PLC自动门控制系统.docx

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PLC自动门控制系统

摘要

　　门是伴随着人们的文明而诞生的，随着科学的发展，门的种类越来越多，技术也越来越复杂。

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。

　　自动门是随着人们对生活条件的不断追求、科技的不断发展应运而生的高科技产品，因此，它具备了普通门所没有的优势：

雅观漂亮，而且使用管理起来更加的安全、方便、舒适，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。

因此自动门被广泛的应用于大型商场、银行、大酒店、机场、办公大厦等各种大型的公共场所。

　　本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。

主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。

　　随着电子技术的发展，PLC不断的更新，PLC控制已成为自动控制中最常见的方式之一。

自动门就是自动控制应用的以典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此，自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器。

目前自动门在日常生活中用越来越广泛。

PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点。

PLC自动门控制装置

第一章：

设计的要求

第二章：

绪论

2.1国内自动门发展现状

2.2自动门的技术发展方向

2.3课题研究内容

第三章自动门控制系统硬件介绍

3.1.1PLC在自动门中的应用

3.1.2自动门的硬件组成

3.1.3自动门的系统配置

3.1.4可编程程序控制器（PLC）

3.1.5PLC的产生背景

3.1.6PLC发展历史

3.1.7PLC的主要功能

3.1.8PLC的特点

3.1.9PLC的应用与发展趋势

第四章功能器件的基本工作原理

4.1自动感应门机的基本工作原理

4.1.1平移式自动感应门机组由以下部件组成

4.1.2工作流程

4.2自动门的分类

4.3行程开关（限位开关）的工作原理

4.4光电开关

4.4.1光电开关的分类

4.4.2光电开关工作原理

4.4.3光电开关的特点

4.4.4使用及注意事项

第五章自动门的程序设计

5.1继电器接触控制图

5.2Plc控制输出输入接线

5.3程序流程图

5.4梯形图以及指令

5.5指令如下

5.6过程分析

第六章结束语

参考文献

第一章毕业设计要求

一设计题目:

PLC自动门的控制装置系统

二设计要求：

　　经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。

要实现自动控制首先要具备以下功能部件：

光电检测开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。

　　现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转--开门，电机反转--关门。

　　1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

　　2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，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）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定

问题，最后决定加增手动开门和关门开关。

第二章绪论

1.1.1国内自动门发展现状

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。

1.1.2自动门的技术发展方向

　　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：

*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。

*免维护：

采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。

*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。

*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。

1.1.3课题研究内容

　　本文以某营业厅自动门为例，设计了以PLC为控制器、控的自动门控制系统。

　　在营业厅自动门正上方里外各安装一个光电探测开关，当有人欲进入时，光电探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。

PLC获取到该输入信号，启动电机，将门打开。

当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动门停止动作。

等待一时间段后，自动门自动合上。

在闭合过程中，如光电探测开关检测有人要进入或出去时，自动门停止闭合，并立刻打开。

为了保障门的安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门。

第三章自动门控制系统硬件介绍

3.1.1PLC在自动门中的应用

　　通过PLC控制系统作为中央处理器，来宏观整体调控自动门中各硬件设施协调工作，来完成自动打开和关闭大门。

　　使用红外感应器或微波发射器来感应外界的物体，当有人进如了感应范围之后，感应器通过感应到人的到来，会产生一个信号，通过PLC的模拟/数字输入部分输入PLC。

玻璃门的打开或关闭由电机控制来完成，目前少数由交流变频电机或无刷直流电机来实现。

但更多的使用步进电机来实现。

步进电机作为可靠性好，控制简单，价格低廉的动力装置已经被广泛的应用于自动门。

图1是一个以PIC为控制器，统一控制传感器、步进电机，通过机械直线运动单元驱动玻璃门的PLC自动门控制系统。

图1

　　目前一些厂家PIE供应商都提供可直接控制步进电机运动的定位控制单元，可直接控制步进电机，通过编程完成单轴，两轴插补运动。

直线运动系统设计师习惯上自行设计包括轴承、滚珠丝杠副、同步齿形带等。

设计时非常简单，零件可直接选用，但装配时有较高的要求。

因此，国际上出现了一些机械直线运动控制单元，将滚珠丝杠副、同步齿形带、轴承等安装在一个密闭的长壳体内，并安装有一个滑动模块。

生产商预先调整好精度、预紧力等，该单元安装有限位开关，并提供安装法兰，供电机、编码器安装用。

用户按传动行程、受力情况等直接选用，直接安装在基础上即可。

　　步进电机与机械直线运动单元连接，建立一个直线运动轴，"零点"、"终点"分别为玻璃门全开、全闭时的位置。

如果无人进出，玻璃门关闭。

传感器一旦给PIC信号，PLC通过定位控制单元立刻控制步进电机中断当前运动，回零位。

开始速度逐渐提高，在即将闭合时，速度逐渐减为零。

而当门在关闭的过程时，一旦有人通过，应立即停止动作，转入开门过程。

PIC通过定位控制单元进行速度调节非常方便。

一旦无人进出，传感器无信号发出，PIC控制步进电机中断当前运动，向终点运动，速度控制如前。

3.1.2自动门的硬件组成

　　自动门的硬件根据不同的类型各有不同，此以平移型感应门为例介绍它的硬件，主要有：

自动感应门主控制器，自动感应门感应探测器，自动感应门动力马达，自动感应门门扇行进轨道，门扇吊具走轮系统:

，同步皮带（有的厂家使用三角皮带），自动感应门下部导向系统：

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。

大体分为6部分，如（图2）。

　　图2

硬件的工作原理

（1）自动感应门主控制器：

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；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

（2）自动感应门感应探测器：

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）自动感应门动力马达：

提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。

（4）自动感应门门扇行进轨道：

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（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。

（7）自动感应门下部导向系统：

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。

3.1.3自动门的系统配置

　　自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的与自动门控制器相连的外围辅助控制装置，如开门信号源、门禁系统、安全装置、集中控制等。

必须根据建筑物的使用特点。

通过人员的组成，楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。

自动门安装公司有责任在对用户系统需求的充分了解的基础上，向用户提供合理而经济的系统配置方案。

1、开门信号。

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，不管人员移动与否，只要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。

另外，如果自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。

而且自动平移门如果保持开启时间过长，也会对电气部件产生损害。

由于微波雷达和红外传感器并不了解接近自动门的人是否真耍进门，所以有些场合更愿意使用按键开关。

按键开关可以是一个触点式的按钮，更方便的是所谓肘触开关。

肘触开关很耐用，特别是它可以用胳膊肘来操作。

避免了手的接触。

还有所谓脚踏开关，功能一样，但对防水的要求较高，而且脚踏的力量很大，容易使脚踏开关失效。

还有一种带触点开关的拉手，当拉手被推（或在反方向拉）到位时，向门机提供触点信号。

现在的楼字自控有时会提出特殊的要求，例如使用电话的某一分线控制开门。

要达到这个要求，只要保证信号是无源的触点信号即可。

极少情况下，人们会提出天线遥控的要求。

用一个无线接受器与自动门进行触点式连接，再配一个无线发射器，就可以达到要求。

不过，现在的无线电波源太多，容易导致偶然开门是一个麻烦的问题。

定时器可以自动控制门的状态，其原理是将时钟与特定的开关电路相连，还预设定的时间将自动门处于自动开启或锁门状态。

2、门禁系统统与非公共区域的自动门如果说对自动门的性能和质量要求最高的是在使用频率极高的大型公共区域，那么那自动门自动控制功能要求最高的对进出人员进行选择的非公共区域。

门禁系统是对入门授权的识别。

在识别或检测入门授权通过以后，向自动门的控制系统提供开门信号。

在提供开门信号之前，自动门必须处于锁门的状态。

门禁系统包括从最简单的钥匙开关，密码锁，磁卡锁。

一直到复杂的体重识别系统，指纹识别系统等。

但无论系统怎样复杂，最终都是给自动门提供开门的触点信号。

信号电路的屏蔽对避免由于无关信号的干扰而误开门的情况发生非常重要。

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3、对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调。

应用于自动平移门的电子锁有锁皮带的电磁锁和锁门体吊挂件的电动锁两种。

后者用于重型自动平移门，自动平开门的电子锁有电磁门吸，电子插销锁和电子开门器，电子开门器又称阴锁。

作用力方向不影响门的开启动作，不易发生误操作。

还有一种带触点开关的机械锁，使锁与开关结合，锁不处于开锁状态，触点就不能接触，不可能发生误操作。

4、集中控制。

集中控制的概念包括集中监视自动门运行状态和集中操作多个自动门两层含义，集中监视自动门开门关门状态可以通过位置信号翰出电路来实现，可以采用接触式开关，当门到达一定位置（如开启位置）时，触动开关而给出触点信号。

也可以采用感应式信号发生装置，当感应器探测到门处于某一位置时发出信号。

在中控室设置相应的指示灯，就可以显示自动门的状态，而集中操作通常指同时将多个门打开或锁住，这取决于自动门控制器上有无相应的接线端子。

3.1.4可编程程序控制器（PLC）

　　可编程控制器（ProgrammableController）简称PC，但个人计算机（PersonalComputer）也简称PC，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC（ProgrammableLogicalController）。

　　国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：

"可编程控制器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。

可编程控制器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。

"

　　可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、CAD/CAM一起，被称为现代工业控制的三大支柱。

可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

　　由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

3.1.5PLC的产生背景

　　可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。

l987年国际电工技术委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）颁布的PLC标准草案对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。

　　在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。

这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点，尤其是对生产工艺多变的系统适应性较差。

1968年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，为了完成"多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号"的战略，提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。

第2年，美国数字设备公司（DEC）就研制出了第一台PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，并取得了极大的成功。

此后随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的不断进步，PLC也迅速发展起来。

　　PLC初创阶段的代表产品有MODICON公司的084、AB公司的PDQIl、DEC的PDP．14和日立公司的SCY．022等。

该时期PLC产品的主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、逻辑运算、定时和计数等。

它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，在I／O接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求，它的控制功能比较简单。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式--梯形图。

　　而通用汽车公司（GM）公司为了适应生产工艺不断更新的需求，从用户角度提出了新一代控制器应具备的10项指标：

（1）编程方便可现场修改程序

（2）维修方便采用模块化结构

（3）可靠性高于继电器控制装置

（4）体积小于继电器控制组装置

（5）具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理

（6）成本可与继电器控制系统竞争

（7）输入可为市电

（8）输出可为市电容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等

（9）易于扩展扩展时原系统改变最小

（10）用户存储器大于4KB

根据这10项指标，美国数字设备公司（DEC公司）于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上使用成功，可编程控制器自此诞生。

气候美国的莫迪康（MODICON）公司也推车了084控制器；1971年，日本推出了DSC-8控制器；1973年，西欧各国的可编程控制系也相继研制成功；我国于1974年开始研制可编程控制器，并于1977年开始工业应用。

3.1.6PLC发展历史

自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。

这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。

目前，可编程控制器以实现从"单片机控制自动化--生产线控制自动化--全厂生产自动化"的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。

回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为4个阶段。

（1）从1969年到20世纪70年代中期

这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。

典型产品有莫迪康公司的084、ALLEN-BRADLEY（AB）公司的PDQ2等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序逻辑控制器（PLC）。

（2）20世纪70年代中期到80年代初期

　　这一阶段可编程控制器的CPU采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。

可编程控制器的名称碎屑为PC，但为了于个人计算机的名称缩写PC相区别，通常还把可编程控制器简称为PLC。

（3）20世纪80年代初期到90年代初期

　　这一阶段由于16位，32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比搞的新一代产品，并出现多种不同性能的分布式网络系统，在功能上，PLC具有了数学运算、数据采集和处理、运动控制、闭环控制、联网通信等功能，而且随着应用领域的不断迅速扩大，PLC已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。

在此期间，国际电工委员会颁布了PLC标准，似的PLC向标准化发展。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-2系列、PLC-3系列，西门子公司的SYMATICS5系列等。

（4）20世纪90年代至今

　　这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步，成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。

同时，通信从各厂家的自称系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展，如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。

产品系列不断丰富，互通功能得到了较大的发展，系统性能日趋可靠、完善。

同时，还捉不采用了符合IEC61131-3标准的程序设计语言，增加了高级编程语言等，似的各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、直接。

这是，PLC已不是单纯意义上的可编程控制器了，而是一种完全的过程系统。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-5系列、Control-Logix系列，西门子公司的SYMATICS7系统，莫迪康公司的Quantum系列等。

3.1.7PLC的主要功能

　　1.开关逻辑和顺序控制

　　这是PLC应用最广泛、最基本的场合。

它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。

　　2.模拟控制（A/D和D/A控制）

　　在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。

过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且