基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文.doc

重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要I摘要本文論述的自動(dòng)門控制系統(tǒng)主要有以下幾部分構(gòu)成：可編程控制器（PLC）、信號(hào)采集裝置、變頻器、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置。PLC選用日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的FX2N-32M小型PLC；信號(hào)采集裝置選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的微波感應(yīng)器；變頻器采用日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的FR-540變頻器；驅(qū)動(dòng)裝置采用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的YSM100/112、W、S三相異步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)矩為0.43N.m，額定轉(zhuǎn)速為400r/min；傳動(dòng)裝置采用皮帶來帶動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)對(duì)周圍環(huán)境的要求較低。本設(shè)計(jì)主要的工作原理是通過信號(hào)采集裝置判定有無人經(jīng)過并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號(hào)傳到PLC，PLC根據(jù)開關(guān)信號(hào)的來控制變頻器的開停和速度的變換，再由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)門PLC變頻器感應(yīng)器重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄II目錄摘要.I1緒論.11.1國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀.11.2本課題研究的內(nèi)容.21.2本課題研究的目的和意義.32自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案.52.1自動(dòng)門的功能需求分析.52.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟.52.3自動(dòng)門技術(shù)參數(shù)的確定.62.4自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).73自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì).93.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).93.2可編程控制器（PLC）的選型.93.2.1PLC概述.93.2.2PLC的選型.123.3驅(qū)動(dòng)裝置的選型.143.4變頻器的選型.143.4.1變頻器原理.143.4.2變頻器的選型.143.4.3變頻器的參數(shù)設(shè)定.153.5感應(yīng)開關(guān)的選型.164自動(dòng)門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).184.1PLC梯形圖概述.184.2梯形圖編程環(huán)境.184.3梯形圖的設(shè)計(jì).195系統(tǒng)調(diào)試.215.1程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析.216總結(jié).22致謝.23參考文獻(xiàn).24重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論11緒論1.1國內(nèi)外自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀在國外，進(jìn)入90年代以來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，并取得了驚人的成就，自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門的重要部分，在現(xiàn)在人們生活中自動(dòng)門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵、同時(shí)可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用廣泛。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動(dòng)門在人們的生活中的運(yùn)用越來越廣泛，自動(dòng)門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動(dòng)門。但在國內(nèi)，自動(dòng)門的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。由于門體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動(dòng)門又可以分為重型自動(dòng)門和輕型自動(dòng)門。客流量的差異會(huì)對(duì)自動(dòng)門的使用產(chǎn)生很大的影響，因此，自動(dòng)門還可以分為一般自動(dòng)門和頻繁使用的自動(dòng)門。自動(dòng)門根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折疊門等，自動(dòng)平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是指自動(dòng)平移門，目前市場(chǎng)上流行的平移型自動(dòng)門一般是兩開，這種門的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易控，維護(hù)方便。自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)有人走進(jìn)自動(dòng)門的時(shí)候，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)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(chǎng)上得到大范圍的普及。自動(dòng)門的控制方法的很多，從控制器的不同來分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運(yùn)用現(xiàn)在自動(dòng)化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點(diǎn)，因此被很多生產(chǎn)商所運(yùn)用，由于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制的自動(dòng)門所淘汰。在智能控制器的選擇上，自動(dòng)門的主控器有微電腦控制和可編程控制器（PLC）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動(dòng)門，PLC控制的特點(diǎn)是穩(wěn)定性高，維護(hù)方便。重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論2由于目前沒有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的產(chǎn)品都按照自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求和測(cè)量方法都不盡相同，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場(chǎng)上造成了較大的混亂，給用戶選擇帶來不便，也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要制定自動(dòng)門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)以及測(cè)試方法等，引導(dǎo)市場(chǎng)有序競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。在建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)和門業(yè)標(biāo)委會(huì)的大力推動(dòng)下，自動(dòng)門標(biāo)準(zhǔn)編制工作已經(jīng)展開，目前有許繼施普雷特機(jī)電設(shè)備有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈陽未來科技發(fā)展有限公司、福建漳州市麒麟電子有限公司和上海昌順電子信息技術(shù)有限公司等5家單位參與了此標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。2005年4月2日，在北京召開了編制組成立會(huì)和首次工作會(huì)議。經(jīng)過編制組兩個(gè)多月的工作，現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)的初稿已經(jīng)形成，擬于近期召開編制組第二次工作會(huì)議，對(duì)初稿進(jìn)行討論和修改。經(jīng)過多年發(fā)展，自動(dòng)門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：智能化，多功能：今后的還將進(jìn)一步提高智能化程度，如自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)門行程位置，自動(dòng)適應(yīng)門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護(hù)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(hù)：采取多種措施，減少使用過程中的維護(hù)工作。多樣化：將會(huì)有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。高安全性：隨著用戶安全意識(shí)的提高，安全性將是用戶非常注重的一項(xiàng)指標(biāo)，也將是一項(xiàng)基本要求。1.2本課題研究的內(nèi)容本設(shè)計(jì)將在以下幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。.自動(dòng)門類型的選擇。綜合了自動(dòng)門的簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有手動(dòng)和自動(dòng)開門功能和分時(shí)間段控制功能以及配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場(chǎng)等人流眾多的場(chǎng)所的高效率、高安全性的要求。.自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需求，故在本設(shè)計(jì)中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱FX系列PLC。在自動(dòng)門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計(jì)以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用變頻器的三段速控制來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動(dòng)裝置選用功率強(qiáng)大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，在感應(yīng)器運(yùn)用自動(dòng)門專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)自動(dòng)門的控制。重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論3.自動(dòng)門軟件的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門控制的要求，并能更好的考慮到安全和故障報(bào)警燈問題。1.2本課題研究的目的和意義21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(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。自動(dòng)門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級(jí)形式-自動(dòng)門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門家族。大中型公共場(chǎng)所，為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿彩。自動(dòng)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(duì)門的功能的提升和完善。所以對(duì)自動(dòng)門的認(rèn)識(shí)應(yīng)該從人對(duì)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(shí)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。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人看管，同時(shí)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，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。同時(shí)也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場(chǎng)所裝修必不可少的一項(xiàng)配置。自動(dòng)平移門最常見的形式是自動(dòng)門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)加雷達(dá)，當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，雷達(dá)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開門信號(hào)，控制器通過驅(qū)動(dòng)裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動(dòng)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(chǎng)上得到大范圍的普及。自動(dòng)門的開門信號(hào)是觸點(diǎn)信號(hào)，微波雷達(dá)和紅外傳感器是常用的兩種信號(hào)源。微波雷達(dá)是對(duì)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(chǎng)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(dòng)后，雷達(dá)便不再反應(yīng)，自動(dòng)門就會(huì)關(guān)閉，對(duì)門機(jī)有一定的保護(hù)作用。紅外傳感器對(duì)物體存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員移動(dòng)與否，只要處于傳感器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)即傳出觸點(diǎn)信號(hào)。缺點(diǎn)是紅外傳感器的反應(yīng)速度較慢，適用于有行動(dòng)遲緩的人員出入的場(chǎng)所。自動(dòng)門在國外早已得到普遍通用，在我國也逐步得到大家的認(rèn)同，已經(jīng)迎來了自動(dòng)門發(fā)展的黃金時(shí)期。重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論4PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)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)，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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)。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)。本課題的自動(dòng)門設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC做控制器大大提高自動(dòng)門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于整個(gè)自動(dòng)門行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動(dòng)門的使用率，因此，進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1自動(dòng)門的功能需求分析本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需求有安全和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改進(jìn)了自動(dòng)門的友好性。根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)具有以下功能：1.開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)開門方式由手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，門可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開關(guān)失效，由感應(yīng)器檢測(cè)到有人接近門口且門未打開或者檢測(cè)到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)開門或者關(guān)門。2.蜂鳴器的提示功能當(dāng)自動(dòng)門開啟和關(guān)閉時(shí)，PLC輸出信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來往行人注意。3.防夾人功能為了杜絕自動(dòng)門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制方式，此種控制模式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過程中最主要的是先列出設(shè)計(jì)的主要步驟流程圖。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要要考慮以下幾點(diǎn)：1.深入了解和分析自動(dòng)門的工藝條件和控制要求。2.確定I/O設(shè)備。常用輸入設(shè)備有按鈕、開關(guān)、傳感器等。3.根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案65.設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的梯形圖的程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，將系統(tǒng)程序更加完善。7.自動(dòng)門系統(tǒng)的整體調(diào)試，在PLC軟硬件和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題逐一排除，直至調(diào)試成功。圖2.2設(shè)計(jì)調(diào)試步驟圖設(shè)計(jì)安裝線路現(xiàn)場(chǎng)施工連線修改程序測(cè)試正常？滿足要求？自動(dòng)門整體測(cè)試安全使用編制技術(shù)文件繪制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖程序?qū)懭隤LC軟件測(cè)試開始確定I/O點(diǎn)數(shù)PLC硬件系統(tǒng)配置分析控制要求分配I/O點(diǎn)重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案72.3自動(dòng)門技術(shù)參數(shù)的確定自動(dòng)平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體的兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動(dòng)門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)該常調(diào)節(jié)門體，修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體的重量，不能超過自動(dòng)門的額定負(fù)重。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動(dòng)門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場(chǎng)、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可以達(dá)成千上萬人次，或者在特定時(shí)間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動(dòng)門就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量。加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時(shí)間等。自動(dòng)門具體參數(shù)設(shè)定如下：?jiǎn)紊乳_啟寬度（mm）1250mm（最寬）單扇門的最大承重（kg）1120kg高度（mm）2500mm最快開/關(guān)門速度（cm/s）60cm/s常速開/關(guān)門速度（cm/s）32.5cm/s減速開/關(guān)門速度（cm/s）20cm/s開啟保持時(shí)間（s）15s(程序中可調(diào))可編程控制器（PLC）電源