基于plc自动门控制系统设计毕业论文

1基于 PLC 自动门控制系统的设计摘要：可编程序控制器通产简称为 PLC，是近年来发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业企业各个领域。随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展，人们更加注重自动化和人性化的产品。自动门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，由于 PLC 控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点，因此，自动门的生产商家很多都运用 PLC 来做门的控制器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、驱动装置和传动装置组成。为增强自动门运行的可靠性，在此提出了一种以 s7200 可编程序控制器(PI C)为核心的自动门控制系统。本文分析了自动门控制系统的设计要求，介绍了自动门的硬件设计，PLC 选型，驱动装置选型，感应器件的选型，系统软件设计，PLC 梯形图设计，软件设计，程序调试 ，硬件接线等多方面内容。关键词：可编程控制器； S7-200； 自动门，梯形图，变频控制Abstract: with the continuous improvement of peoples living standards and the rapid development of science and technology, people pay more attention to the automation and humane products. Automatic door is building equipment of light mechanical and electrical integration technology products, it gives a warm feeling generous, and create a luxurious atmosphere, its new concept, spacious open window and high-style design, called the building the punchline, based on the trend of the times the forefront of building. Because the PLC control has high reliability, stability, convenient repair, therefore, automatic door production businesses are using PLC to do door controllerThis article is about the design of the control system of automatic door, automatic door system mainly consists of a programmable controller ( PLC ), induction device, the driving device and the transmission device. In order to enhance the operation reliability of automatic door, in this paper, a S7 -200 programmable controller ( PI C ) as the core of the automatic door control system. This paper analyzes the automatic door control system design, introduces the hardware design of automatic door drive device, PLC selection, selection, induction device selection, system software design, PLC ladder diagram design, software design, debugging, hardware connection and other aspects of the content.Key words: programmable controller; S7-200; automatic door, ladder diagram, variable frequency control2目录摘要-71 引言-112 国内外自动门的发展-132.1 国内外自动门的发展现状-132.2 本课题研究的内容-152.3 本课题研究的目的和意义-163 自动门控制系统总体方案设计-173.1 自动门的功能需求分析-17 3.1自动门的控制要求-183.3 自动门控制系统构成-19 3.3.1 PLC 概述-193.3.2 具体构成-243.4 自动门的机械传机构设计-254 自动门控制系统的硬件设计-264.1 PLC 的选型-264.2 驱动装置的选型-304.3 感应器件的选型-314.4 直流电动机的选型-324.4.1 直流电动机的调速-324.4.2 直流电动机的优势-3634.5 传动装置-37 4.6 限位开关-374.7 自动门控制系统 I/O 地址分配表 -374.8 自动门控制系统的原理图-384.8.1 主电路原理图-38 4.8.2 PLC 外围接线图-39 5 自动门控制系统的软件设计-405.1 工作过程分析-40 5.2 梯形图程序-415.2.1 梯形图的概述-415.2.2 梯形图的设计-436 程序调试-46 6.1 硬件线路连接-466.2 联机调试-477 总结-49 参考文献-50致谢 -52附录 1-53 附录 2-54附录 3-551 引言4自动门控制系统，在现当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分自动门控制系统正是我们这论文的主要研究讨论的课题。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，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。由于用 PLC 控制自动门具有故障频率低、可靠性高、维修方便等优点，而 Siemens s7200 系列 PLC 性价比高，在各个行业中的运用非常普遍，本研究重点讨论使用 s7200 系列 PLC 来实现自动门控制系统的设计与应用。51.1 本课题研究的目的和意义21 世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性:有效的防范通行、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，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、时尚的姿态。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们对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，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。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有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） 。不要认为样本上全是外国语，资料也是外国语的商品就是进口商品，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。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，浴室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所不可少的一项配置。自动门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，不管人员是否移动，只要在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出入的场所。61.2 国内外自动门发展现状在国外，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调能源、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。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，使用自动门 。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。我国的自动门状况有如下几点：(1) 厂家多，规模小 56 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。 (2) 专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，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。 (3) 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。 (4) 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。同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。1.3 毕业设计任务及要求1.3.1 设计任务要求设计题目是基于 plc 的自动门控制系统，根据题目要求，设计的控制系统的控制核心是7Plc。主要实现的功能是是全自动化操作，不需要人为参与。要完成整体系统的设计、控制系统硬件设计和软件设计。1.3.2 本课题研究的内容本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。1. 自动门类型的选择。综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。2. 自动门硬件系统的设计本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的 CPU224 小型 PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制，为了解决在频率很低时出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机，在感应器方面运用了自动门专用的微波雷达感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给 PLC 来实现PLC 对自动门的控制。由于本课题的具体需要在硬件系8统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。3. 自动门的软件设计在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。3 自动门控制系统总体方案设计2.3 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：(1) 深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。(2) 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。(3) 根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。(4) 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。(5) 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。3.1 在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，在设计的时候改良了自动9门的友好性，结构如图 2-1 所示：图 2-1 自动门结构示意图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：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。当信号采集装置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。(3)蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时，PLC 输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动10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。首先通过信号采集装置判断门前是否有人，若有人则将信号转换为开关量信号传送到PLC，PLC根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换，最后由传动装置带动门运动。3.2 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。3.3 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。11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。3.3.1PLC 概述可编程控制器（plc）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发而来的，是一种数字运算操作的电子系统。它以微处理器为核心，用 编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算数运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备 或生产过程。由于 PLC 在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，于 1980 年正式将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller） ，但为了与个人计算机 PC（Personal Computer）相区别，常将可编程控制器简称为 PLC，并给 PLC 作了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制器或产生过程的自动化控制装置。1982 年，国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）颁布了 PLC 标准草案第一稿，1985 年提交了第二稿，并在 1987 年的 3 稿中对 PLC 作了如下的定义：“PLC 是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序控制器的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 ”上述的定义表明，PLC 是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。2.2 PLC 的主要功能及特点2.2.1 PLC 的主要功能1.开关逻辑和顺序控制这是 PLC 应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进12行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。2.模拟控制（A/D 和 D/A 控制）在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC 长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分 PLC 产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。3.定时/计数控制PLC 具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。4步进控制PLC 为用户提供了一定数量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步进控制功能。5.运动控制在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。6.数据处理大部分 PLC 都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些 PLC 还可以进行浮点运算和函数运算。7.通信联网PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC 专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程人员的欢迎。其主要特点有:(1) 可靠性高(2) 控制功能强(3) 组成灵活(4) 操作方便13（1）PLC 与其它典型控制系统的区别继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点。是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。a 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有 4-8 对触点，因此灵活性和 扩展性很差，而 PLC 采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好。b.工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式。而 PLC 得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串行方式。PLC 有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而 PLC 则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每次扫14描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC 就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。PLC 是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是 CPU 是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。c.控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题；而 PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。（2）与单片机控制系统的区别a.本质区别单片机控制系统是基于芯片级的系统，而 PLC 控制15系统是基于板级或模块级的系统。其实 PLC 本身就是一个单片机系统，他是已经开发好的单片机产品。开发单片机控制系统属于底层开发，而设计 PLC 控制系统是在产品的单片机控制系统上进行二次开发。b.使用场合单片机控制系统适合于家电产品、智能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用；而 PLC 控制系统适合在单片机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过程中使用。c.使用过程设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需要的电子元件，焊 接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰等大量工作需要专门的开发装置和低级编辑语言控制程序，进行系统联调；而 PLC 不必操心内部的计算机系统是否可靠和他们的抗干扰能力，软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时，因为有好的工程工具帮助，所以非常容易。3.32 具体构成自动门系统的具体组成如下图：16由上图可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给 PLC,PLC 根据已经 采集的信号发出控制信号，是驱动 装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。2.3 s7-200 系列 PLC 的组成与基本结构PLC 是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC 也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。S7-200 可编程控制系统有主机（基本单元） 、I/O 扩展单元、功能单元（模块）和外部设备等组成。S7-200PLC 主机（基本单元）的结构形式为整体式结构。172.3.1 PLC 的硬件系统PLC 的硬件系统由主机系统（如图 2.1） 、输入/输出扩展环节及外部设备组成。图 2-1 PLC 硬件主机系统图2.4 PLC 的工作原理可编程控制器是一种专用的工业控制计算机，其工作原理与计算机控制系统的工作原理基本相同。S7-200CPU 连续执行用户任务的循环序列成为扫描。PLC 的一个机器扫描周期是指用户程序运行一次所经历的时间。Plc 运行状态按输入采样、程序执行。输出刷新等步骤，周而复始地循环扫描工作，1.输入采样扫描阶段这是第一个集中批处理过程，PLC 按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU 顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中，在当前的扫描周期内，用户程序用到的输入信号的状态是否变化。即使此时外部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取，对于这种采集输入信号的批处理，虽然严格上说每个信号被采集的时间有先有后，但由于 PLC 的扫描周期很短，这个差异对一般工程应用可忽略，所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的。2.执行用户程序扫描阶段是第二个集中批处理过程，在执行用户程序阶段，CPU 对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下、从左到右的顺序进行扫描，每扫描到一条指令，所需要的输入信息的状态均从输入映像寄存器中去读取，而不是直接使用现场的立即输入信号。对其他信息，则是从 PLC 的原件映像寄存器中去读取，18在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器中，对输出继电器的扫描结果，也不是马上去驱动外部负载，而是将其结果写入到输出映像寄存器中。在此阶段，允许对数字量 I/O 指令和不设置数字滤波的模拟量 I/O 指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。在这个阶段，除了输入映像寄存器外，各个元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而变化的。3.输出刷新扫描阶段这是第三个集中批处理过程，当 CPU 对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。3.4 自动门的机械传动机构设计在本课题设计的自动门针对人流较多的商场，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面：1. 自动门的传动主要包括安装版，轨道，门机，皮带，吊挂件等。2. 所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单。3. 电机：驱动电机采用 64V 直流电动机，功率大，可调性强。4. 导轨：水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问题，从而确保了门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方便的特点。195. 滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。6. 皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。4 自动门控制系统的硬件设计4.1 PLC 的选择在 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要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、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。1 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 统计的输入输出点数，在增加 10%到 20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据20制造厂商 PLC 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课题的 I/O 点数 为输入 12 点，输出 12 点。2 存储器容量的选择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实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须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，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10 到 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按次数的 25%考虑余量。因此本课题的 PLC 内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3 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性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。21a 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要的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。b 编程功能离线编程方式：PLC 和编程器共用一个 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。五种标准化变成语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模 块图 （FBD）三种图形化 语言和语言表（IL ）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的 编程语言应遵守标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言变成方式，如C，Basic 等，以 满 足特殊控制场合的控制要求。c 诊断功能22PLC 的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。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，通过软键对 PLC 的 CPU 玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。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。(4)机型的选择a.PLC 的类型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置系统控制的 I/0 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。b 经济的考虑选择 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。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存23储器容量相应增加，因此，点数的增加对 PLC 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。本课题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用整体型 PLC。 （5）对 PLC 响应时间的要求对于多数场合，PLC 的相应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC 的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的 PLC 或快速响应模块和中断输入模块。综合以上因素，本课题的设计采用德国西门子公司生产的 CPU224 小型 PLC 来实现整个系统的控制。4.2 驱动装置的选型自动门的驱动装置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。直流无刷电动机功率密度高，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，又具备直流电动机的线性机械特性、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，额定转矩 0.036N.m，功率15W-100W，额定电压 24V DC。244.3 感应器件的选型目前，自动门行业运用的感应器件主要由微波感应器、红外线感应器等。（1）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，平面型天线作感应系统，以微处理器作控制。微波感应器的特点：是以 10.525GHz 微波频率发射、接收。其探测方式具体有以下优点：非接触探测和不受温度、湿度、噪音影响。（2）红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。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，感应器是自动门系统的重要部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，结合本设计要求，选用上海安达门业装饰有限公司的微波自动门感应器 WB-3004，其规格如下表 4-2：表 4-2 感应器的参数表4.4 直流电动机的选型型号 WB-3004供电电压 AC/DC12VAC/DC24V工作频率 50Hz60Hz感应探头工作频率 10.525GHz(9.00GHz12.00GHz)工作指示方式 LED感应时间/延时时间 REAL-TIME/0.5SEC感应范围 4.0M(W)X3.0M(D)静态功耗：工作功耗：200Mw/12V550Mw/12V探头可调角度 40160工作温度范围 -25+60相对湿度 095安装方式 WALL254.4.1 直流电动机的调速并励或他励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。由直流电动机的转速公式：n=（U-IaRa）/KE可知，Ra、 和 U 中的任意一个 值，都可使 转速改变，改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速，故这种方法目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。4.4.2 直流电动机的优势因为直流电动机在调方面很简单，相对于异步电动机来说又有以下的优势：（1） 由于采用高性能永磁材料，无刷直流电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性、更快的响应速度、26更高的转矩惯量比。 （2） 由于没用转子损耗（转子使用永磁材料），也无需定子励磁电流分量（应用新理论），所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量输出，交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器。 （3） 由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。 （4） 交流异步电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。 综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度（铁芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内，使用者的综合成本下降很大。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。 4.5 传动装置本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：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27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。4.6 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、行程大小或位置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置时，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置，借此对生产机械给以必要的保护。4.7 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。284.8 自动们控制系统的原理图4.8.1 主电路及供电线路29上图为自动门控制系统的主电路原理图。5 自动门控制系统软件的设计5.1 工作过程的分析1 根据 本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按照下图所示的流程运行，已达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计，工作流程如下：首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动机正传，带动自动门执行开门开 始手 动 /自 动K1、 2是 否 有 信 号开 门 （ M1通 电 、 直流 电 机 正 传 ）门 碰 到 行 程 开 关 K3后停 止 （ 门 全 开 状 态 ）延 时 8s（ 通 过 可调 延 时 器 实 现 ）关 门 时 是 否 有 人 经 过关 门 （ KM2线 圈 通电 ， 驱 动 电 机 反 转 ）结 束等 待 时 是 否 有 人 经 过门 碰 到 行 程 开 关 K4后停 止 （ 门 关 闭 状 态 ）是是否否是返 回 否 是是 按 下 按 钮 门 关 闭 到 底门 打 开 到 底 按 下 按 钮是 是30过程。2 当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行 8 秒延时。 若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行 8 秒延时 3 当 8 秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程。在关门过程中，传感器重新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程。4 考虑到自动门若出现故障时，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。以上工作过程可用流程图表达如附图所示。5.2 梯形图程序5.2.1 梯形图的概述PLC 是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者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) 详细的说明了句法、语义 和下述 5 中编程语言：功能表图（sequential function chart）、梯形图（ladder diagram）、功能 块图 (function black diagram)、指令表（