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1、基于PLC的商店自动门的设计摘 要随着科学技术的不断发展，自动门系统已开始应用于大型公司、科研所、政府机关等保密性较强的单位，而且也开始用于商店、酒店、办公室等大众场所。为增强自动门运行的可靠性，本设计提出了一种Fx可编程控制器（PLC）与变频器控制的自动门控制系统，设计中采用两个感应探测器（门内和门外）、一些开关及传感器作为此系统的输入设备，用来调节门体速度，并分析了该控制系统的工作原理及系统的硬件组成，自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程，对PLC的选型、I/O点的确定及自动门的动作过程等方面进行了详细阐述。结合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基
2、础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及PLC控制梯形图等。本设计介绍应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的。关键词：自动门，可控制编程器 梯形图 目 录第一章PLC概述1第二章 自动门的介绍12.1自动门的简介12.2 自动门的分类22.3自动门机的基本组成22.4自动门行程开关的工作原理32.5 自动门光电开关介绍4第三章 自动门控制总体设计方案5第四章 自动门控制装置的硬件组成5第五章 自动门控制系统流程图5第六章 自动门控制顺序功能图6第七章 自动门控制PLC外部接线图8第八章 继电器接触控制图8第九章 自动门控制梯形图程序设计
3、10第十章 自动门控制程序设计11第十一章 系统调试与分析12总 结13致 谢14参考文献15第一章PLC概述PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线
4、上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。第二章 自动门的介绍2.1自动门的简介自动门 英文名：automatic door。自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门是指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了1962年，电气式
5、己开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。例如：各种用可识别控制的自动专用门，如：感应自动门(红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应)、刷卡自动门等。2.2 自动门的分类 常用的自动门可分为推拉门、平开门、折叠门和旋转门。推拉门：可细分为单开、双开、重叠单开、重叠双开和弧形门。弧形门门扇沿孤形轨道平滑移动，可分为半弧单向、半弧双向、全弧双向。为了最大限度的拓宽入口幅度，有的
6、推拉（套叠）自动门可作成在开启终点与固定扇重合后一道手动平开，也归纳为推拉自动门。旋转门：可细分为有中心轴式、圆导轨悬挂式和中心展示区式等。平开门：可细分为单扇单向、双扇单向、单扇双向和双扇双向。折叠门：可细分为2扇折叠和4扇折叠。2.3自动门机的基本组成 以平移自动门感应门为例来介绍自动门的组成如下： 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。 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； 动力马达：提供开门
7、与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 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。 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。 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。 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。 当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下： 感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正
8、向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门扇.2.4自动门行程开关的工作原理 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
9、门的限位，轿厢的上、下限位保护。2.5 自动门光电开关介绍 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（1）、分类漫反射式光电开关：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
10、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
11、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。（2）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
12、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。第三章 自动门控制总体设计方案 如图3为自动门控制的总体设计的结构图。脉冲信号主要是由光电开关产生的，信号输入到PLC，经过PLC的分配，然后放大去控制步进电机去控制负载，从而使得自动门进行正常工作。 图3 总体设计结构图 第四章 自动门控制装置的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
13、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。第五章 自动门控制系统流程图自动门控制系统流程图如图5.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。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。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。在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内
14、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。图5.1自动门控制系统流程第六章 自动门控制顺序功能图自动门控制顺序功能图如图6。首先有初始化脉冲并按下启动按钮使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是长闭的，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扇移动，执行开门过程。1当门扇完全打开时，使开门限位开关x003打开，y000线圈断电.电动机停止转动。3当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故
15、使长开闭合。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，则使T0重新延时。4当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使y001通电并自锁，电机反转执行关门过程。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长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。图6自动门控制顺序功能第七章 自动门控制PLC外部接线图 自动门控制PLC外部接线图如7 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 X0
16、07 启动停止 X010 手动开门 X011 手动关门 KM1 开门执行机构 KM2 关门执行机构图7自动门控制PLC外部接线图第八章 继电器接触控制图 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的定义：继电器是一种当输入量(电、磁、声、光、热)达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上
17、是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器几种作用：1 扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2 放大。例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3 综合信号。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4 自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。继电气控制图： 图8 继电器接触控制图第九章 自动门控制梯形图程序设计 自动门
18、控制梯形图如图9图9 自动门控制梯形图第十章 自动门控制程序设计0 LD X0011 OR X0022 OR Y0003 ANI Y0024 AND X0075 OR X0106 ANI X003 7 OUT Y0008 LD X0039 ANI X00110 ANI X00211 OUT T0 K8012 LD T013 OR Y00114 ANI Y00015 ANI Y00216 AND X00717 OR X01118 ANI X00419 OUT Y00120 LD X00521 OR X00622 OR Y00223 AND X00724 OUT Y00225 END第十一章 系统
19、调试与分析1首先按下启动按钮使x007闭合，当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是长闭的，所以y000线圈通电，由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扇移动，执行开门过程。2当门扇完全打开时，使开门限位开关x003打开，y000线圈断电.电动机停止转动。3当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。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，则使T0重新延时。4当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使y001通
20、电并自锁，电机反转执行关门过程。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长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。总 结本设计研究了PLC的自动门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，将PLC应用到自动门控制系统中，充分发挥PLC高可靠性和抗干扰性特点，外部接线简单、灵活，维修方便。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实际的技术参数，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，所以要想用于实际中，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次
21、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它的需要，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。虽然现在自动门广泛地使用PLC作为控制元件，但单片机等更为便宜，所以，应该在现有的基础上开发利用单片机等控制的自动门系统。而且现有的故障诊断很不全面，应该增加主动性预防诊断，可使系统在发生故障之前，我们就可以预见故障、排除故障，使运行中的故障率降低到最低水平，保障自动门安全可靠运转。最终，就是以信息技术为主，通过先进使用技术，提升传统自动门制造业，强化产、学、研的
22、有效结合，尽快实现技术引进和自主创新相结合的模式，建立和完善技术开发体系，全力提升自动门制造层次和技术水平。致 谢在本论文完成之际，谨向指导教师李全胜老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意，感谢他对我的指导和教诲！感谢在我写作论文期间帮助我的同学，谢谢你们的帮助，帮我克服一些困难！感谢答疑教师对论文的指导和对我的教诲，让我受益匪浅。值此论文完成之际，谨向他们致以崇高的敬意和诚挚的感谢！参考文献1 汤自春. PLC原理及应用技术M. 北京: 高等教育出版社. 20062 赵玉安. 姚大鹏. 无线热释电红外传感器J. 电子制作. 20053 张万忠. PLC应用及维修技术M. 北京: 化学工业出版社. 20064 王智明. PLC基于开关量实现模拟量输出的方法. 机电工程. 20095 田瑞庭. 可编程控制器应用技术. 机械工业出版社. 1993.6 丁炜. 可编程控制器在工业控制中的应用. 化学工业出版社. 2004.7 王伟. 变频器原理及应用. 机械工业出版社. 2005.8 刘伟强. 变频器基础及应用. 冶金工业出版社. 2004.9 丁斗章. 变频器调速技术与系统应用. 机械工业出版社. 2005.10高勤 电机及PLC控制技术 北京高等教育出版社 2008
