基于PLC的自动门控制课程设计.docx
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基于PLC的自动门控制课程设计
PLC课程设计
题目：
自动门控制
系部：
自动化工程系
专业：
电气自动化
学号：
8
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摘要…………………………………………………………7
第一章引言…………………………………………………8
第二章自动门的控制………………………………………10
第三章自动门控制设备及其控制原理……………………11
第四章自动门主要器件的选择……………………………13
第五章自动门控制设计案的确定…………………………18
第六章PLC控制输出输入（I／O）……………………………22
第七章自动门PLC控制程序主流程图………………………23
第八章自动门PLC控制梯形图……………………………24
第九章自动门PLC控制指令语句表…………………………25
第十章自动门PLC控制过程分析…………………………26
第十一章调试结果………………………………………………27
第十二章结束语……………………………………………28
第十三章参考文献…………………………………………30
摘要
在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。
早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。
由于直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。
直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机.
本论文主要是对门的自动开、关控制而论。
自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程序控制器（PLC）、电动机组成。
它主要是利用热释电人体光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程序控制器（PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的最后结果用继电器输出，从而达到控制直流电动机的转动。
又由直流电动机带动门的开、关。
当直流电动机正转时，门自动打开；当直流电动机反转时，门自动关闭。
[关键词]自动门光电传感器PLC控制程序直流电动机
第一章引言
1.1自动门的发展史
门的高级形式--自动门起源在欧美，迅速发展至今天，已经形成了种类齐全、功能完善、造工精细的自动门家族。
中国早在十多年前就开始引用欧洲自动门，并把它应用在酒店、机场、购物中心、银行、写字楼等大中型公共场所，为这些建筑增添了亮丽、时尚的姿彩。
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。
自动门根据使用的场合及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，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。
1.2自动门控制装置的设计任务
自动门控制装置系统由检测元件光电传感器、继电器、可编程序控制器（PLC）、电动机组成。
它主要是利用光电传感器检测，有无人到门口的信号，再把检测到的信号送入可编程序控制器（PLC）中，由可编程序控制器来对信号的处理，处理的最后结果用继电器输出，从而达到控制电动机的转动。
又由电动机带动门的开、关。
当电动机正转时，门自动打开；当电动机反转时，门自动关闭。
第二章自动门控制设备及其控制原理
2.1自动门控制装置的硬件组成框图：
PLC程序控制
B
检测开关
A
电动机装置
C
电动机所控制的门
D
图2.1
自动门控制装置系统由以上四部分组成：
A部分：
利用传感器的光子探测器，探测外界辐射出的光线，引起传感器温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是检测移动。
B部分：
可编程序控制器主要是检测系统送来的信号进行编译、处理，然后由继电器输出。
C部分：
电动机是带动强电物体运动，而PLC输出的是弱电。
因此必须由继电器输出，它是弱电控制强电的。
D部分：
电动机带动门的开、关。
2.2自动门的控制原理
1当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3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KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4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光电检测开关K2或K1时，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K2或K1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开门和关门不能同时进行
第三章自动门的控制
3.1自动门的控制系统组成
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）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）电动机：
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（有的厂家使用三角皮带）：
用于传输马达所产动力，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。
3.2自动门的工作流程
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，主控制器判断后通知电动机运行，同时监控电动机转数，以便通知电动机在一定时候加力和进入慢行运行。
电动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，如须关自动感应门，通知电动机作反向运动，关闭自动感应门
3.3自动门的控制系统图
其他开关
门内检测开关K1
开门限位开关K4
P
L
C
电机正转继电器
电机反转继电器
门外检测开关K2
开门限位开关K3
第四章自动门主要器件的选择
4.1可编程序控制器PLC的选择
目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。
但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。
PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：
高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。
它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。
PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。
人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。
PLC的功能：
1、数据采集与输出。
2、控制功能。
包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。
3、数据处理功能。
包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。
4、输入/输出接口调理功能。
具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。
5、通信、联网功能。
现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制"的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。
PLC的主要特点：
1）、可靠性高。
PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10~20万h，且均有完善的自诊断功能。
2）、结构形式多样，模块化组合灵活。
有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。
最少的PLC只有6点，3）、功能强大。
4）、编程方便。
控制具有极大灵活性。
5）、适应工业环境。
适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。
6）、安装、维修简单
本设计采用三菱PLC,型号为:
FX2N-40MR-A（输入24点/输出16点）电源：
AC220V。
4.2可编程序控制器（PLC）的基本组成
图要有标题，同时进行简单说明。
4.3行程开关（限位开关）的选择
行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
由于行程开关型号繁多，在这里采用比较通用而且价格便宜型号为LW42A2Y的行程开关。
4．4光电传感器（光电开关）的选择
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
在这里采用欧姆龙的光电传感器（光电开关）,E3JK-5M3,直流正负12~240V,交流24~240V均可用,交直流通用的,有一对常开和常闭触点;检出距离:
5M;响应时间小于或等于:
30MS;工作温度:
-25~55；湿度:
35~95；周围照明:
小于或等于3000lx。
4．5直流电动机的选择
一种电枢导电部分始终工作于单一极性磁场中的直流电机。
它是一种低压大电流无换向器的直流电机。
圆筒形电枢单极直流电机的原理结构。
当两个环形励磁线圈通直流电时，电机气隙的整个圆周上将产生单一极性的磁场。
当转轴带动圆筒形铜质电枢旋转时，枢轴向两端即感生电动势，其方向是固定不变的。
此电动势由电刷从电枢两端引出。
电刷的作用只是引出电流，无换向问题。
由于电枢是一个铜环，无需绝缘，它发热小，耐高热；加上这种电机结构简单、维护容易和可靠性高等优点，在冶炼及电化学行业中获得广泛应用。
单极直流电机电压低，电流大。
电压只有十几伏或二十几伏，而电流可达几百安，几千安，甚至上万安。
因此电刷的接触损耗和发热相当大，磨损也快。
实用上应尽可能加多并联电刷的数目,采用接触电压降小的铜-石墨电刷，或用导电和导热更好的液态金属，如水银或钠钾合金等做电刷。
要提高单极直流电机电压，就必须提高气隙磁通密度和转速。
转速受旋转体机械强度的限制，气隙磁通密度则受铁磁饱和限制，都不能过高。
如采用超导技术则可使单机功率比普通电机提高十几倍以上。
大量应用到各类工作母机．输送机械类．包装机械类．食品机械类．纺织机械类．事务机械类．金融业设备．印刷机械医疗设备类．电子仪器类．化工仪器类．公害防治机械．电线电缆类．运动器材类．专业机械类等等具有体积小，噪音低．散热良好．传动功率大等特性
在这里采用杰胜品牌的有刷直流电动机，型号为JS-ZYT07额定功率30W-50W额定电压122490（V）额定转速1800-3200（rpm）产品认证CE此款马达主要用于小型的传动机械设备上面.
第五章自动门控制设计案的确定
5.1自动门运动方案确定
由于自动门的分类很多，本次任务决定主要对平移自动门进行设计实现LPC的自动控制。
自动门的硬件组成部分在前已经叙述，现在不再赘述。
5.2控制部件的方案确定
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的问题，最后决定加增手动开门和关门开关。
6）外加非营业时，添加报警。
7）在刚进入非营业时间时，添加了只出不进的半小时程序。
第六章PLC控制输出输入（I／O）
6.1
PLC的I／O分配表
表标题？
？
表中文字应比标题小一号，小五
类别
元件
PLC元件
作用
输入
（I）
SB1
X1
门外光检测电开关
SB2
X2
门内光检测电开关
SQ3
X3
开门限位电开关
SQ4
X4
关门限位电开关
SB5
X5
过载保护开关
SA6
X6
紧急停车开关
SA7
X7
加班启动/停止开关
SB10
X10
手动开门
SB11
X11
手动关门
SB12
X12
快速调整
SB13
X13
定时启动
SB14
X14
格数设置调整
输出
（O）
KM0
Y0
电机正转
KM1
Y1
电机反转
KM2
Y2
保护用接触器
KM3
Y3
报警
6.2PLC的I／O接线图
图标题
第七章自动门PLC控制程序主流程图
奇怪，一整章就一个流程图？
？
第七章自动门PLC控制梯形图
第八章
第九章自动门PLC控制指令语句表
（放到定稿后写）
第十章自动门PLC控制过程分析
11.1首先当进入营业状态M1闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时X1或X2闭合。
由于开门限位开关X3是常闭的，所以Y0线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。
当Y0线圈通电时Y0闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。
11.2当门扇完全打开时，使开门限位开关x3打开，y0线圈断电.电动机停止转动。
11.3当门扇停止移动时，由于开门限位开关的常闭变成常开，故使常开闭合。
进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关X001或X002有信号，则使T0重新延时。
11.4当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Y001通电并自锁，电机反转执行关门过程。
11.5在关门过程中，若外检测开关或内检测开关X001,X002有信号又使Y000通电，由于在关门过程中Y000常闭触点，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。
11.7在刚进入非营业状态时，有半个小时的只出不进，即在22:
00~22:
30这短时间，只要X2有信号才能开门，关门照常。
11.6在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车以及非营业状态的报警装置。
11.7考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。
第十一章调试结果
在设计过程中，我的每一点进步都无不凝聚着导师的辛勤汗水。
无论在学业上还是在做人方面，我的指导老师都以其严谨的治学态度、渊博的学识、踏实的作风给了我巨大的帮助和潜移默化的影响。
能在指导老师的指导下完成毕业设计，是我一生的幸运，我衷心地感谢您!
在此，谨向在我设计期间帮助和支持我的老师和同学亲友表示诚挚的谢
第十二章结束语
本课程设计在指导苏师的亲切关怀和悉心指导下顺利完成的。
本论文对自动门控制装置的设计过程做了详细的阐述。
对自动门的控制主要是采用可编程序控制器PLC，对电动机的控制，当光电传感器检测开关测试到有人时，电动机在PLC程序的控制下正转，门打开；当门打开后，所设定时器的停止时间到，电动机再由PLC控制反转、门关闭。
就这样不断的循环下去。
系统优点是不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力，大大提高了客人的办事效率。
现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。
在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。
检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。
随着科学技术技术的飞速发展，自动门控制技术在宾馆、银行等大门已普遍使用。
用PLC来实现自动开、关门，其优点是非常明显的。
节时效果十分显著，启动平稳，启动电流小。
各项控制指标达到了用户的要求。
高度智能化。
随着PLC飞速发展，基于PLC的自动门控制系统以其节时、安全、高品质的自动化等优点将在未来得到更为广泛的应用。
本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求。
发挥部分的因为时间和制作材料的短缺而没有进行尝试，在今后条件允许的情况下再扩展。
基本部分各单元工作稳定。
通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。
使之不断地战胜别人，超越前人。
同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。
设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。
第十三章参考文献
[1]邓则名程良伦等编.电器与可编程控制器应用技术.机械工业出版社.1997.1
[2]林小峰编.可编程序控制器及应用.北京:
高等教育出社.1991
[3]方承远编.工厂电气控制技术.第二版.北京机械工业出版社.2000
[4]汪道辉主编.逻辑与可编程控制系统.北京:
机械工业出版.2001
[5]易传禄等编.可编程序控制器应用指南.上海:
上海科学普及出版社.2003
[6]杨士元等编.可编程序控制器（pc）编程应用和维修.北京:
清华大学出版社.2005
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