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1、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。为增强自动门运行的可靠性，本设计提出了一种可程序设计控制器（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，变频器用来调节门体速度，并分析了该控制系统的工作原理及系统的硬件组成，分析了人体感应探测、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、变频器的选型、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。在此基础上，给出了控制系统软件设计的程
2、序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及PLC控制梯形图等。本设计介绍应用可程序设计控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。关键词：自动门；可控制程序设计器；梯形图；变频控制 ABSTRACTWith the continuous development of science and technology, automatic door system has been applied to large companies, research institutes, government agencies and other units are highly confiden
3、tial. To enhance the reliability of automatic door operation, this design presents a programmable logic controller (PLC) and the inverter control automatic door control system, the design uses two sensor probes (door and door outside), some switches and sensors as the system input device, the drive
4、door is used to adjust the speed, and analyzes the working principle of the control system hardware components and systems, analysis of the human body detection sensors, automatic door operation position detection, the door obstacle detection and other control circuit to run the working process, the
5、 selection of the PLC, inverter selection, I / O points of the action to identify and automatic doors and other aspects of the process in detail. With PLCs operating characteristics of the control system were reasonable workflow optimization. On this basis, given the process control system software
6、design flow, sequential function chart, the external control terminal wiring diagram and PLC ladder and so on. Describes the application of the programmable controller designed to replace traditional relay, contactor control systems, automatic door control process.KEY WORDS: Automatic Doors；Control
7、Programming；Ladder；Drive目录第1章 自动门的概述61.1研究意义与研究背景71.2 自动门的简介81.3 自动门技术发展方向91.4 自动门的组成和分类101.4.1 自动门的组成101.4.2 自动门的分类111.5 本课题研究的内容121.5.1 自动门类型的选择121.5.2 自动门的硬件设计131.5.3 自动门的软件设计13第2章 PLC控制系统142.1 PLC的简介142.2 PLC的主要功能及特点152.2.1 PLC的主要功能152.2.2 PLC的特点162.3 PLC的组成与基本结构162.3.1 PLC的硬件系统162.4 PLC的工作原理17第
8、3章 自动门控制系统总体方案设计183.1自动门的功能需求分析193.2自动门的控制要求203.3自动门控制系统构成213.4自动门的机械传动机构设计22第4章 自动门硬件系统的设计234.1 控制系统结构设计234.2 驱动装置的选择234.3 变频器的选择244.3.1 变频器原理244.3.2 变频器的选型254.4 探测器的选择264.5 自动门运行位置检测274.5.1 限位开关的工作原理274.5.2 光电开关的工作原理274.6 门运行障碍检测、报警284.7 PLC的选择284.7.1 输入输出(I/O)点数的估算284.7.2. 存储容量的估算294.7.3. 控制功能的选择
9、294.7.4. 机型的选择30第5章 自动门软件系统的设计325.1 PLC梯形图概述325.2 程序流程图325.3 梯形图的设计345.4 过程分析36结论37致谢38参考文献39附录41第1章 自动门的概述自动门控制系统，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。自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期
10、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程序设计控制器（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内存，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，能耗低等优点例如：各种用可识别传感器控制的自动专用门。这是实现生
11、活自动化进程的一个重要组成部分。自动门的问题研究，其控制系统可追溯到早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。而基于PLC（可程序设计控制器，以下统一用“PLC”表示）控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。所以此设计中，我以西门子公司S7-200系列PLC为控制系统的核心组件，作信号的处理工作。而感应部分，采用BISS0001芯片与RE200B热释电组件的组合，实现人或物体进出时的信号转换装置。而实现门的开与关，则用直流电机作为动力装置，配以继电器控制来达到电机正反转动作，并加上行程开关作为限位，以实现该功能，因为以上器件在生活中非常容易购买，且
12、价格适宜，同时也便于维护，非常适合广泛生产应用。本课题所研究的自动门控制系统，主要通过PLC作为控制基础，加上对红外热释电传感器的应用，从而实现了门的“自动”功能，此设计拓展了PLC的应用层面，增加了实现自动门控制系统的选择性。1.1研究意义与研究背景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
13、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
14、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，数据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
15、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。1.2 自动门的简介自动门 英文名：automatic door 自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。
16、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，电气式已开始出现，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。利用脚踏板、光电束等作用以电力、气压或液压为动力自
17、动启闭门扇的系统。公元1世纪,希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置是最早利用气压和液压为动力的自动门。祭坛点火使1的空气膨胀，水流入2，利用水的重量使轴3转动,将门打开。祭坛灭火，门即自动关闭。现代自动门的操作主要有三种方式。脚踏板式：在踏板之下装有压力开关。光电束式：在门的附近设置光束发射装置和光电传感装置。按钮方式：用手按类似开关的按钮使门扇打开。自动门以滑动、铰链或折迭等方式启闭门扇。为了防盗，必须同时装有特殊的设备，例如家庭用的自动门就需要装设来人识别装置或电视监视器等，对家庭以外的人员进行严格限制。自动门在商场、宾馆、饭店、机场、车站、银行等场合已得到广泛应用。1.3 自动门技术发展方
18、向由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，自动门标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。2005年4月2日，在北京召开了编制组成立
19、会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势：(1) 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。(2) 免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。 (3) 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。(4) 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。1.4 自动门的组
20、成和分类1.4.1 自动门的组成主控制器：它是自动门的指挥中心，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；同时人们通过主控制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：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。门扇行运轨道：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。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，牵引门扇吊具走轮系统。下部导向系统：是门扇下
21、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。1.4.2 自动门的分类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、自动折迭门等，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。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，雷达通过发射微波感应到人的存在，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。另外还有红外感应形式，主要是通过红外线来感受指定范围内温度变化，当人走进时，微波感应其器发射
22、信号控制门的变化。微波传感器和红外传感器的区别主要是：微波传感器，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，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动，雷达便不再反应，自动门就会关闭，有可能出现夹人现象。 红外传感器，对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应。 红外传感器的反应速度比微波传感器慢。根据一些不同的要求，某些厂家在生产自动门的时候会增加一些个性功能，以方便管理和维护。如福州蔚蓝电子有限公司自动门，它具备以下特点：1、自动门微波传感器对物体的运动进行反应，灵敏度可调，性能稳定。2、自动门加密遥控器
23、聚多功能为一体，对感应门进行加密，可以避免工程上出现的赖账，呆账，等现象从而有效保护经销商的利益，同时可以实现遥控开门、常开、上锁、开锁；具有连接卡片阅读机、指纹、出门按扭、电锁等外围设备的功能。 3、安全光线 可以有效克服感应探头感应不到的盲区，从而使感应门更安全。 4、自助银行刷卡机整体一机设计，ABS电镀外壳坚固耐用方便安装，可搭配任何银行提款卡使用，无卡片容量限制，进口合金磁头灵敏度高、超耐磨、高抗(400)或低抗(300)Oe磁卡均可使用；适用于自助银行。 5、自动门微波模块、踢脚开光、ID卡密码机、遥控收发模块、电动车报警器、伸缩门电子显示屏、摩托车报警器。1.5 本课题研究的内容
24、综合了自动门的实用、简洁、便捷、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、高安全和稳定性的要求。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。1.5.1 自动门类型的选择由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动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自动门。综合了自动门的实用，简洁、便捷、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，
25、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。1.5.2 自动门的硬件设计为满足日常的需要本课题设计的自动门要求有很高的稳定性，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。驱动装置选用稳定性较好、功率强大、自带减速装置的三相交流电机，在传感器运用自动门专用的微波雷达传感器和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，运用传感器件感应到的开关量信号输入给PLC，再由来PLC实现对自动门的控制。本课题的具体需求在硬件
26、系统的设计过程中主要考虑了自动门的稳定、经济实用、方便、安全的需要。1.5.3 自动门的软件设计在本设计中选用了目前运用最多的PLC程序设计语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的实现安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子程序设计软件，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。第2章 PLC控制系统可程序设计控制器（Programmable Controller简称PLC）。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等
27、顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可程序设计控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、程序设计简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。由于PLC在自动化控制中的种种优势，因此被广泛的引用于自动门系统中。2.1 PLC的简介由于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年正式将可编程控器命名为PC（Programmable Controller），但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，常将可程序设计控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：可编程控器是一种带有指令内存、数字
28、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。它采用可编程控器的内存，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。可程序设计控制器及其有关的外围设备，都应按照易于与工业控制系
29、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”程序设计是一种简单易懂、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
30、。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仿真量的功能，而且程序设计和使用方便。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，可编程控器与计算机数控（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
31、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。2.2.2 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强 2.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.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 5.体积小，重量轻，能耗低 2.3 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器
32、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程序设计语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。2.3.1 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的工作原理可程序设计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。PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CP
33、U的循环扫描，并用周期性的地集中采样、集中输出的方式来完成。一个扫描周期（工作周期）主要成分为以下几个阶段：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
34、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的原件映射寄存器中去读取，在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立即写入组件映像寄存器中，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射寄存器中。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。
35、在这个阶段，除了输入映射寄存器外，各个组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，将组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。第3章 自动门控制系统总体方案设计本章从自动门的功能需求、控制要求、系统组成、机械传动等方面系统介绍了自动门控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。3.1自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。结构如图3-1所示：图3-1 自动门结构示意图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由以
36、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，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应探测器检测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、 防夹人功能为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹传感器，一防止停留在门附近的人被门所夹住。3、 蜂鸣器提示功能当自动门出现夹人意外状况时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提示管理人员的注意。自动门控制系统包含PLC控制和动作执
37、行组件构成。采用自动和手动点动控制方式，此种控制模式为目前大多数自动门的控制方式。本设计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。3.2自动门的控制要求1.当有人由内到外或由外到内通过感应探测器检测开关SBl或SB2时，开门执行机构KMl、KM2动作，电动机正转，当门到达开门减速开关SB3位置时，电机开始减速，门到达开门限位开关SB4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KM3、KM4被起动，电动机反转，当门移动到关门减速开关SB5位置时，电机开始减速，门移动到关门限位开关SB6位置时，电机停止运
38、行。3. 在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过感应探测器检测开关SBl或SB2时，门立即停止且停止0.5秒后，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感应探测器检测开关SBl或SB2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.当有人站在门口不进入时，感应探测器检测开关SBl或SB2就会一直检测到信号，定时器处于循环定时状态。自动门控制装置由门外感应探测器检测开关SBl、门内感应探测器检测开关SB2、开门减速开关SB3、开门到限位开关SB4、关门减速开关SB5、关门到限位开关SB6、开门执行机构KMl/KM2(使直流电
39、动机正转)、关门执行机构KM3/KM4(使直流电动机反转)等部件组成。考虑到自动控制门在出现故障时的维修方便，所以增加了手动开门K1、手动关门K2.3.3自动门控制系统构成自动门控制系统包含PLC控制和动作执行组件构成。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。1. 主控器是自动感应门的指挥中心，它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；同时工作人员可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，当有移
40、动物体进入它的工作范围时，它就给主控器一个脉冲信号。3. 动力马达可提供开关门的主动力。4. 自动感应门扇行进轨道用于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摆动。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，
41、皮带，吊挂件等。 2.所有的组件都为插入式组件，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。 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4章 自动门硬件系统的设计4.1 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转的控制方
42、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、高速横功率运转等特性。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4-1所示： 图4-1控制系统结构图4.2 驱动装置的选择自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障，本设计中是运用变频器来自动调节电机的速度，以达到驱动自动门的目的。这种方法具有稳定性好，维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的自动门行业的主
43、流控制方式。根据本设计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、超载能力强的特点，在结合了安全、稳定的考虑，本设计的自动门控制系统的驱动装置选用步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个同定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为
44、100)的特点，广泛应用于各种开环控制。PLC对电机的控制有两种方式：一种是脉冲+方向控制；一种是正反向脉冲输出。这里采用第1种方法。PLC的高速脉冲输出(FrO)提供一个指定脉冲数目的方波输出(占空比为50)。在加速和减速时输出脉冲的频率(或周期)线性变化，而在恒定频率段部分保持不变。一旦产生完指定数目的脉冲，PTO输出变为低电平，直到装载一个新的指定值时才产生脉冲。PTO输出占用一个PLC输出点，用于控制门体的位移和速度，由另一个输出点的信号控制门体运动的方向。这两个信号送给步进电机驱动器去驱动电机，以带动门体完成相应的运动。4.3 变频器的选择4.3.1 变频器原理变频器是利用电力半导体
45、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(VVVF变频或向量控制变频)，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、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为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组件整流，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
46、、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。4.3.2 变频器的选型根据自动门的需要，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。本设计所用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超载能力。在本设计所使用的三相交流电机的最大启动电流为0.37A，故所用的变频器的最大电流应大于电机的最大启动电流。(3) 转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，本设计所使用的最初启动转矩为1.4N/m，所以，在选
47、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，高次谐波增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，其容量要稍大于普通电机的选型。综合以上因素，本设计变频器采用日本三菱公司生产的FR-540变频器作为控制电机转速的控制器。三菱FR-540变频器具有以下优点：(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，可以满足本设计自动门系统的控制要求，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。4
48、.4 探测器的选择目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应开关，红外传感器，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传感器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的传感器。根据本设计的需要选用人体感应探测器。人体都有恒定的体温，一般在37，发出波长为10微米左右的红外线。热释电组件探头是以探测人体辐射为目标的，对波长为10微米左右的红外辐射非常敏感，在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生信号。被动式红外探头，其传感器包含两个反向相串联的热释电组件，环境背景辐射对两个热释组件几乎具
