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基于PLC控制的自动门系统毕业论文
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC控制的自动门系统
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毕业设计（论文）中文摘要
自动门在人们的日常生活中已经得到了广泛的应用，同时人们对其性能和安全等方面的要求也越来越高。
由于PLC的高稳定性和对环境较强的适应能力，使得PLC在自动门控制装置中的应用也日益广泛。
本文围绕自动门控制系统展开研究。
首先分析了国外自动门发展的趋势和所采用的技术，然后对PLC系统作了简要说明。
并按照自动门控制装置的要求，设计了相应的梯形图文件，实现了自动门由检测到开启、计时等待、关闭的全过程。
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根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换，在由传动装置带动门运动
随着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，由于可编程控制器可以很简单的改变控制方式。
并且，PLC具有较高的稳定性、可靠性、维修方便等优点。
还具有良好的处理自动门开关控制与良好的稳定性，因此，此设计以PLC为基础，以传感器为感应装置，电动机为动力单元，从而达到设计的要求。
关键词：
PLC可编程控制器自动门传感器设计原理
2.7驱动装置的选型……………………………………………………………………………10
2.8变频器的选型………………………………………………………………………………10
2.9感应开关的选型……………………………………………………………………………11
附录……………………………………………………………………………………………26
附录1……………………………………………………………………………………………27
1绪论
1.1自动门简介
自动门英文名：
automaticdoor。
自动门从理论上理解应该是门概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行发展和完善。
自动门是指：
可以将人或物接近门的动作或某种入门授权，转换为开门信号，通过驱动系统将门开启，在人离开后在将门自动关闭，对门的开启和关闭的过程实现控制的系统。
在二十世纪年以后，自动门开始在建筑物上使用。
二十年代后期美国的超级市场的开放，受此影响，自动门开始被使用，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，电气式已开始出现，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，如:
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。
1.2自动门的国外发展现状
在国外,进入90年代以来，自动化技术已经很成熟，技术发展很快，并取得了惊人的成就，自动门是自动化技术的典型代表。
在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、防尘、防风、降低噪音、同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。
随着我国经济和科技水平的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛，自动门适用于各种大型公共场所。
但在国，自动门的自主研发技术尚不成熟。
在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全与人性化是需要首先考虑的因素。
自动平移门最常见的形式是自动门外两侧加感应器，当人走进门时，感应器感应到人的存在，给PLC控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。
当人通过之后，再将门关上。
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，于是迅速在国外建筑市场上得到大围的普与。
自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；还有智能控制器控制，即通过运行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存在许多缺陷而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。
在智能控制器的选择制主要有体积小、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控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型商场的自动门都是有这种方式来控制的。
1.3本课题研究的容
综合了自动门的实用、简洁、便捷、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与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、高安全和稳定性的要求。
本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。
1.3.1自动门类型的选择
由于门体的重量与体积不同会对自动门驱动传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。
客流量的差异会对自动门的使用产生很大的影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和频繁使用自动门。
自动门根据使用的场合与功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等
综合了自动门的实用，简洁、便捷、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与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。
1.3.2自动门硬件系统的设计
为满足日常的需要本课题设计的自动门要求有很高的稳定性，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CPU224小型PLC。
驱动装置选用稳定性较好、功率强大、自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器件感应到的开关量信号输入给PLC，再由来PLC实现对自动门的控制。
本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了自动门的稳定、经济实用、方便、安全的需要。
1.3.3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，并能更好的实现安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子编程软件，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。
1.4本课题研究的背景和意义
21世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：
有效地防、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与周围建筑的风格的整体的协调与和谐。
在大中型公共场所，自动门为这些建筑增添了时尚，高贵的姿彩。
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进一步提升和完善。
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。
自动门的普与和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。
自动门根据使用的场合与功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。
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，于是迅速在国外的建筑市场上得到大围的普与。
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与门外两侧加雷达，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，于是迅速在国外建筑市场上得到大围的普与。
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围，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进入的场所。
本文拟使用微波雷达传感器设计一个自动门控制器系统
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。
2PLC的概述
2.1PLC的定义
国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）于1987年颁布了可编程控制器的标准与其定义：
“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。
可编程控制器与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。
”
定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用围。
这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。
PLC基于电子计算机，但不等同于普通计算机。
普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑。
而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以与信息的实际使用。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修与抗干扰等问题，入出信息变换与可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
PLC通过它的外设或通信接口与外界交换信息。
其功能要比继电控制装置多的多，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）逻辑运算功能
（3）准确定时功能
（4）高速计数功能
（5）中断处理（可以实现各种外中断）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
（9）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。
2.2PLC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。
机械或生产过程。
PLC与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。
20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器与触电按一定的逻辑关系连接起来，组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电器接触控制系统，由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定围能满足控制要求，因而使用面甚广。
在工业领域控制中一直占主导地位。
但是继电接触器控制系统有明显的缺点：
设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现交复杂的的控制，特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的系统
接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。
20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以与对整个开展系统从新配置。
为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是;
（1）编程方便，可现场修改程序
（2）维修方便，采用插件式结构
（3）可靠性高于继电器控制装置
（4）体积小于继电器控制盘
（5）数据可直接送入管理计算机
（6）成本可与继电器控制盘竞争
（7）输入可以是交流150V以上
（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等
（9）扩展时原装系统改变最小
（10）用户存储器至少能扩展到4KB
十项指针的核心要采用软布线（编程）方程代替继电器控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。
2.3PLC控制系统简介
可编程控制器，英文ProgrammableController,简称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。
像PLC这样，集丰富功能于一身，是别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一样。
PLC专为工业控制应用而设计，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。
2.4PLC的基本结构与原理
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都个不一样但都一微处理器为核心用微工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大至一样，硬件结构与微机相似，主要包括中央处理单元CPU存储器RAM和ROM，输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部识别接口等。
其部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。
PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，他们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。
2.5PLC的特点
PLC作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机，有其显著的特点。
具体特点如下:
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）安装方便，扩展灵活
（5）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
（6）体积小，重量轻，能耗低
2.6PLC的选型原则
在PLC系统设计时，首先要确定控制方案，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设计选型的重要依据。
因此，工程设计选和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和围确定所需的操作和动作，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，最后选择有较高性价比的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点数估算要考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加大约10％—20％的可拓展。
余量后，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。
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，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因而程序容量在设计阶段是未知的，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。
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，大多数场合常采用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成所需的控制功能，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：
可降低成本，但使用和调试不方便。
在线编程方式：
成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。
（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，软件诊断分诊断和外诊断。
通过软件对PLC部的性能和功能进行诊断是诊断，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则是外诊断。
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的机型
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，通常可按照控制功能或输入输出点数选型。
整体型OLC的I/O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/O卡件或插卡，因此用户可以较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（2）经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性价比。
考虑经济性时，应兼顾应用的可拓展性、可操作性、投入产出比等因素，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。
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CPU选用、存储器容量、控制功能围等选择都有影响。
在估算和选用时应充分考虑。
本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑选择整体性PLC。
综合以上因素，本课题的设计采用智能控制器为稳定性良好的日本三菱公司司生产的FX2N-32M小型PLC来实现整个自动系统的控制。
三菱FX2N-32M具有如下优点：
最大围地包容了标准特点、程序执行快、全面补充了通信功能，为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
具有突出的寄存器容量和丰富的元件资源。
2.7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机的速度，以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。
本课题所设计的自动门要求选用绝缘电阻、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，具有噪音低、过载能力强的特点，并且转速不高于500r/min的电机，在结合安全、稳定的考虑，本课题所设计的自动门控制系统的驱动装置选用安全电机生产的型号为YSM100/112、W、S的3相380V交流电机。
2.8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：
变频器的额度电流应与负载的额定电压相符：
均为380V。
变频器的额定电流与应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。
在变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大，因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通的电机类型。
综合以上因素，本课题变频器采用日本三菱公司生产的FR-500系列中的FR-540变频器作为控制电机转速的控制器。
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，可以根据实际需要，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，可以满足自动门控制要求，且操作简单，只需要转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。
2.9感应开关的选型
目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，红外感应器，接近感应开关等，根据不同的性能和功能运用在各类不同场合的自动门控制系统中。
结合本课题的实际需要在设计的自动门的人员检测上运用了晶园微电子公司生产的WB-3001微波感应器，又称微波雷达，对物体的位移进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境影响。
3自动门控制系统的整体方案
3.1设计流程
1.深入了解和分析自动门的控制要求和控制部件。
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，编制出输入输出分配表
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