#自动门控制系统

1、中南民族大学设计报告题目自动门控制系统学院计算机科学学院专业自动化年级2018级姓名李杨学号姓名马丽波学号姓名孔令鑫学号指导教师陈勉、樊金荣2018 年 5 月 30 日指导教师评语：PPT40制作质量 20完成效果 20报 告50方案论证 10 分析设计 20 总 结 10 规 范 性 10其 他10创新部分 10总分：指导教师签名：目录摘要 0引言 错误！未定义书签。0 / 141、概述 3国内外自动门发展状况 3本课题研究目的和意义 42、自动门控制系统总体方案设计 5自动门的功能需求分析 5系统设计的基本步骤 53、自动门硬件系统的设计 6控制系统结构设计 6可编程控制器 PLC）的概

2、述 63.2.1PLC 的起源 63.2.2PLC 的功能 73.2.3PLC 的主要特点 73.2.4PLC 的联络与通信 73.2.5PLC 的发展 7功能器件的基本工作原理 8自动感应门机的工作原理 8行程开关 限位开关）的工作原理 8光电开关介绍 84、自动门控制系统软件设计 104.1 控制输出输入接线 10程序流程图 11程序梯形图 124.4I/O 分配表 13指令表 13分析过程 13人机界面设计 14结束语 15 参考文献 15摘要 在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期 的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。 PLC 控制自动门因为

3、具有 故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。因为直流电动机的 调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大， 所以执行机构使用直流电动机 . 本论文主要是对门的自动开、关控制而论。自动门 控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程序控制器PLC）、电动机组成。它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到/ 14 的信号送入可编程序控制器 PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的 最后结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动。又由直流电动机带动门 的开、关。当直流电动机正转时，门自动打开；当直流电动机反转时

4、，门自动关 闭。 关键词关键词关键词关键词：自动门 PLC 控制程序关键词 ：自动门 PLC 控制程序引言在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商 场、写字楼，自动门以经是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的 感应开关来感应人的出入，当人走进自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制 器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。将人通过之后，再将门关闭。因 为自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调 能源、防尘、防风、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气 息。自动门在国外早以得到普遍应用，在我国也以优异的性能逐

5、步得到大家的认 同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电 器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修的缺点已逐步被淘汰。目 前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器 一下简称 PLC）， PLC 是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程控 制器的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数、算数运 算等操作的指令，并能通过数字式或逻辑式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控 制个种类型的机械或生产过程。 PLC 可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性 强，系统的设计

6、、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低 等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等 领域的应用都得到了长足的发展。因此运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性，维 修方便等特点，因此，进行自动门的 PLC 控制系统设计，可以推动自动门行业的发 展，扩大 PLC 在自动化行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研 究价值。1 概述1.1国内外自动门发展现状在国外，进入 90 年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，取得了 惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现代人们生活中自动门可以节约 空调能源，降低噪音，防风，防尘，同

7、时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非 常广泛。随着我国经济的飞速发展，自动门在人门的生活中的运用越来越广泛，自动门 适用于宾馆，酒店，银行，写字楼，医院，商店等，使用自动门。但在国内，自动/ 14 门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定。节能，环保， 安全及人性化是需要首先考虑的因素。因为门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以 各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。 客流量的差异会对自动门的使用 产生很大影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。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

8、动圆弧门，自动折叠门，其中平开门用的场合较少，旋转门因为昂贵而且 非常庞大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所 说的自动门，感应门就是指自动平移门，目前市场上流行的平移型自动门一般是两 开，这种门的特点是简单易控，维护方便。自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人们走进自动门时， 感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。 当人们通过之后，将门关上。因为自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便 又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。 自动门的 控制方法很多，从控制的不同来分，有传统的继电器控制，即

9、通过按钮和复杂的接 线安装来控制，智能控制器，即通过运用线的自动化设备来控制，它具有稳定性 高，安全等优点，因此被很多生产商所运用。因为继电器逻辑控制的自动门系统因 存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。在智能控制的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器和可编程控制器 PLC 控 制，微电脑控制主要有体积小，安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生 产自动门， PLC 控制的特点是稳定性高，维护方便，目前许多大型的商场的自动门 都是由这种方式来控制。1.2本课题研究的目的和意义在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。使用 自动门，可以节约空调能源、降低

10、噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显的庄重 高档，因此应用非常广泛。自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加 光电感应开关，当人走近自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门 信号，控制器通过驱动装置将门打开，当人通过之后，再将门关闭。因为自动平移 门在通电后可以实现无人管理，即方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建 筑市场上得到大范围的普及。自动门在国内外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来 了自动门发展的黄金时期。PLC 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 用可以编制程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计

11、时、计 数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入 和输出，控制个种类型的机械或生产过程。 PLC 具有可靠性高，抗干扰能力强，功/ 14 能完善，实用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小， 重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、 汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用 PLC 控制自动门具有较 高的可靠性，维修方便等特点，因此运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性，维护 方便等特点。本课题的自动门设计运用 PLC 作控制器能大大提高自动门的稳定性和经济性， 对于整个自动门行业是一次技术革新，

12、提高了自动门的使用率，因此，进行自动门 PLC 控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC 在自动门行业乃至整个 自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。自动门控制系统总体方案设计2.1自动门的功能要求分析1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）因为开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动 机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。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，自动进入关门过程，电 动机反转，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。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

13、开关，应立即停止关 门，并自动进入开门程序。4）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。5）自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定的问题，最后决定加增 手动开门和关门开关。系统设计的基本步骤自动门控制装置由门内光电探测开关 K1、门外光电探测开关 K2、开门到位限位 开关 K3、关门到限位开关 K4、开门执行机构 KM1使直流电动机正转）、关门执行 机构 KM2使直流电动机反转）等部件组成。 控制要求：1）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

14、，电动机正 转，到达开门限位开关 K3 位置时，电机停止运行。2）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）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）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。自动门硬件系统的设计控制系统结构设计/ 14自动门控制装置由门内光电探测开关 、门外光电探测开关、开门到位限位开 关、关门到限位开关、开门执行

15、机构 使直流电动机正转）、关门执行机构 使直流 电动机反转）等部件组成 PLC 控制自动门因为具有故障率低、可靠性高、维修方便 等优点，因而得到广泛的应用。因为直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。 直流电动机超载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机。可编程控制器 PLC）的概述3.2.1PLC 的起源PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 1836 年继电器问世，人们就开 始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世 纪 60 年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任 务 。随着微电子技术、计算机技术和数据

16、通信技术的飞速发展、微处理器的出现， 以及流程加工行业 如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求， PLC 技术出 现并快速发展。目前， PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期 的 PLC 从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆 和算术运算、数据处理、联网通信及 PID 回路调节等功能的现代 PLC。但是，仍然 沿用着顺序扫描、程控等基本模式及 CPU+通信 +I/O 的基本结构。PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强 抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现 场设备，

17、不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成 本。 PLC的下端 （输入端 为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面 向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就 能对可编程控制器进行操作及编程。3.2.2PLC 的功能 、1、数据采集与输出。2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、 PID 运算、滤波等。4、输入/ 输出接口调理功能。 具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟 量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5、通信、联网功能。 现代 PL

18、C 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232 或 RS485接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件与一 台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、 数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成 集中管理、分散控制 的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA系统，现场端和远程端也可以采用 PLC作现场机。6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器 / 过程工作必需的信息。允许操作者/ 14 和PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中 操作

19、与监视系统。7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。3.2.3PLC 的主要特点 1、可靠性高。 PLC的 MTBF一般在 4000050000h 以上，有的在 1020万 h，且均 有完善的自诊断功能。2、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于 集控制系统。最少的 PLC只有 6 点，而 AB 的 ControlLogix 系统的容量达 128000 点。3、功能强大。4、编程方便。控制具有极大灵活性。 5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。 6、安装、维修简单7、与 DCS相比，价格低。8、当前 PLC产品紧跟现场总线的发展

20、潮流。3.2.4PLC 的联网与通信PLC的通信包括 PLC之间、 PLC与上位计算机之间以及 PLC与其它智能设备间的 通信。 PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成 网络，以实现信息的交换，并可构成 集中管理、分散控制 的分布式控制系统，满 足工厂自动化 （FA系统发展的需要，各 PLC 系统或远程 I/O 模块按功能各自放置在 生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。目前各厂 商都主推各自的总线标准，如西门子 Profibus 、A-B ControlNet 及 DeviceNet 、莫 迪康 Modbus等等。但其构成的 集中管理、

21、分散控制 分布式控制方式是十分类似 的。如 ROCKWELLA）-B推出了 全方位自动化 的理念，推荐三层网络结构，即 1） 设备 层DeviceNet 为代表） ； 2 ）控制层ControlNet 为代表） ；3）管理层 EtheNet）。3.2.5PLC 的发展1. 与 DCS的差别。集散系统 DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算 机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主 要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构 方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支 持，故对要求快速、实时性

22、强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优 势。PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要 是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 PLC 在自身发展同时，也在 吸收 DCS系统的优点。 PLC 在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下 拓展功能，开放总线。/ 14 2.市场占有率。 1987年世界 PLC的销售额为 25 亿美元，此后每年以 20%左右的速度 递增。进入 90 年代以来，世界 PLC的年平均销售额在 55 亿美元以上，其中我国约 占 1%。当前， PLC 在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用 PLC设计 自动控

23、制系统已成为世界潮流。功能器件的基本工作原理自动感应门机的基本工作原理首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成：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：提供开门与关门的 主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 4 ) 自动感应门扇行进轨道：就 象火车的铁轨，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

24、轮系统 : 用于吊挂活动门扇，同时在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。 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。行程开关广泛用 于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路 中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下

25、限 位保护。 滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮 (羊角式 非自动复位式， 双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线 路。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， 所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号/ 14 射 出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。2. 光电开关的分类及术语解释 1）、分类漫反射式光电开关：它是一种集发射器 和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体

26、将光电开关发射器发射的 足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表 面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。镜反射式光 电开关：它亦集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反 射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信 号。对射 式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射 器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线 时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可 靠的检测装置。槽式光电开关：它通常采用标准的U 字

27、型结构，其发射器和接收器分别位于 U 型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过 U 型槽且阻断光轴 时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体， 并且它能分辨透明与半透明物体 , 使用安全可靠。光纤式光电开关：它采用塑料或 玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感 器分为对射式和漫反射式。 2）术语检测距离：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 光电开关的感应表面）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

28、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，常开型的光电开关所接通的负载因为光 电开关内部的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五线自 带继电器），及直流 NPN/PNP常/ 开/ 常闭多功能等几种常用的输出形式。指向角自动门控制系统软件的设计4.1Plc 控制输出输入接线/ 149 / 144.3 程序梯形图

29、10 / 144.4I/O分配表/OBBBI元SSS123分KM2PXXX元C123L000XXXX0506Y0电动机正转接触器KM1Y1电动机反转接触器Y2保护接触11 / 144.5 指令表指令LODRX0 X10 2LODU T X Y030AANNYY02OORR YX0026AOONRRIYY02AANNII XX0012AND X07AONUDT YX0027ANIY2AONUIT X T002EONUDT Y02AONRD X X1007LODU T T T0 0AONUIT XY0041ENDOR X10ANI X03LD T0OR Y01OUT Y01LD X054.6 过程分析1 首先按下启动按钮使 x007 闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时 x001 或 x002 闭合。因为开门限位