基于PLC的自动门控制系统设计

摘 要随着人类的进步，科技的发展，电子技术日新月异，可编程控制器（以下简称PLC）不断更新、发展，PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，自动门就是自动控制应用的一典型例子，由于PLC具有很好的处理自动门的开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器。目前自动门在日常生活中运用越来越广泛。本文论述的自动门控制系统主要由以下几部分构成：PLC、信号采集装置、变频器、驱动装置、传动装置。PLC选用日本三菱电机公司生产的FX2N-32MR小型PLC；信号采集装置选用热释电红外传感器；变频器采用日本三菱电机公司生产的FR540变频器；驱动装置采用天津安全电机有限公司生产的YSM100/112、W、S三相异步电动机，额定转矩为0.43N.m，额定转速为400r/min；传动装置采用皮带来带动门的运动。本设计对于周围环境的要求较低。本设计主要的工作原理是通过信号采集装置判定有无人经过并将信号转换成开关量信号传到PLC，PLC根据开关信号的来控制变频器的开停和速度的变换，在由传动装置带动门运动。关键词：自动门 PLC 变频器 信号采集装置目 录第一章 概述.11.1国内外自动门发展现状.11.2 本设计研究的内容 .21.3本设计研究的目的和意义2第二章 自动门控制系统总体设计方案.42.1自动门的功能需求分析42.2自动门技术参数的确定.4第三章 自动门硬件系统的设计 .63.1控制系统结构设计63.2 可编程控制器（PLC）选型.63.3驱动装置的选型.103.4变频器的选型.103.5 感应开关的选型.123.6 自动门系统I/O分配表及外部接线图.12 第四章 自动门控制系统软件的设计.144.1 PLC梯形图概述.144.2程序流程图.154.3 梯形图的设计.15结束语.19致谢.20参考文献.21第1章 概述1.1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，技术已经相对成熟，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、防风、防尘、同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用广泛。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。在自动门控制系统中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。客流量的差异会对自动门的使用产生很大的影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和频繁使用的自动门。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，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，目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当有人走进自动门的时候，感应器感应到人的存在，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。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，于是迅速在国内处建筑市场上得到大范围的普及。自动门的控制方法很多，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来控制：智能控制器控制，即通过运用现在自动化控制设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产商所运用，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淘汰。在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑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。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。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。1.2本设计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求，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的三菱FX系列PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以三菱变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制来实现自动门的转速控制，为了解决变频器在频率很低的时候会出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性的较好的自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，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。(3).自动门软件的设计。本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出自动门控制的要求，并能更好的考虑到安全和故障报警灯问题。1.3本设计研究的目的和意义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通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。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。自动平移门最觉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了出门而静止不动后，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出入的场所。自动门在国外早已得到普遍通用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。PLC是一种专门为在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，抗干扰能为强，配套齐全，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，维修方便特点。本课题的自动门设计运用PLC做控制器大大提高自动门的稳定性和经济性，对于整个自动门行业是一次技术的革新，提高了自动门的使用率，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。第2章 自动门控制系统总体设计方案2.1自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需求有安全和可靠性，在设计的时候改进了自动门的友好性。根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能：1.开门和关门控制应具有手动和自动方式。为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手动转换开关来控制，当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开关失效，由感应器检测到有人接近门口且未打开或者检测到已无人接近门且门未关闭，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。2. 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。3.防夹人功能为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。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。2.2 自动门技术参数的确定表2-1 自动门具体参数设定单扇开启宽度(mm)1250mm(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常速开/关门速度(cm/s)32.5m/s减速开/关门速度(cm/s)20m/s开启保持时间(s)15s(程序中可调)可编程控制器（PLC）电源220v AC, 50Hz-60Hz驱动器电源380v AC,50Hz驱动器输出额定功率120w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，门体的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，应该常调节门体，修正运行产生的误差。要严格限制门体的重量，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以达成千上万人次，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。加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。自动门具体参数设定如表2-1所示。 第3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动的控制方式。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、高速恒功率运转等特性。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：图 3.1 控制系统结构图3.2可编程控制器(PLC)选型3.2.1 PLC 概述PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller ,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“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的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于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。”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，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其中有中央处理单元（CPU），中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。另外存储器是存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。同时PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去：至于输入输出接口电路，在现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道：现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。PLC的工作原理：当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态：或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态：或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3.输出刷新阶段，当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。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：1.逻辑处理功能2.数据运算功能3.准确定时功能4.高速计数功能5.中断处理（可以实现各种内外中断）功能6.程序与数据存储功能7.联网通信功能8.自检测、自诊断功能像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、信息化及智能化创造了条件。3.2.2 PLC的选型在PLC系统设计时，首先应该确定控制方案，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，工程设计选型和估计时，应该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，估算输入输出点数、所需要存储器容量、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。1.输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应该考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。根据估算的方法故本课题的I/O点数为12点，输出12点。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程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，需在程序调试后才知道。为了设计造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替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，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10-15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2000条梯形图，这样才能在以后的改造中有足够的空间。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特性的选择。根据本课题设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）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。（2）编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模拟时，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，编程器把在线编程的程序或数据发送到主机，在一个扫描周期，主机就根据新收到程序运行。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。五种标准化编程语言：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句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。（3）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。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（1）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。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卡件或插件，因此用户可较合理的选择和配置控制的I/O点数，功能扩展方便，一般用于大中型控制系统。（2）经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比，考虑经济性，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。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，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。综合以上因素，本课题的设计所采用的小型PLC来实现整个自动系统的控制，并具有以下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，他可以为自动化应用提供做大的灵活性和控制能力。同时具有突出的寄存器容量：三菱FX2N-32M包括8k内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16K步RAM或EEPROM。丰富的元件资源：3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器、实时时钟、使用标准型号实时时钟满足时间灵敏度应用要求。3.3 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，在本设计中是运用变频器的三段速度调节来自动调节电机的速度，已达到驱动自动门的目的。这种方法具有稳定性能好，维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的自动门行业主流控制方式。根据本课题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、过载能力强等特点的并且转速不高于500r/min的电机。3.4 变频器的选型3.4.1变频器原理变频器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，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以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆流河控制4个部分组成。整流部分分为三相桥式不可控整流器，逆流部分为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。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。3.4.2 变频器的选择根据自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点：1.变频器与负载的匹配问题（1）电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。本课题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。（2）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。在本课题中使用的三相交流电机的最大起动电流为Y形接法0.37A，形接法为0.64A。本设计中采用Y形接法。（3）转矩匹配：这种情况在横转矩负载或有减速装置地有可能发生，本课题所用电机的最初起动转矩为1.4Nm，在选型中要考虑。2.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，其容量要大于普通电机的选型。3.本设计选用的变频器有以下优点：（1）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。（2）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。（3）频率设置简单，并且具有三速设定功能，可以满足本课题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。3.4.3变频器的参数设定图 3.4 开门和关门曲线自动门要求快速启动（限位）常速运行（限位）慢速运行停止。构成了开门和关门曲线如图3.4 所示。表 3-4 变频器设定根据转速公式：n=60f/p(1-s) f表示电机的频率，p表示电机的极对数，S表示电机的转差率，n表示转子的实际逆转，计算出变频器的设定频率。根据公式和电机参数p=6，额定转速为400r/min，计算出电机的转差率s=0.25，马达皮带轮与门上的皮带轮外径、门上的皮带轮内径转速比5.7:2.1，得出马达皮带轮与门上的皮带轮内径转速比为2.4:1。1.根据上一章提到的门的规格，加速开门或者关门的距离为30cm，时间控制在0.5s，速度为3600cm/min，此时要求转子的转速为204r/min。2.中速开门和关门的距离为65cm，时间为2s，速度为1950cm/min，此时要求电机的转速为110.4r/min。3.减速开门和关门的距离为30cm，时间为1.5s，速度为1200cm/s，此时要求电机的转速为67.9r/min。根据以上速度要求设置变频器，变频器的频率具体设定方式如表3-4所示。3.5感应开关的选型目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，红外感应器，接近感应开关等，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。本设计选用的微波感应器又称微波雷达，对物体的移动的反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点几乎不受周围环境因素影响。在防夹人感应器的选择上本设计选用的是微型红外安全光线，可以避免外界光线干扰。在门下行关闭时，当有人或车经过安全光线时，门体会自动停止下行，并自动上行以起到安全作用。自动门的速度信号采集上运用了非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离是20mm，检测距离调节方便，安装简单。3.6自动门系统I/O分配表及外部接线图I/O分配表和外部接线图是编写PLC程序的前提条件，也是现场调试的重要依据。根据自动门的控制系统的要求，确定了PLC的I/O分配表和外部接线图如3-6所示表3-6 （a）I/O地址分配图输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件作用X0 SB1紧急停止Y1 KM1手动开门X1 SB2手动/自动转换开关Y2 KM2手动关门X2 SA1感应开关（内）Y3 KM3开/关门中速X3 SA2感应开关（外）Y4 KM4开/关门低速X4 SA3防夹人光栅Y5 KM5开/关门高速X5 SQ1关门下限Y6 HL1自动开门灯闪烁X6 SQ2开门下限Y7 HL2自动关门灯闪烁X7 SQ3开关/关门中速Y10 KM6开/关门提醒X10 SQ4关门低速/开门高速Y11 HL3故障报警灯X11 SB3手动开门Y12 KM7自动开门X12 SB4手动关门Y13 KM8自动关门X13 SQ5关门高速/开门低速Y14 KM9异常停止X14SB5异常复位表3-6（a）外部接线图第4章 自动门控制系统软件的设计4.1 PLC梯形图概述梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述的一种程序设计语言。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。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。梯形图程序设计语言的特点是：1.与电气可作原理图相对应，具有直观性和对应性；2.与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；3.与原有的继电器逻辑控制持的不同点是：梯形图中的电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，因此应用时需要与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。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。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，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。图4.2 系统设计流程图4.2 程序流程图根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按照流程运行如图4.2所示，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计。4.3 梯形图的设计在编写梯形图的过程中遵循以下编程规则：1.每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2.梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有触点）。3.线圈不能直接接在左边的母线上。4.在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应避免。5.在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。根据以上规则和PLC的编程方法和思路编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序，具体梯形图程序如图4.3所示。图4.3 梯形图结束语通过本次毕业设计，我初步试着用自己所学的专业知识，设计出程序和硬件，进一步理解了PLC控制系统的设计方法，提高了PLC梯形图的编程能力。虽然在这其中自己提高了很多，但同时这也让我明白自身知识的贫乏，很多方面还需要加强努力；体会到网络资源的丰富，找资料也需要技术，开拓了眼界，并为以后查找资料垫定了基础。一个设计的完成并不只是了解某一方面的知识就够了，还需要了解和掌握与之有密切关系的其他课程知识的学习。硬件开发是PLC控制系统应用开发的基础，软件的开发是建立在硬件之上，软硬件设计的巧妙结合是项目开发质量保证的关键。如果我们能用软件解决的问题，应尽量用软件解决，毕竟软件开发成本低，只需开发时间。PLC控制系统在满足使用功能的前提下，还应具有较高的可靠性，一旦出现故障，必将造成整个自动化过程的混乱和失控，从而产生严重的后果。因此，对可靠性的考虑应贯穿于PLC控制系统的设计的整个过程。设计是在他人的基础之上建造属于自己的东西，我们要学会的就是把人家已经制造好的东西，添加自己的思想组合，加工。而这也不是简单的事情，要保证它功能实现的同时要考虑到产品的实用性、安全性、持久性、可靠性、稳定性等。致谢衷心感谢指导老师殷老师的悉心指导。从论文的选题、方案的确定、研究的开展，每一环节都凝聚着老师的心血。老师渊博的知识和严谨的治学态度、实事求是和理论联系实践的科学作风、勤奋敬业的工作精神树立了科学工作者的典范，成为我学习的榜样，也深深地感染和鼓舞着我，将使我终生受益。本论文是在殷老师的精心指导之下完成的。在毕业设计期间，为了使我能够如期按质按量完成毕业设计，殷老师严格要求、精心指导。在此，向殷老师表示我最衷心的感谢和最崇高的敬意。同时，我要感谢几年来给我授课的各位老师，是你们的谆谆教诲让我学到不少知识，这些知识将是我一生的财富。参考文献1 胡学林.可编程控制应用技术. 北京：高等教育出版社，2001年2 汤自春.PLC原理及应用技术.北京：高等教育出版社，2006年3 陈在平.可编程序控制器（PLC）系统设计.北京：电子工业出版社，20074 高鸿斌等.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2006年5 陈定明.可编程控制器应用与实验.北京：高等教育出版社，2004年6 孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社，2008年7 刘伟强等.变频器基础及其应用.广州：华南理工出版社，2005年8 李良仁.变频器调速技术与应用.北京：电子工业出版社，2004年9 钱平.交直流调速控制系统.北京:高等教育出版社，2005年第 20 页 共 23 页