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1、2013屆機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計（論文）*畢業(yè)設計（論文）題目 可編程自動門控制系統(tǒng)設計 院 系 * 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年 級 *級*班 學生姓名 * 學生學號 * 指導教師 * 職稱 * 完成畢業(yè)設計時間： * 年 * 月 目 錄摘 要 3第一章 自動門的概要41.自動門的分類42.國內(nèi)自動門發(fā)展現(xiàn)狀53.自動門技術發(fā)展方向5第二章 PLC的介紹61.PLC的起源62.PLC的應用領域63.PLC的基本結構64.PLC的各器件介紹75.PLC的功能76.PLC的主要特點77.PLC的工作原理7第三章 自動門控制系統(tǒng)功能要求分析91.課題研究內(nèi)容92.自動門控制系統(tǒng)構成9

2、3.自動感應門的工作過程104.自動門控制系統(tǒng)的控制要求10第四章 自動門的硬件選取111.自動感應門的基本組成112.自動門的機械傳動選取113.傳感器的選型11 3.1傳感器的組成11 3.2傳感器的分類11 3.3自動門行業(yè)傳感器介紹及選型11 3.4 MGK系列光電傳感器特點12 3.5光電傳感器使用及注意事項124.直流電動機的選型12 4.1直流電動機的調(diào)速12 4.2直流電動機的優(yōu)勢13 4.3自動門直流電動機的負載135.限位開關的選擇136.PLC的選型13 6.1 PLC的類型13 6.2 PLC經(jīng)濟的考慮13 6.3對PLC響應時間的要求14第五章 控制系統(tǒng)及程序設計15

3、1.自動門控制系統(tǒng)設計15 1.1自動門控制系統(tǒng)的硬件組成15 1.2控制要求152.自動門控制裝置主要技術指標153.自動門控制裝置系統(tǒng)的工作原理15 3.1開啟動作15 3.2關閉動作164.自動門控制裝置系統(tǒng)程序16 4.1自動門控制裝置原理框圖16 4.2自動門控制系統(tǒng)模擬實物圖17 4.3繼電器接觸控制圖17 4.4自動門PLC I/O分配表18 4.5 PLC控制輸入輸出接線18 4.6根據(jù)控制要求寫出自動門控制梯形圖18 4.7程序指令表19 4.8程序過程分析19 4.8.啟動程序20 4.8.2開門程序20 4.8.3延時程序20 4.8.4關門程序21 4.8.5手動開門/

4、關門程序21結論23致謝24參考文獻25可編程自動門控制系統(tǒng)設計何 彬重慶三峽學院應用技術學院機械設計及其自動化專業(yè)2009級 重慶萬州 404000摘 要 本文是關于自動門控制系統(tǒng)的設計，自動門系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、感應器件、驅動裝置和傳動裝置組成。主要工作原理是感應器件將檢測到的人體或物體信號傳送到PLC，PLC再綜合收到的自動門狀態(tài)信號作出判斷，而后發(fā)出控制信號，使驅動裝置運行，在通過傳動裝置帶動門的動作。隨著電子技術的發(fā)展，PLC不斷的更新，PLC控制已成為自動控制中最常見的方式之一。自動門就是自動控制應用的以典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門開關控制及良好的穩(wěn)

5、定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產(chǎn)商家很多都運用PLC來做門的控制器。目前自動門在日常生活中用越來越廣泛。PLC控制具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、維修方便等優(yōu)點。本文通過介紹自動門的設計要求、自動門的硬件設計、PLC選型、驅動裝置選型、感應器件的選型、系統(tǒng)軟件設計、PLC梯形圖設計等實現(xiàn)自動門控制的過程。關鍵字 自動門 PLC 感應器件 驅動裝置第1章 自動門的概要1. 自動門的分類自動門通常可分為: 平移自動門(如圖1- 1)、圓弧自動門(如圖1-2) 、折疊自動門(如圖1-3) 、旋轉自動門(如圖1-4) 等。 圖1-1 平移自動門圖1-2 圓弧自動門 圖1-3 折疊自動

6、門 圖1-4 旋轉自動門2. 國內(nèi)自動門發(fā)展現(xiàn)狀廠家多，規(guī)模小。0506這幾年來，自動門在國內(nèi)得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)大大小小生產(chǎn)自動門的廠家已有50多家，但普遍生產(chǎn)規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面還不具備和進口產(chǎn)品競爭的實力。 專業(yè)化分工趨勢顯現(xiàn)早期的生產(chǎn)廠家，一般是自主研發(fā)和生產(chǎn)，頂多委托代加工部分零部件。近兩年來，出現(xiàn)了專門生產(chǎn)主要部件的廠家，如電機、主控板、遙控器傳動件、塑料件等，這一趨勢使生產(chǎn)的門檻降低，進入的廠家進一步增多，導致競爭更加激烈。高、低檔次的市場進口產(chǎn)品借助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢，占據(jù)了高端市場。目前國內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善

7、的功能，但生產(chǎn)工藝略顯粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場。產(chǎn)品同質(zhì)化和市場特點導致利潤微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，加之自動門產(chǎn)品往往是開發(fā)商而非最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價格因素占的比重較大，加劇了市場競爭。其結果是眾多廠家一味地比拼價格，導致利潤微薄。同時，由于價格過低，也使產(chǎn)品的持續(xù)改進和發(fā)展受到限制。3. 自動門技術發(fā)展方向智能化，多功能：今后的還將進一步提高智能化程度，如自動檢測開關門行程位置，自動適應門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用等。免維護：采取多種措施，減少使用過程中的維護工作。多樣化：將會有各種各樣不同

8、外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。 高安全性：隨著用戶安全意識的提高，安全性將是用戶非常注重的一項指標。第二章 PLC的介紹1. PLC的起源PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導線將它同開關器件巧妙地連接，構成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀60年代末，它不斷吸收微電腦技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務。隨著微電子技術、計算機技術和數(shù)據(jù)通信技術的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)（如汽車制造業(yè)）對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術出現(xiàn)并快速發(fā)展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期

9、的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝、使用簡便、低價格、長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。2. PLC的應用領域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油

10、、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。3. PLC的基本結構圖2-1 PLC結構示意圖4. PLC的各器件介紹（1）、CPU即中央處理器(Central Processing Unit)，是PLC的核心部件，由運算器和控制器組成。（2）、I/O模塊即輸入/輸出模塊，是PLC與外界連接的接口。（3）、編程器是PLC最重要的外圍設備，是PLC不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。（4）、PLC內(nèi)部配有開關式穩(wěn)定電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉變成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源。

11、5. PLC的功能（1）、數(shù)據(jù)采集與輸出。（2）、控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等。（3）、數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學運算、比較、對字節(jié)的運算、PID運算、濾波等。（4）、輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運動等測量接口。（5）、通信、聯(lián)網(wǎng)功能?，F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制。多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉移、數(shù)據(jù)文文件轉移、監(jiān)視和診斷。（6）、支持人機界面功能。提供操作者以

12、監(jiān)視機器工作過程必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應用程序相互作用，以便做決策和調(diào)整，實現(xiàn)工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。（7）、編程、調(diào)試等，并且大部分支持在線編程。6. PLC的主要特點（1）、可靠性高。（2）、結構形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床，組合式適于集中控制系統(tǒng)。（3）、功能強大。（4）、編程方便，控制具有極大靈活性。（5）、適應工業(yè)環(huán)境。適應高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以 及電磁干擾環(huán)境。（6）、安裝、維修簡單。（7）、與DCS相比，價格低。（8）、當前PLC產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流。（9）、易學易用，深受工程技術人員歡迎。（10）、體積小，重

13、量輕，能耗低。 7. PLC的工作原理可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其工作原理與計算機控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個階段：（1）、輸入采樣掃描階段這是第一個集中批處理過程，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使

14、此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個差異對一般工程應用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時的。（2）、執(zhí)行用戶程序掃描階段這是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對用戶程序按順序進行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次

15、運算的中間結果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結果，也不是馬上去驅動外部負載，而是將其結果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應。在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。（3）、輸出刷新掃描階段這是第三個集中批處理過程，當CPU對全部用戶程序掃描結束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載。第3章 自動門控制系統(tǒng)功能要求分析1. 課題研究內(nèi)容以某銀行的平開自動

16、門為例，設計了以PLC為控制器的自動門控制系統(tǒng)。在銀行自動門正上方里外各安裝一個探測開關，當有人欲進入時，探測開關檢測出有人要進入或出去，從而產(chǎn)生輸出信號。PLC獲取到該輸入信號，啟動電機，將門打開。當門打開到一定程度后，碰到限位開關，限位開關動作，產(chǎn)生輸出信號，自動門停止動作。等待一段時間后，自動門自動合上。在閉合過程中，如探測開關檢測有人要進入或出去時，自動門停止閉合，并立刻打開。為了保障門的安全性，設置關門限位開關，從而保障在自動門閉合即將結束時，不會發(fā)生兩扇門相撞的事故。（如圖3-1） K1（K2） 圖3-12. 自動門控制系統(tǒng)構成自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制、驅動裝置、傳動裝置、感應

17、器件構成。采用自動和手動控制方式。自動門具體組成如圖3-2： 圖3-2由圖3-2可知，當感應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，使驅動裝置運行，通過傳動裝置帶動自動門的運動。3. 自動感應門的工作過程當自動感應門門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下：感應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，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。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)使自動感應門扇開啟；自動感應門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關自動感應門，通知馬達作

18、反向運動，關閉自動感應門。4. 自動門控制系統(tǒng)的控制要求（1）、當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關K1或K2時，開關執(zhí)行機構KM1動作，電動機高速正轉，當門移動到低速感應開關K5位置時，低速開門執(zhí)行機構KM3動作，當門移動到限位開關K3位置時，所有電動機停止運行。（2）、自動門在開門位置停留8s后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2動作，電動機高速反轉，當門移動到低速關門感應開關K6時，低速開門執(zhí)行機構KM4動作，當門移動到關門限位開關K4位置時，所有電機停止運行。（3）、在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。（4）、

19、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)到外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8s后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。（5）、開門與關門不可同時進行。第4章 自動門的硬件選取1. 自動感應門的基本組成（1）、主控制器：它是自動感應門的指揮中心，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)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。（2）、感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控器一個脈沖信號。（3）、動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制自動感應門扇加速與減速運行。（4）、自

20、動感應門扇行進軌道：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：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）、下部導向系統(tǒng)：是自動感應門門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。2. 自動門的機械傳動選?。?）、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，使得安裝很簡單。（3）、導軌：水平雙導軌結構，形式正懸掛，解決了側擺的問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側密封毛刷，形成密封式導軌，避免積塵對導軌及滑輪

21、的磨損，實現(xiàn)了維護方便的特點。（4）、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。（5）、皮帶：采用齒形皮帶，齒形皮帶的截面為曲線設計，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。3. 傳感器的選型3.1 傳感器的組成傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器主要由敏感元件和轉換元件組成。3.2 傳感器的分類傳感器目前采用二種分類方法：一種是按被測參數(shù)分類，如溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、速度傳感器等。另一種是按傳感器的工作原理分類，如應變式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器等。3.3 自

22、動門行業(yè)傳感器介紹及選型目前自動門行業(yè)運用的感應器件主要有微波感應器、紅外感應器、光電感應器等。微波感應器：又稱微波雷達，對物體的移動進行反應，因而反應速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所。微波感應器是以微波多普勒原理為基礎，平面型天線感應系統(tǒng)，以微處理器作控制。微波感應器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收，其探測方式具有非接觸探測、不受溫度、濕度、噪音的影響等優(yōu)點。紅外感應器：是對物體的存在進行反應，不管人員是否移動，只要處于感應器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應，另外，紅外感應器的反應速度比微波感應器慢。 光電感應器：是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流

23、的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場合得到應用。感應器根據(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)域的感應器。由于光電傳感器應用廣泛，本課題傳感器的檢測距離為1米，故而在本系統(tǒng)中選擇MGK系列光電傳感器。3.4 MGK系列光電傳感器特點（1）、具有自診斷穩(wěn)定工作區(qū)指示功能，可及時告知工作狀態(tài)是否可靠；（2）、對射式、反射式、鏡面反射式光電開關都有防止相互干擾功能

24、，安裝方便；（3）、響應速度快，高速光電開關的響應速度可達到0.1ms，每分鐘可進行30萬次檢測操作，能檢出高速移動的微小物體；（4）、采用專用集成電路和先進的SMT表面安裝工藝，具有很高的可靠性；（5）、體積?。ㄗ钚H203112mm）、重量輕，安裝調(diào)試簡單，并具有短路保護功能。3.5 光電傳感器使用及注意事項（1） 、避免強光源：光電開關在環(huán)境照度較高時，一般都能穩(wěn)定工作。但應回避將傳感器光軸正對太陽光、白熾燈等強光源。在不能改變傳感器（受光器）光軸與強光源的角度時，可在傳感器上方四周加裝遮光板或套上遮光長筒。（2） 、防止相互干擾：防止干擾最有效的辦法是投光器和受光器交叉設置，超過2組時

25、還拉開組距。 （3） 、鏡面角度影響：當被測物體有光澤或遇到光滑金屬面時，一般反射率都很高，有近似鏡面的作用。這時應將投光器與檢測物體安裝成1020的夾角，以使其光軸不垂直于被檢測物體，從而防止誤動作。（4） 、自診斷使用功能：在安裝或使用時，有時可能會由于臺面或背景影響以及使用振動等原因而造成光軸的微小偏移、透鏡沾污、積塵、外部噪聲、環(huán)境溫度超出范圍等問題。這些問題有可能會使光電開關偏離穩(wěn)定工作區(qū)，這時可以利用光電開關的自診斷功能而使其通過STABLITY綠色穩(wěn)定指示燈發(fā)出通知，以提醒使用者及時對其進行調(diào)整。4. 直流電動機的選型4.1 直流電動機的調(diào)速并勵或他勵直流電動機與交流異步電動機相

26、比雖然結構復雜、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。因為鼠籠式電動機在一般情況下是不能調(diào)速的，更不能無級調(diào)速。因此，對調(diào)速要求高的設備，均采用直流電動機。這是因為直流電動機能無級調(diào)速，機械傳動機構比較簡單。 由直流電動機的轉速公式4-1所示 n=（U-IaRa）/Ke （4-1）可知：Ra、和U中的任意一個值，都可使轉速改變，改變電樞電路中外電阻的方法也可進行調(diào)速。4.2 直流電動機的優(yōu)勢直流電動機在調(diào)速方面很簡單，相對于異步電動機來說又有以下的優(yōu)點：（1）、由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機的轉子尺寸得以減小，可以具有較低的慣性、更快的響應速度、更高的轉矩慣量比。（2）、

27、由于沒用轉子損耗（轉子使用永磁材料），也無需定子勵磁電流分量，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）、由于沒有轉子發(fā)熱，無刷直流電機也無需考慮轉子冷卻問題。（4）、交流異步電機由于其非線性本質(zhì)，實現(xiàn)控制極為復雜。無刷直流電機把其復雜的磁場定向控制簡化為離散狀態(tài)的轉子位置控制，無需坐標變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。4.3 自動門直流電動機的負載電動機是自動門能否良好工作的保障，根據(jù)測量，自動門單扇門的最大承重為120kg，為了保證自動門的正常運轉，故而本設計選用的是亞坦電機控制有限公司生產(chǎn)的45BLDC系列直流無刷電機，電

28、機直徑45，額定轉數(shù)4000轉，額定扭矩0.036N.m，功率70W100W，額定電壓24V。直流電機功率密度高，噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動機的結構簡單、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好、調(diào)速范圍寬、啟動轉矩大、運行效率高等諸多優(yōu)點，是應用于“輕、小、薄、安靜、精密、可靠”等場合的最佳選擇。5. 限位開關的選擇限位開關又稱行程開關，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。限位開關廣泛應用于各類機床、起重機械以及輕工機械的行程控制。當生產(chǎn)機械運動到某一運動位置時，限位開關通

29、過機械可動部分的動作，將機械信號轉化為電信號，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。 根據(jù)本次自動門設計的要求，故選擇滾輪式行程開關。而滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位式和雙滾輪(羊角式)非自動復位式，雙滾輪行移開關具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路。因為自動門需要自動復位，所以選擇單滾輪自動復位式行程開關。6. PLC的選型6.1 PLC的類型PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(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。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。

30、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卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的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)。結合本課題的應用角度考慮因此選用整體型PLC。6.2 PLC經(jīng)濟的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當點數(shù)增加到一數(shù)值后，相應的存儲器容量相應增加，因此，點數(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。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)

31、有較合理的性能價格比。本課題所設計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結合經(jīng)濟性的考慮因此選用整體型PLC。6.3 對PLC響應時間的要求對于多數(shù)場合，PLC的相應時間基本上能滿足控制要求。響應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定了它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，當有此類信號輸入時需要選用掃描速度高的PLC或快速響應模塊和中斷輸入模塊。綜合以上因素，本課題的設計采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7200小型PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。 第5章 控制系統(tǒng)及程序設計1. 自動門控制系統(tǒng)設計1.1 自動門控制系統(tǒng)的硬件組成由德國西門子公司S7200小型PLC、MGK系

32、列光電傳感器、亞坦45BLDC系列直流無刷電動機、門外光電探測開關K1、門內(nèi)光電探測開關K2、開門到限位開關K3、關門到限位開關K4、低速開門感應開關K5、低速關門感應開關K6、開門執(zhí)行機構KM1（使直流電動機正傳）、關門執(zhí)行機構KM2（使直流電動機反轉）、低速開門執(zhí)行機構KM3（使直流電動機低速正傳）、低速開門執(zhí)行機構KM4（使直流電動機低速反傳）等組成。1.2 控制要求（1）、當有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過光電檢測開關K1或K2時，開關執(zhí)行機構KM1動作，電動機高速正轉，當門移動到低速感應開關K5位置時，低速開門執(zhí)行機構KM3動作，當門移動到限位開關K3位置時，所有電動機停止運行。（2）、自

33、動門在開門位置停留8s后，自動進入關門過程，關門執(zhí)行機構KM2動作，電動機高速反轉，當門移動到低速關門感應開關K6時，低速開門執(zhí)行機構KM4動作，當門移動到關門限位開關K4位置時，所有電機停止運行。（3）、在關門過程中，當有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。（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)到外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8s后，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。（5）、開門與關門不可同時進行。2. 自動門控制裝置主要技術指標（1）、自動門采用平開形式，兩只門分別向左右移動實行開啟與關閉，單只

34、開啟門寬為1m，總開啟門寬度為2m；門框總長為4m，高為2m。（2）、采用高速、低速控制自動門開啟與關閉，高速開門速度：0.5m/s；低速開門速度：0.2m/s；高速關門速度：0.4m/s；低速關門速度：0.1m/s。（3）、單扇門的最大承重120kg。（4）、使用了光電傳感器；多種觸發(fā)開門方式（感應、按鈕、刷卡等）；后備電源；上電后門自動檢測運行；人夾住后反彈。3. 自動門控制裝置系統(tǒng)的工作原理3.1 開啟動作當人靠近自動門時，設置于門內(nèi)外側的檢測裝置（光電開關）將其檢測出來，之后，信號送到控制裝置。控制裝置接到該信號后驅動高速馬達向門的開啟方向旋轉帶動皮帶輪、皮帶或鏈條，使門向開啟方向運動

35、。當門接觸到減速開關時，信號送到控制裝置?？刂蒲b置接到該信號后驅動低速馬達向門的開啟方向旋轉并停止高速馬達。當門接近門接觸到開門限位開關時，信號送到控制裝置，控制裝置接到該信號后停止所有馬達，靠慣性行至門擋位置后停止。3.2 關閉動作當人離開檢測裝置的檢測范圍，開啟定時器定時結束后，控制裝置將高速馬達逆轉，使門向關閉方向動作，當門接觸到減速開關時，控制裝置將低速馬達逆轉，門徐行后在開門限位開關位置停止。4. 自動門控制裝置系統(tǒng)程序4.1 自動門控制裝置原理框圖（如圖5-1） 圖5-1 4.2 自動門控制系統(tǒng)模擬實物圖（如圖5-2） K1（K2） 圖5-24.3 繼電器接觸控制圖（如圖5-3）圖

36、5-34.4 自動門PLC I/O分配表（表5-1）輸入端輸出端X1門內(nèi)光電探測開關K1(SB1)Y1高速開門執(zhí)行機構KM1X2門外光電探測開關K2(SB2)Y2高速關門執(zhí)行機構KM2X3開門到限位開關K3(SB3)Y3低速開門執(zhí)行機構KM3X4關門到限位開關K4(SB4)Y4低速關門執(zhí)行機構KM4X5低速開門感應開關K5(SB5)Y5TMX計時器X6低速關門感應開關K6(SB6)X7啟動按鈕(SB7)X8停止按鈕(SB8)X9手動開門(SB9)X10手動關門(SB10) 表5-14.5 PLC控制輸入輸出接線（如圖5-4）圖5-44.6 根據(jù)控制要求寫出自動門控制梯形圖（如圖5-5） 圖5-

37、54.7 程序指令表（表5-2）0 LD X7 14 OR X2 28 LD T042 ANI X11 OR R1 15 OR Y129 OR Y243 ANI X22 ANI X8 16 OR Y330 ANI X644 AND R13 OUT R117 AND X531 ANI X145 ANI X84 LD X1 18 AND R132 ANI X246 ANI Y25 OR X2 19 ANI X833 AND RI47 OR X106 OR Y1 20 ANI Y134 ANI X8 48 ANI X47 ANI X521 OR X935 ANI Y4 49 OUT Y48 AND

38、R122 ANI X336 ANI X4 50 END9 ANI X823 OUT Y337 OUT Y2 10 ANI Y3 24 LD X338 LD TO 11 ANI X325 ANI X1 39 OR Y212 OUT Y126 ANI X240 OR Y413 LD X127 OUT TMX0 K8041 AND X6 表5-24.8 程序過程分析4.8.1 啟動程序（如圖5-6）X7：啟動按鈕；X8：停止按鈕；R1：PLC內(nèi)部繼電器圖5-6如圖5-6，按下啟動按鈕X7，內(nèi)部繼電器R1得電并自鎖，程序開始啟動。4.8.2 開門程序（如圖5-7）X1：門內(nèi)光電探測開關K1；X2：門外

39、光電探測開關K2；X3：開門到限位開關K3；X5：低速開門感應開關K5；R1：啟動繼電器；X8：停止按鈕；Y1：高速開門執(zhí)行機構KM1；Y3：低速開門執(zhí)行機構KM2。圖5-7按圖5-7所示，按下啟動按鈕，R1啟動繼電器閉合，當門內(nèi)外光電探測開關X1（K1）、X2（K2）分別檢測有人通過時，高速開門執(zhí)行機構Y1（KM1）閉合得電，電動機高速正轉，Y1（KM1）自鎖，自動門高速打開，當門觸碰低速開門感應開關X5（K5）時，高速開門執(zhí)行機構Y1（KM1）因失電停止，而低速開門執(zhí)行機構Y3（KM2）因得電閉合，電動機低速正轉，Y3（KM2）自鎖，自動門低速打開，當開門到限位開關X3（K3）檢測到門全部

40、打開時，使Y1（KM1）和Y3（KM2）失電，全部電機停止轉動，自動門停止開門。4.8.3 延時程序（如圖5-8）X3：開門到位限位開關K3；X1：門內(nèi)光電探測開關K1；X2：門外光電探測開關K2；TMX0：0.1秒定時器T0圖5-8如圖5-8所示，當自動門開到位時，觸碰開門到位限位開關X3（K3）并動作，門內(nèi)外探測開關X1（K1）、X2（K2）沒有檢測到人或物要通過時，定時器TMX0動作，當TMX0動作期間，門內(nèi)外探測開關X1（K1）、X2（K2）檢測到有人或物要通過時，停止動作，待門內(nèi)外探測開關X1（K1）、X2（K2）沒有檢測到人或物要通過重新動作。4.8.4 關門程序（如圖5-9）T0

41、：TMX0.1秒定時器；X4：關門限位開關K4；X6：低速關門感應開關K6；X1：門內(nèi)光電探測開關K1；X2：門外光電探測開關K2；R1：內(nèi)部繼電器（屬啟動程序）；X8：停止按鈕；Y4：低速關門執(zhí)行機構KM4；Y2：高速關門執(zhí)行機構KM2。圖5-9如圖5-9所示，程序正在運行，R1閉合。當自動門打開到位并且門內(nèi)光電探測開關X1（K1）和門外光電探測開關X2（K2）沒有檢測到有人或物通過，8S后，高速關門執(zhí)行機構Y2（KM2）得電關自鎖，電動機反轉，定時器T0復位，自動門開始高速關門狀態(tài)。當自動門觸碰到低速關門感應開關X6（K6）時，低速關門執(zhí)行機構Y4（KM4）得電關自鎖，高速關門執(zhí)行機構Y2

42、（KM2）失電而停轉，自動門進入低速關門狀態(tài)，當關門到位限位開關X4（K4）檢測到自動門關到位時，高速關門執(zhí)行機構Y2（KM2）和低速關門執(zhí)行機構Y4（KM4）失電而停轉，自動門停止動作。如果在關門期間，門內(nèi)光電探測開關X1（K1）和門外光電探測開關X2（K2）檢測到有人或物要通過時，高速關門執(zhí)行機構Y2（KM2）和低速關門執(zhí)行機構Y4（KM4）失電而停轉，并自動門進入開門運行狀態(tài)。4.8.5 手動開門/關門程序（1） 、手動開門程序（如圖5-10）X9：不帶自鎖手動開門按鈕；X3：開門到位限位開關K3；Y3：低速開門執(zhí)行機構KM3。圖5-10如圖5-10所示，該手動開門程序屬于開門程序的一部

43、分，由不帶自不帶自鎖手動開門按鈕X9；開門到位限位開關X3（K3）；低速開門執(zhí)行機構Y3（KM3）組成，按下按鈕X9，低速開門執(zhí)行機構Y3（KM3）得電正轉，進入開門狀態(tài)，當開門到位限位開關X3（K3）檢測門全部打開時，低速開門執(zhí)行機構Y3（KM3）失電停轉。該程序的目的是主動門出現(xiàn)故障時，自動控制系統(tǒng)不能控制時，由保安人員按下X9將自動門打開，避免人或物不能進出。（2） 、手動關門程序（如圖5-11）X10：不帶自鎖手動關門按鈕；X4：關門到位限位開關K4；Y4：低速關門執(zhí)行機構KM4圖5-11如圖5-11所示，該手動開門程序屬于開門程序的一部分，由不帶自不帶自鎖手動開門按鈕X10；開門到位

44、限位開關X4（K4）；低速開門執(zhí)行機構Y4（KM4）組成，按下按鈕X10，低速開門執(zhí)行機構Y4（KM4）得電反轉，進入關門狀態(tài)，當關門到位限位開關X4（K4）檢測門完全關閉時，低速開門執(zhí)行機構Y4（KM4）失電停轉。該程序的目的是主動門出現(xiàn)故障時，自動控制系統(tǒng)不能控制時，由保安人員按下X10將自動門關閉，避免晚上下班的時候自動關閉不了。結論畢業(yè)設計是檢測學生畢業(yè)前對所學知識的的應用，通過提出分析，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，來測試自己大學四年來學習的情況。我做的這個題目是有關與PLC系統(tǒng)理論與實踐相結合的設計。在對這個設計的材料搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應用有了進一步的提高，以及實際應用操作的

45、情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。通過這次設計實踐。讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運用中，也提高了我的工程素質(zhì)。由于我對一些細節(jié)的不加重視，當我把自己想出來的一些認為是對的程序運用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。轉換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因為我沒有把理論和實踐相結合，缺乏動手能力而造成的結果，最后通過老師的糾正和自己的實際操作，終于把正確的結果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。通過這次設計使我學會如何去培養(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，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實

46、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，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕言放棄，設計過程，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)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。致謝本次設計是在崔小勁老師的精心指導下完成的，在此，向他表示衷心的感謝。在我撰寫論文的過程中，老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構想和資料的收集方面，我都得到了老師悉心細致的教誨和無私的幫助。在此還要感謝大學四年來所有老師，是你們教導了我機電方面的知識，讓我能完成

47、這個設計。感謝其他同學在設計中提供大量的支持和幫助。同時還要感謝在百忙之中進行論文評審的老師們，對論文的不足之處敬請批評指正。即將畢業(yè)之際， 再一次向大學四年中在學習和生活中所有關心、支持、幫助過我的良師益友致謝。參考文獻1謝克明，夏路易. 可編程控制器原理與程序設計M北京，電子工業(yè)出版社，2002。2張進秋可編程控制器原理及應用實例M北京：機械，工業(yè)出版社，2003。3易傳祿. 可編程序控制器應用指南. 上海科普出版社。4鐘肇新, 彭侃. 可編程序控制器原理及應用. 華南理工大學出版社。5湯以范. 電氣與可編程序控制器技術. 機械工業(yè)出版社。6可編程序控制器CPU22X系統(tǒng)手冊. 西門子(中

48、國)有限公司。7楊后川，張瑞，高建設，曾勁松. 西門子S7-200 PLC應用100例. 北京電子工業(yè)出版社，20098韓權利，趙德申. 微機控制技術及應用. 北京機械工業(yè)出版社，2002 Abstract this paper is about the design of control system of automatic door, automatic door system mainly consists of a programmable controller ( PLC ), induction device, the driving device and the transmi

49、ssion device. The main working principle of induction device will be detected by the human body or an object signal is transmitted to the PLC, PLC received integrated automatic door status signal to judge, and then sends out a control signal, the driving device in operation, through the transmission

50、 device to drive the action doors.With the development of electronic technology, PLC constantly updated, PLC control has become the most common way to automatic control of. Automatic door is automatic control applied to a typical example, the programmable controller has good processing automatic doo

51、r switch control and good stability, and can be very simple to change the control way, therefore, automatic door production businesses are using PLC to make the door controller. The automatic doors in use in daily life more and more widely. The PLC control has high reliability, stability, convenient

52、 repair.This paper introduces the automatic door, automatic door design requirements for hardware design, selection, PLC drive device selection, induction device selection, system software design, PLC ladder diagram design to realize automatic door control process.Keywords automatic door PLC induction device driving device第 27 頁