自动门控制装置设计

1、课程设计(论文)题 目 名 称 自动门控制装置设计 课 程 名 称 专业方向课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 指 导 教 师 2015年7月3日摘要在经济飞速发展的中国，在我们高楼耸立的大都市，在酒店、银行、商场，自动门已是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更使我们的大门显得高贵典雅。可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，是一种应用于工业生产过程控制，具有实时数字化处理能力的硬件设备，为工业自动化提供高可靠性的自动控制装置。如今自动化、信息化程度越来越高，由于自动门的适用性、可编程控制器（PLC）

2、的优越性，因此我设计自动门装置，它靠光电检测开关自动检测有无人员通过，具有安装维护简单、方便可靠、节能和安全等多种特性。关键词：可编程控制器，自动门，自动控制目录摘要.1第1章 绪论.21.1 研究背景和研究意义.21.2 国内自动门发展现状.21.3 自动门的技术发展方向.31.4 课题研究内容.3第2章 可编程控制器（PLC）介绍.42.1 PLC的定义.42.2 PLC的产生背景.42.3 PLC的发展历史.42.4 PLC的特点.52.5 PLC的应用与发展趋势.62.6 PLC的构成.6第3章 自动门控制系统的设计.73.1 硬件设计.7 平移式自动门控制装置的硬件组成及作用.7 行

3、程开关(限位开关)的工作原理.7 光电开关介绍.7 系统接线.83.2 软件设计.9 PLC阮元件的概述.9 工作方式的选择.9第4章 自动门控制系统的程序设计.104.1 步进顺控指令.10 工作流程图.10 状态转移图.114.2 梯形图程序.124.3 指令表.13致谢.15参考文献.16第1章 绪论1.1研究背景和研究意义门和人类文明是孪生的，它伴随着人类文明的发展而跃动。数千年来，门一直作为人类社会活动的守护神，拒侵入者于门外，而作为人类社会活动的航道，门又承载着文明，追寻着人们向往的光辉彼岸。自动门起源于20世纪3040年代,当时主要用于军事仓库、重要工厂,为的是防火、防弹及开门方

4、便。21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。1.2国内自动门发展现状国内自动门现状：(1)厂家多，规模小

5、56年来，自动门在国内得到快速发展。据不完全统计，目前国内生产自动门厂家普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 (2)专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产。近两年，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等。这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 (3)高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。 (4)产品同质化和市场特点导致

6、利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。1.3 自动门的技术发展方向 由于没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标和测量方法都不尽相同，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，不利于行业的发展。因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势：(1)智能化，多功能：今后的还将

7、进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。(2)免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。 (3)多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。(4)高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。1.4课题研究内容利用PLC设计自动门控制装置，技术参数和条件如下：(1)当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。 (2)自动门在开

8、门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。 (3)在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。 (4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。(5)考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制存在一定的问题，最后决定增加手动开门和关门开关。第2章 可编程控制器PLC介绍2.1 PLC的定义可编程控制器（Programmable Controll

9、er）简称PC，国际电工委员会（International Electrical Committee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.2 PLC的产生背景在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制

10、系统存在明显的缺点，尤其是对生产工艺多变的系统适应性较差。通用汽车公司（GM）公司为了适应生产工艺不断更新的需求，从用户角度提出了新一代控制器应具备的10项指标：(1)编程方便可现场修改程序(2)维修方便采用模块化结构(3)可靠性高于继电器控制装置(4)体积小于继电器控制组装置(5)具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理(6)成本可与继电器控制系统竞争(7)输入可为市电(8)输出可为市电容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等(9)易于扩展扩展时原系统改变最小(10)用户存储器大于4KB根据这10项指标，美国数字设备公司于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器，并在GM公司的汽车生

11、产线上使用成功，可编程控制器自此诞生。2.3 PLC的发展历史自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为4个阶段。(1)从1969年到20世纪70年代中期 这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。(2)20世纪70年代中期到80年代初期 这一阶段可编程控制器的CPU采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实

12、现了对模拟量的控制。(3)20世纪80年代初期到90年代初期 这一阶段由于16位，32位微处理器的应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品。随着应用领域的扩大，PLC已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。(4)20世纪90年代至今 这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步，成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。2.4 PLC的特点PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。(1)可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC

13、用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，使由于触点接触不良而造成的故障大为减少。(2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能

14、。(4)安装方便，扩展灵活PLC采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小；而且能根据应用的要求扩展输入输出模块或插件，系统集成方便灵活。各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。(5)系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。(6)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几

15、个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.5 PLC的应用与发展趋势目前，PLC已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。概括起来主要有以下几个方面：(1)开关逻辑和顺序逻辑(2)模拟量控制(3)运动控制(4)数据处理(5)通信与联网伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。在21世纪，PLC将会有更大的

16、发展空间。2.6 PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。第3章 自动门控制系统的设计3.1硬件设计3.1.1平移式自动门控制装置和硬件组成及作用平移式自动感应门由以下部件组成：(1)主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。(2)感应探测器：负责采集外

17、部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；(3)动力马达：提供开门与关门主动力，控制自动门门扇加速与减速运行。(4)自动感应门扇行进轨道：就像火车的铁轨约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。(5)门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时动力牵引下带动门扇运行。(6)同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。(7)下部导向系统：自动门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇运行时出现前后门体摆动。自动门门扇要完成一次开与关门工作流程：探测器探测到有人进入，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，监控马

18、达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再同步带将动力传给吊具系统使自动门扇开启；自动门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动门，通知马达反向运动，关闭自动门。3.1.2行程开关(限位开关)的工作原理行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。3.1.3光电开关介绍(1)工作原理 光电开关（光电传感器）是光电接近开

19、关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收光线强弱或有无目标物体进行探测。(2)光电开关的术语解释检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，负载由于输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。检测方

20、式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC二线、AC五线及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等常用的输出形式。3.1.4系统接线根据系统的控制要求，其系统的接线如下图3-1：图3-1 系统接线图系统主要元件：外光电检测开关 K1 内光电检测开关 K2开门限位开关 K3关门限位开关 K4手动开门按钮 手动关门按钮开门运转电机表3-1 主要元件表3.2 软件设计 PLC阮元件的概述PLC内部有许多具有不同功能的元件，实际上这些元件是由电子电路

21、和存储器组成的。阮元件主要有:(1)输入继电器（X）(2)输出继电器（Y）(3)辅助继电器（M）(4)状态继电器（S）(5)定时器（T）(6)计数器（C）(7)数据寄存器（D）(8)变址寄存器(9)指针（P/I）指针（P/I）包括分支和子程序用的指针（P）以及中断用的指针（I）。(10)常数 常数K用来表示十进制常数，常数H用来表示十六进制常数。3.2.2工作方式的选择PLC有运行（RUN）与停止(STOP)两种基本的工作模式。其过程包括：(1)内部处理阶段(2)通信服务阶段(3)输入处理阶段(4)程序处理阶段(5)输出处理阶段循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作的，

22、这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中的触点竞争和时序失配的问题。第4章 自动门控制系统的程序设计4.1步进顺控指令 所谓步进顺控指令，就是按照生产工艺的流程顺序，在各个输入信号及内部阮元件的作用下，使各个执行机构自动有序的进行。开始4.1.1工作流程图自动门的控制要求：K3打开停止开门K1、K2有信号(1)当人由内到外或由外到内通过光电检测开关，开关上电流通过，因开门限位开关常闭，所以线圈有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置，电机停止运行。是延时8秒若K1K2有信号(2)当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动关门，电动机反

23、转，当门移动到关门限位开关，电机停止运行。否(3)关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关，立即停止关门，并自动开门。 K1、K2有信号关门(4)在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。K4打开停止(5)考虑到自动门在故障或在维修时，用自动控制有一定问题，决定增加手动开门和关门开关。结束根据控制要求，得工作流程如图4-1： 图 4-1 工作流程图4.1.2状态转移图根据工作流程图可设计出顺序功能图4-2：图4-2 顺序功能图主要部件关系图： 手动控制开关 PLC芯片 状态指示灯 内外

24、信号采集器图4-3 主要部件关系图4.2梯形图程序根据控制要求，梯形图设计如下图4-4：K1 门外光检测电开关K2 门内光检测电开关K3 开门限位电开关 K4 关门限位电开关 X010 手动开门X011 手动关门图4-4 梯形图4.3指令表指令如下： LD M3 AND X004OR M8002OR M0ANI M1OUT M0LD M0OR M3OR M2LD X001OR X002ANBOR M1ANI M10OR X010OUT M1OUT Y000LD M1AND X002OR M2ANI X001ANI X002ANI M3OUT M2OUT T0 K80LD X003OUT M10

25、LD M2AND T0OR M2ANI M0ANI M1OR X011OUT M3OUT Y001 ENDNOP过程分析：(1)首先使PLC处于RUN模式，若外检测开关或内检测开关有信号时K1或K2闭合。由于开门限位开关K3是长闭的，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。当KM1线圈通电时KM1闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。 (2)当门扇完全打开，使开门限位开关K3开，电动机停止转动。 (3)当门扇停止移动，因开门限位开关的长闭变成长开，故长开闭合。进行8秒延时，若此时外检测开关或内检测开关K1或K2有信号，则使T0重新延时。 (4)当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使KM2通电并自锁，电机反转执行关门过程。 (5)在关门过程中，若外检测开关或内检测开关K1,K2有信号又使KM1通电，由于在关门过程中KM1长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。 (6)在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。 (7)考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。致谢 通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易