基于PLC的自动门控制

1、目 录1 绪论11.1 研究背景与研究意义11.2 自动门的组成及分类21.3 国内外自动门技术的发展状况及发展方向31.3.1 国内外自动门技术的发展状况31.3.2 自动门技术发展方向41.4 课题的研究内容42 自动门的硬件设计62.1自动门控制系统总体方案设计62.1.1在自动门的功能需求分析62.1.2自动门的控制要求62.1.3自动门控制系统构成62.1.4自动门的机械传机构设计72.2 稳压电源设计72.3 传动装置的选型及应用92.3.1 传动装置的选型92.3.2 电动机的应用112.4感应装置的选型122.4传动装置及限位开关的选用132.5 本章小结133 PLC的设计1

2、43.1 PLC概述143.2 PLC的选型163.3自动门控制系统I/0地址分配表173.4自动门控制系统的原理图183.4.1主电路及供电线路183.4.2 PLC外接线路图193.4.3 结果验证193.5 PLC组态203.5本章小结204 自动门的软件系统214.1 软件平台214.2控制系统流程设计234.3 PLC程序的设计244.3.1 梯形图简介244.3.2 梯形图以及指令244.3.3 过程分析264.3 本章小结27结 论281 绪论 自动门控制系统，在现当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分自动门

3、控制系统正是本次设计的主要研究讨论的课题。自动门是指:可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。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、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。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（以下简称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的指令，并能通过数字式或模

4、拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，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，能耗低等优点例如：各种用可识别感应器控制的自动专用门。这是实现生活自动化进程的一个重要组成部分。自动门的问题研究，其控制系统可追溯到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。而基于PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。所以此设计中，我以西门子公司S7-300系列PLC为控制系统的核心元件，作信号的处理工作。而感应部分，采用四节点最优布设热释电元件的组合，实现人或

5、物体进出时的信号转换装置。而实现门的开与关，则用步进电动机作为动力装置，并加上行程开关作为限位，以实现该功能，因为以上器件在生活中非常容易购买，且价格适宜，同时也便于维护，非常适合广泛生产应用。本课题所研究的自动门控制系统，主要通过PLC作为控制基础，加上对红外热释电传感器的应用，从而实现了门的“自动”功能，此设计拓展了PLC的应用层面，增加了实现自动门控制系统的选择性。本章主要从自动门的研究背景与意义、自动门的介绍及起源、自动门的组成及分类三个部分来对自动门进行简单的 介绍。1.1 研究背景与研究意义21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性:有效的防范通行、疏散，同时还突出了建筑艺

6、术的理念，强调门与建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。自动门大规模专业化生产始于150年前，在不断发展和完善的过程中，涌现出大批独具规模专业制造商。门的高级形式自动门起源在欧美，迅速发展至今，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿态。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人们对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门，从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。自动门的普及和应用，改变了人们的防护

7、意识，提升了人们的安全观念。自动门除可美化出入口环境外，由于中国没有相关的自动门国家标准，导致自动门档次、质量良莠不齐。如果你没有使用过自动门，最好选择一个由专业厂生产、能提供较完善售后服务的自动门品牌（目前有很多自动门品牌是有一些贸易公司购买散件加上自己拼装而成，应尽量避免购买此类产品）。不要认为样本上全是外国语，资料也是外国语的商品就是进口商品，其实这样是违反国家规定的。真正的知名品牌，合法的商品不会这样做。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，浴室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

8、店等办公娱乐场所装修所不可少的一项配置。自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于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。自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反

9、应，不管人员是否移动，只要在处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。1.2 自动门的组成及分类 主控制器：它是自动门的指挥中心，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；同时人们通过主控制器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。 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； 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。门扇行运轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。 扇吊具走轮系统：用于

10、吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。 下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。 自动门主要有:旋转自动门、弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、重叠自动门、医用自动门、卷闸自动门、车库自动门、特种自动门。1.3 国内外自动门技术的发展状况及发展方向1.3.1 国内外自动门技术的发展状况 自动门起源于上世纪30年代的美国，随着超级市场的兴起而得到应用，1930年世界上第一樘自动门记载于纽约时报。其后日本和欧洲发展迅速。在世界各国中，日本使用推拉门数量最大，一是日本的

11、历史习惯，自古以来普通建筑物都使用推拉门；二是日本治安情况良好；三是日本对自动推拉门相关技术研究比较完善。日本的沿街建筑物出入口70%以上使用自动推拉门，一般商店即使只要十几平方米也都广泛采用。公共建筑物使用率更加广泛，日本关西机场共使用自动门500多樘，在世界各国的机场建设中使用台数占第一位。然而日本自动旋转门的使用量不多，总使用量不足1000樘。欧洲是自动旋转门使用量最多的地区之一，一方面是由于地理气候方面的原因和生活习惯，同时也因为建筑物的雄浑气质和宽阔余绰的风格，最重要的是因为电气控制感应，变频技术产品和制造工艺先进，促使自动旋转门技术成熟应用。以荷兰、德国、法国、瑞典为代表，产生了自

12、动旋转门的世界品牌。在国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现在人们生活中自动门可以节约空间能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。随着我国经济的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛，自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等公共场所。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。我国的自动门状况有如下几点：(1) 厂家多，规模小 56年来几年来， 自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目

13、前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家，但普遍生产规模小，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，顶多委托代加工部分零部件。近两年来，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、塑料件等出现了专业生产厂家，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)

14、 产品同质化和市场特点导致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。1.3.2 自动门技术发展方向 由于目前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，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，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，也不利于行业的发展。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。 在建筑金属结构协

15、会和门业标委会的大力推动下，自动门标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。 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

16、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 课题的研究内容 本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究。（1）自动门类型的选择。 综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。（2）自动门硬件系

17、统的设计 本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的CPU312小型PLC。在自动门的开关门速度控制上在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。在感应器方面运用了自动门专用的微波雷达感应器和在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。由于本课题的具体需要在硬件系统的设计过程

18、中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。（3）自动门的软件设计 在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。2 自动门的硬件设计2.1自动门控制系统总体方案设计2.1.1在自动门的功能需求分析 本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应由以下功能：（1） 开门和关门控制应有手动和自动方式为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装

19、置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。（2） 紧急停止当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。2.1.2自动门的控制要求（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

20、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。2.1.3自动门控制系统构成自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动电动控制方式，此种控制方式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从

21、而控制门的开和关实现门的自动化控制。 自动门系统的具体组成如下图： 由上图可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC,PLC根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。2.1.4自动门的机械传机构设计 在本课题设计的自动门针对人流较多的商场，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面： （1）自动门的传动主要包括安装版，轨道，门机，皮带，吊挂件等。 （2）所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单。 （3）电机：驱动电机采用64V直流电动机，功率大，可调性强。 （3）导轨：水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问

22、题，从而确保了门扇的稳定性。并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方便的特点。 （4）滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。 （5）皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。2.2 稳压电源设计随着自动门的不断发展，被越来越多的应用于各建筑物，广泛的应用也使其安全变的越来越重要。对电源的影响因素是多方面的，其中主要干扰，来自噪声的影响。因此，为了提高自动门的运行稳定性，稳定的电压和较小的波纹是重点考虑的问题。较为普遍的稳压装置是变压器，因为它价格实惠，但有一

23、定的弱点，对于电源的稳压性能并不是很强。因此我们需要设计稳压电源并根据无刷直流电机供电要求选择合理的电路参数，同时需要合理设计交流滤波器以减少电磁干扰。由于自动门工作时间长、安全性要求高，因此从电网电源开始，就应用了过流、过热保护以尽量避免意外发生。保护电路有多种形式，下面是一种保护电路的框图（图2.1）。过压保护采用压敏电阻和瞬变电压抑制器，以防止雷击等意外事故产生的瞬间高压。图2-1 保护电路框图交流EMI滤波器主要是用来抑制共模、共差干扰。如图（图2.2）所示，它主要包括两个输入端、两个输出端和一个接地端，电路包括共模扼流圈、滤波电容、共模滤波电容。图2-2 交流EMI滤波器自动门的整流

24、电路主要是把交变的交流电转换成稳定的直流电，使电源适合各种驱动装置（如无刷直流电机）的使用。全桥是由4只整流二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的。全桥的正向电流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A等多种规格，耐压值（最高反向电压有）25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多种规格。下图（图2.3）是其电路图形符号与内部电路。图2-3 电路图形符号与内部电路综上所述，本次设计使用驱动电机采用64V直流电动机，故此选用稳压电源为佛山市银狐电子科技有限公司的稳压电源，型号为YH-11M7207

25、5。其规格如表2-1所示：表2-1型号YH-11M72075类型AC/DC电源调制方式脉冲宽度调制（PWM）式晶体管连接方式全桥式输入电压AC22020%（V）输出功率540（W）输出电压72(V)工作效率85（%）2.3 传动装置的选型及应用2.3.1 传动装置的选型 自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点，是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择。本设计选用的是深圳永灿

26、自动门有限公司生产的百盛可定制式直流无刷电机，对于各种规格要求均可定制，大大方便了各种自动门对于各种无刷直流电动机性能的需求。(1)直流电动机的调速 并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。 调磁法 这种调速方法有3个优点： a调速平滑，可无级调速； b.调速经济，控制方便； c.机械特性较硬，稳定性较好。这种调速方法的局限是

27、转速只能升高，即调速后的转速要超过额定转速。因为电机不允许超速太多，因此限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。 调压法 这种调速方法有下列优点： a.机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好； b.调速幅度大； c.可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。 这种调速方法的缺点是调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。印刷设备中直流电动机的调速多采用这种方法。(2) 直流电动机的优势 因为直流电动机在调方面很简单，相对于异步电动机来说又有以下的优势：a 由于采用高性能永磁材料，无刷直流

28、电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性、更快的响应速度、更高的转矩惯量比。 b 由于没用转子损耗（转子使用永磁材料），也无需定子励磁电流分量（应用新理论），所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量输出，交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器。 c 由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。 d 交流异步电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。 综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度（铁芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产

29、能提高因素考虑在内，使用者的综合成本下降很大。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。 2.3.2 电动机的应用 目前自动门中的动力部分主要有无刷直流电机、交流变频电机及步进电机的使用。今以无刷直流电机为例来介绍自动门系统中执行机构的设计。下图是电机的主电路图（图2.4）： 图2-4 主电路图无刷直流电机需要控制器来进行控制，MC33035无刷直流电机控制器采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性。该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平，同时它还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制器比

30、较器、三个集电极开路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管（MOSFET）的大电流图腾柱式底部输出器。此外，MC33035还有欠锁定功能，同时带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部运行使能等。自动门控制要求。物体靠近门时传感器获得信号传给控制器，控制器根据当前所在位置决定门的动作。有三种情况：门处于关闭状态，控制器应驱动执行电机以最佳速度曲线打开门。门处于半开状态，控制器应根据门当前所在位置，以适当的速度驱动执行电机开门。门处于开启状态，控制器使门保持开启状态。无物体靠近门时：如果门处于开启状态，延时适当的时间后以最佳速度曲线关闭门：如果门处于关闭状态，维持相应的开、关门速度

31、曲线如图一所示。关门时：OA段为加速段，AB段为稳速运行段，BC段为减速停止（门关到位）段。开门时：CB段为加速段，BA段为稳速运行段，OA段为减速停止（门开到位）段。 根据自动门控制要求，系统原理框图如下图（图3.5）所示。开门门磁：检测门的最大开启位置，门开后驱动电机停止工作，并防止开门过量而损坏系统部件。闭门门磁：检测门的关闭位置，门关后驱动电机停止工作。驱动器：扩大驱动功率以驱动150w的无刷直流电机。工作指示灯：（a）有电源指示灯；（b）正常、故障指示灯。超过预期时间门不到位即是故障状态。图2-5 系统原理框图2.4感应装置的选型 目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、红外感

32、应器等。微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线昨感应系统，以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件，方案设计选择器件均确保了产品可靠性。 微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接收。其探测方式具体如下优点： 有极宽的频谱（波长=1.0 mm1.0m）可供选用，可根据被测对象的特点选择不同的测量频率； 在烟雾、 粉尘、 水汽、 化学气氛以及高、 低温环境中对检测信号的传播影响极小， 因此可以在恶劣环境下工作； 时间常数小， 反应速度快， 可以进行动态检测与实时处理， 便于自动控

33、制； 测量信号本身就是电信号，无须进行非电量的转换， 从而简化了传感器与微处理器间的接口，便于实现遥测和遥控； 微波无显著辐射公害。 红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。 根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。 结合本课题的实际需要在设计自动门的人员检测上运用上海顺安达门业装饰有限公司的微波自动门感应器W

34、B-3004，其规格如下表所示：表2-2 型号WB-3004供电电压AC/DC 12VAC/DC 24V工作频率范围50Hz60Hz感应探头工作频率10.525GHz（9.00GHz12.00GHz）工作指示方式LED感应时间/延长时间REAL-TIME/0.5 SEC感应范围4.0M(W)3.0M（D）静态功耗200nW动态功耗550nW探头可调角度40160工作温度范围-2560相对湿度095%安装方式WALL2.4传动装置及限位开关的选用 本控制系统所用到的传动装置具体包括如下： 1 自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。 2 自动门扇吊具走论系统

35、：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。 3 同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。 4 限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。本次设计选用的是百思德门控公司生产的主要用于自动门控制的型号为干簧管的限位开关。 2.5 本章小结本章主要是对自动门控制系统总体设计及硬件选型进行研究。主要设计为稳压电源、无刷直流电机、感应器装置、传动装置及限位开关等硬件的选型。通过这个设计能更多的掌握自动门硬件如何正确选择才能最大发挥自动门的功能。3 PLC的设计3.1 PL

36、C概述可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应

37、采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能： a 逻辑处理功能； b 数据运算功能； c 准确定时功能； d 高速计数功能； e 中断处理(可以实现各种内外中断)功能； f 程序与数据存储功能； g 联网通信功能； h 自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别

38、的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。 现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程人员的欢迎。其主要特点有: a抗干扰能力强，可靠性能高 b控制系统结构简单，通用性强 c编程方便，易于使用 d功能强大，成本低 e设计、施工、调试的周期短 f维护方便（1）PLC与其它典型控制系统的区别 继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点。是设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性

39、差。a 控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差，而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好。 b 工作方式电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式。而PLC得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串

40、行方式。PLC有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。PLC是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是分时操作方式来处理

41、各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。 c 控制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。 （2）与单片机控制系统的区别a 本质区别 单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板级或模块级的系统。其实PLC本身就是一个单片机

42、系统，他是已经开发好的单片机产品。开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在产品的单片机控制系统上进行二次开发。b 使用场合单片机控制系统适合于家电产品、智能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用；而PLC控制系统适合在单片机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过程中使用。c 使用过程设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需要的电子元件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰等大量工作需要专门的开发装置和低级编辑语言控制程序，进行系统联调；而PLC不必操心内部的计算机系统是否可靠和他们的抗干扰能力，软件设计使用工业

43、编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时，因为有好的工程工具帮助，所以非常容易。3.2 PLC的选型 在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。（1） 输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。余

44、量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入12点，输出12点。（2） 存储器容量的选择存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍，加上

45、模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。 (3)机型的选择 a.PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，功能扩展方便灵活，一般

46、用于大中型控制系统。 b经济的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。 （4）对PLC响应时间的要求对于多数场合，PLC的相应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC

47、的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。综合以上因素，以及本学期所学PLC教学课本所学知识，本课题的设计采用德国西门子公司生产的CPU312中型PLC来实现整个系统的控制。其特点如下： a 循环周期短、处理速度高； b 指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能； c 产品设计紧凑，可用于空间有限的场合； d 模块化结构，设计更加灵活； e 有不同性能档次的CPU模块可供选用； f 功能模块和I/O模块可选择； g 有可在露天恶劣条件下使用的模块类型。3.3自动门控制系统I/0地址分

48、配表 I/0分配表示编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。输入/输出信号在PLC接线端子的地址分配是进行PLC控制系统设计基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图来安装控制柜。I/O地址分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现成接线和调试的重要依据。 PLC控制系统的I/O地址分配如下表4-1：表4-1 I/O地址分配表名 称代 码地 址 编 号输 入 信 号门内光电检测开关SQ1 I0.1门外光电检测开关SQ2I0.2开门限位开关SB3I0.

49、3关门限位开关SB4I0.4过载保护开关SR5I0.5紧急停止开关SB6I0.6启动停止SB7I0.7手动开门SB10I1.0手动关门SB11I1.1输 出 信 号电机正转KM0Q0.0电机反转KM1Q0.1短接启动电阻接触器KM2Q0.2 3.4自动门控制系统的原理图3.4.1主电路及供电线路 自动门控制系统的主电路图如下图4-1所示： 图4-1主电路图3.4.2 PLC外接线路图 PLC的I/O外接线路图如图4-2所示：图4-2 I/O外接线路图3.4.3 结果验证图4-3 仿真图3.5 PLC组态图4-4 组态图3.5本章小结 本章主要是在上一章硬件设计的基础上对自动门的PLC系统进行选

50、择与设计。其中主要是以下几个方面：PLC概述、自动门控制系统I/O地址的分配、自动门控制系统的原理图。使我对PLC控制系统有了更深的了解。4 自动门的软件系统 4.1 软件平台 1 软件介绍 本次设计主要使用的编辑软件为西门子STEP7，西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。 PCD1 和 PCD2 Saia-PCD 控制设备也可以用 Siemens Step7 来编程。使用Step7编程可以在Saia PCD上实现某些集成在Step7内的功能.不只是兼容。 2 软件操作步骤 (1)首先打开

51、STEP7Micro/WIN4.0编程软件，进入主界面，STEP7Micro/WIN4.0编程软件主界面如图1所示。 图1 STEP7Micro/WIN4.0编程软件主界面 (2)单击浏览栏的【程序块】按钮，进入梯形图编辑窗口。 (3)在编辑窗口中，把光标定位到将要输入编程元件的地方。 (4)可直接在指令工具栏中点击常开触点按钮，选取触点如图2所示。在打开的位逻辑指令中单击 图标选项，选择常开触点如图3所示。输入的常开触点符号会自动写入到光标所在位置。输入常开触点如图4所示。也可以在指令树中双击位逻辑选项，然后双击常开触点输入。 图2 选取触点图3 选择常开触点 图4 输入常开触点 经过上述操作过程，编程软件就可正确编辑梯形图。如果需要进行语句表和功能图编辑，可按下面办法来实现。（1)语句表的编辑 执行菜单【