自動門畢業(yè)論文.doc

《自動門畢業(yè)論文.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動門畢業(yè)論文.doc（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文) 題目 自動門控制系統(tǒng) 系部 自動化工程系 專業(yè) 機電一體化 姓名 吳迪 學(xué)號 G1340722 指導(dǎo)教師 史丹青 2015年12月12日 29 摘 要 隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，各種方便生活的自動控

2、制系統(tǒng)逐步進入了人們的生活。自動門是隨著人們對生活條件的不斷追求、科技的不斷發(fā)展應(yīng)運而生的高科技產(chǎn)品，因此，它具備了普通門所沒有的優(yōu)勢：雅觀漂亮，而且使用管理起來更加的安全、方便、舒適，通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次。由于早期自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制。造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點。而基于PLC的自動控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強，可靠性高，體積小，設(shè)計、使用和維護方便等優(yōu)點。所以在商場、公共建筑、銀行、醫(yī)院等入口，使用PLC技術(shù)控制自動門已得到廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：PL

3、C、直流電機、自動門、熱釋電紅外傳感器 目錄 摘 要 2 目錄 3 第一章 緒 論 4 1.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.2問題的提出 4 1.3本課題設(shè)計的主要目的和意義 4 1.4本課題設(shè)計的主要內(nèi)容 5 1.自動門類型的選擇 5 2.自動門控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計 5 第二章 可編程控制器（PLC)的基本知識 6 2.1 PLC的產(chǎn)生 6 2.2 PLC的定義 6 2.3 PLC的特點 7 第三章 自動門控制系統(tǒng)總體設(shè)計 8 3.1 自動門控制過程和要求 8 3.2總體設(shè)計方案 8 3.3系統(tǒng)工作原理

4、9 第四章 自動門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 4.2 可編程控制器（PLC）的選型 11 4.3直流電動機的選型 13 4.4感應(yīng)器件的選型 14 4.5 限位開關(guān) 15 4.6 主要硬件選型清單 15 4.7 基于PLC的硬件電路設(shè)計 16 4.7.1 I/O分配表 16 4.7.2硬件接線圖 17 4.7.3 主電路原理圖 18 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 19 5.1梯形圖的概述 19 5.2 梯形圖的設(shè)計方法和步驟 20 5.3 自動門控制系統(tǒng)程序設(shè)計 21 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 23 6.1 調(diào)試的主要內(nèi)容 23 6.2 調(diào)試結(jié)果

5、分析 23 結(jié)束語 24 致 謝 25 參考文獻 26 附錄 27 第一章 緒 論 1.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀 在國外，進入20世紀(jì)90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展迅猛，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。 隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動門。但在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)尚處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是

6、需要首先考慮的因素。 1.2問題的提出 早期自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制。造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點。因此，如何運用智能控制器來取代繼電器控制，已成為推進自動門行業(yè)智能化發(fā)展所迫切需要解決的問題。 1.3本課題設(shè)計的主要目的和意義 在經(jīng)濟飛速發(fā)展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經(jīng)隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的光電感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)感應(yīng)到信號時使得控制器發(fā)出開門、關(guān)門信號，進而控制驅(qū)動裝置將門打開、關(guān)閉。 早期自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝繁瑣、

7、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已被逐漸淘汰。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 它采用可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、 第二章 可編程控制器（PLC） 計時、和算數(shù)運算等操作指令，并能通過數(shù)字式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，維修

8、方便等優(yōu)點。 本課題的自動門設(shè)計運用PLC做控制器能大大提高自動門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，對于整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)革新，提高了自動門的使用率。因此，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。 1.4本課題設(shè)計的主要內(nèi)容 根據(jù)自動門的控制要求，針對以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)進行研究和論證。 1.自動門類型的選擇 在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和高低速功能。 2.自動門控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計 本設(shè)計中選用的為智能控制器穩(wěn)定性良好的西門子小型PLC

9、，來滿足自動門在日常生活中很高的穩(wěn)定性的需求。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以電阻器作為調(diào)節(jié)器，運用直流無刷電機控制實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，在感應(yīng)器方面運用了自動門專用的微波雷達感應(yīng)器和在工業(yè)控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對自動門的控制。 第二章 可編程控制器（PLC)的基本知識 2.1 PLC的產(chǎn)生 20世紀(jì)60年代，當(dāng)時的工業(yè)控制主要是以繼電器——接觸器組成的控制系統(tǒng)。而其系統(tǒng)存在著設(shè)備體積大，調(diào)試維護工作量大，通用、靈活性差，可靠性低，功能簡單，不具體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、

10、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。 1968年，美國通用汽車制造公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以解決繼電器——接觸器控制系統(tǒng)普遍存在的問題。因而設(shè)想把計算機的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，使不熟悉計算機的人也能方便的使用。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)通用汽車的要求首先研制成功第一臺可編程序控制器，稱之為“可編程序邏輯控制器”(PLC——Programmable Logic Controller)，并在通用汽

11、車公司的自動裝置線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。 2.2 PLC的定義 可編程控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義，國際電子委員會(IEC)在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)劃案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它作為可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程

12、序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。 第三章 自動門系統(tǒng)總體設(shè)計 2.3 PLC的特點 1、編程簡單，容易掌握 梯形圖是使用最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員很快就能學(xué)會用梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 2、功能強，性價比高 一臺小型的PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。 3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列

13、化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 4、可靠性高，抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為罪可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試及維護工作量少 目前PLC已實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，用PLC組成的控制系統(tǒng)，在設(shè)計、安裝、調(diào)試和維護方面，表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系

14、統(tǒng)中中大量的中間繼電器、時間繼電器等器件，控制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。 6、體積小、重量輕、功耗低 復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，其結(jié)果緊湊，堅固，重量輕，功耗低。 第三章 自動門系統(tǒng)總體設(shè)計 第三章 自動門控制系統(tǒng)總體設(shè)計 3.1 自動門控制過程和要求 自動門控制過程和要求，具體如下： （1） 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過時，傳感器檢測到信號，電動機正轉(zhuǎn)，執(zhí)行開門動作，到達開門限位位置時，電動機停止運行。 （2） 自動門在開門位置停留8s后，自動進入關(guān)門過程，電動機啟動反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移

15、動到關(guān)門限位位置時，電動機停止運行。 （3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過時，傳感器檢測到信號，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序，保證人安全通過。 （4） 設(shè)計門扇的移動速度為高速和低速兩個速度，開門和關(guān)門啟動時為高速運行，門扇即將到位時進入低速運行，到達限位位置時電動機停止運行。 （5） 在關(guān)門過程中檢測到信號需要開門時，電動機需先停轉(zhuǎn)0.5s,然后執(zhí)行相反動作。 （6） 使用4個行程開關(guān)，兩個分別為開門和關(guān)門限位到位開關(guān)，另外兩個為高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)。 3.2總體設(shè)計方案 自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計框圖如圖1所示： P L C 直流無刷電機 門內(nèi)外感應(yīng)

16、器采集信號 開/關(guān)門指示燈 手動控制開關(guān) 圖1: 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測到人體或物體信號時將信號傳給PLC,PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號發(fā)出控制信號，PLC根據(jù)開關(guān)信號來控制相應(yīng)的繼電器實現(xiàn)控制電機的啟停、正反轉(zhuǎn)以及減速。再由機械傳動機構(gòu)來帶動門的移動。 3.3系統(tǒng)工作原理 首先，平移式自動感應(yīng)門機組由以下部件組成：（1）主控制器：它是自動感應(yīng)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，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇

17、開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。（2）感應(yīng)探測器：負責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號；（3）動力馬達：提供開門與關(guān)門的主動力，控制自動感應(yīng)門門扇加速與減速運行。（4）自動感應(yīng)門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。（5）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行。（6）同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動感應(yīng)門門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。當(dāng)自動感應(yīng)門門扇要完成一次開門與關(guān)門，其工

18、作流程如下：感應(yīng)探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，當(dāng)碰到減速行程開關(guān)時進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使自動感應(yīng)門扇開啟；自動感應(yīng)門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關(guān)自動感應(yīng)門，通知馬達作反向運動，關(guān)閉自動感應(yīng)門。 3.4自動門的機械傳機構(gòu)研究 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)境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面： 1．自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。 2．所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。 南京機電職

19、業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3．電機：驅(qū)動電機采用直流無刷電機，調(diào)速性能好。 4．導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問題，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，實現(xiàn)了維護方面的特點。 5．滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。 6．皮帶：采用齒形皮帶, 齒形皮帶的齒形截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高了使用壽命。 7．傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中馬達皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內(nèi)徑為13.5cm,外徑為

20、28.5cm。 圖2：傳動結(jié)構(gòu)圖 第四章 自動門控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計運用PLC控制直流無刷電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。采用直流無刷電機，即具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電動機線性機械特性、調(diào)速范圍寬、啟動轉(zhuǎn)矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點。 4.2 可編程控制器（PLC）的選型 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

21、時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、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)。 1．輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 2．存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容

22、量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此 南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編

23、程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （1）控制功能 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的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 （2）編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個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)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的

24、CPU，主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。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。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LAD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 （3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位

25、置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并 影響平均維修時間。 4．機型的選擇 (1)PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，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)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型PLC的I/O點數(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/O卡件或插

26、卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 （2）經(jīng)濟性的考慮 選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU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)濟性的考慮因此選擇整體型PLC。 5、對PLC響應(yīng)時間的要求 對于

27、多數(shù)場合，PLC的相應(yīng)時間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間，輸出濾波時間和掃描周期。PLC的工作方式?jīng)Q定了他不能接受頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當(dāng)有此類信號輸入時需要選用掃描速度高的PLC或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 綜合以上因素，根據(jù)本課題的設(shè)計需要的I/O點數(shù)為輸入8點，輸出4點。故采用德國西門子公司生產(chǎn)的CPU224小型PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。 4.3直流電動機的選型 直流電動機與交流異步電動機相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，維修也不方便，但是在調(diào)速性能上有其獨特的優(yōu)點。因為直流電動機能無級調(diào)速，機械傳 動機構(gòu)比較簡單。因此，對調(diào)速要求高

28、的設(shè)備，均采用直流電動機。 直流電動機相對于異步電動機有以下的優(yōu)勢： （1） 由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機的轉(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。 （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，交流異步電機需要更大功率的整流器和逆變器。 （3） 由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電機也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 （4） 交流異步電機由于其非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復(fù)雜。無刷直流電機把其復(fù)雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)

29、變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。 綜上所述，無刷直流電機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、省略變頻器以及產(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。 4.4感應(yīng)器件的選型 目前自動門行業(yè)運用的感應(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，對物體的移動進行反應(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)，平面型天線作感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。 微波感應(yīng)器的特點： 微波感應(yīng)器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。

30、其探測方式具體如下優(yōu)點： （1）非接觸探測。 （2）不受溫度、濕度、噪音。 紅外感應(yīng)器，是對物體的存在進行反應(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。 根據(jù)不同的功能和性能運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。 4.5 限位開關(guān) 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主

31、令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。 限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機械可動部分的動作，將機械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機械給以必要的保護。 4.6 主要硬件選型清單 表4.6 自動門主要硬件清單表 硬件名稱 規(guī)格型號 可編程控制器（PLC) S7-200(CPU224) 直流電機 伊曼特WWDC2465 紅外傳感器 E3JK-5M3 行程開關(guān) LW42A2

32、Y 南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 4.7 基于PLC的硬件電路設(shè)計 4.7.1 I/O分配表 輸　　入 輸　　出 輸入繼電器 作 用 輸出繼電器 作 用 I0.0 門外光電探測開關(guān) Q0.0 電機正轉(zhuǎn)繼電器 I0.1 門內(nèi)光電探測開關(guān) Q0.1 電機反轉(zhuǎn)繼電器 I0.2 啟、停 Q0.2 減速中間繼電器 I0.3 開門減速開關(guān) Q0.3 正轉(zhuǎn)指示燈 I0.4 關(guān)門減速開關(guān) Q0.4 反轉(zhuǎn)指示燈 I0.5 左限位（開門） I0.6 右限位（關(guān)門） I0.7 手動開

33、門 I1.0 手動關(guān)門 I1.1 急停 4.7.2硬件接線圖 SB1 根據(jù)I/O分配表，確定了基于PLC的硬件接線圖，如圖3所示： KM1 QO.0 IO.0 KM2 SB2 IO.1 KA QO.1 SB3 IO.2 QO.2 SB4 HL1 IO.3 QO.3 SB5 HL2L2HL2 IO.4 QO.4 SB6 IO.5 SB7 IO.6

34、 SB8 IO.7 SB9 I1.0 SB10 I1.1 1L 1M PLC控制輸出輸入接線 220V 24V 4.7.3 主電路原理圖 主電路原電路圖如圖4所示： + _ KM1 KM2 KAA R KAA M 圖4 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 5.1梯形圖的概述 PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，

35、其主要使用者工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn))詳細的說明了句法、語義和下述5中編程語言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（ladder diagram）、功能塊圖(function black diagram)、指令表（ Instruction Iist）結(jié)構(gòu)文本（strured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表是一種結(jié)構(gòu)塊控

36、制流程圖。 梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件的結(jié)果表示在右面。 梯形圖設(shè)計語言是最常見的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛應(yīng)用。 梯形圖程序設(shè)計語言的特點： 1.與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性； 2.與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)； 3.與

37、原有繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待； 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電器人員掌握，特別適用于開關(guān)開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。 5.2 梯形圖的設(shè)計方法和步驟 （1）首先根據(jù)工藝過程控制要求，畫出控制流程圖，力求表達清晰、準(zhǔn)確。必要時可以把控制系統(tǒng)分解成幾個相對獨立的部分，盡量簡化，利于編程。 (2)將所有的輸

38、入信號（按鍵，行程限位開關(guān)，壓力開關(guān)，壓力、速度、時間等傳感器）和輸出控制對象（接觸器、電磁閥、電動機、指示燈等）分別列出，按被采用的PLC型號內(nèi)部邏輯元件編號范圍，對I/O端子做出相應(yīng)的分配和安排。 （3）根據(jù)控制流程圖，有規(guī)律的分配和利用PLC內(nèi)部有關(guān)的邏輯元件（如輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等）構(gòu)成相應(yīng)的基本回路。 （4）以梯形圖的形式來描述控制要求，繪制梯形圖要遵循編程原則。 （5）編寫程序清單時，必須按梯形圖的邏輯行和邏輯單元的編排順序（由上而下，從左到右）依次進行。 本系統(tǒng)的程序軟件采用西門子公司設(shè)計開發(fā)的STEP-Micro/WIN SP6版本,選擇他的梯形圖語言進行程

39、序設(shè)計。在設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下編程規(guī)則： 1. 每個繼電器的線圈和他的觸點均用同一個編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。 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）。 3. 線圈不能直接接在左邊的母線上。 4. 在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，他很容易引起誤操作，應(yīng)避免。 5. 在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有電流流動，這個電流只能在梯形圖中單向流動—即從左向右流動，層次的改變只能從上向下流動。 6. 無論選用何種PLC機型，所使用的軟件編號（即地址）必須

40、在該機型的有效范圍以內(nèi)。 5.3 自動門控制系統(tǒng)程序設(shè)計 根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計的程序按照圖5所示的流程運行，已達到本系統(tǒng)的最終設(shè)計要求，工作流程如下： （1） 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過時，傳感器檢測到信號，電動機正轉(zhuǎn)，執(zhí)行開門動作，到達開門限位位置時，電動機停止運行。 （2） 自動門在開門位置停留8s后，自動進入關(guān)門過程，電動機啟動反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門限位位置時，電動機停止運行。 （3） 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過時，傳感器檢測到信號，應(yīng)立即停止關(guān)門，并自動進入開門程序，保證人安全通過。 （4） 設(shè)計門扇的移動速度為高速和低速兩

41、個速度，開門和關(guān)門啟動時為高速運行，門扇即將到位時進入低速運行，到達限位位置時電動機停止運行。 （5） 在關(guān)門過程中檢測到信號需要開門時，電動機需先停轉(zhuǎn)0.5s,然后執(zhí)行相反動作。 （6） 使用4個行程開關(guān)，兩個分別為開門和關(guān)門限位到位開關(guān)，另外兩個為高低速轉(zhuǎn)換開關(guān)。 開門方向 開門低速區(qū) 開門高速區(qū) 關(guān)門高速區(qū) 關(guān)門低速區(qū) 關(guān)門方向 圖5：程序流程運行 第五章

42、 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Y N Y N N Y Y N 停止 K4打開 停止 若K1、K2有信號 減速開關(guān)打開 減速關(guān)門 若K1、K2有信號 高速關(guān)門 延時8s 若K1，K2有信號 K4打開 停止 若K1、K2有信號 K3打開 減速開門 高速開門 以上工作過程可用流程圖表達如下圖圖6所示: 開始 （K1、K2表示有人來） 第六章 系統(tǒng)調(diào)試 6

43、.1 調(diào)試的主要內(nèi)容 1、將系統(tǒng)啟停開關(guān)閉合，即系統(tǒng)在自動運行方式下運行。當(dāng)光電開光檢測到信號，自動門自動進行開關(guān)門，高低速切換。 2、將系統(tǒng)啟停開關(guān)打開，即系統(tǒng)在手動運行方式下運行。當(dāng)按下手動開門按鈕，自動門執(zhí)行開門動作。當(dāng)按下手動關(guān)門按鈕，自動門執(zhí)行關(guān)門動作。 3、在開門狀態(tài)下開門指示燈亮，在關(guān)門狀態(tài)下關(guān)門指示燈亮。 6.2 調(diào)試結(jié)果分析 首先將開關(guān)I0.2閉合，此時自動門運行方式為自動運行。在自動運行方式下，當(dāng)有人進入感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，門外光電探測器I0.0或門內(nèi)光電探測器I0.1閉合產(chǎn)生開門信號。自動門執(zhí)行高速開門動作。當(dāng)自動門碰到開門減速開關(guān)I0.3時，自動門執(zhí)行低速開

44、門動作。當(dāng)自動門碰到左限位（開門）開關(guān)時，自動門電機停轉(zhuǎn)，且時間繼電器T37開始8S計時。此時若有人員進入感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，門外光電探測器I0.0或門內(nèi)光電探測器I0.1閉合產(chǎn)生信號，則使時間繼電器（T37)重新計時。 當(dāng)8秒的延時完畢后時間繼電器（T37)的線圈得電，自動門執(zhí)行高速關(guān)門動作。當(dāng)門扇在關(guān)閉過程中，碰到關(guān)門減速開關(guān)I0.4時，自動門執(zhí)行低速關(guān)門動作。當(dāng)門扇完全打開時，使關(guān)門限位開關(guān)I0.6動作，自動門停止動作。 將開關(guān)I0.2為斷開狀態(tài)，即手動位置，進行如下操作： 1、按下手動開門開關(guān)I0.7,電動機正轉(zhuǎn)，自動門打開。 2、按下手動關(guān)門開關(guān)I

45、1.0,電動機反轉(zhuǎn)，自動門關(guān)閉。 綜上所述，在自動方式下，能實現(xiàn)自動門的自動運行； 在手動方式下，通過操作開門開關(guān)和關(guān)門開關(guān)，能實現(xiàn)對自動門打開與關(guān)閉的控制。 參考文獻 結(jié)束語 本文闡述了PLC在自動門中作為控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，通過介紹PLC的簡單應(yīng)用，結(jié)合作為自動門控制程序?qū)LC在自動門中的應(yīng)用做了較為詳盡的介紹。文中設(shè)計方案簡單、實用，以PLC作為自動控制系統(tǒng)，具有很多其他控制系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點，可靠性高，耐用等。并了解到PLC在自動門中程序的編寫，梯形圖的應(yīng)用，明白了PLC控制自動門工作的原理，了解了未來自動門控制的發(fā)展方向等。 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動門控制技術(shù)在

46、賓館、銀行等大門已普遍使用。用PLC來實現(xiàn)自動門的開、關(guān)，其優(yōu)點是非常顯著的，節(jié)能效果十分顯著，啟動電流小，各項控制指標(biāo)達到了用戶的要求，高度智能化。隨著PLC飛速發(fā)展，基于PLC的自動門控制系統(tǒng)以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的自動化等優(yōu)點將在未來得到更為廣泛的應(yīng)用。 本次畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我的創(chuàng)新意識。讓我學(xué)會將理論更好地聯(lián)系實際，并不斷地去超越自己，在程序的設(shè)計漫漫歷程中，讓我學(xué)會了堅持不懈，勇往直前，不輕易向困難低頭的精神。 致 謝 在大學(xué)兩年多的學(xué)習(xí)生涯里，我學(xué)到了很多，也懂得了很多。面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所

47、有老師和同學(xué)表示表示最誠摯的謝意！ 本文的構(gòu)思、規(guī)劃設(shè)計撰寫得到了居海清老師的悉心指導(dǎo)，在論文設(shè)計時給予熱心的指導(dǎo)以幫助，她學(xué)識淵博、敏銳的學(xué)術(shù)洞察力、認真的工作態(tài)度和嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、平易近人的為人風(fēng)格給予我深刻的印象，使我受益匪淺 值此論文完成之際，謹向所有曾幫助過我的指導(dǎo)老師、同學(xué)和朋友們致以衷心的感謝！ 吳迪

48、 二零一五年十二月 參考文獻 參考文獻 [1]《PLC原理及應(yīng)用技術(shù)》，湯自春主編，高等教育出版社，2006年 [2]《PLC分析與設(shè)計應(yīng)用》，高鴻斌等主編，電子工業(yè)出版社，2004年 [3]《電器與PLC控制技術(shù)》，郭和偉主編，北京清華大學(xué)出版社 2007.4.6 [4]《微波原理與技術(shù)》，趙克裕、許福永主編，北京高等教育出版社 2006.8.5 [5]《電氣控制技術(shù)》，齊占慶、王振臣主編，北京機械工業(yè)出版社 2008.7.8 [6]《電氣與可編程可編程控制器 》，常曉玲主編，北京機械工業(yè)出版社 2007.5.8 [7]《可編程控制器原理及程序設(shè)計》，崔亞軍主編，電子工業(yè)出版社，1993年 [8]《現(xiàn)代電氣及PLC應(yīng)用技術(shù)》，王永華主編，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年 [9]《可編程序控制器原理及應(yīng)用》，鐘肇新等編，華南理工大學(xué)出版社，2005年 [10]《圖解西門子S7-200系列PLC應(yīng)用88例》 鄭鳳翼、金沙編。電子工業(yè)出版社，2009.4。 附錄 附錄 附錄