毕业论文-自动门及其智能化控制.doc

毕业设计(论文)项目名称 自动门及其智能化控制 专 业 机电一体化技术 班 级 10级1班 学生姓名 梁洪忠 指导教师 谭燕 机 械 与 电 子 工 程 系 2012年 10月 15日重庆三峡职业学院毕业设计（论文）评语及成绩专业机电一体化技术班 级10级1班姓名梁洪忠题目自动门及其智能化控制 指导教师评语： 在毕业设计过程中，积极主动与指导老师联系，根据阶段要求，按时提交相关文档；选题与本专业方向相关，符合要求；设计文档结构合理，层次清楚，逻辑结构合理，格式规范，较好地运用了所学理论和有关专业知识、技术知识；在设计思路和实现上，得到了完美的实现。签字： 年 月 日答辩记录及评语：记录员：年 月 日综合成绩： 答辩小组组长签字： 系主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）任务书系部机械与电子工程系专业机电一体化技术学号10026110姓名梁洪忠题目自动门及其智能化控制 内容设计自动门及智能化控制系统，完成自动门实物设计、PLC程序设计系统以及自动化运行。基本要求（1）当有人由内到外或由外到内通过热释电感应信号时，开门执行机构动作，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5秒后，自动进入关门过程，关门执行机构被起动，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电检热释电传感器时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。 （4） 在门打开后的5秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过热释电传感器时，必须重新开始等待5秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。 （5） 大门由左右两个滑轨带动，可以自由滑行且没有声音。左边由电机电动同步带，而大门两边分别固定在同步带的里外从而可以实现开关门。 （6）驱动由电机带动同步轮，然后由同步轮带动同步带，同步带连接滑轨这样就可以实现机械部分的传动。重点研究问题1、实物设计2、硬件选型（传感器、传动系统）3、软件程序设计4、调试主要技术指标完成智能化控制其它问题1、 作品提交：自动门实物2、毕业答辩材料一份。 指导教师签字： 年 月 日 注：由指导老师填写 重庆三峡职业学院毕业设计(论文)进度考核表起止日期毕业设计 (论文)各阶段工作任务完成情况指导教师签字2012 .09.04.-2012.09.10.前期准备完成谭燕2012.09.10.-2012.09.15.毕业设计开题报告完成谭燕2012.09.15.-2012.09.20.毕业设计任务书完成谭燕2012.09.20.-2012.10.25.硬件设计制作完成谭燕2012.10.25.-2012.11.15. 软件程序设计完成谭燕2012.11.15.-2012.11.30. 调试完成谭燕2012.11.30.-2012.12.15.书写论文完成谭燕备注注：本表用于考核学生毕业设计(论文)的进度及完成情况，是学生毕业答辩资格认定和成绩评定的依据之一。自动门及其智能化控制 摘要:自动大门的设计主要是根据银行、超市等公共场所的自动化控制来设计。其主要 目的是能在公共场所自动实现开关门，以这种方式带给人们方便。 本次项目是模拟电动大门的自动化做成微型电动大门以供参考。我们利用PLC来控制器功能的实现。通过实际的考察以及老师的指导，做出其方案形成实物。就是要把智能化控制变得更加形象，能然更多的同学了解PLC的控制方式。 本论文主要包括功能设计与分析、硬件部分设计、电器部分设计、PLC控制程序设计、结束语、参考文献等六部分。详细的介绍了从硬件到软件的每一部分，希望通过本论文能让您更加详细的了解本设计。关键词：自动门、PLC、梯形图、设计、选型目录重庆三峡职业学院毕业设计（论文）评语及成绩毕业设计（论文）任务书重庆三峡职业学院毕业设计(论文)进度考核表摘要关键词前言.1第1章 、功能设计与分析1、 设计分析（1） 自动门类型的选择.1（2） 自动门硬件系统的设计.1 （3） 自动门的软件设计.2 2、自动门控制设计要求.2第二章、硬件部分设计1、自动门图纸.32、材料的选型.43、传动机构选型.44、直流电动机的选型.55、安装要求.5第三章、电器部分设计1、电源的选型.62、传感器选型.6（1）热释电红外传感器.6（2）限位开关.6（3）门磁开关.6第四章、PLC控制程序设计1、梯形图的概述.。.62、梯形图的设计.。.7第五章 结束语结束语.。.9第六章 参考文献。参考文献.。.9致谢.。.9前言在超级市场、公共建筑、银行、医院入口，经常使用自动门控制系统。使用自动门，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，因此应用非常广泛。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，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。自动门在国外早已得到普遍应用，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。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。 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。本课题的自动门设计运用PLC做控制器能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1章 、功能设计与分析1、设计分析（1）自动门类型的选择 综合了自动门的简洁、简单的要求，在本设计主要研究自动平移门，本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传感器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三菱FX2N型PLC。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热释电传感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。由于本设计的具体需要在硬件系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，梯形图的编写运用三菱自带的编程软件，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。 程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能自动大门的设计主要是根据银行等公共场所的自动化控制来设计。其主要目的是能在公共场所自动实现开关门，以这种方式带给人们方便。2、自动门控制设计要求： （1）当有人由内到外或由外到内通过热释电感应信号时，开门执行机构动作，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5秒后，自动进入关门过程，关门执行机构被起动，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电检热释电传感器时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。 （4）在门打开后的5秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过热释电传感器时，必须重新开始等待5秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。 （5）大门由左右两个滑轨带动，可以自由滑行且没有声音。左边由电机电动同步带，而大门两边分别固定在同步带的里外从而可以实现开关门。 （6）驱动由电机带动同步轮，然后由同步轮带动同步带，同步带连接滑轨这样就可以实现机械部分的传动。第二章、硬件结构部分设计1、图纸设计2、 材料选型 本次框架选用硬质木材制作，其一是便于其他部件的固定；其二是经济实用。大门采用的是亚克力板子制作，其一是同玻璃板一样透明而又美观；其二是防止刮伤到人的手。现将材料分析具体如下：大门规格玻璃2：23cm（长31cm(高) 0.5cm(宽)。18cm18cm(窗子玻璃2)门框规格：93cm(长) 45cm高 内框：44cm30cm窗子：16.5cm16.5cm辅助板（后面支撑）：45cm20cm地板95cm30cm控制柜：25cm12cm12cm3、 传动机构选型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）自动门滑轨具走论系统：用于吊挂活动门扇，同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、 直流电动机的选型直流减速电动机的调速与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。本设计运用的是24V直流减速电机，其主要参数如下：(1)驱动电压：12V24v(2)转速：35r/min(3)扭力：2.5kg5、安装要求在设计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24V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。 （5） 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。第三章、电器部分设计1、电源的选型本次设计主要是交流转直流式电源。电源由220v交流经过变压器转为双12v交流，12v交流通过直流稳压模块转为12V、5V直流。具体电源如下：(1)12v直流：用于电机的供电(2)5V直流：用于继电器模块、传感器模块供电(3）220V交流：用于PLC的供电2、 传感器选型 （1）热释电红外传感器 人体是一定波长红外线的发射体。热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。 热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不到，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。 热释电红外传感器的输出信号幅度较小（小于1mV),频率低（约0.1Hz0.8Hz）。检测距离短，因此在热释电红外传感器前加用一块半球面菲涅尔透镜，使范围扩展成90度，检测距离可大于5m。集成电路内部含有二级运放比较器延时定时器过零检测控制电路系统时钟等电路。传感起检测到由人体移动引起的红外热能的变化并将它转换为电压量输出，从而使得外部其他控制器能够获知有人靠近传感器。HZKT002特点： 全自动感应：人进入感应范围输出高电平，人离开感应范围，输出低电平。 光敏控制：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 两种触发方式：感应输出高电平后，在延时时间段内，若有人体在其感应范围活动，则输出保持高电平，直到人离开后输出变为低电平。 具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出结束后，有一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。封锁时间段可设置在几百毫秒到几十秒钟。HZKT002模块的技术参数如下。 工作电压：DC6V24V. 电平输出：有人5V高电平，无人0V低电平。 感应角度：水平最大140度，垂直最大60度。 静态电流：小于50uA。 感应距离：0.5m7m。 触发时间：5s1s。 触发方式：重复/不重复。 外形尺寸：35mm x 30mm x 20mm。（2）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。（3）门磁开关门磁开关主要用于在自动门的防夹装置。门磁开关能在近距离、快速、安全的防止人员被夹伤。装于玻璃门的中下方，主要利用发射信号和接收信号的传递来控制。当有人通过大门，挡住了信号的收发，则发送信号给控制器，控制器则发出开门信号，以防止人员被夹伤。第四章、PLC控制程序设计1、梯形图的概述设计梯形图的基本方法和步骤：(1)首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程。 (2)将所有的输入信号（按键，行程限位开关等传感器）和输出控制对象（接触器、电机、指示灯等）分别列出，按被采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对I/O端子做出相应的分配和安排。 (3）根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路。(4)以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。 (5）编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。 在设计过程中应遵循以下编程规则： (1) 每个继电器的线圈和他的触点均用同一个编号，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，他很容易引起误操作，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向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下流动。 (6) 无论选用何种PLC机型，所使用的软件编号（即地址）必须在该机型的有效范围以内。 整个系统电路设计可分为四大部分：光电检测、控制操作、电机驱动和检测。2、 梯形图的设计I/O分配表输入输出X1SB1电源启动Y3KM3电机正传信号X2SB2停止复位Y4KM4电机反传信号X3SQ3开门限位X4SQ4关门限位X5SB5手动开门X6SB6手动关门X7SB7手自切换X10P1传感器信号外部接线图梯形图第五章 结束语 本文研究了基于PLC应用的自动门设计控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。 虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。 第六章 参考文献（1） 王永华，现代电气控制及PLC应用技术。北京航空航天大学出版社 2010 . 3.9 （2） 何衍庆主编，何一平、王鹏副主编著，常用PLC应用手册，电子工业出版社2009.3.7 （3） 李凤阁，佟为明，编著，电气控制与可编程控制器应用技术，北京机械工业出版社2010.12.25 （4） 陈立定，电气控制与可编程控制器技术 北京人民邮电出版社 2010.3.5 （5） 马志喜 电气工程设计 北京机械工业出版社 2011.6.7 （6） 郭和伟 电器与PLC控制技术 北京清华大学出版社 2010.4.6 （7） 阮有德 电气控制与PLC实训教程 人民邮电出版社 2009.10.10 （8） 齐占庆 王振臣 电气控制技术 北京机械工业出版社 2009.7.8 （9）常晓玲 电气与可编程可编程控制器 北京机械工业出版社 2011.5.8 致谢三年的大学生活即将结束，在这里几年我学到了很多东西。首先，向学院机械与电子工程系的各位老师表示感谢。你们不只传授了我知识，而且告诉了我很多为人处世的道理，这些道理将对我以后的人起到很好的指导作用。通过对自动门控制系统的软件设计，在学习与设计过程中，了解所设计工程的工艺流程，从而完成了对自动门系统的软件设计，同时，对于自动门硬件，也知道了一些周边技术，扩充了知识面，增强对工艺的理解。 本文的构思、规划设计撰写得到了谭燕老师的悉心指导，在论文设计时给予热心的指导以帮助，他学识渊博、敏锐的学术洞察力、认真的工作态度和严谨的治学作风、平易近人的为人风格给予我深刻的印象使我受益匪浅。在此向谭老师表示诚挚的谢意。 值此论文完成之际，谨向所有曾为我帮助和指导老师和同学致以衷心的感谢！