自动门论文设计文档格式.docx
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变频器采用日本三菱点击公司生产的FR—540变频器；
驱动装置采用天津安全电机有限公司生产的YSM100/122、W、S三相异步电机，额定转矩为0.43N.m，额定转速为400r/min；
传动装置采用皮到来带动门的运动。
本设计对于环境的要求极低。
本设计主要的工作原理是通过信号采集装置判定有无人经过并将信号转换成开关量信号传到PLC，PLC根据关信号的来控制变频器的开停和速度的变化，在由传动装置带动门运动。
[关键词]
PLC自动门驱动设置变频器传动设置
【Abstract】Thispaperdiscussestheautomaticdoorcontrolsystemismainlyintothefollowingmainparts:
programmablelogiccontroller（PLC）,signalacquisitiondevice,drive,drive,transmissiondevice.ProgrammablecontrollerusesMitsubishiElectricFX2N-32MsoundfieldofsmallPLC;
signalcollectiondevicecompanyselectedShanghaiGardenMicroelectronicsmicro-wavesensors;
drivebyclickingMitsubishiFR-540producedbytheinverter;
drivebySafetyMotorCo.,Ltd.TianjinproductionYSM100/122,W,S-phaseinductionmotor,ratedtorque0.43Nm,ratedspeed400r/min;
transmissiongatedrivenbythearrivalofthemovementoftheskin.Thedesignrequirementsfortheenvironmentisextremelylow.Themainprincipleofthisdesignisfittedthroughthesignalacquisition
【Keywords】PLCautomaticdoordrivedrivedrivesetset
1.自动门控制系统总体方案设计
1.1自动门的功能需求分析
本设计面向商场入口应用，需要有安全和可靠性，再设计的时候改进了自动门的友好性，结构如图2.1所示：
图1.1自动门结构图
根据商场中对自动门的具体要求，本课题所涉及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自动转换开关来控制。
当转换开关拨向手动位置时，们可以手动调节开或者关。
当转换开关拨向自动为知识，手动开门失效，由感应器检测到有人接近门口企鹅们为打开或者检测到义务人接近门且门未关闭时，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。
2.蜂鸣器的提示功能
挡自动门开启和关闭时，PLC输出的信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以来提醒往来行人注意。
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。
本课题所研究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开和关实现们的自动化控制。
1.2系统设计的基本步骤
在自动门系统设计与调试过程中最主要的实现列出设计的主要步骤流程图，如图2.2所示。
在自动门控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：
1.深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。
2.确定I/O设备。
根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。
3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。
4.分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分表或者输入端子的接线图。
5.设计自动门系统的体系梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是真个自动门系统设计的核心工作。
6.将程序输入PLC进行软件厕所，查找错误，是系统程序更加完善。
7.自动门系统的整体调试，在PLC软硬件设计和现场叔公完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。
图1.2设计调试步骤图
1.3自动门技术参数的确定
自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直度和水平度，门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。
在自动门投入使用后，尤其是初期，应该经常调节门体，修正运行产生的误差。
要严格限制门体重量，不能超过自动门的额定负重。
通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。
公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。
例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。
例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。
具体参数如表2.1所示。
表2.1自动门具体参数
表1.1自动门具体参数
1.4自动门的机械传动机构设计
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，使得安装很简便。
3.电机：
驱动电机采用380V三相交流电机，功率大，可调性强。
4.导轨：
水平双导轨，形成正悬挂，解决了测摆的问题，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，齿形皮带的吃形截面为曲线设计，增加了尺形的高度，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，皮带滑轮内径喂13.5cm，外径为28.5cm。
图1.3机械传动
2.自动门硬件系统的设计
2.1控制系统结构设计
本设计运用plc控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。
采用变频器电路，结构简单，控制方便、可靠性高。
交流电机具有效率高、维护成本低的特点。
交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、结构简单，维护方便、易于冷却和寿命长等优点，并且系统调整范围宽，而且能够实现低速恒转矩，高速恒功率运转等特性。
随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。
图2.1控制系统结构图
2.2可编程控制器（PLC）的选型
2.2.1PLC概述
可编程控制器简称PC（英文全称：
ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：
ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“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的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC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。
”
可编程控制器，PLC，本课题中用PLC作为它的简称。
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。
它通过运行存储在其内存中的程序，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，但并不等同于普通计算机，普通计算机进行入出变换时，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考性、实时性、以及信息的实际使用，特别要考虑怎么是用于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本
要点，PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。
其功能要比机电控制装置多得多、强得多。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的l/o接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：
1.逻辑处理功能：
2.数据运算功能
3.准确定时功能
4.高速计数功能
5中断处理功能
6程序与数据存储功能
7联网通信功能：
8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，识别的电控器所没有的，更是传统的机电控制电路所无法比拟的。
丰富的功能PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。
2.2.2PLC的特点
可靠性高，抗干扰能力强
PLC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，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
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。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
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。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
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。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
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，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
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。
（一）PLC的编程特点
1、程序的执行顺序
两图实现相同的功能。
当IS1闭合时，1Y1、1Y2输出。
系统上电之后，当1S1闭合时，继电器梯形图中的1Y1、1Y2会同时得电，若不考虑继电器触点的延时，则1Y1、1Y2会同时输出。
但在PLC梯形图中，因为PLC的程序是顺序扫描执行的，PLC的指令按从上向下，从左向右的扫描顺序执行，整个PLC的程序不断循环往复。
PLC的“继电器”的动作顺序由PLC的扫描顺序和在梯形图中的位置决定，因此，当1S1闭合时，1Y1先输出而1Y2后输出。
即继电器采用并行的执行方式，而PLC则采用串行的执行方式。
2、继电器自身的延时效应
传统的继电器的触点在线圈得电后动作时有一个微小的延时，并且常开和常闭触点的动作之间有一微小的时间差。
而PLC中的继电器都为软继电器，不会有延时效应，当然，这里忽略了PLC的扫描时间。
3、PLC中的软继电器
每个继电器有无数个常开和常闭触点。
（二）PLC编程的基本原则
（１）每个梯形图网络由多个梯级组成，每个输出元素可构成一
个梯级，每个梯级可由多个支路组成。
（２）梯形图每一行都是从左母线开始，而且输出线圈接在最右
边，输入触点不能放在输出线圈的右边。
（３）输出线圈不能直接与左母线连接。
（４）多个的输出线圈可以并联输出。
（５）在一个程序中各输出处同一编号的输出线圈若使用两次称为“双线圈输出”。
双线圈输出容易引起误动作，禁止使用。
（６）ＰＬＣ梯形图中，外部输入／输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可多次重复使用。
（７）梯形图中串联或并联的触点的个数没有限制，可无限次的使用。
（８）在用梯形图编程时，只有在一个梯级编制完整后才能继续后面的程序编制。
（９）梯形图程序运行时其执行顺序是按从左到右，从上到下的原则。
（三）编程技巧及原则“上重下轻，左重右轻，避免混联”
（１）梯形图应把串联触点较多的电路放在梯形图上方
（２）梯形图应把并联触点较多的电路放在梯形图最左边
（３）为了输入程序方便操作，可以把一些梯形图的形式作适当变换
2.2.3可编程控制器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操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、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（L/O）（L/O）点数的估算
L/O点数的估算时应考虑适当的余量，通过根据统计的输入输出点数，在增加10%~20%的可扩展。
余量后作为输入输出点数估计数据。
实际订货时，还需要根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
根据估算地方法固本课题的I/O点数为输入12点，输出12点
2.存储器容量的估算
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使用的存储单元的大小，因此程序容量的小于存储容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此程序容量在设计阶段是未知的，需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替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O。
；
点数的10~15倍，加上模拟点数I/O的100倍，以此为内存的总字数另外在按次数的25%考虑余量。
因此本课题的PLC内存容量选择应存储2000条梯形图，这样才能在以后的过程中有足够的空间。
3.控制功能的选择
该选择包括运算功能控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择：
（1）控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制，因此大多数场合采用的单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完全所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。
（2）编程功能
离线编程方式：
PLC和编程器公式一个CPU，编程器在编程模式时，CPU职位编程器提供服务，不对现场设备进行控制，完成编程后，编程器切换到运行模式CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。
离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便，在线编程方式：
CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制。
并在一个扫描周期，主机就根据新收到的程序运行，这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大型PLC中采用。
五种标准化编程语言：
顺序功能图、梯形图、功能模块图、三种图形语言和语句表，结构文本两种文本语言，选用的编程语言应用遵守其标准，同时，还应该支持多种语言编程形式，以满足图书控制场合的控制要求。
（3）诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。
硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内和外诊断。
通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断。
通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断和外诊断。
PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
4.机型的选择
（1）PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类：
按CPU字长为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择型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地的较小，用于小型控制系统；
模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能控制扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（2）经济性考虑
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，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。
当点数增加到某一数值后，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，在估计和选用时应充分考虑，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。
综合以上因素，本课题的设计采用日本三菱公司生产的FX2N-32M小型PLC来实现整个自动系统的控制，如图3.2所示。
图2.2FX2N可编程控制器
2.3驱动装置的选型
自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障，在本设计中是运用变频器的三段速度调节来自动调节电动机的速度，已达到驱动自动门的目的。
这种方法具有稳定性能好，维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的自动门行业主流控制方式。
根据本课题所设计的自动门的要求应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准规定的，是在目前的自动门行业主流控制方式。
根据本课题所设计的自动门的要求应选用绝缘电阻具有在噪音低、过载能力强的特点并且转速不高于500r/min的电机，再结合了安全，稳定的考虑本课题所设计的自动控制系统的驱动装置选用天津安全电机有限公司生产的型号YSM100/112、W、S、的3相380V交流电机。
电机如图3.3所示。
图2.3YSM100/112、W、S交流电机
2.4变频器的选型
根据自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点；
1.变频器与负载的匹配问题
（1）电压匹配:
变频器的额定电压与负载的额定电压相符，本课题所用的电机的额定电压380V，故在选择变频时要符合电机的额定电压。
（2）电流匹配：
变频器的额定电流与电机的额定电流相符，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
在本课题所使用的三相交流电机的最大起动电流为Y形接法为0.37A，形接法为0.64A，本设计中采用Y形接法，所用的变频器的最大电流应大于电机的Y形接法的最大启动电流。
（3）转矩匹配;
这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，本课题所用电机的最初启动转矩为1.4nm，在选型中考虑
2.在使用变频器驱动高速电机时，由于高速点击的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此由于高速电动机的变频器的选型，器容量要稍大于普通电机的选型。
综合以上因素，本课题变频器采用日本三菱公司生产的变频器，作为控制电动机转速的控制器，如图3.4所示。
图2.4三菱FR-540变频器
三菱FR-540变频器具有以下优点：
（1）接线简单，可运用PLC的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。
（2）安装灵活，可根据实际需要把控制装置安装到任何位置，进行远距离操作。
（3）频率设置简单，并且具有三速设定功能，可以满足本课题自动
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