機(jī)電傳動課程設(shè)計--自動門控制系統(tǒng)方案設(shè)計

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的生活發(fā)生了巨大的變化。一個智能化、自動化的社會已經(jīng)開始呈現(xiàn)于我們的眼前，這為我們提供了非常多的便利。其中自動門就是自動化進(jìn)程中的一個典型代表，此設(shè)計就是運(yùn)用所學(xué)的知識，結(jié)合實(shí)際需要而進(jìn)行研究的。</p><p>　　為了增強(qiáng)自動門運(yùn)行的可靠性,提出了一種以S7-200可編程序

2、控制器(PLC)為核心的自動門控制系統(tǒng)。分析了該控制系統(tǒng)的工作原理,描述了系統(tǒng)的硬件組成,介紹了人體感應(yīng)探測、自動門運(yùn)行位置檢測、門運(yùn)行障礙檢測等控制電路的工作過程,對PLC的選型及I/O點(diǎn)的確定進(jìn)行了說明。</p><p>　　合PLC的運(yùn)行特點(diǎn)，對控制系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，給出了控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的程序流程圖、順序功能圖、外部端子接線圖及PLC控制梯形圖等。本設(shè)計介紹應(yīng)用可編程控制器取代傳統(tǒng)

3、的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動門控制的過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器； S7-200； 自動門； 控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 引 言1</p><p>　　1.1 研究背景與研究意義2</p><p>　　1.2

4、自動門的簡介2</p><p>　　1.3 自動門的組成3</p><p>　　第2章自動門控制系統(tǒng)方案設(shè)計4</p><p>　　2.1自動門的功能需求分析4</p><p>　　2.2自動門的控制要求4</p><p>　　2.3 PLC的簡介4</p><p>　　2.4 PL

5、C的主要功能及特點(diǎn)5</p><p>　　2.4.1 PLC的主要功能5</p><p>　　2.4.2 PLC的特點(diǎn)6</p><p>　　2.5自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成6</p><p>　　2.6自動門的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計6</p><p>　　第3章自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計7</p><

6、p>　　3.1 PLC的選擇7</p><p>　　3.2驅(qū)動裝置的選型8</p><p>　　3.3感應(yīng)器件的選型8</p><p>　　3.4選擇直流電動機(jī)的優(yōu)勢9</p><p>　　3.5 限位開關(guān)9</p><p>　　3.6自動門控制系統(tǒng)I/0地址分配表9</p><

7、p>　　3.7自動門控制系統(tǒng)的原理圖10</p><p>　　3.7.1主電路及供電線路10</p><p>　　3.7.2 PLC外接線路圖11</p><p>　　第4章 自動門的軟件系統(tǒng)設(shè)計12</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)流程設(shè)計12</p><p>　　4.2 PLC梯形圖的設(shè)計1

8、3</p><p>　　4.2.1 梯形圖編輯注意事項(xiàng)13</p><p>　　4.2.2 梯形圖以及指令13</p><p>　　4.2.3 過程分析15</p><p>　　4.3 程序調(diào)試過程16</p><p><b>　　結(jié) 　論18</b></p><p&

9、gt;<b>　　設(shè)計總結(jié)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　第1章 引 言</b></p><p>　　自動門控制系統(tǒng)，在現(xiàn)當(dāng)代社會是一個應(yīng)

10、用非常廣泛的設(shè)備，自動門已經(jīng)廣泛應(yīng)用于酒店、銀行、超市、停車場或公共建筑等入口，其主要核心部分——自動門控制系統(tǒng)正是我們這篇論文的主要研究討論的課題。</p><p>　　自動門是指:可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟，在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)。自動門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造

11、成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業(yè)最穩(wěn)定的控制裝置是可編程控制器（以下簡稱PLC）,PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的

12、設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)例如：各種用可識別感應(yīng)器控制的自動專用門。這是實(shí)現(xiàn)生活自動化進(jìn)程的一個重要組成部分。</p><p>　　本課題（自動門控制系統(tǒng)設(shè)計）所研究的自動門控制系統(tǒng)，主要通過PLC作為控制基礎(chǔ)，加上對紅外熱釋電傳感器的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了門的“自動”功能，此設(shè)計拓展了PLC的應(yīng)用層面，增加了實(shí)現(xiàn)自動門控制系統(tǒng)的選擇性。</p><p>

13、;<b>　　課題控制要求：</b></p><p>　　1、當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行動作KM1動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置是，電動機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　2、自動門在開門位置停留8秒后，自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到限位開關(guān)K4位置時，電動機(jī)停止運(yùn)行。</p>

14、;<p>　　3、在關(guān)門過程中，當(dāng)有人由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進(jìn)入開門程序。</p><p>　　4、在門打開8秒的等待時間內(nèi)，若有人由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，必須重新等待8秒，再進(jìn)入關(guān)門程序，以保證人員安全通過。</p><p>　　1.1 研究背景與研究意義</p><p>　　2

15、1世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性:有效的防范通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。</p><p>　　大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿態(tài)。自動門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認(rèn)識應(yīng)該從人們對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時

16、滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應(yīng)牢固、密封。</p><p>　　自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，提升了人們的安全觀念。由于中國沒有相關(guān)的自動門國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動門檔次、質(zhì)量良莠不齊。如果你沒有使用過自動門，最好選擇一個由專業(yè)廠生產(chǎn)、能提供較完善售后服務(wù)的自動門品牌（目前有很多自動門品牌是有一些貿(mào)易公司購買散件加上自己拼裝而成，應(yīng)盡量避免購買此類產(chǎn)品）。不要認(rèn)為樣本上全是外國語

17、，資料也是外國語的商品就是進(jìn)口商品，其實(shí)這樣是違反國家規(guī)定的。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。</p><p>　　自動門平移門最常見的形式是自動門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動門時，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。</p&

18、gt;<p>　　自動門的開門信號是觸點(diǎn)信號，微波雷達(dá)和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達(dá)是對物體的位移反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點(diǎn)是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，對門機(jī)有一定的保護(hù)作用。</p><p>　　1.2 自動門的簡介</p><p>　　自動門 英文名：automatic doo

19、r </p><p>　　自動門開始在建筑物上使用，是在二十世紀(jì)二十年代以后。二十年代后期，美國的超級市場的開放，自動門開始被使用，受此影響，世界第一自動門品牌多瑪在1945年開發(fā)出油壓式、空氣式自動門，新建大樓的正門也開始使用了。到了1962年，電氣式已開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率

20、很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動機(jī)的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應(yīng)自動門(紅外感應(yīng),微波感應(yīng),觸摸感應(yīng),腳踏感應(yīng))、刷卡自動門等。</p><p>　　現(xiàn)代自動門的操作主要有三種方。①腳踏板式：在踏板之下裝有壓力開關(guān)。②光電束式：在門的附近設(shè)置光束發(fā)射裝置和光電傳感裝置。③按鈕方式：用手按類似開關(guān)的按鈕使門扇打開。自動門以滑動、鉸鏈

21、或折疊等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時裝有特殊的設(shè)備，例如家庭用的自動門就需要裝設(shè)來人識別裝置或電視監(jiān)視器等，對家庭以外的人員進(jìn)行嚴(yán)格限制。自動門在商場、賓館、飯店、機(jī)場、車站、銀行等場合已得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.3 自動門的組成</p><p>　　主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令、指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主

22、控制器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。</p><p>　　感應(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動的物體進(jìn)入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號；</p><p>　　動力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動力，控制門扇加速與減速運(yùn)行。</p><p>　　門扇行運(yùn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。</p>

23、<p>　　門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運(yùn)行。</p><p>　　同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。</p><p>　　下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時出現(xiàn)前后門體擺動。</p><p>　　第2章自動門控制系統(tǒng)方案設(shè)計</p><

24、;p>　　本章從自動門的功能需求、控制要求、系統(tǒng)組成、機(jī)械傳動等方面系統(tǒng)介紹了自動門控制系統(tǒng)方案設(shè)計應(yīng)考慮的問題及解決辦法。</p><p>　　2.1自動門的功能需求分析</p><p>　　本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)由以下功能：</p><p>　　1.開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方

25、式</p><p>　　為了便于維護(hù)，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。當(dāng)信號采集裝置檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號開控制點(diǎn)動機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來開門或者關(guān)門。</p><p><b>　　2.緊急停止</b></p><p>　　當(dāng)自動門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時，可閉合緊急停止開關(guān)，自動門自動進(jìn)入開門過程。&l

26、t;/p><p>　　2.2自動門的控制要求</p><p>　　1.當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時，電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　2.自動門在開門位置停留8秒后，自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被起動，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電機(jī)停止運(yùn)行。</p

27、><p>　　3.在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進(jìn)入開門程序。</p><p>　　4.在門打開后的8秒等待時間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，必須重新開始等待8秒后，再自動進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。</p><p>　　由功能分析和控制要求可以知道，本課題（自動門控制系統(tǒng)

28、設(shè)計）可采用PLC控制。</p><p>　　2.3 PLC的簡介</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller 簡稱PLC）。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的控制系統(tǒng)。可編程控制器具有能力強(qiáng)、可靠性高、

29、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。由于PLC在自動化控制中的種種優(yōu)勢，因此被廣泛的引用于自動門系統(tǒng)中。</p><p>　　由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC（Programmable Controller），但為了與個人計算機(jī)PC（Personal

30、Computer）相區(qū)別，常將可編程控制器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入∕輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過程的自動化控制裝置。</p><p>　　1982年，國際電工委員會（International Electrical Committee，IEC）頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年提交了第二稿，

31、并在1987年的3稿中對PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序控制器的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”</p><p>　　上述的定義表明，PLC

32、是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　2.4 PLC的主要功能及特點(diǎn)</p><p>　　2.4.1 PLC的主要功能</p><p>　　1.開關(guān)邏輯和順序控制</p>

33、;<p>　　這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。</p><p>　　2.模擬控制（A/D和D/A控制）</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去，PLC長于邏輯運(yùn)算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，

34、目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。</p><p><b>　　3.定時/計數(shù)控制</b></p><p>　　PLC具有很強(qiáng)的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進(jìn)行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。</p><p&g

35、t;<b>　　4．步進(jìn)控制</b></p><p>　　PLC為用戶提供了一定數(shù)量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。</p><p><b>　　5.運(yùn)動控制</b></p><p>　　在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動控制。</p>&l

36、t;p><b>　　6.數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。</p><p><b>　　7.通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)

37、的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。</p><p>　　2.4.2 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) </p><p>　　2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) </p><p>　　3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 </p&g

38、t;<p>　　4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 </p><p>　　5.體積小，重量輕，能耗低 </p><p>　　2.5自動門控制系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制

39、傳動機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動化控制。</p><p>　　2.6自動門的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動門機(jī)械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：</p><p>　　1.自動門的傳動主要包括安裝版，軌道，門機(jī)，皮帶，吊掛件等。</p><p>　　

40、2.所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡單。</p><p>　　3.電機(jī)：驅(qū)動電機(jī)采用64V直流電動機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。</p><p>　　4.導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形式正懸掛，解決了側(cè)擺得問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)方便的特點(diǎn)。</p><p>　　5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)度

41、高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。</p><p>　　6皮帶：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了使用壽命。</p><p>　　第3章自動門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　自動門的硬件根據(jù)不同的類型各有不同，此以平移型感應(yīng)門為例子介紹它的硬件，主要有：自動感應(yīng)門主控制器，自動感應(yīng)探測器，自

42、動感應(yīng)門動力馬達(dá)，自動感應(yīng)門門扇行進(jìn)軌道，門扇吊具走輪系統(tǒng)，同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶），自動感應(yīng)門下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時出現(xiàn)前后門體擺動。</p><p>　　3.1 PLC的選擇</p><p>　　在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時，

43、應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　1、控制功能的選擇</b></p><p>　　該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等性

44、能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。</p><p><b>　　1）控制功能</b></p><p>　　PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制 器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。</p><p&g

45、t;<b>　　2）編程功能</b></p><p>　　離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交

46、換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。</p><p>　　五種標(biāo)準(zhǔn)化變成語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語言表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言變成方式，如C，Basic等，以

47、滿足特殊控制場合的控制要求。</p><p><b>　　3）診斷功能</b></p><p>　　PLC的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟鍵對PLC的CPU玉外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操

48、作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。</p><p><b>　　2、機(jī)型的選擇</b></p><p><b>　　1）PLC的類型</b></p><p>　　PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度

49、出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/0點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/0卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　2）經(jīng)濟(jì)的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時

50、考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響。點(diǎn)當(dāng)數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對PLC選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選用整體型PLC。 </p><p>　　綜合以上因素，本課

51、題的設(shè)計采用德國西門子公司生產(chǎn)的CPU222小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。</p><p>　　3.2驅(qū)動裝置的選型</p><p>　　自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障。在本設(shè)計中是運(yùn)用直流無刷電機(jī)。直流無刷電機(jī)功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動機(jī)線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。是應(yīng)

52、用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場合的最佳選擇本設(shè)計選用的是亞坦電機(jī)控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機(jī)，電機(jī)直徑φ45，額定轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)，額定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。額定電壓24V DC。</p><p>　　3.3感應(yīng)器件的選型 </p><p>　　目前自動門行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對物

53、體的移動進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線昨感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。整機(jī)關(guān)鍵元器件均為進(jìn)口器件，方案設(shè)計選擇器件均確保了產(chǎn)品可靠性。</p><p>　　微波感應(yīng)器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。其探測方式具體如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1.非接觸探測。</b><

54、/p><p>　　2.不受溫度、濕度、噪音。</p><p>　　紅外感應(yīng)器，是對物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)，另外，紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。</p><p>　　根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場合的自動控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇

55、高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。</p><p>　　3.4選擇直流電動機(jī)的優(yōu)勢</p><p>　　因?yàn)橹绷麟妱訖C(jī)在調(diào)方面很簡單，相對于異步電動機(jī)來說又有以下的優(yōu)勢：</p><p>　　1） 由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具有較低的慣性、更快的響應(yīng)速度、更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。 <

56、/p><p>　　2） 由于沒用轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子使用永磁材料），也無需定子勵磁電流分量（應(yīng)用新理論），所以無刷直流電機(jī)具有較高的效率和功率密度。對于同等容量輸出，交流異步電機(jī)需要更大功率的整流器和逆變器。 </p><p>　　3） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機(jī)也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 </p><p>　　4）無刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置

57、控制，無需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 </p><p>　　綜上所述，無刷直流電機(jī)具有更大的功率密度（鐵芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如將節(jié)能因素、省卻變頻器以及產(chǎn)能提高因素考慮在內(nèi)，使用者的綜合成本下降很大。所以在本課題設(shè)計中選用了無刷直流電動機(jī)。 </p><p><b>　　3.5 限位開關(guān)</b></p><p>

58、;　　限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運(yùn)動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。</p><p>　　3.6自動門控制系統(tǒng)I/0地址分配表</p><p>　　I/0分配表示編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。</p><p>　　輸入/輸出信號在PLC接線端子

59、的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖來安裝控制柜。I/O地址分配是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)成接線和調(diào)試的重要依據(jù)。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配如下表3-1：</p><p>　　表3-1 I/

60、O地址分配表</p><p>　　3.7自動門控制系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　3.7.1主電路及供電線路</p><p>　　自動門控制系統(tǒng)的主電路圖如下圖4-1所示：</p><p><b>　　圖3-1主電路圖</b></p><p>　　3.7.2 PLC外接線路圖</p>

61、<p>　　PLC的I/O外接線路圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 I/O外接線路圖</p><p>　　第4章 自動門的軟件系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)流程設(shè)計 </p><p>　　N

62、 Y Y N</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b&g

63、t;</p><p>　　圖4-1 自動門系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　框圖說明如下:</b></p><p>　?。?）當(dāng)有人有內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關(guān)K1或K2時，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM1動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)開門限位開關(guān)K3位置時，電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　（2）自動門在開門位置停留8s后，

64、自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM2被啟動，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位開關(guān)K4位置時，電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　?。?）在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進(jìn)入開門程序。</p><p>　　（4）在門打開后的8s等待時間內(nèi)，若有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)至外通過光電檢測開關(guān)K2或K1時，必須重新開始等待8s后，再自動進(jìn)入關(guān)門過程

65、，以保證人員安全通過。</p><p>　　4.2 PLC梯形圖的設(shè)計</p><p>　　4.2.1 梯形圖編輯注意事項(xiàng)</p><p>　　1.每個繼電器的線圈和觸點(diǎn)均用同一個編號，每個元件的觸點(diǎn)使用沒有數(shù)量限制。</p><p>　　2.梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。</p><

66、;p>　　3.線圈不能直接接在左邊母線上。</p><p>　　4.在一個程序中，同一編號的線圈只能輸出一次。</p><p>　　4.2.2 梯形圖以及指令</p><p>　　本課題（自動門控制系統(tǒng)設(shè)計）是利用STEP 7編程軟件進(jìn)行編程的?！?lt;/p><p>　　STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7

67、、M7、C7和基于PC的WinAC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。</p><p>　　STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。</p><p><b>　　1、梯形圖</b></p><p><b>　　2語句表</b>&

68、lt;/p><p>　　4.2.3 過程分析</p><p>　　1.首先按下啟動按鈕使I0.0閉合，若外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān)有信號時I0.2或I0.3閉合。由于開門限位開關(guān)I0.4是長閉的，所以Q0.0線圈通電。當(dāng)Q0.0線圈通電時Q0.0閉合，此時電動機(jī)正轉(zhuǎn)帶動自動門扇移動，執(zhí)行開門過程。</p><p>　　2.當(dāng)門扇完全打開時，使開門限位開關(guān)I0.4打開，Q0.

69、0線圈斷電.電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。</p><p>　　3.當(dāng)門扇停止移動時，由于開門限位開關(guān)的長閉變成長開，故使長開閉合。進(jìn)行8秒的延時，若此時外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān)I0.2或I0.3有信號，則使T36重新延時。</p><p>　　4.當(dāng)8秒的延時完畢后T36線圈通電，由于關(guān)門限位開關(guān)I0.5常閉，所以使Q0.1通電并自鎖，電機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。</p><p>　　

70、5.在關(guān)門過程中，若外檢測開關(guān)或內(nèi)檢測開關(guān)I0.2或I0.3有信號又使Q0.0通電，由于在關(guān)門過程中Q0.0長閉，此時打開并中斷關(guān)門過程，轉(zhuǎn)向開門過程。</p><p>　　6.考慮到主動門若出現(xiàn)故障時，使用自動控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動開門和手動關(guān)門。</p><p>　　4.3 程序調(diào)試過程</p><p>　　利用SF200仿真模擬器進(jìn)行程序調(diào)試</

71、p><p><b>　　圖4-2電動機(jī)正轉(zhuǎn)</b></p><p>　　圖4-3 計時器計時</p><p><b>　　圖4-4電動機(jī)反轉(zhuǎn)</b></p><p><b>　　結(jié) 　論</b></p><p>　　本設(shè)計研究了PLC的自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計原

72、理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，將PLC應(yīng)用到自動門控制系統(tǒng)中，充分發(fā)揮PLC高可靠性和抗干擾性特點(diǎn)，外部接線簡單、靈活，維修方便。采用了雙元件型紅外線光電感應(yīng)器防止夾人(或物)的情況出現(xiàn)。傳感器靈敏可靠，不受環(huán)境因素的干擾，具有較高的適用性。</p><p>　　但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，考慮各部分的容量及其實(shí)際的技術(shù)參數(shù)，供電電源的設(shè)計、系統(tǒng)接地問題、電纜設(shè)計與鋪設(shè)、PLC輸出端保護(hù)等問題，已使系

73、統(tǒng)達(dá)到安全可靠的工作，所以要想用于實(shí)際中，必須得通過現(xiàn)場調(diào)試。這就又給我們提出了更高層次的問題，畢竟一個較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時間內(nèi)就可以完成它的需要，要不斷的完善和發(fā)展，需要我們做大量的工作和時間的檢驗(yàn)?，F(xiàn)在的系統(tǒng)還沒有達(dá)到真正的智能化，還需要增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能達(dá)到真正意義上的智能化控制。</p><p>　　雖然現(xiàn)在自動門廣泛地使用PLC作為控制元件，但單片機(jī)等更為便宜，所以，應(yīng)

74、該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開發(fā)利用單片機(jī)等控制的自動門系統(tǒng)。而且現(xiàn)有的故障診斷很不全面，應(yīng)該增加主動性預(yù)防診斷，可使系統(tǒng)在發(fā)生故障之前，我們就可以預(yù)見故障、排除故障，使運(yùn)行中的故障率降低到最低水平，保障自動門安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　最終，就是以信息技術(shù)為主，通過先進(jìn)使用技術(shù)，提升傳統(tǒng)自動門制造業(yè)，強(qiáng)化產(chǎn)、學(xué)、研的有效結(jié)合，盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新相結(jié)合的模式，建立和完善技術(shù)開發(fā)體系，全力提升自動門制造層次和水

75、平。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計完成了題目要求的基本部分的全部要求。發(fā)揮部分的因?yàn)闀r間和制作材料的短缺而沒有進(jìn)行嘗試，在今后條件允許的情況下再擴(kuò)展?；静糠指鲉卧ぷ鞣€(wěn)定。</p><p>　　通過這次設(shè)計使我學(xué)會如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會將理論很好地

76、聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學(xué)會了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。設(shè)計過程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢面對，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。</p><p><b>　　致 謝</b></p>&l

77、t;p>　　從上周接受課題到現(xiàn)在完成設(shè)計論文，衷心的感謝我的指導(dǎo)xx老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助。xx老師在PLC方面具有豐富的實(shí)經(jīng)驗(yàn)，對我的設(shè)計工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實(shí)際相結(jié)合。雖然xx老師對我們要求非常嚴(yán)格，但我覺得正是因?yàn)槔蠋煹膰?yán)格要求，我們才能真正的學(xué)到知識。</p><p>　　在這里我還要感謝曾經(jīng)給過我同樣幫助的同學(xué)們，你們同樣給我?guī)砹四蟮膸椭Ｔ谶@兩周的課

78、程設(shè)計當(dāng)中，我學(xué)到了很多知識，當(dāng)然這離不開老師和周圍同學(xué)的指導(dǎo)和幫助。他們在我遇到問題的時候，及時伸出援手，耐心的為我講解，直到我弄懂弄通為止。</p><p>　　另外，還要感謝學(xué)校為我們提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富學(xué)習(xí)資料。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 王宗才. 機(jī)電傳動與控制.北京：電子工業(yè)出版

79、社，2011:161-295.</p><p>　　【2】 孫振強(qiáng). 可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M]. 2版. 北京: 清華大學(xué)出版社. 2008: 41-44. </p><p>　　【3】 鐘肈新. 可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 廣州: 華南理工大學(xué)出版社. 1988.</p><p>　　【4】 張萬忠. PLC應(yīng)用及維修技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版