宾馆自动门控制系统设计PLC课程设计Word格式.docx

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自动门除可美化出入口环境外，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。

自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加感应探测器，当人走近自动门时，感应探测器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。

当人通过门之后，再将门关闭。

自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装；

智能控制器控制，即通过运用现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。

由于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的自动门所淘汰。

在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器控制和可编程控制器（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、宾馆的自动门都是由这种方式来控制。

1.2本课题的控制任务

1.2.1课题内容：

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，关门到位限位开关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。

1.2.2控制要求：

（1）当有人由内到外或由外到内通过感应探测器检测开关SBl或SB2时，开门执行机构KMl、KM2动作，电动机正转，当门到达开门减速开关SB3位置时，电机开始减速，门到达开门限位开关SB4位置时，电机停止运行。

（2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM3、KM4被起动，电动机反转，当门移动到关门减速开关SB5位置时，电机开始减速，门移动到关门限位开关SB6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感应探测器检测开关SBl或SB2时，门立即停止且停止0.5秒后，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感应探测器检测开关SBl或SB2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）当有人站在门口不进入时，感应探测器检测开关SBl或SB2就会一直检测到信号，定时器处于循环定时状态。

自动门控制装置由门外感应探测器检测开关SBl、门内感应探测器检测开关SB2、开门减速开关SB3、开门到限位开关SB4、关门减速开关SB5、关门到限位开关SB6、开门执行机构KMl/KM2（使直流电动机正转）、关门执行机构KM3/KM4（使直流电动机反转）等部件组成。

考虑到自动控制门在出现故障时的维修方便，所以增加了手动开门K1、手动关门K2.

1.3研究的目的和意义

在超级市场、公共建筑、银行、医院入口，经常使用自动门控制系统。

使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。

自动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。

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。

自动门在国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。

早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。

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。

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。

本课题的自动门设计运用PLC做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的革新，提高了自动门的使用率，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。

2方案论证

2.1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，指挥直流电机或电锁类系统工作；

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直流电机：

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：

用于传输直流电机所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

7下部导向系统：

是自动感应门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。

当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：

感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知直流电机运行，同时监控直流电机转数，以便通知直流电机在一定时候加力和进入慢行运行。

直流电机得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；

自动感应门扇开启后由控制器做出判断，如需关自动感应门，通知直流电机作反向运动，关闭自动感应门.

2.2自动门的分类

自动门通常分为弧形自动门（如图2.1）、双扇平移自动门（如图2.2）等。

图2.1弧形自动门

图2.2双扇平移自动门

本课程设计所采用的是双扇平移自动门。

因为这种门体积小、稳定性好、价格低、维护方便，更适合宾馆等地方使用。

2.3方案选择

在最初的设计时，提出了两种自动平移门的控制方案：

方案一是继电器控制、方案二是采用PLC控制。

方案一是采用继电器控制，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再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。

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，其设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。

而方案二的PLC控制采用存储器逻辑，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。

在控制的速度方面：

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。

根据以上两方面的分析，本次设计采用方案二，即采用PLC来控制。

2.4机械传动机构设计

在本课题设计的自动门针对人流较多的宾馆，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板，轨道，门机，皮带，吊挂件等。

2．所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。

3．电机：

驱动电机采用220V直流电机，功率大，可调性强。

4．导轨：

水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，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，实现了维护方面的特点。

5．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。

6．皮带：

采用齿形皮带,齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效率。

皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。

7．传动结构如图2.3所示。

其中马达皮带轮直径为5cm,皮带滑轮内径为13.5cm,外径为28.5cm。

图2.3机械传动

3硬件设计

3.1系统结构框图

本设计运用PLC控制调节直流电机运转来实现自动门运转的控制方式。

根据宾馆对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能：

1．开门和关门控制应具有手动和自动方式

为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。

手动和自动开门方式由手动自动转换开关来控制。

当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。

当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器自动控制门的开关。

2．快要到达限位处自动减速功能

如果门在打开或者关闭的过程中一直是高速移动，那么在到达限位处会因为惯性而不能立即停止，时间久了会把门撞坏。

为了防止发生这种速度过高不能立即停止的现象，设计了在即将到达限位开关处减速的功能。

具体开关的布置如下图所示。

图3.1减速及限位开关布置图

如图3.1所示，当门边缘位于BC之间时是高速运行；

位于AB和CD之间时为了防止停止时的惯性撞击所以采取低速运行。

图中的A、B、C、D的含义如下表3.2所示：

A

开门限位开关

B

开门减速开关

C

关门减速开关

D

关门限位开关

表3.2各开关含义

3．防夹人功能

为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。

自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。

采用自动和手动点动控制方式，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。

系统的总体框图如下图3.3所示：

图3.3系统总体框图

3.2主电路图

该控制系统使用一台250W的直流电机进行拖动，直流电机选择额定电压为48V。

主电路连接入下图3.4所示

图3.4控制系统主电路图

3.3PLC的I/O分配

I/O分配表是编写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。

根据自动门的控制系统功能的要求，确定了PLC