畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于plc的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動門系統(tǒng)已開始應(yīng)用于大型公司、科研所、政府機關(guān)等保密性較強的單位。為增強自動門運行的可靠性，本設(shè)計提出了一種fx232mr可編程控制器（plc）與變頻器控制的自動門控制系統(tǒng)，設(shè)計中采用兩個感應(yīng)探測器（門內(nèi)和門外）、一些開關(guān)及傳感器作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備，變頻器用來調(diào)節(jié)門體速度，并分析了該控制系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)的硬件組成，分析了人體感應(yīng)探測、自動門運行位置檢測、門運行障礙檢測等控制電路的工作過程，對plc的選型、變頻器的選型、i/o點的確定及自動門的動作過程等方面進行了詳細(xì)闡述。結(jié)合plc的運行特點，對控制系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化

2、。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)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動門控制的過程。關(guān)鍵詞：自動門，可控制編程器，梯形圖，變頻控制 design of automatic door control system based on plcabstractwith the continuous development of science and technology, automatic door system has been applied to large companies, research

3、 institutes, government agencies and other units are highly confidential. to enhance the reliability of automatic door operation, this design presents a fx2 -32mr programmable logic controller (plc) and the inverter control automatic door control system, the design uses two sensor probes (door and d

4、oor outside), some switches and sensors as the system input device, the drive door is used to adjust the speed, and analyzes the working principle of the control system hardware components and systems, analysis of the human body detection sensors, automatic door operation position detection, the doo

5、r obstacle detection and other control circuit to run the working process, the selection of the plc, inverter selection, i / o points of the action to identify and automatic doors and other aspects of the process in detail. with plcs operating characteristics of the control system were reasonable wo

6、rkflow optimization. on this basis, given the process control system software design flow, sequential function chart, the external control terminal wiring diagram and plc ladder and so on. describes the application of the programmable controller designed to replace traditional relay, contactor contr

7、ol systems, automatic door control process.key words: automatic doors，control programming，ladder，drive目錄前言1第1章 概述31.1 研究背景和研究意義31.2 國內(nèi)外自動門的發(fā)展?fàn)顩r41.3 自動門技術(shù)發(fā)展方向5第2章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計72.1 自動門的功能需求分析72.2 自動門的部件組成82.3 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟82.4 自動門技術(shù)參數(shù)的確定92.5 自動門的控制要求10第3章 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計113.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計113.2 驅(qū)動裝置的選擇113.3 變頻器的選擇

8、123.3.1 變頻器原理123.3.2 變頻器的選型133.4 探測器的選擇133.5 自動門運行位置檢測143.6 門運行障礙檢測、報警153.7 可編程控制器(plc)的選型153.7.1 plc概述153.7.2 可編程控制器(plc)的選型163.8 可編程控制器(plc)的i/o分配19第4章 自動門軟件系統(tǒng)的設(shè)計214.1 plc梯形圖概述214.2 程序流程圖22結(jié)論25謝 辭26參考文獻(xiàn)27前言在經(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、寫字樓里自動門已經(jīng)是隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)探測器來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走近自動門時，

9、感應(yīng)開關(guān)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。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。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，造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。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)

10、用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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、輕工業(yè)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，維修方便等特點，因此，進行自動門的plc控制系統(tǒng)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

11、化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。本設(shè)計主要介紹運用plc為控制器的自動門的開發(fā)和研究，所有產(chǎn)品的開發(fā)都要講究實用，本設(shè)計開發(fā)的產(chǎn)品對許多的場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產(chǎn)品開發(fā)商還有使用者來說，都是最好的。他們需要的是一個廉價的又是一個實用的產(chǎn)品。此系統(tǒng)的設(shè)計正好具備了這樣的一個要求，能夠在大多數(shù)的地方應(yīng)用。因此本設(shè)計就是解決了這樣一個問題，還可以保證自動門的穩(wěn)定性，且本設(shè)計意味著產(chǎn)品成本下降，效益提高。因此是一個比較實用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。 第1章 概述1.1 研究背景和研究意義21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術(shù)的理

12、念，強調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動門大規(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)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式-自動門起源在歐美，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(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

13、。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由一些貿(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)為樣本上全部是外國語，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。真正的知名品牌，合法的商品不會這樣做。在購買自動門時最好在授權(quán)的指定經(jīng)銷商處或認(rèn)定銷售店的商店購買（有懸掛的授權(quán)書），而且在購買時要清楚所購買設(shè)備的基本配置，防止買家克扣部件。自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常寵大，一般只用

14、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(yīng)門就是指自動平移門。自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護意識，提升了人們的安全觀念。自動門除可美化出入口環(huán)境外，由于自動門在通電后可以實現(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，于是迅速在國內(nèi)外的建筑市場上得到大范圍的普及。同時也幾乎成為了銀行，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(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)探測器，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)探測器感應(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。自動門的控制方

15、法有很多，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；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制的自動門所淘汰。在智能控制器的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器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，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動門，plc控制的特點是穩(wěn)定性高維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。1.2 國內(nèi)外自動門的發(fā)展?fàn)顩r在國外，進入90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)很成熟，

16、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)在人們生活中自動門可以節(jié)約空間能源、降低噪音、防塵、防風(fēng)，同時可以使出入口顯得很莊重高檔，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、商店等公共場所。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)設(shè)計中，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。我國的自動門狀況有如下幾點：(1) 廠家多，規(guī)模小 56年來幾年來， 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

17、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。 (2) 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、塑料件等出現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家，這一趨勢使生產(chǎn)的門檻降低，進入的廠家進一步增多，導(dǎo)致競爭更加激烈。 (3) 高、低檔次的市場分明進口產(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的功能，但生產(chǎn)工藝略嫌粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場。 (4) 產(chǎn)品同質(zhì)化和市場特點導(dǎo)致利潤微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，加之自動門產(chǎn)品往往是開發(fā)商而非最

18、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(jié)果是眾多廠家一味地比拼價格，導(dǎo)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。1.3 自動門技術(shù)發(fā)展方向由于目前沒有相關(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)進行生產(chǎn)，對各項技術(shù)指標(biāo)的要求和測量方法都不盡相同，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場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)以及測試方法等，引導(dǎo)市場有序競爭，促進行業(yè)發(fā)展。在建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會和門業(yè)標(biāo)委會的大力推動下，自動門標(biāo)準(zhǔn)編制工作已經(jīng)展開，目前有許繼施普雷特機電設(shè)備有限公司

19、、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和首次工作會議。經(jīng)過編制組兩個多月的工作，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議，對初稿進行討論和修改。經(jīng)過多年發(fā)展，自動門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：(1) 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(guān)門行程位置，自動適應(yīng)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。(2) 免維護：采取多種措施，減少使用過程中的維護工作。 (

20、3) 多樣化：將會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。(4) 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(biāo)，也將是一項基本要求。第2章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 自動門的功能需求分析本設(shè)計是面向公共場所入口的應(yīng)用設(shè)計，需要有安全和可靠性，在設(shè)計的時候改良了自動門的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1 自動門結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)入口處對自動門的具體要求，本設(shè)計所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：(1) 開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)

21、撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)探測器檢測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動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。(2) 防夾人功能為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝主動式紅外線防夾感應(yīng)器，一防止停留在門附近的人被門所夾住。(3) 蜂鳴器提示功能當(dāng)自動門出現(xiàn)夾人意外狀況時，plc輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提示管理人員的注意。自動門控制系統(tǒng)包含plc控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多數(shù)自動門的控制方式。本設(shè)計所設(shè)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(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自

22、動化控制。2.2 自動門的部件組成(1) 主控器是自動感應(yīng)門的指揮中心，它通過內(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；同時工作人員可通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。(2) 感應(yīng)探測器負(fù)責(zé)采集外部信號，當(dāng)有移動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(dá)可提供開關(guān)門的主動力。(4) 自動感應(yīng)門扇行進軌道用于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(dá)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

23、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)前后擺動。2.3 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要要考慮以下幾點：(1) 深入了解和分析自動門的工藝條件和控制要求。(2) 確定i/o設(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。(3) 根據(jù)i/o點數(shù)選擇合適的plc類型。(4) 分配i/o點數(shù)，分配plc的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。(5) 設(shè)計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系

24、統(tǒng)設(shè)計的核心工作。2.4 自動門技術(shù)參數(shù)的確定自動平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體地兩個吊掛點所形成的直線與導(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。在自動門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門體，修正運行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體重量，不能超過自動門的額定負(fù)重。通常在三個月最多一年內(nèi)要對自動門進行全面的清理和調(diào)整。公共場所的自動平移門因為使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機場、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可達(dá)到成千上萬人次，或者在特定時間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量

25、，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時間等。具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1 自動門具體參數(shù)單扇開啟寬度(mm)1250(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減速開/關(guān)門速度(cm/s)20cm/s開啟保持時間(s)15s(程序中可調(diào))可編程控制器電源220v ac，50-60hz驅(qū)動器電源380v ac，50hz驅(qū)動器輸出額定功率120w 2.5 自動門的控制要求(1) 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sbl或sb2時，開門執(zhí)行機構(gòu)kml、km2動作，電動機正轉(zhuǎn)，當(dāng)門到達(dá)開門減速開關(guān)sb3位置時，電機開始減速，門到達(dá)

26、開門限位開關(guān)sb4位置時，電機停止運行。(2) 自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)km3、km4被起動，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門減速開關(guān)sb5位置時，電機開始減速，門移動到關(guān)門限位開關(guān)sb6位置時，電機停止運行。(3) 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sbl或sb2時，門立即停止且停止0.5秒后，自動進入開門程序。(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)至外通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sbl或sb2時，必須重新開始等待8秒后，再自動進入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。(5) 當(dāng)有人站在門口不進入時，感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sbl或sb

27、2就會一直檢測到信號，定時器處于循環(huán)定時狀態(tài)。自動門控制裝置由門外感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sbl、門內(nèi)感應(yīng)探測器檢測開關(guān)sb2、開門減速開關(guān)sb3、開門到限位開關(guān)sb4、關(guān)門減速開關(guān)sb5、關(guān)門到限位開關(guān)sb6、開門執(zhí)行機構(gòu)kml/km2(使直流電動機正轉(zhuǎn))、關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)km3/km4(使直流電動機反轉(zhuǎn))等部件組成。考慮到自動控制門在出現(xiàn)故障時的維修方便，所以增加了手動開門k1、手動關(guān)門k2.第3章 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計運用plc控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點。交

28、流電機驅(qū)動系統(tǒng)與直流電機驅(qū)動系統(tǒng)相比具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點，并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速橫功率運轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動系統(tǒng)在自動門中的大量運用提供了條件?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示： 圖3-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 驅(qū)動裝置的選擇自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障，本設(shè)計中是運用變頻器來自動調(diào)節(jié)電機的速度，以達(dá)到驅(qū)動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)的主流控制方式。根據(jù)本設(shè)計所設(shè)計的自動門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保

29、護等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的特點，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮，本設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用步進電機。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個同定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。plc對電機的控制有兩種方式：一種是脈沖+方向控制

30、；一種是正反向脈沖輸出。這里采用第1種方法。plc的高速脈沖輸出(fro)提供一個指定脈沖數(shù)目的方波輸出(占空比為50)。在加速和減速時輸出脈沖的頻率(或周期)線性變化，而在恒定頻率段部分保持不變。一旦產(chǎn)生完指定數(shù)目的脈沖，pto輸出變?yōu)榈碗娖?，直到裝載一個新的指定值時才產(chǎn)生脈沖。pto輸出占用一個plc輸出點，用于控制門體的位移和速度，由另一個輸出點的信號控制門體運動的方向。這兩個信號送給步進電機驅(qū)動器去驅(qū)動電機，以帶動門體完成相應(yīng)的運動。3.3 變頻器的選擇3.3.1 變頻器原理變頻器是利用電力半導(dǎo)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。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-

31、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(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。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個部分組成。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改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經(jīng)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(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。3.3.2 變頻器的選型根據(jù)自動門

32、的需要，變頻器選型時要確定以下幾點：1. 變頻器與負(fù)載的匹配問題(1) 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本設(shè)計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。在本設(shè)計所使用的三相交流電機的最大啟動電流為0.37a，故所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機的最大啟動電流。(3) 轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生，本設(shè)計所使用的最初啟動轉(zhuǎn)矩為1.4n/m，所以，在選型中要考慮。2. 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電

33、流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。綜合以上因素，本設(shè)計變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的fr-540變頻器作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器。三菱fr-540變頻器具有以下優(yōu)點：(1) 接線簡單，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(zhuǎn)和頻率。(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠(yuǎn)距離操作。(3) 頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本設(shè)計自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設(shè)置。3.4 探測器的選擇目前自動門行業(yè)的運用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)開關(guān)，紅外感

34、應(yīng)器，接近感應(yīng)開關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統(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。根據(jù)本設(shè)計的需要選用人體感應(yīng)探測器。人體都有恒定的體溫，一般在37，發(fā)出波長為10微米左右的紅外線。熱釋電元件探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，對波長為10微米左右的紅外輻射非常敏感，在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號。被動式紅外探頭，其傳感器包含兩個反向相串聯(lián)的熱釋電元件，環(huán)境背景輻射對兩個熱

35、釋元件幾乎具有相同的用，使其產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人進入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，因而產(chǎn)生相應(yīng)的信號。人體感應(yīng)探測電路由被動紅外探頭、放大電路及電子開關(guān)電路組成，安裝在自動門兩側(cè)。當(dāng)有人靠近自動門時，身體輻射出的紅外線被熱釋電紅外傳感器接收下來并將其轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)檢測放大電路放大處理后輸出給電子開關(guān)電路。電子開關(guān)信號輸入到plc輸入繼電器中，plc根據(jù)收到的信號，驅(qū)動步進電機將門打開。人體感應(yīng)探測器需要2個，分別用來感應(yīng)門內(nèi)外的來人情況，占用plc兩個輸入點。3.5 自動門運行位置檢測本系統(tǒng)

36、的關(guān)鍵是控制門的運行，為了達(dá)到更好的控制效果，plc必須時刻知道門所處的位置從而做出相應(yīng)的處理，所以在關(guān)鍵的位置上安裝位置傳感器，并把傳感器信號傳給plc。為此設(shè)置了兩個行程開關(guān)，一個用于檢測門完全打開時的位置，叫開門極限開關(guān)，一個用于檢測門完全關(guān)閉時的位置，叫關(guān)門極限開關(guān)。當(dāng)門在運行過程中，接近最大位置時，限位開關(guān)的信號傳給plc，電機停止運轉(zhuǎn)。門離限位開關(guān)較近時，電機低速運行，通過程序來控制。2個行程開關(guān)，占用plc3個輸入點。3.6 門運行障礙檢測、報警在門運行過程中，有時會遇到障礙物阻止它的運行。這時需要具體分析，如果是在開門過程中出現(xiàn)這種情況，有可能是途中障礙的阻止，或者是開門限位開

37、關(guān)壞了，停止運行并報警；如是關(guān)門時出現(xiàn)這種情況，有可能擠到人或物了，應(yīng)向相反方向運行，給出報警信號。設(shè)置一個傳感器檢測在關(guān)門過程中有無人或物體在門的中間。主動式紅外線防夾感應(yīng)器由發(fā)射特定頻率的紅外線發(fā)射器與接收器組成，其紅外線頻率與自然界及人體的紅外線不同。在關(guān)門過程中當(dāng)人或物阻擋時，接收器收不到光信號產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，該脈沖作為plc的一個中斷信號，plc控制門體向相反方向運動。這是一個非常重要的保護功能，在防止碰人或物的同時，保護自動門電機不會因過載而燒壞。在自動門運行中，由于電機的頻繁轉(zhuǎn)動，可能會使電機過熱造成電機機芯的損壞，因此，在電機上安置一個溫度傳感器來監(jiān)測電機的溫度，當(dāng)電機的溫度高

38、于預(yù)定值時，傳感器把信號傳給plc，plc分析輸出信號，指示燈亮，提醒監(jiān)管人員的注意，以保證電機的良好運轉(zhuǎn)。3.7 可編程控制器(plc)的選型3.7.1 plc概述可編程控制器，英語稱programmable controller，簡稱plc，本設(shè)計中用plc作為它的簡稱。plc是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸入信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負(fù)載的控制。plc基于電子計算機，但并不等于普通計算機。普通計算機進行出入信息變換時，大多只考慮信息本身，信息出入的物理過

39、程一般不考慮的。而plc則要考慮信息出入的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題，出入信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是plc實現(xiàn)控制的兩個基本要點。plc可以通過它的外設(shè)或者通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電裝置多的多、強的多。plc有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的i/o接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：(1) 邏輯處理功能；(2) 數(shù)據(jù)運算功能；(3) 準(zhǔn)確定時功能；(4) 高速計數(shù)功能；(5) 中斷處理(可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能；(6) 程序與數(shù)據(jù)存儲功能；(7) 聯(lián)網(wǎng)通信功能；

40、(8) 自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，plc幾乎也可以做到。像plc這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為plc的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.7.2 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)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)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

41、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%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)制造廠商的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法，故本設(shè)計的i/o點數(shù)為輸入12點，輸出11點。2. 存儲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，需要在程序調(diào)試之

42、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代替。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)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1015倍，加上模擬i/o點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的的總字?jǐn)?shù)(16位為一個字)；另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本設(shè)計的plc內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲2000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、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本設(shè)計所設(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

43、，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cpu，主機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

44、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(sfc)、梯形圖(ld)、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

45、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?？紤]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，

46、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。本設(shè)計所設(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。綜合以上因素，本設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的fx2-32mr小型plc來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制。3.8 可編程控制器(plc)的i/o分配i/o分配表是編寫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)。根據(jù)自動門的控制系統(tǒng)的要求，確定了plc的i/o分配表，如

47、表3-1所示：表3-1 i/o分配表類型設(shè)備plc端子號輸入端門外感應(yīng)探測器sb1x000門內(nèi)感應(yīng)探測器sb2x001開門減速開關(guān)sb3x002開門限位開關(guān)sb4x003關(guān)門減速開關(guān)sb5x004關(guān)門限位開關(guān)sb6x005防夾人sb7x006手動開門k1x007手動關(guān)門k2x008手動/自動開關(guān)k3x009電機過熱k4x010急停開關(guān)k5x011輸出端高速開門km1y000低速開門km2y001高速關(guān)門km3y002低速關(guān)門km4y003報警器y004門動作中指示燈y005門停止工作指示燈y006門達(dá)到上限指示燈y007電機過熱指示燈y008手動開門y009手動關(guān)門y010plc外部端子i/o

48、配置圖是i/o分配表的直觀表達(dá)，可以清楚的表示plc的外部端子的接線情況，是非常必要的，如圖3-2所示：圖3-2 plc外部i/o配置圖 第4章 自動門軟件系統(tǒng)的設(shè)計4.1 plc梯形圖概述plc是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(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(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為

49、文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖程序設(shè)計語言是梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(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，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(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，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：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，

50、易于掌握和學(xué)習(xí)；3. 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流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)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。本設(shè)計自動門控制系統(tǒng)的梯形圖如圖4-1所示：圖4-1 梯形圖 4.2 程序流程圖根據(jù)本設(shè)計的控制要求和安全要求，所設(shè)計的程序按照圖4-2所示的流程運行，以達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)

51、計。圖4-2 程序流程圖plc采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。一個掃描周期主要分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。由于plc采用這樣的工作原理，所以即使是順序程序也會反復(fù)執(zhí)行，程序中各個部分的執(zhí)行與否由相應(yīng)的條件來控制，條件滿足則執(zhí)行，否則不執(zhí)行。下面就詳細(xì)地介紹程序的流程，首先進行系統(tǒng)初始化，然后plc根據(jù)輸入信號進行不同的處理。若按下手動選擇按鈕，則自動門進行手動程序，當(dāng)開門按鈕按下時，自動門開門到極限，然后停止運行。當(dāng)關(guān)門按鈕按下時，自動門關(guān)門到極限，然后停止運行；若按下自動選擇開關(guān)，則自動門進行自動程序，當(dāng)門口有人時，感應(yīng)探測器感應(yīng)到人的存在，門高速開門到達(dá)開門減速開關(guān)，門減速運行到達(dá)開門極限開關(guān)，門停止運行，自動門停留8秒后自動進入關(guān)門程序，到達(dá)關(guān)門減速開關(guān)，門減速