所以，该系统采用的PLC就是一个集多种功能于一体的控制器，它不但具有良好的安全性和高灵敏度，而且能够确保自动门的稳定性。2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由于本设计适用于店铺门口，因此，要求充分安全，可靠。设计中自动门友好性增强。结构见图2.1：图2.1自动门结构图针对为此目的而设计的自动门提出了特定的要求，下面是必须符合的条件:（1）门的开启和关闭必须手动和自动控制：对自动门的维修，必须采用人工或自动化的方法。配置的状态王会自动切换，可以进行人工或自动的操作。当转换为手动模式时，可以采用人工调节模式。当开关调整为自动时，人工启动不成功，当感应到有外人接近时，PLC的工作信号将使电动机向前或反向旋转，从而使电动机脱开。（2）蜂鸣器提示功能：当自动门打开或关上时，该蜂鸣机会收到PLC信号，并在这个时候发出警告，以警告过路的行人。（3）防夹人功能：为了防止自动门出现卡扣现象，在自动门的两边都安装了防夹红外感应装置，防止车门附近的乘客被卡死。自动门的控制系统由运动执行器和PLC组成[9]。它的特点是可靠性高，可实现自动或人工操作，安装方便，结构简单。然而，该方法具有稳定性低、抗干扰性低、运行费用高等特点。2.2系统设计的基本步骤在自动门系统的设计与调试中，首要工作就是要先编制一个主要的程序流程，具体如图2.2所示。图2.2设计调试步骤图在设计该项目时应注意下列要点：(1)对自动门的技术要求有更深入的了解和分析。（2）确定本课题设计要求、所需I/O控制设备。选择相应的输入与输出设备。（3）根据输入输出点数，选取所需要的PLC类型，并选取与之相适应的型号。(4)输入/输出点的分布。对PLC的输入、输出点进行分配，并制作输入/输出指派或输入/输出端的接线。2.3自动门技术参数的确定自动门安装调试过程中，最为关键的问题就是提高它的精确度，也就是横向和平面，由两个吊点组成的直线应该与铁轨平行。在自动门进入市场并被广泛应用后，特别是从一开始，就应当时常调整自动门的门体，以修正操作时出现的错误。另外，对门板的重量进行严格控制，门板的重量不能超过自动门的额定载重。对自动门进行彻底的清洗和调试，通常是3-1年。店铺自动平移门[10]因其使用频率高，因而，其使用次数和使用寿命都有一定的局限性。在特定时期，人群密集，在这种情况下，如何使用自动门，必须综合考虑。当一段时间里，人们聚集在一起的时候，比如一家商店里的商品很多，那么我们就必须根据顾客在特定的时间段里的流动情况，从而增加自动门的数量。至于门的宽度，就看店铺的大小了。若店铺的面积大，就表示有大量的货物，因此必然会有大量的顾客，因此，当有条件时，自动门必须要有更大的宽度；不过，如果店铺不大，就不会占用太多的空间，只要确保正常进出就可以了。关闭的延时，要按人流的出入速度设定其延时。我们要做一个试验，如果一位老人手里拿着一堆东西，从她打开门到她走出商场，大概需要多久。我们的关门时间要比老人带着东西出去的时候长。并计算它的延迟，以使客户能够离开店铺的大门，离开店铺的关闭区域。因此，对仓库自动门的各个参数进行检测和计算非常重要。3自动门硬件系统的设计3.1控制系统结构设计图3.1控制系统结构图3.2自动门的机械传动机构设计因为店铺的大小不一，因此，为更好地服务于不同的店铺，本研究在考虑到人流密集的商场周围环境时，采用了自动门[11]。为此，该项目充分考虑了下列问题：(1)自动门驱动装置由安装板，齿轮，门框，蜂鸣器，感应器等构成。（2）全部部件均为插件部件，安装十分简便。（3）电机：24V传动马达，扭矩大，灵活。（4）导轨：为了保证门扇的稳定性和可靠性，在前部和后部增设了引导装置，解决了侧摆问题。(5)齿条+齿条：采用带齿条的金属材质，其齿条是长条状的。(6)减小齿距变形，延长使用寿命，采用0.6模数的齿条传动，啮合性能良好。3.3可编程控制器(PLC)的选型3.3.1PLC概述PLC作为控制器，是因为其在工业上的优越性。PLC是一种电子控制板，适合在工厂中使用。由输入供电电路的整个物理过程所得到的输入信息，按照储存于运行存储器的程序流，被变换成规定的输出信息，由此实现对输出功率的整个物理过程的控制。PLC是以电脑为基础的，但与一般的电脑相比，还是有差距的。普通的电子计算机在处理信息的出入时，往往只顾自己的处境，而忽略了整个实体的输入和输出。PLC的输入、输出、处理速度等都要考虑到。特别是要把它与工业生产的自然环境结合起来。3.3.2PLC的选型最后，按照控制要求，在此设计中，选用I/O级，对内存、PLC的功能、外部器件的特点，PLC的软件、设计方案进行了比较，具有较好的性能、较高的性价比。（1）输入输出（I/O）点数的估算：在估计I/O点时，要考虑到中间的能力，一般会按总的输入和输出的数量，将其增加10%-20%。在容量后，通过输入和输出点的数目来估算数据信息。订购时必须按生产厂家PLC的产品特点来确定所需的输入点。按照科学的计算方法，本项目的I/O值为7，输出值为7。（2）机型的选择:对于PLC的选型，此款产品要求较小，所以选用单片机就可以了。在选用PLC的型号时，首先参照了各种型号，然后依据对齐的不同参数与本次设计的一致性进行了分析。针对不同型号的产品，要清楚其优劣，这次的PLC设计充分满足了用户的安全、稳定等要求，是此次PLC的不二选择。最后，本文以日本三菱公司的FX2N-14M微型PLC为核心，实现了系统的软件控制。如下图所示：图3.2FX2N（PLC）3.4驱动装置的选型在自动门上安装有控制装置，以确保自动门是否能够正常工作。采用两个继电器，对电机进行正、反向控制，由此实现对自动门进行控制。这种方法可靠性好、维护方便、连接简单、成本低。是目前在自动门行业中很受欢迎的一种运行模式。按照本项目的要求，选择24V低压变频调速电动机，其减速电动机见图3.3。图3.3减速电机表格3.1显示了参数表格：表3.1电机参数表3.5开关的选型3.5.1感应开关的选型根据本课题的实际情况，选择24V的光电传感器来探测人体与防夹爪之间的感应器，并能有效地屏蔽外部的光线。在关门的时，有人经过的时候，自动停止滑行，并会自动开启，为人们的使用提供了方便，同时也降低了安全隐患。图3.4中显示了传感器。图3.4光电感应器表格3.2显示了光电感应器参数表：表3.2光电感应器参数表3.5.2接近开关的选型PS-3150是由磁体来控制的，它可以不分磁极，就拿常开式来说，当磁场接近开关时，它就会关闭，而在磁力消失时，它就会打开，这是一种干簧管，它的两个簧片之间没有任何接触，如果磁场接近，它就会被磁力吸引，从而打开。在自动门上安装一磁体，并在门框轨道的各个部位安装一个磁控开关，以达到无接触的目的。图3.5显示了一个磁控开关。表3.3的参数列表。图3.5磁控开关表3.3磁控开关参数表3.5.3开关电源的选型由于本方案所采用的PLC，减速电机、传感器等设备的工作电压均为24V，因此要实现从家用AC220V到DC24V的转变，必须使用24V的小型开关供电，并且电动机额定电流为0.6A，同时还要带动PLC、传感器等电子设备，最后选择了60W的S60-24。表3.4中列出了参数表格。图3.6开关电源表3.4开关电源参数表3.5.4中间继电器的选型继电器的基本原理是由电磁场引起的机械接通与断开。继电器的主要功能是用一个电路来控制另一个电路的开/关，而且在这一控制期间，两回路通常相互孤立。其动作过程是：在带铁心的绕组上电-绕组电流产生一个磁-磁力吸引电枢的动作。在电路中，继电器的功能是变换电路，在电路图中，简单地称为“R”。在这个设计中，4个中继的作用是利用PLC的低电流特性，来对继电器进行控制，然后通过继电器来对蜂鸣器响声、电机的正反转进行控制。见图3.7。具体参数详见下表：图3.7中间继电器表3.5中间继电器参数表3.6自动门系统I/O分配表I/O分配表在PLC程序编制过程中是必须先完成的先决条件，又是现场接线，调试等工作的重要基础。针对本设计所要达到的各种情况，在PLC中确定I/O分配表。这里将解释它的指派表格的设定理由：(1)在这里设置两个输入/输出端口来检测其防夹人功能，以满足自动门防夹持人的功能。(2)为了防止它的自动门失效，还设有人工门，以确保用户的安全。(3)在输出端设有I/O端口对接异常灯，以便能够迅速地检测到自动闸的故障或问题。(4)由于店铺的特殊性，在商场内设有I/O接口接通喇叭，为顾客在进入和离开时，提供语音广播，使顾客能获得良好的购物体验。(5)因为该自动门达到了自动打开和关闭的作用，所以该功能被提供给输出端上的马达的正-反向。它的I/O分配的具体内容见表3.6。表3.6I/O分配表图3.8中显示了PLC输入/输出接线图。图3.8PLC的I/O接线图4自动门控制系统软件的设计4.1控制要求PLC是以工业控制为基础研制的一种新型的电力电子产品。公司的主要用户为工厂内的电气设备和技术人员。以适应他们的传统习俗，并熟练地运用他们的工作技巧，PLC通常不采用计算机编程，而是采用“自然语言理解”的方法来处理整个流程和问题。梯形图是一种广泛应用于世界各地的图形程序设计语言。被认为是PLC的首要程序设计语言。梯形图是一种简单实用、直观、容易理解和掌握的编程工具，它在工业控制中得到了广泛的应用。此结构与家庭电器的自动化控制系统相似，所以受到了设计者的青睐。梯形图形通常被称为电力线路或程序流，而梯形图的涉及方案则称为编程。此次的梯形图形编程是由三菱GX开发人员7.0开发的，它的编程环境界面见图4.1：图4.1GXDeveloper7.0编程界面4.2程序流程图根据本工程的控制和安全需求，编制了图4.2所示的工艺流程，以达到系统的最优设计需求。图4.2系统设计流程图4.3梯形图设计本系统使用GXDeveloper7.0编制梯形图的程序编制，并根据编写原则和PLC的编程思路，完成了本项目所研制的自动门的梯形结构。(1)启动结束装置，其中X0是M20的自锁式开关，而M21是设定大王的启动和停止按键。在X0或M20被按压时，进入起动状态M0，在X0被接通或被按压M21时，在图4.3中所示的自动停止过程中。图4.3启动停止梯形图（2）计时程序段：X3和X4为传感器，用来检测门内有没有行人，X5为传感器，当行人就位时，计时15秒，然后输出T0，当传感器打开时，传感器前再次出现一个人，也就是X3,X4，当其被感应到时，计时器将会被M2更新，计时程序详见图4.4。图4.4计时梯形图（3）开关门程序段：M12和M13是配置之王的手动开门按键，在开启状态M0的时候，当有人经过时，X3和X4会接通，M4会打开门，X5会感应到，也就是开门到位后，开门动作停止。15秒后，T0被激活，进入关门状态，如果M2在这个时候得电，也就是有人在门口，也就是关闭M3的时候，门就会关闭，进入M4状态。具体如下：图4.5开关门梯形图（4）输出程序段：在图4.6中，把程序中的各种状态转换成Y的输出。图4.6输出梯形图5系统调试5.1梯形图程序的下载5.1.1传输设置使用GXDeveloper7.0，在PLC上进行了下载和编写，首先要进行的是网络的传送。首先，PLC与电脑连接，然后使用鼠标单击[在线]--[传输设置]，在[传输设置]对话方块中输入，设置所需要的参数。5.1.2梯形图写入PLC首先，单击[在线]-[PLC写入]，按菜单打开“PLC写入”对话框，设定并对齐有关的参数进行设定，并确认执行。这时，在GX开发工具中编写的PLC程序就可以被烧制。然后，选取需要的梯形图，并将其下载到PLC中，按[执行]把它所写的梯形程序下载到PLC的CPU中。图5.1PLC写入5.2程序调试记录及结果分析在模拟和调试PLC时，首先设定PLC工作方式为PLC面板上的工作状态，接着PLC启动。再与控制箱接线相连，按I/O分配表输入/输出相应开关调试。门外光电检测B1检测到有人，点击X006，右键，跳出快捷菜单，选择软元件测试。图5.2运行仿真门外光电检测自动开门门外的光电探测器B1探测到有人X006=1，发现Y000=1，开门中间继电器KA1得电，启动自动开门。图5.3运行仿真门外光电检测自动开门模拟当开门到上限，上限位行程开关SQ1动作，按X003，按一下鼠标右键，就会弹出一个快捷菜单，然后按一下软体测试。图5.4模拟仿真开门到上限停止开门当开门到上限，上限位行程开关SQ1动作，X003=1，观察到Y000=0，开门中间继电器KA1失电，停止开门。图5.5开门到上限电机停止当开门到上限，上限位行程开关SQ1动作，X003=1，自动关门定时器T1开始定时，当定时时间到，T1=1，启动自动关门，观察到Y001=1，关门中间继电器KA2得电，就会自动关门。图5.6运行仿真开门到上限延迟时间到自动关门模拟关门过程中，检测到有人进出，例如有内到外出人，X007动作。图5.7关门过程中检测到有人进出停止关门停止关闭，进入自动打开状态。图5.8关门过程中检测到有人进出自动开门开门到位，无人进出，定时到自动关门，当关门到下限时，下限位行程开关SQ2动作，X00