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1、PLC自动门控制系统专 业：电子信息工程 班 级： 081 班 姓 名： 学 号： 指导教师： 时间： 2011年 6 月 1 日摘要本设计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。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以PLC为核心的电动机控制系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员
2、。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。目录摘要21前言42国内外自动门发展42.1国内外自动门发展现状52.2本课题研究的目的和意义63自动门控制系统总体方案设计73.1在自动门的功能需求分析73.2自动门的控制要求73.3自动门控制系统构成83.3.1 PLC概述83.32 具体构成94自动门控制系统的硬件设计105自动门控制系统软件的设计116. 系统程序设计146.1梯形图146.2过程分析147.总结151前言 在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，
3、自动门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门是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。当人通过之后，再将门关上。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。自动门在国外早已得到普遍的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动们发展的黄金时期自动门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
4、自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它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。目前他在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工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、维修方便等优点。由此看来，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。本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发还是使用者来说都是最好的。此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还
5、可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高。因此是一个比较实用且经济的产品。2国内外自动门发展2.1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
6、虑的因素。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。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，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只使用余高档酒店宾馆，自动平移门使用的最广泛，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，当人走进门时，感
7、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。当人通过之后，再将门关上。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。自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运行现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统存在许多缺陷而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。在智能控制器的选折上，自动门的主控制器有微电脑控制器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
8、，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门，PLC控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型商场的自动门都是有这种方式来控制的。2.2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CPU
9、224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
10、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3.1在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。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
11、。自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，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。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，
12、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。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，英文Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但
13、基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，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基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交
14、换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。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可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器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、智能化创造了条件。 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。3.32 具体构成自动门系统的具体组成如下图： 由上图可知，当感应器件检测到人
15、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。 4自动门控制系统的硬件设计在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。CPU模块：CPU模块主要由微处理器CPU芯片和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块
16、相当于人的大脑和心脏，它不断地收集输入信号、执行用户程序、刷新系统的输出。存储器用来储存程序和数据。I/O模块：输入模块和输出模块简称I/O模块，它们是系统的眼耳、手脚。是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输出模块用来接受和采集输入信号。开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、压力继电器等的开关量信号；模拟量输入模块用来接收一些如电位器电压信号、测速发电机和各种连续从器提供的连续变化的模拟量电流电压信号；开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器执行装备。编程器：变频器用来生成
17、用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。电源：PLC一般只用AC 220V和DC 24V电源，内部的开关电源为各模块提供不同等的直流电源。本系统PLC使用AC220V电源。可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等组成。5自动门控制系统软件的设计工作流程如下：(1)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 当8秒的延时完毕后，电动机反
18、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。(3)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下图所示。程序流程图：开 始若K1，K2有信号开 门 K3 打 开 停 止延时8s若K1，K2有信号关 门若K1，K2有信号K4 打 开 停 止结 束继电器接触控制图：plc控制输出输入接线：6. 系统程序设计6.1梯形图6.2过程分析（1）首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0线圈通电，有原理分析可知光
19、电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当Q0.0线圈通电时Q0.0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I0.3打开，Q0.0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I0.1或I0.2有信号，则使T37重新延时。（4）当8秒的延时完毕后T37线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1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I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0长闭，此时打开
20、并中断关门过程，转向开门过程。（6）在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。（7）考虑到主动门若出现故障时，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。7.总结通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了再实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还血药大量的一千没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉红棕我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益匪浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的实践才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为了以后的工作积累了经验，增强了信心。
