畢業(yè)設計論文PLC自動門控制系統(tǒng)設計

1緒論在經濟飛速發(fā)展的中國，在我們高樓矗立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經是隨地可見。自動門不僅能給我們帶來人員進出以便、節(jié)省空調能源、防風、防塵、減少噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。可編程控制器（PLC）在繼電器的控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的，是一種應用于工業(yè)生產過程控制，具有實時數字化處理能力的硬件設備，為工業(yè)自動化提供高可靠性的自動控制裝置。

可編程控制器（PLC）在工業(yè)現場因其編程以便，抗干擾能力強，獲得了廣泛的應用。具有可靠性高，環(huán)境適應好，編程簡樸，使用以便以及體積小，重量輕，功耗低等長處，迅速成為現代工業(yè)自動化的支柱設備。

由于自動門的合用性、可編程控制器（PLC）的優(yōu)越性，為此我設計自動門裝置，它靠光電檢測開關自動檢測有無人員通過，具有安裝維護簡樸、以便可靠、節(jié)能和安全等多種特性。本文論述的自動門控制系統(tǒng)重要由如下幾部分構成：可編程控制器(PLC)、信號采集裝置、變頻器、驅動裝置、傳動裝置。可編程控制器選用日本三菱電機企業(yè)生產的FX2N-32M小型PLC；信號采集裝置選用上海晶園微電子企業(yè)生產的微波感應器；變頻器采用日本三菱電機企業(yè)生產的FR－540變頻器；驅動裝置采用天津安全電機有限企業(yè)生產的YSM100/112、W、S三相異步電動機，額定轉矩為0.43N.m，額定轉速為400r/min；傳動裝置采用皮帶來帶動門的運動。本設計對于周圍環(huán)境的規(guī)定較低。本設計重要的工作原理是通過信號采集裝置鑒定有無人通過并將信號轉換成開關量信號傳到PLC，PLC根據開關信號的來控制變頻器的開停和速度的變換，在由傳動裝置帶動門運動。2設計的意義和規(guī)定的簡介2.1究背景和研究意義二十一世紀的今天，門愈加突出了安全理念，強調了有效性：有效地防備、通行、疏散，同步還突出了建筑藝術的理念，強調門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調、友好。自動門大規(guī)模專業(yè)化生產始于150年前，在不停發(fā)展和完善的過程中，涌現出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式--自動門來源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解應當是門的使用觀念的延伸，是人們根據需要對門的功能的提高和完善。因此對自動門的認識應當從人對門功能的規(guī)定開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同步滿足隔離外部環(huán)境和不阻礙人的通行這兩種規(guī)定。因此門體自身應牢固、密封。自動門的普及和應用，變化了人們的防護意識，提高了人們的安全觀念。自動門除可美化出入口環(huán)境外由于中國沒有有關的自動門國標，導致自動門檔次、質量良莠不齊。假如你沒有使用過自動門，最佳選擇一種由專業(yè)廠生產、能提供較完善售后服務的自動門品牌（目前有諸多自動門品牌是由某些貿易企業(yè)購置散件加上自己拼裝而成，應盡量防止購置此類產品）。不要認為樣本上所有是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的著名品牌，合法的商品不會這樣做。由于中國沒有有關的自動門國標，導致自動門檔次、質量良莠不齊。假如你沒有使用過自動門，最佳選擇一種由專業(yè)廠生產、能提供較完善售后服務的自動門品牌（目前有諸多自動門品牌是由某些貿易企業(yè)購置散件加上自己拼裝而成，應盡量防止購置此類產品）。不要認為樣本上所有是外國語，資料也是外國語的商品就是進口的商品，其實這樣是違反國家規(guī)定的。真正的著名品牌，合法的商品不會這樣做。在購置自動門時最佳在授權的指定經銷商處或認定銷售店的商店購置（有懸掛的授權書），并且在購置時要清晰所購置設備的基本配置，防止買家克扣部件。自動門根據使用的場所及功能的不一樣可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場所較少，旋轉門由于昂貴并且非常寵大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應門就是指自動平移門。由于自動門在通電后可以實現無人看守，同步又可節(jié)省空調能源、防風、防塵、減少噪音，既以便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外的建筑市場上得到大范圍的普及。同步也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項配置。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內外兩側加雷達，當人走近自動門時，雷達感應到人的存在，給控制器一種開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動平移門在通電后可以實現無人管理，既以便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源。微波雷達是對物體的位移反應，因而反應速度快，合用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反應，自動門就會關閉，對門機有一定的保護作用。紅外傳感器對物體存在進行反應，不管人員移動與否，只要處在傳感器的掃描范圍內，它都會反應即傳出觸點信號。缺陷是紅外傳感器的反應速度較慢，合用于有行動緩慢的人員進入的場所。本文擬使用PLC設計一種自動門控制器系統(tǒng)。2.2自動門的簡介人類文明的產物，自動門已經通過了數十年的漫漫發(fā)展，至今為止，通過應用PLC控制系統(tǒng)及其他多種科技產品，已經具有了及其完善的控制技術，形成了具有龐大規(guī)模的自動門家族。并且根據不一樣的需求制定了一系列的原則。如JG/T177-是由中華人民共和國建設部于-12-01制定的中國自動門原則編號，原則內容重要有：規(guī)定了建筑用多種自動門的分類、規(guī)格、代號、材料、規(guī)定、試驗措施、檢查規(guī)則和標志、包裝、運送、貯存。本原則合用于推拉自動門(弧形自動門)、平開自動門、折疊自動門、旋轉自動門。其他自動門可參照執(zhí)行。有特殊規(guī)定的自動門，還應參見其有關原則。門和人類文明是孿生的，它伴伴隨人類文明的發(fā)展而躍動。數千年來，門一直作為人類社會活動的守護神，拒侵入者于門外，而作為人類社會活動的航道，門又承載著文明，追尋著人們向往的光輝彼岸。

人類對文明的渴望是無窮盡的。從古埃及到古羅馬到今天的現代社會，都可以見到門邁動的足跡。

往昔，門的屏障作用是被動隔離，而通道作用僅僅是保證通行。

二十一世紀的今天，門愈加突出了安全理念，強調了有效性：有效地防備、通行、疏散，同步還突出了建筑藝術的理念，強調門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調、友好。

門的高級形式--自動門來源在歐美，從188月，德標企業(yè)成功設計并開發(fā)出世界第一臺感應自動門，門大規(guī)模專業(yè)化生產始于150年前，在不停發(fā)展和完善的過程中，涌現出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。迅速發(fā)展至今天，已經形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。

中國早在十數年前就開始引用歐洲自動門，并把它應用在酒店、機場、購物中心、銀行、寫字樓等大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。2.3自動門控制系統(tǒng)總體方案設計2.3.1自動門的功能需求分析本設計面向商場入口的應用，需要有安全和可靠性，在設計的時候改善了自動門的友好性，構造如圖2-1所示：圖2-1自動門構造圖根據商場中對自動門的詳細規(guī)定，本課題所設計的自動門應具有如下功能：(1）開門和關門控制應具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉換開關來控制。當轉換開關撥向手動位置時，門可以手動調整開或者關。當轉換開關撥向自動位置時，手動開門失效，由感應器檢測到有人靠近門口且門未打開或者檢測到已無人靠近門且門未關閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉或者反轉來實現開門或者關門。自動門控制系統(tǒng)包括PLC控制和動作執(zhí)行元件構成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構從而控制門的開和關實現門的自動化控制。2.3.2系統(tǒng)設計的基本環(huán)節(jié)在自動門系統(tǒng)設計與調試過程中最重要的是先列出設計的重要環(huán)節(jié)流程圖，如圖2-2所示。在自動門控制系統(tǒng)的設計過程中重要要考慮如下幾點：1）深入理解和分析自動門的工藝條件和控制規(guī)定。2）確定I/O設備。根據自動門控制系統(tǒng)的功能規(guī)定，確定系統(tǒng)所需的顧客輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈等。3）根據I/O點數選擇合適的PLC類型。4）分派I/O點，分派PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分派表或者輸入輸出端子的接線圖。5）設計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據工作規(guī)定設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設計的關鍵工作。6）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序愈加完善。7）自動門系統(tǒng)的整體調試，在PLC軟硬件設計和現場施工完畢后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯機調試，調試種發(fā)現的問題要逐一排除，直至調試成功。圖2-2設計調試環(huán)節(jié)圖2.3.3自動門技術參數確實定自動平移門安裝和調試的關鍵是提高精度，即導軌的平直度和水平度，門體的兩個吊掛點所形成的直線與導軌的平行度和垂直度，最大程度地減少門體的靜態(tài)側擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應常常調整門體，修正運行產生的誤差。要嚴格限制門體重量，不能超過自動門的額定負重。一般在三個月最多一年內要對自動門進行全面的清理和調整。公共場所的自動平移門由于使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命均有限。例如機場、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可到達千上萬人次，或者在特定期間段里集中通過大量人員，在這種狀況下，要使用自動門就必須進行綜合考慮。例如增長門的數量，加大門扇寬度，增長關門延遲時間等。詳細參數如表2-1所示。表2-1自動門詳細參數單扇啟動寬度（mm）1250mm（最寬）單扇門的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2500mm最快開/關門速度（cm/s）60cm/s常速開/關門速度（cm/s）32.5cm/s減速開/關門速度（cm/s）20cm/s啟動保持時間（s）15s（程序中可調）可編程控制器（PLC）電源220VAC,50-60Hz驅動器電源380VAC,50Hz驅動器輸出額定功率120W在本畢業(yè)設計的自動門針對人流較多的商場，應對周圍環(huán)境進行綜合考慮，因此在本課題的自動門機械傳動設計中考慮了如下幾種方面：1）自動門的傳動重要包括安裝板，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。3）電機：驅動電機采用380V三相交流電機，功率大，可調性強。4）導軌：水平雙導軌構造，形成正懸掛，處理了側擺的問題，從而保證了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側密封毛刷，形成密封式導軌，防止積塵對導軌及滑輪的磨損，實現了維護方面的特點。5）滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同步尚有一定的減震效果。6）皮帶：采用齒形皮帶,齒形皮帶的齒形截面為曲線設計，增長了齒形的高度，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）傳動構造如圖2-3所示。其中馬達皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內徑為13.5cm,外徑為28.5cm。圖2-3機械傳動3自動門控制系統(tǒng)硬件簡介3.1控制系統(tǒng)構造設計本設計運用PLC控制變頻器來調整交流電機運轉來實現自動門運轉的控制方式。采用變頻器電路，構造簡樸，控制以便、可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點。交流電機驅動系統(tǒng)與直流電機驅動系統(tǒng)相比，具有效率高、構造簡樸、維護以便、易于冷卻和壽命長等長處,并且系統(tǒng)調速范圍寬，并且能實現低速恒轉矩、高速恒功率運轉等特性。伴隨變頻技術的發(fā)展，交流電機控制的成本得以減少，為交流驅動系統(tǒng)在自動門中的大量運用提供了條件。控制系統(tǒng)構造圖如圖3-1所示：變頻器門內外感應器采集信號變頻器門內外感應器采集信號PLCPLC交流電機交流電機手動控制開關手動控制開關開/關門指示燈開/關門指示燈蜂鳴器蜂鳴器安全感應器安全感應器圖3-1控制系統(tǒng)構造圖3.2可編程控制器(PLC)的選型3.2.1PLC概述可編程控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所規(guī)定的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于一般計算機。一般計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息自身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。尤其要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現，可以說是PLC實現控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界互換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有多種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有如下基本的功能：eq\o\ac(○,1)邏輯處理功能；eq\o\ac(○,2)數據運算功能；eq\o\ac(○,3)精確定期功能；eq\o\ac(○,4)高速計數功能；eq\o\ac(○,5)中斷處理（可以實現多種內外中斷）功能；eq\o\ac(○,6)程序與數據存儲功能；eq\o\ac(○,7)聯網通信功能；eq\o\ac(○,8)自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡一般小型計算機能實現的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是老式的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了也許，同步，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化發(fā)明了條件。3.2.2與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別a.本質區(qū)別單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)，而PLC控制系統(tǒng)是基于板級或模塊級的系統(tǒng)。其實PLC自身就是一種單片機系統(tǒng)，他是已經開發(fā)好的單片機產品。開發(fā)單片機控制系統(tǒng)屬于底層開發(fā)，而設計PLC控制系統(tǒng)是在產品的單片機控制系統(tǒng)上進行二次開發(fā)。b.使用場所單片機控制系統(tǒng)適合于家電產品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產的控制器產品等場所使用；而PLC控制系統(tǒng)適合在單片機電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領域的制造業(yè)自動化和過程中使用。c.使用過程設計開發(fā)一種單片機控制系統(tǒng)，需要先設計硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置多種所需要的電子元件，焊接電路板，進行硬件調試，進行抗干擾等大量工作需要專門的開發(fā)裝置和低級編輯語言控制程序，進行系統(tǒng)聯調；而PLC不必操心內部的計算機系統(tǒng)與否可靠和他們的抗干擾能力，軟件設計使用工業(yè)編程語言，相對來說比較簡樸。進行系統(tǒng)調試時，由于有好的工程工具協(xié)助，因此非常輕易。3.2.3可編程控制器（PLC）的選型在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用規(guī)定是設計選型的重要根據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制規(guī)定，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制規(guī)定，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最終選擇有較高性能價格比的PLC和設計對應的控制系統(tǒng)。1）輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數估算時應考慮合適的余量，一般根據記錄的輸入輸出點數，再增長10%～20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。根據估算的措施故本課題的I/O點數為輸入12點，輸出12點。2）存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器自身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中顧客應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量不不小于存儲器容量。設計階段，由于顧客應用程序尚未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才懂得。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，一般采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不一樣公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一種字），此外再按此數的25%考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲條梯形圖，這樣才能在后來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、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據本課題所設計的自動門控制的需要，重要簡介如下幾種功能的選擇。（1）控制功能PLC重要用于次序邏輯控制，因此，大多數場所常采用單回路或多回路控制器處理模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完畢所需的控制功能，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和編程器公用一種CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完畢編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可減少系統(tǒng)成本，但使用和調試不以便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一種掃描周期內與編程器進行數據互換，編程器把在線編制的程序或數據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作以便，在大中型PLC中常采用。五種原則化編程語言：次序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、構造文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其原則（IEC6113123），同步，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場所的控制規(guī)定。（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置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息互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能力的規(guī)定，并影響平均維修時間。4）機型的選擇(1)PLC的類型PLC按構造分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現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)，一般可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型PLC的I/O點數固定，因此顧客選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此顧客可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數，功能擴展以便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經濟性的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同步考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等原因，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。當點數增長到某一數值后，對應的存儲器容量對應增長，因此，點數的增長對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇均有影響。在估算和選用時應充足考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結合經濟性的考慮因此選擇整體型PLC。綜合以上原因，本課題的設計采用日本三菱企業(yè)生產的FX2N-32M小型PLC來實現整個自動系統(tǒng)的控制，如圖3-2所示。圖3-2FX2N可編程控制器（PLC）三菱FX2N-32M具有如下長處：最大范圍地包容了原則特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不一樣的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可認為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量：三菱FX2N-32M包括8K步內置RAM寄存器，用一種寄存器盒可擴充到16K步RAM或EEPROM。豐富的元件資源：3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數器和8000點數據寄存器、實時時鐘、使用原則型號實時時鐘滿足時間敏捷度應用規(guī)定。3.3驅動裝置的選型自動門的驅動器是自動門能否良好工作的保障，在本設計中是運用變頻器的三段速度調整來自動調整電機的速度，以到達驅動自動門的目的。這種措施具有穩(wěn)定性能好，維修以便，連接簡樸，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)主流控制方式。根據本課題所設計的自動門的規(guī)定應選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保護等符合國際安全原則規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的特點的并且轉速不高于500r/min的電機，在結合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設計的自動控制系統(tǒng)的驅動裝置選用天津安全電機有限企業(yè)生產的型號為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機，電機如圖3-3所示。圖3-3YSM100/112、W、S交流電機3.4變頻器的選擇3.4.1變頻器的原理變頻器是運用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們目前使用的變頻器重要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供應電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分構成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可變化的交流電力拖動設備。變頻器調速的重要工作原理是將供應電機定子的三相交流工頻電經大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調整技術逆變?yōu)轭l率可調、幅度也隨之變化的三相交流電，以此為電源再供應電機使用。3.4.2變頻器的選型根據自動門的需要，變頻器選型時要確定如下幾點：1.變頻器與負載的匹配問題（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。本次所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。（2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機的最大起動電流為Y形接法為0.37A，△形接法為0.64A，本設計中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應不小于電機的Y形接法的最大起動電流。（3）轉矩匹配；這種狀況在恒轉矩負載或有減速裝置時有也許發(fā)生，本課題所用電機的最初起動轉矩為1.4Nm，在選型中要考慮。2.在使用變頻器驅動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增長導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍不小于一般電機的選型。綜合以上原因，本課題變頻器采用日本三菱企業(yè)生產的FR－500系列中的FR-540變頻器（如圖3-4所示）作為控制電機轉速的控制器。圖3-4三菱FR-540變頻器三菱FR-540變頻器具有如下長處：(1)接線簡樸，可運用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉和頻率。(2)安裝靈活，可以根據實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。(3)頻率設置簡樸，并且具有三速設定功能，可以滿足本課題自動門系統(tǒng)的控制規(guī)定，且操作以便，只需輕輕轉動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設置。3.4.2變頻器的參數設定本課題所設計的自動門系統(tǒng)具有如下速度規(guī)定：自動門規(guī)定迅速啟動→（限位）常速運行→（限位）慢速運行→停止,構成了如圖3-5的開門和關門曲線。根據轉速公式：n=60f/p(1-s)其中f表達電流的頻率，p表達電機的極對數，s表達電機的轉差率，n表達轉子的實際轉速，計算出變頻器的設定頻率。根據公式和電機參數p=6，額定轉速為400r/min，算出電機的轉差率S=-0.25，馬達皮帶輪與門上的皮帶輪外徑、門上的皮帶輪內徑轉速比為5.7：1：2.1,得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪內徑轉速比為2.4：1。1.根據上一章提到的門的規(guī)格,加速開門或者關門的距離為30cm，時間控制在0.5S，速度為3600cm/min，此時規(guī)定轉子的轉速為204r/min。2.中速開門和關門的距離為65cm，時間為2s,速度為1950cm/min，此時規(guī)定電機的轉速為110.4r/min。3.減速開門和關門的距離為30cm,時間為1.5s,速度為1200cm/s，此時規(guī)定電機的轉速為67.9r/min。根據以上速度規(guī)定設置變頻器，變頻器的頻率詳細設定方式見表3-1，根據如下設定方式按課題規(guī)定設定好變頻器三速控制的頻率。圖3-5開門和關門曲線表3-1變頻器設定名稱設定范圍最小設定單位設定值上限頻率(Pr1)0～120Hz0.1Hz50Hz下限頻率(Pr2)0～120Hz0.1Hz0.1Hz3速設定（高速）(Pr4)0～120Hz0.1Hz25.5Hz3速設定（中速）(Pr5)0～120Hz0.1Hz13.8Hz3速設定（低速）(Pr6)0～120Hz0.1Hz8.5Hz加速時間(Pr7)0～999s0.1s0.3s減速時間(Pr8)0～999s0.1s0.3s操作模式選擇(Pr79)0～4,7,8123.5感應開關的選型目前自動門行業(yè)的運用的感應開關重要有觸摸感應開關，微波感應器，紅外感應器，靠近感應開關等，根據不一樣的功能和性能運用在各類不一樣場所的自動門控制系統(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，可以選擇高敏捷度的感應器；在人行道邊上的銀行、商店等常常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應器。目前自動門行業(yè)運用的感應器件重要有微波感應器、紅外感應器等。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，合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，平面型天線昨感應系統(tǒng)，以微處理器作控制。整機關鍵元器件均為進口器件，方案設計選擇器件均保證了產品可靠性。微波感應器的特點：微波感應器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接受。其探測方式詳細如下長處：（1）非接觸探測。（2）不受溫度、濕度、噪音。紅外感應器，是對物體的存在進行反應，不管人員與否移動，只要處在感應器的掃描范圍內，它都會反應，此外，紅外感應器的反應速度比微波感應器慢。根據不一樣的功能和性能運用在各類不一樣場所的自動控制系統(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，可以選擇高敏捷度的感應器；在人行道邊上的銀行、商店等常常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應器。結合本課題的實際需要在設計自動門的人員檢測上運用上海順安達門業(yè)裝飾有限企業(yè)的微波自動門感應器WB-3004，其規(guī)格如下：表3-2自動門感應器WB-3004型號WB-3004供電電壓AC/DC12V~AC/DC24V工作頻率范圍50HZ`60HZ感應探頭工作頻率10.525GHz(9.00GHz~12.00GHZ)工作指示方式LED感應時間/延時時間REALTIME/0.5SEC感應范圍4.0M(W)X3.0M(D)靜態(tài)功耗200mW12V工作功耗550mW12V探頭可調整角度40~160工作溫度范圍-25~+60相對濕度0-95%4功能器件的基本工作原理4.1自動感應門機的基本工作原理及流程4.1.1自動門的原理自動門的基本工作原理：自動門機的基本構成大體上相似，有了以上構成，再加上開門信號，就可以配置成一套簡樸的自動門系統(tǒng)了。自動門的系統(tǒng)配置是指根據使用規(guī)定而配置的，與自動門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必須根據建筑物的使用特點。通過人員的構成，樓宇自控的系統(tǒng)規(guī)定等合理配置輔助控制裝置。自動門的開門信號是觸點信號，微波雷達和紅外傳感器是常用的兩種信號源：微波雷達是對物體的位移反應，因而反應速度快，合用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動后，雷達便不再反應，自動門就會關閉，對門機有一定的保護作用；紅外傳感器對物體存在進行反應，不管人員移動與否，只要處在傳感器的掃描范圍內，它都會反應即傳出觸點信號。缺陷是紅外傳感器的反應速度較慢，合用于有行動緩慢的人員出入的場所。此外，假如自動門接受觸點信號時間過長，控制器會認為信號輸入系統(tǒng)出現障礙。并且自動平移門假如保持啟動時間過長，也會對電氣部件產生損害。由于微波雷達和紅外傳感器并不理解靠近自動門的人與否真要進門，因此有些場所更樂意使用按鍵開關。按鍵開關可以是一種觸點式的按鈕，更以便的是所謂肘觸開關。肘觸開關很耐用，尤其是它可以用胳膊肘來操作。防止了手的接觸。尚有腳踏開關，功能同樣，但對防水的規(guī)定較高，并且腳踏的力量很大，輕易使腳踏開關失效。尚有一種帶觸點開關的拉手，當拉手被推(或在反方向拉)到位時，向門機提供觸點信號。目前的樓宇自控有時會提出特殊的規(guī)定，例如使用電話的某一分線控制開門。要到達這個規(guī)定，只要保證信號是無源的觸點信號即可。有些狀況下，人們會提出天線遙控的規(guī)定。用一種無線接受器與自動門進行觸點式連接，再配一種無線發(fā)射器，就可以到達規(guī)定。不過，目前的無線電波源太多，輕易導致偶爾開門是一種麻煩的問題。定期器可以自動控制門的狀態(tài)，其原理是將時鐘與特定的開關電路相連，可預設定期間將自動門處在自動啟動或鎖門狀態(tài)。4.1.2平移式自動感應門機構成部件（1）主控制器：它是自動感應門的指揮中心，通過內部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出對應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同步人們通過主控器調整門扇啟動速度、啟動幅度等參數。（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，它就給主控制器一種脈沖信號；（3）動力馬達：提供開門與關門的積極力，控制自動感應門門扇加速與減速運行。（4）自動感應門扇行進軌道：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，同步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）：用于傳播馬達所產動力，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前后門體擺動。4.1.3工作流程當自動感應門門扇要完畢一次開門與關門，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，主控器判斷后告知馬達運行，同步監(jiān)控馬達轉數，以便告知馬達在一定期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)使自動感應門扇啟動；自動感應門扇啟動后由控制器作出判斷，如需關自動感應門，告知馬達作反向運動，關閉自動感應門.通過PLC控制系統(tǒng)作為中央處理器，來宏觀整體調控自動門中各硬件設施協(xié)調工作，來完畢自動打開和關閉大門。目前某些廠家PIE供應商都提供可直接控制步進電機運動的定位控制單元，可直接控制步進電機，通過編程完畢單軸，兩軸插補運動。直線運動系統(tǒng)設計師習慣上自行設計包括軸承、滾珠絲杠副、同步齒形帶等。設計時非常簡樸，零件可直接選用，但裝配時有較高的規(guī)定。因此，國際上出現了某些機械直線運動控制單元，將滾珠絲杠副、同步齒形帶、軸承等安裝在一種密閉的長殼體內，并安裝有一種滑動模塊。生產商預先調整好精度、預緊力等，該單元安裝有限位開關，并提供安裝法蘭，供電機、編碼器安裝用。顧客按傳動行程、受力狀況等直接選用，直接安裝在基礎上即可。步進電機與機械直線運動單元連接，建立一種直線運動軸，“零點”、“終點”分別為玻璃門全開、全閉時的位置。假如無人進出，玻璃門關閉。傳感器一旦給PIC信號，PLC通過定位控制單元立即控制步進電機中斷目前運動，回零位。開始速度逐漸提高，在即將閉合時，速度逐漸減為零。而當門在關閉的過程時，一旦有人通過，應立即停止動作，轉入開門過程。PIC通過定位控制單元進行速度調整非常以便。一旦無人進出，傳感器無信號發(fā)出，PIC控制步進電機中斷目前運動，向終點運動，速度控制如前。4.2行程開關(限位開關)的工作原理行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還運用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(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，在某些狀況下可以簡化線路。5自動門的程序設計5.1I/O的地址分派輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分派是進行PLC控制系統(tǒng)設計基礎。對軟件設計來說，I/O地址分派后來才可進行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定后來，才可以繪制電氣接線圖，裝配圖，讓裝配人員根據線路圖和安裝控制柜。分派輸出點地址時，要注意負載類型的問題。在進行I/O地址分派時最佳把I/O點的名稱、代碼和地址以表格的形式列寫出來?？刂葡到y(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表5-1所示。表5-1I/O分派表類型PLC元件作用輸入X0緊急停止X1手/自動轉換開關X2感應開關（內）X3感應開關（外）X4防夾人光柵（常閉）X5關門下限X6開門下限X7開門/關門中速X10關門低速/開門高速X11手動開門X12手動關門X13關門高速/開門低速X14異常復位輸出Y1手動開門Y2手動關門Y3開/關門中速Y4開/關門低速Y5開/關門高速Y6自動開門燈閃爍Y7自動關門燈閃爍Y10開/關門提醒Y11故障報警燈Y12自動開門Y13自動關門Y14異常停止5.2PLC控制輸出輸入接線本課題設計的自動門控制系統(tǒng)的控制連接電路重要包括自動門控制系統(tǒng)連接電路、自動門I/O接線電路，詳細的接線方式分別在附表Ⅰ和Ⅱ中列出。5.3PLC梯形圖概述及環(huán)境PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其重要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的老式習慣和掌握能力，一般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（可編程控制器語言原則）詳細地闡明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（sequentialfunctionchart）、梯形圖（Ladderdiagram）、功能塊圖（Functionblackdiagram）、指令表（Instructionlist）、構造文本（structuredtext）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和構造文本為文字語言，功能表圖是一種構造塊控制流程圖。梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。采用梯形圖程序設計語言，這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和成果，每個梯級是一種因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表達在左面，事件發(fā)生的成果表達在右面。梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應用。梯形圖程序設計語言的特點是：1）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；2）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習；3）與原有的繼電器邏輯控制技術的不一樣點是：梯形圖中的能流（PowerFlow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應用時需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別看待；梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的長處，很輕易被工廠電氣人員掌握，尤其合用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。本設計的梯形圖編程是運用三菱企業(yè)的GXDeveloper7.0編程軟件完畢的，其編程環(huán)境界面如圖5-1所示：圖5-1GXDeveloper7.0編程界面下面重要簡介下GXDeveloper7.0編程軟件概要：GXDeveloper7.0是具有下列功能的軟件包。1）對可編程控制器CPU的寫入/讀出圖5-2可編程控制器CPU的寫入/讀出示意圖2）監(jiān)視功能，監(jiān)視功能包括回路監(jiān)視，軟元件同步監(jiān)視，軟元件登陸監(jiān)視機能。此功能對于自動門的控制系統(tǒng)在查找故障的時候是非常重要的。3）模擬調試功能，把制作好的可編程控制器程序模擬寫入可編程控制器的CPU內，測試此程序能否正常運轉。次功能對于在完畢自動門程序的時候進行程序的檢查是很重要的。4）PC診斷功能，由于會見目前的錯誤狀態(tài)或是故障履歷表達出來，可以在短時間內恢復作業(yè)。對于自動門系統(tǒng)后來的故障查找是很重要的一項功能。GXDeveloper7.0軟件的專長：1）軟件的共通化GXDeveloper可以制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數據,可以轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列狀況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。2）運用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升，可以將Excel,Word等作成的闡明數據進行復制，粘貼，并有效運用。3）程序的原則化(1)標號編程用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而可以根據標示制作成原則程序。用標號編程做成的程序可以根據匯編從而作為實際的程序來使用。(2)功能塊FB是以提高次序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)次序程序時反復使用的次序程序回路塊零件化，使得次序程序的開發(fā)變得輕易。此外，零件化后，可以防止將其運用到別的次序程序時的次序輸入錯誤。(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡樸的命令就可以讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就可以靈活運用了。4）可以簡樸設定和其他站點的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構筑成復雜的系統(tǒng)的狀況下也可以簡樸的設定。5.4流程圖根據本課題的控制規(guī)定和安全規(guī)定，所設計的程序按照圖5-3所示的流程運行，以到達本系統(tǒng)的最佳設計規(guī)定和完畢系統(tǒng)的最終設計。圖5-3系統(tǒng)設計流程圖5.5梯形圖的設計本系統(tǒng)運用GXDeveloper7.0編程軟件進行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過程中遵照如下編程規(guī)則：1）每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數量限制。2）梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不容許再有觸點）。3）線圈不能直接接在左邊母線上。4）在一種程序中，同一編號的線圈假如使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很輕易引起誤操作，應防止。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”只能在梯形圖中單方向流動——即從左向右流動，層次的變化只能從上向下。根據以上規(guī)則和PLC的編程措施和思緒編寫了本課題設計的自動門控制系統(tǒng)的梯形圖程序，詳細梯形圖程序在附錄Ⅲ中列出。5.6指令表如下表5-2：表5-2指令表LDM8000OUTT0K5LDT0ANDX001ANDX000CJP0LDX011ANIM115ANDX000OUTY001LDX012ANIM114ANDX000OUTY002FENDLDXOO2ORX003OUTTIK2LDT1PLSM12DIX003ANIX002ANIM109OUTT4K150LDT4PLSM113LDX004PLFM111LDM111ORM109OUTM109LDX005OUTM114LDX006OUTM115LDX00748MPS49ANIM10950ANIY01251ANDY01352PLSM11653MPPLDY01355ANDY01356PLSM11757LDX01058MPSANIM109ANIY012ANDY013PLSM11863MPP64LDIY01365ANDY012PLSM11967LDX01368MPS69ANIM10970ANIY012ANDY013PLSM12373MPP74LDIY01375ANDY01276PLSM12477LDX01478PLSM12579LDM12080ORM11781ORM11982ORM12483ANDM11384ORM11685ORM118ORM123OUTM12288LDM12089ORM10990ORY01291ANIM12292ANIM11593ANIY01394ANDX00095OUTY012LDM8013OUTY006LDM11399ORY013ANIM114ANIM122ANIM109ANIY012ANDX000OUTY013LDM8013OUTY007LDY012ORY013MPSANIT5OUTY010MPPOUTT5K10114LDM122115ORY011116OUTY011117LDM118118ORM124119ORY004120ANIM122121ANIM114122ANIM115123OUTY004124LDM116ORM117ORY003ANIM122ANIM118ANIM124130OUTY003131OUTY003132LDM119133ORM123134ORY005135ANIM122136ANIM116137ANIM117138OUTY005139LDM112140ORY014141ANIM125142ORX000143OUTY01144END5.7過程分析本課題進行了模擬的在線聯機調試，目的在于確定整個系統(tǒng)的程序，在調試中，程序的變動，包括功能的增減、變化是難免的。程序與否好用，最終要通過調試才能使程序深入完善和最終確實定。首先在PLC面板上將PLC設置為RUN位置，此時PLC開始運行。然后接好控制箱連線，根據I/O分派表中的輸入輸出所對應的開關進行調試。記錄如表5-3。完畢如下的基本調試，整個系統(tǒng)的調試工作基本完畢了，最終的工作就是調試成果的分析。表5-3PLC調試記錄PLC元件動作記錄動作成果X0OFF自動門停止運轉X1ON程序跳轉至自動，自動門自動運轉啟動X2、X3ONY12自動開門、Y6自動開門燈閃爍動作X4OFFY13自動關門停止，Y12自動開門動作X5ON