毕业设计自动门控制装置

前 言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。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。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。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。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。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，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。自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员进入的场所。第二章 设计目的与需求第一节设计目的1、为了加强学生智能的培养，更好的使理论与实践相结合，真正做到增长知识与发展能力的统一，本次课程设计的基本任务，是着重培养学生在电力电子技术方面的实践能力和科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过本次课程设计，初步掌握工程实践方法组织实践的基本技能，逐渐熟悉开展科学实践的程序和办法。2、 通过本次课程设计应做到如下要求： （1）初步掌握一般电气控制技术、PLC 应用技术和设计的基本方法 、（2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。（3）巩固常用电子仪器的正确使用方法。 （4）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风；培养学生在工作中具有一定的生产观点、经济观点和全局观点。第二节设计任务自动门控制装置设计1. 硬件组成自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构 KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。2. 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 位置时，电机停止运行。 2）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KM2 被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4 位置时，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。3. 功能器件的基本工作原理1、自动感应门的基本工作原理 首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成： （1） 主控制器：它是自动感应门的指挥中心，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；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。 （2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号； （3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 （4） 自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。 （5） 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。 （6） 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。（7） 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门体摆动。 2、自动门的分类： 弧形自动门、 双重平移自动门 、双扇平移自动门 。3、行程开关(限位开关)的工作原理：行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。 4、光电开关介绍 (1)、工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 (2)、光电开关的分类及术语解释、分类开关： 漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。 镜反射式光电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。 对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。 槽式光电开关：它通常采用标准的U 字型结构，其发射器和接收器分别位于U 型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U 型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。 光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。术语： 检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。 回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。 响应频率：在规定的1s 的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。 输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 检测方式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。 输出形式：分NPN 二线、NPN 三线、NPN 四线、PNP 二线、PNP 三线、PNP 四线、AC 二线、AC 五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。 第二章PLC的发展史第一节PLC的功能1)、数据采集与输出。2)、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3)、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID 运算、滤波等。 4)、输入/输出接口调理功能。 具有A/D、D/A 转换功能，通过I/O 模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5)、通信、联网功能。 现代PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有RS232 或 RS485 接口，可进行远程I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信， 6)、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7）、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。第二节PLC的特点 PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。(1) 可靠性高，抗干扰能力强 (2) 硬件配套齐全，功能完善，适用性强(3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎 (4) 安装方便，扩展灵活 (5) 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 (6) 体积小，重量轻，能耗低第四章设计方案第一节方案说明经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。 现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转开门，电机反转关门。1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。 2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8 秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，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。 5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制存在一定的问题，最后决定加增手动开门和关门开关。第二节 继电器接触控制图 图 1-1 继电器接触控制图第三节PLC控制输入输出接线图 图 1-2 输入输出接线图第四节 程序流程图开 始若K1，K2有信号开 门 K3 打 开 停 止 延时8s,若K1，K2有信号号HAO号 关 门若K1，K2有信号K4 打 开 停 止结 束 图 1-3 程序流程图第五节 梯形图及指令 图1-4 梯形指令图X001 门外光检测电开关X002 门内光检测电开关X003 开门限位电开关 X004 关门限位电开关X005 过载保护开关X006 紧急停车开关X007 启动停止X010手动开门X011 手动关门指令如下： 图1-5 指令表第六节 过程分析1、首先按下启动按钮使X007闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时X001或X002闭合。由于开门限位开关X003是常闭的，所以Y000线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当Y000线圈通电时Y000闭合，此时电动机正转带动自动门移动，执行开门过程。2、当门完全打开时，使开门限位开关X003打开，Y000线圈断电，电动机停止转动。3、当门停止移动时，由于开门限位开关的常闭变成敞开，故使敞开闭合。进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关X001或X002有信号，使T0重新延时。4、当8秒的延时完毕后TO线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Y001通电并自锁，电机反转执行开门过程。5、在关门过程中，若外检测开关或内检测开关X001,X002有信号又使Y000通电，由于在关门过程中Y000常闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。6、在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停止。7、考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。 小结在本论文的成文过程中使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。参 考 文 献1、林小峰可编程序控制器及应用北京:高等教育出社，19912、方承远工厂电气控制技术.第二版北京机械工业出版社，20003、汪道辉主逻辑与可编程控制系统北京: 机械工业出版.，20014、易传禄等可编程序控制器应用指南上海:上海科学普及出版社，19935、杨士元等可编程序控制器(plc)编程应用和维修北京:清华大学出版社,19956、耿文学等微机可编程控制器原理.使用及应用实例(修订版) 北京:电子工业出版社.，1993