自动门电气控制电路设计.docx

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自动门电气控制电路设计

前言

随着电子技术的发展，可编程控制器（简称PLC）有了进一步的发展。

PLC控制的自动门系统也不断更新着。

本文中论述的PLC自动门控制系统主要由以下这几部分构成：

可编程控制器（PLC）、感应探测器、变频器、驱动器、传动装置。

本设计可编程控制器就选用FX2N-32M小型的PLC；感应探测器选用微波感应器（微波雷达）；变频器就采用FR－540变频器；驱动器采用三相异步电动机；传动装置采用皮带来带动自动门的运动。

合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化。

在此基础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及PLC控制梯形图等。

本设计介绍应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。

文中主要从以上几个方面进行设计论述。

其中可编程控制器（PLC）与变频器是设计的要点。

第1章概述

1.1研究背景和研究意义

21世纪的今天，根据西部地区气候特征，要求建筑物大门随手关门，以保证防风沙、防寒。

为体现人性化、智能化、做到人到自动开门、人走自动关门.门更加突出了安全理念，强调了有效性。

有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体的协调、和谐。

自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，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。

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。

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的自动门都是由这种方式来控制。

利用传感器检测、电机拖动、自动控制系统、自动控制理论、现代电气控制及PLC等专业知识、独立从硬件、软件、调试、仿真设计一个自动门控制系统。

1.2国内外自动门的发展状况

（一）国内自动控制发展现状

（1）厂家多，规模小5～6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）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。

（二）自动控制发展趋势

自动门是门的一种，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。

自动门起源于20世纪30到40年代，当时主要用于军事仓库、重要工厂为的是防火、防弹及开门方便。

20世纪50年代后，自动门应用日渐广泛形成批量生产。

许多大型银行、宾馆、酒店、大厦为提高档次和服务水平，为了与高层次的建筑相匹配，竞相采用自动门，促进了自动门的迅速发扎。

真正较大规模生产和应用时70年代以后的事。

目前自动门的主要生产国是美国、德国、意大利、荷兰和日本等发达国家。

自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。

二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响。

世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。

到了1962年，电气式己开始出现，之后伴随着城市的建设。

自动门技术的领域每年都在增加。

当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低。

然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。

例如，各种用可识别控制的自动专用门，感应自动门（红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应）、刷卡自动门等。

1.3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。

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。

传统的自动门是由继电器控制的，即通过按钮和复杂的接线安装来控制。

现在的自动门大多都是由智能控制器控制，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。

 而在智能控制器的选择上，现今自动门的主控器有单片机控制和可编程控制器（PLC）控制。

单片机控制主要有体积小、安装方便等特点，一般多数被对自动门性能要求稍低的场合采用；PLC控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型的商场等人流量多的自动门都是由这种方式来控制。

第2章自动门控制系统总体方案设计

2.1自动门的功能需求分析

本设计是面向公共场所入口的应用设计，需要有安全和可靠性，在设计的时候改良了自动门的友好性，结构如图2-1所示：

图2-1自动门结构示意图

根据入口处对自动门的具体要求，本设计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，由感应探测器检测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）防夹人功能

为了杜绝自动门的夹人事件，在门两侧安装主动式红外线防夹感应器，一防止停留在门附近的人被门所夹住。

（3）蜂鸣器提示功能

当自动门出现夹人意外状况时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提示管理人员的注意。

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数自动门的控制方式。

本设计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。

2.2系统设计的基本步骤

在自动门控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：

（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点数，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。

（5）设计自动门系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个自动门系统设计的核心工作。

2.3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，门体地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到成千上万人次，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

单扇开启宽度（mm）

1250（最宽）

单扇门的最大承重（kg）

1×120kg

高度（mm）

2500mm

最快开/关门速度（cm/s）

60cm/s

减速开/关门速度（cm/s）

20cm/s

开启保持时间（s）

15s（程序中可调）

可编程控制器电源

220VAC，50-60Hz

驱动器电源

380VAC，50Hz

驱动器输出额定功率

120W

2.4自动门的控制要求

（1）当有人由内到外或由外到内通过感应探测器检测开关SB1或SB2时，开门执行机构KM1、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SB1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SB1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SB1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SB1、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