《感应门控制系统设计8400字（论文）》

感应门控制系统设计摘要：进入20世纪以来，随着科学技术迅速发展，人们的生活水平得到了提高，尤其在自动化领域取得了很高的成就。目前，自动化技术已经应用于工业，农业，军事，生产线，医疗，餐饮等各个方面，自动化技术节省了很多的人力资源以及脑力活动，极大的提高了生产效率，使中国经济得以迅速的发展。我的选题感应门控制系统就是自动化技术的一种体现，感应门目前已经运用在餐馆，学校，企业大楼，图书馆等各个领域。感应门的出现使得建筑增添了许多典雅的气息。感应门的类型有平移式感应门，旋转式感应门等各种类型，而在我们生活里最常见到的就是平移式感应门，这种感应门控制方便，维护容易，其在通电后实现了无人化管理，节省了空调资源，具有降低噪声，防风，防沙，防盗等功能。可编程控制器，驱动装置，传动装置，感应探测器，变频器，电动机等设备构成了感应门控制系统，传动装置采用皮带，驱动装置采用电动机，可编程控制器采用日本三菱公司生产到FX2N-40MR，变频器为三菱公司的FR—540变频器。本设计的主要工作原理是，当人靠近感应门时，感应探测器器感应到人的靠近，将信号转换成开关信号传送到PLC，PLC根据传送过来的信号通过变频器控制电动机的正反转与转速，电动机驱动传动装置运行，传动装置带动感应门的打开与关闭。关键词：PLC；变频器；驱动装置；感应器1.引言门的发展有着悠久的历史。在古代，门的作用主要是用来防盗，但随着人们生活水平的提高门在生活中承担的角色也越来越重要，尤其是在一些公共场合起到的作用更是重要，于是感应门渐渐的出现在了人们对视野里。由于感应门的重量体积各不相同，因此采用的传动与驱动装置也各不相同，大体上可以分为重型感应门和轻型感应门。感应门还会受到客流量的影响，因此我们还可以将感应门分为自动门和可频繁使用的感应门。感应门的优劣主要体现在感应门的控制装置上，先前的感应门采用继电器对感应门进行控制，就是通过复杂的按钮和接线来控制，采用继电器控制的感应门有着不易安装，体积巨大，控制不够灵活，维护苦难等缺点。为避免继电器控制的感应门出现故障给顾客造成威胁，我们采用智能控制器控制，就是运用现代化控制设备来控制感应门，在智能控制器的选择上，当前自动化产业最热门的可编程控制器可以满足我们的需求。可编程控制器简称为PLC，PLC是一种用于数字运算的电子装置，其可以在工业环境下完成各类控制，它采取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，计数和算数运算等操作指令，通过数字式的输入和输出或模拟式的输入和输出来控制各类机械的生产过程。可编程控制器（PLC）有着如下特点：（1）可靠性高可靠性指的是可编程控制器均匀不发生故障的时间。PLC的软件与硬件采取了许多的抗磁扰的办法，因此PLC能在具有很强干扰性的情况下工作。在商场这种具有各种干扰的环境中选择PLC来控制感应门可谓首选。今朝被用户广泛应用，最靠得住的产业设备之一便是可编程控制器（PLC）。（2）编程容易可编程控制器采用梯形图来进行编程，许多的电器元件采用图形表示，其原理与电路图基本相似，用梯形图来编程使得过程更加的直观，表达更加的形象。许多的电气技术人员用很短的时间便可以熟悉其操作。（3）控制功能强悍一台可编程控制器其中包含许多的编程原件供用户使用，用其来控制设备可以实现各种操作。PLC的输出模块能够驱动负载，因此把负载和模块连接起来就能够驱动相应的部件。 （4）使用方便可编程控制器具有很多的硬件可以供用户使用，用户可以依据本身的需要灵活的进行装配，实现种种不同的功效。（5）易于实现自动化可编程控制器还具有重量轻，体积小等优点，将其安装于机器的内部能够轻松的实现自动化控制。综上所述采用可编程控制器来进行感应门的控制是明智之举，采用PLC控制感应门，既能满足感应门的控制要求，又能提高感应门的安全性和可靠性。本设计可以促进感应门产业的发展，使得感应门拥有更广阔的市场。2.感应门控制系统硬件设计2.1感应门工作原理图1感应门工作原理图从上图可知，感应门控制系统的主要过程为感应探测器检测到物体的靠近给PLC输入一个脉冲信号，PLC根据信号发出相应的控制信息给驱动装置，驱动装置将带动传动装置，传动装置带动感应门，以此过程来控制感应门的打开与闭合。2.2感应门硬件结构图图2：感应门硬件结构图由图像可以了解到利用吊架来悬挂两扇门，当电动机通电转动后通过皮带带动滚轮转动，悬挂在皮带上的感应门便可以动作。当电动机顺时针转动，滚轮1也顺时针转动，此时左边的吊架往左运动，右边的吊架往右运动，感应门呈现为打开状态。当电动机逆时针运动时，滚轮1也逆时针运动，此时左边的吊架往右运动，右边的吊架往左运动，感应门此时呈现为关闭状态。2.3感应门硬件组成（1）变频器：变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，变频器充分利用了当代的科学技术，价格昂贵但机能杰出，内部结构庞大但使用便捷，所以变频器不止运用于启动电动机，而且还可以广泛的应用到各个领域。在本设计中选用的变频器为FR-540变频器,此变频器有着以下的优点：接线简单，可以将PLC的输出端口接到变频器的输入口端来控制电机的正反转和转动的速率。易于安装，变频器的安装不受位置限制，可以安装在任意一个位置，进行远距离的操作。易于设置，对于变频器的设置并不像以往的程序设置一样复杂，变频器的设置只要转动外部的按钮便可以进行设置。本设计中可编程控制器通过变频器控制电动机的正反转以及转速。电动机得到一定的电流后开始正转，如果需要关闭感应门，可编程控制器控制电动机反转，感应门自动关闭。（2）感应探测器：感到器相当于人们的眼睛，用来感测是不是有物体接近感应门，当有物体进入他的工作范围时，感应器将给主控制器传输一个脉冲信号，通过主控制器来控制感应门的打开，当物体通过感应门后，感应器再给主控制器脉冲信号控制感应门关闭。现在感应门中使用的感应探测器有许多的类型，如微波式感应探测器，触摸式感应探测器，红外线式感应探测器等。鉴于本设计研究的感应门位于商场，医院等人流量较大的地方。在这些地方灰尘，光线等其他因素都会对感应门的灵敏度造成影响，考虑到这些因素我选用抗干扰能力较强的微波式感应探测器。（3）主控制器：相当于大脑给各个部位发出控制命令，当感应探测器发出信号给主控制时，主控制器便给各个部位发出命令，控制感应门的运行。（4）驱动装置：主要使利用三项交流电动机来实现其驱动，供给开门与关门的动力，控制感应门的运行速度。（5）传动装置（皮带）：用于传输电动机所产生的动力，将动力应用于感应门上控制感应门的打开与闭合。（6）滚轮系统：主要作用是在驱动装置提供的动力下与传动装置结合带动感应门的运行。（7）蜂鸣器：当感应门打开与闭合时，可编程控制器输出信号给蜂鸣报警器，提醒来往的行人注意安全。（8）下部导向装置：用来固定感应门的下部，防止感应门在打开与关闭过程中左摇右晃产生噪音。（9）吊架：用来悬挂感应门，在动力的牵引下带动感应门的打开与闭合。（10）行程开关：行程开关又有一个名称为限位开关，主要作用为控制机械设备的行程和进行限位保护。将限位开关安装在特定位置，当机械的运动部件撞击到限位开关后，限位开关触电动作，实现电路的切换。按钮的工作原理与其相似。本设计中将限位开关安装在感应门开门所能触及的最大位置，以及感应门彻底关闭接触到的位置。当感应门到达这两个位置时，电动机会停止转动3.感应门控制系统软件设计3.1感应门的功能要求本设计需要将安全性与可靠性相结合，根据设计要求，感应门应具有以下这些功能：1.当有物体由门内到门外，或者由门外到门内被感应探测器检测到时，常闭的限位开关上有电流通过，此时电机正转，感应门打开，当感应门达到开门限位开关时，电机停止转动。2.延时定时器在感应门到达开门限位开关后自动进行8秒的延时，8秒后电机开始反转，感应门开始关闭，当感应门到达关门限位开关时，电机停止，感应门完全关闭。3.考虑到在关门时有其他人需要通过感应门，因此在关门的过程中，探测器探测到物体的靠近，应立即停止关门程序，进行开门程序。4.在门打开的8秒时间内，有物体从门外到门内或门内到门外被探测器感应到时，需要继续等待8秒，之后再进行关门，保证人的安全通过。5.加入手动开关和自动开关。6.加入紧急停止按钮防止当门在打开与关闭时出现意外情况，可以紧急停止3.2PLC控制系统输入输出系统表1：I/O分配表：类别元件PLC元件作用输入SB1X001门外感应探测器SB2X002门内感应探测器SB3X002开门限位开关SB4X004关门限位开关SB5X005过载保护开关SB6X006紧急停止开关SB7X007启动停止SB10X010手动开门SB11X011手动关门输出KM0Y0电动机正转接触器KM1Y1电动机反转接触器KM2Y2过载保护接触器图3:PLC外部接线图3.3PLC控制系统流程图图4:感应门工作流程图3.4PLC控制系统程序设计3.4.1继电器接触控制图图5；继电器接触控制图系统设计的基本步骤：1.当有物体由门内到门外，或者由门外到门内被感应探测器K1或者K2检测到时，常闭的限位开关上有电流通过，此时电机正转，感应门打开(开门执行机构KM0动作)，当感应门达到开门限位开关S1时，电机停止转动。2.延时定时器在感应门到达开门S1后自动进行8秒的延时，8秒后电机开始反转，感应门开始关闭（关门执行机构KM1动作），当感应门到达关门限位开关S2时，电机停止，感应门完全关闭。3.考虑到在关门时有其他人需要通过感应门，因此在关门的过程中，感应探测器（K1，K2）探测到物体的靠近，应立即停止关门程序，进行开门程序。4.在门打开的8秒时间内，有物体从门外到门内或门内到门外被感应探测器（K1,K2）探测到时，需要继续等待8秒，之后再进行关门，保证人的安全通过。5.感应门工作的过程中难免会出现故障，因此可以在其中加入手动的开门开关和关门开关。按下SB10时，感应门打开（开门执行机构KM0动作）。按下SB11时，感应门关闭（关门执行机构KM1动作）。3.4.2梯形图设计语言在本课题PLC软件程序编写中采用了比较直观的梯形图语言进行编程。梯形图程序设计语言主要是采用图形符号来编写程序，因此用梯形图程序设计语言编写的程序简单易懂。此设计语言用因果关系来描写全部事务发生所必要的前提和所发生的成果，一个梯级就暗示一个因果关系，事务发生所要的前提编写在左侧，发生的成果在右侧。梯形图程序设计语言的特点：（1）电气操作原理图与之相对应，有直观性，通俗易懂。（2）原有继电器逻辑控制技术与其相差无几，电气技术人员能够很快的把握与进修。（3）原有的继电器逻辑控制技术也有些许不同的地方，梯形图中的电流与继电器都不是实际意义的电流与继电器，因此，使用时，要将原有继电器逻辑控制技术与其区别对待（4）程序的检查与改写简洁梯形图设计的方法与步骤：（1）根据控制要求画出控制流程图，可以将控制系统分为几个独立的部分分别进行流程图的设计。（2）列出所有的输入信号与输出控制对象，按照可编程控制器的内部逻辑原件编号，对输入/输出端口进行相应的分配与安排，画出I/O分配表。（3）按照控制流程图，合理的利用可编程控制器内部的逻辑元件构成相应的回路（4）编写程序时由左到右，由上到下合理的依次进行编写。3.4.3程序编写软件本设计采用当下最流行的GX-Developer梯形图软件进行程序的编写，此软件几乎支持所有的三菱PLC，GX-Developer编程软件有着如下的优点：GX-Developer的操作方法简单,它最大的一个特点便是采用标号软元件编程,利用标号软元件进行编程的最大优点便是我们不需要花费大量时间去认识所有的软元件汇编号码，而根据软元件的标号编程来制作一个标准的程序。这样采用软元件的标号编程做出的标准程序可以根据软元件的汇编符号码作为实际的软元件程序来设计和使用。GX-Developer功能块，主要功能是提高程序的开发速度，它把程序中需要多次使用到的顺序程序回路块打包，当我们下次需要使用时，便可以直接调用，这样我们编程的速度便会得到提升。GX-Developer编程软件还具有逻辑测试功能，当我们程序编写完成后，可以进行在线编程即无需和PLC链接便可以看出程序是否出错。在编程过程中，如果某一步出现错误，软件会自动提示错误信息和错误原因，正因为此功能编写程序节省了很大一部分时间，提高了编程的效率。GX-Developer的编写窗口如下图所示：图5GX-Developer本程序的编写采用的时FXCPU系列，采用的机型为FX2N3.4.4程序的编写编写程序需要注意以下几点：1：设备的编号不能重复，保证编号的唯一性。2：线圈不能在最左边的母线上，线圈需要接到最右边，线圈的右边不能有其他的触点，编写需要从每行的最左边开始。3：同一个线圈的编号在同一个程序里被使用两次称为双线圈，双线圈的使用容易引起误操作，应当避免这种情况。4：梯形图里不存在实际意义的电流，假定梯形图里有电流流动，在梯形图里只能单向流动，层次到改变只能从上往下流动5：无论选用哪种PLC机型进行设计，所使用的地址必须在该机型的有效范围内。图7梯形图1：首先，按下启动按钮X007。内外感应探测器X001，X002感应到有物体靠近时，X001，X002闭合。X003是一个常闭的开门限位开关，此时Y000通电，线圈Y000闭合，此时电动机正转，感应门打开。此段为开门程序。2：感应门打开到最大位置，触碰到开门限位开关，常闭的开门限位开关X003打开，Y000断电，电动机正转停止。3：因为常闭的开门限位开关X003打开，使得常开X003闭合，延时定时器开始进行8秒的延迟。若此时感应探测器X001，X002，则T0重新进行8秒的延迟。4：在8秒的延迟后，T0通电，常闭的开门限位开关X003断开，Y000断电。Y001通电并且自锁，电动机反转。此段为关门程序。5：若在关门过程中感应探测器感应到物体的靠近。X001，X002关闭。此时，关门程序中的常闭Y000打开，Y001停止动作。Y000动作，电动机正转，感应门打开。6：为了保证此过程的安全性，在此控制中增加了过载保护（X005）和紧急停止按钮(X006)。7：整个感应门控制系统难免会出现故障，以防故障造成不必要的损失，在此控制过程中增加了手动开门按钮X010和手动关门按钮X011。当按下这X010时，Y000得电，感应门打开。当按下X011时，Y001得电，感应门关闭。3.4.5系统调试系统调试：PLC的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试方法，在此之前需要先对PLC的外部连线进行检查，防止外部接口没有接紧，产生松动，对调试的结果产生影响。在确认外部接线时需要将，电源断开，之后再进行检查，通电检查易产生危险。用户程序首先在实验室进行模拟调试，用按钮来模拟实际的输入信号。各输出量的通／断状况用PLC上有关的发光二极管来表现。可以按照功能表图，在恰当的时辰用开关或按钮来模拟现实的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是不是符合功能表图的划定，即在某一转换前提实现时，是不是产生活动状态的正确变化即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求进行模拟调试时，如果一些时间数值设置过大，可以调节数值减少模拟调试的时间为了节省时间，程序的调试与PLC的外部接线可以同时进行。完成上述的事情后，将PLC安置在控制现场举行联机总调试，在调试过程中将暴露出设计中传感器、执行器和硬接线等设备的问题，和PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对呈现的问题实时加以解决。如果调式还达不到指定对要求，则应该对相对应的硬件与软件进行调试。通常情况下只需要调试程序便可以完成调试。在所有的调试结束后，通过一段时间的观察，便可以投入实行。4.人流量对感应门的影响4.1人流量对感应门的影响感应门在生活中运用的地方很多，但不同地方影响感应门的因素也不同，最明显的便是人流量对感应门到影响，人流量小的地方感应门动作较少，设备的老化较为缓慢。但是在人流量比较大的地方动作较为频繁，此时感应门的优点不能完美体现，况且不断的运作更容易缩短感应门到寿命。此时的感应门相对于传统的门来说就失去了优势，反而加强了资源的消耗。考虑到这一点不同地方的感应门应该采取不同的措施。4.2解决方案1、一些厂家的安装的感应门，并没有使用质量合格的产品，其实这是非常不负责的做法，通常这些感应门用不了几年就会出毛病，所以面对人流量大的地方需要选择质量合格的感应门。首先，要确定感应门的用途，比如：医院通道，人流量会比较密集，有时人流量大的时候，感应门基本是一直在开门的状态，太多人在门边上站住，连累感应门无法关上;当你是这样的一种场所的话，建议用欧洲品牌的感应门，德国多玛感应门等感应门设备，因为这种设备的设计寿命及本身的防夹功能是完全满足了这种场所的需要，当然你也可以在感应门设备上加装防夹的安全电眼，也正因为这里的感应门开启的频率是非常大，因此可以考虑将感应门打开的距离设计的大一些，选用的材料也得更将精良。2、其次，就是感应门的寿命，现在市面的品牌多如牛毛，但很多品牌都是每个供应商找厂家生产出来的，别说是合格证，检测证书之类的，说实在点的质量，几乎没几个品牌的感应门寿命在三年以上，国内很多供应商都喜欢鼓吹自己的感应门承重达到多少公斤，但是不知道这样的作法，是用感应门设备的寿命来换来的。在众多的感应门当中，真正拉得较重就是多玛ES200，承重量达到350KG，实例就是澳门较大的医院---------镜湖医生防辐射门。根据观察，感应门电机发热的程度也是算比较理想。而很多的山寨品牌根本考虑不到这些问题3、再者，就是感应门的品牌档次问题，现在感应门市面分为三个档次，国产，日韩台系，欧美系，跟小汽车的市场有点相似，如果你是一间高档的写字楼，一般建议欧美系感应门，如FAAC，盖泽，多玛等，因为这些品牌的感应门设备的静音功能及门的运作做得非常好，这也是多年来欧洲市场上要求的感应门噪音不能超过正常的数值，而这些品牌的电机制造商几乎统一都是DUNKER电机厂，这家全球较TOP的电机生产商所生产的电机的品质，的确无与伦比，通电直转电机，在半米内是听不到任何声响，带上吊架组，也只有感应门滑轮与感应门轨道的摩擦声，还有这些欧洲品牌轨道上都有防噪声的静音胶条，走起来就更加静音。因此在人流量大的地方如商场，医院等地，便可以选择这一类的品牌。国内的厂家应该更多地吸收人家的优点，而不是专搞价格战，对于整个感应门行业来说是不利的。例如厂房里的车间，对声音要求不高，人流量相对于商场也相对较小，可选用台湾产或国产的轻型的感应门设备，因为价格优势的原因，这样就会更合乎经济利益方面的考虑。4：在硬件完备的情况下，当每日的人流高峰期到来时，我们便可以按下手动开关的打开按钮，这样感应门不在自动运作，将感应门一直打开更能节省资源。因此在人流量较大时，我们便可以采取这样的措施。感应门的维护：在人流量大的地方若机器发生故障会造成很大的损失，因此进行维护是十分重要的。无论什么产品都有一定的使用年限，只有好的维护才可以延长产品的使用寿命。当售出的产品对质量和维护有绝对的保障才能让客户对买来的产品满意。在国家迅速发展的阶段，注重质量是很重要的。电动机，滚轮，皮带这些设备之间的摩擦是无时无刻存在的，当使用的时间长了之后便会出现老化的现象，必须进行更换。对设备的检查需要每隔一段时间就要进行一次。以防事故发生造成不必要的损失。的重量和自动感应门开关时的摩擦，产生磨损是必不可免的。当长时间频繁的开关导致磨损后，开门和