自动门课程设计 报告.docx

1、自动门课程设计 报告引 言 1一、选题背景 1二、设计得目得与意义 2三、自动感应门机得基本工作原理 3四、自动门控制系统总体方案设计 3(一)自动门得功能要求分析 3(二)系统设计得基本步骤 4(三)自动门得控制系统方案确定 4五、自动门硬件系统得设计 5(一)控制系统结构设计 51、电机主线路图 5(二)检测元件选型 5(三)低压电器选型 61、低压断路器得选型 62、熔断器得选型 73、控制按钮得选型 8(四)电源设计 8六、自动门控制系统软件得设计 8(一)控制程序流程图 8(二) I/O地址分配 9(三)控制程序梯形图 10(四)内部软元件表 12七、程序调试 12八、结束语 14附

2、 录 15参考文献 17引 言在经济飞速发展得中国,高楼耸立得大都市里得大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼,自动门以经就是随处可见。自动门得工作方式就是通过自动门内外两侧得感应开关来感应人得出入,当人走进自动门时,感应开关感应到人得存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。将人通过之后,再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人管理,不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防尘、防风、降低噪音等好处,更令我们得大门增添了不少高贵典雅得气息。自动门在国外早以得到普遍应用,在我国也以优异得性能逐步得到大家得认同,中国已经迎来了自动门发展得黄金时期。自动门得性能优劣主要取决于它得

3、控制装置,早期得自动门控制系统采用继电器逻辑控制,造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修得缺点已逐步被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定得控制装置就是可编程控制器(一下简称PLC),PLC就是一种专门为工业环境下应用而设计得数字运算操作得电子装置。它采用可编程控制器得储存器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数、算数运算等操作得指令,并能通过数字式或逻辑式与开关量得逻辑控制得输入与输出,控制个种类型得机械或生产过程。PLC可靠性高,抗干扰能力强,功能完善,实用性强,系统得设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,体积小,重量轻,能耗低等优点。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工

4、、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域得应用都得到了长足得发展。因此运用PLC控制自动门具有较高得可靠性,维修方便等特点,因此,进行自动门得PLC控制系统设计,可以推动自动门行业得发展,扩大PLC在自动化行业乃至整个自动化行业得应用,具有一定得经济与理论研究价值。一、选题背景国外,进入90年代以来,自动化技术发展很快,技术已经相对成熟,取得了惊人得成就,自动化技术就是自动门得重要部分。在现代人们生活中自动门可以节约空调能源,降低噪音,防风,防尘,同时可以使出入口显得庄重高档,因此应用非常广泛。随着我国经济得飞速发展,自动门在人门得生活中得运用越来越广泛,自动门适用于宾馆,酒店,银行,写字楼,医院,商店

5、等,使用自动门。但在国内,自动门得自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统得设计中,稳定。节能,环保,安全及人性化就是需要首先考虑得因素。由于门体得重量及体积不同会对自动门驱动与传动系统提出不同得要求,所以各种自动门又可以分为重型自动门与轻型自动门。客流量得差异会对自动门得使用产生很大影响,因此,自动门还可以分为一般自动门与可频繁使用得自动门。自动门根据使用得场合及功能得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,其中平开门用得场合较少,旋转门由于昂贵而且非常庞大,一般只用于有需要得高档宾馆,自动平移门使用得最广泛,大家一般所说得自动门,感应门就就是指自动平移门,目前

6、市场上流行得平移型自动门一般就是两开,这种门得特点就是简单易控,维护方便。自动平移门最常见得形式就是自动门内外两侧加感应器,当人们走进自动门时,感应器感应到人得存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装置将门打开。当人们通过之后,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得档次,于就是迅速在国内外建筑市场上得到大范围得普及。自动门得控制方法很多,从控制得不同来分,有传统得继电器控制,即通过按钮与复杂得接线安装来控制,智能控制器,即通过运用线得自动化设备来控制,它具有稳定性高,安全等优点,因此被很多生产商所运用。由于继电器逻辑控制得自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能

7、控制器控制控制得自动门所淘汰。在智能控制得选择上,自动门得主控器有微电脑控制器与可编程控制器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控制得特点就是稳定性高,维护方便,目前许多大型得商场得自动门都就是由这种方式来控制。二、设计得目得与意义在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口,经常使用自动门控制系统。使用自动门,可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘,同时可以使出入口显得庄重高档,因此应用非常广泛。自动门平移门最常见得形式就是自动门机及门内外两侧加光电感应开关,当人走近自动门时,感应开关感应到人得存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装

8、置将门打开,当人通过之后,再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理,即方便又提高了建筑得档次,于就是迅速在国内外建筑市场上得到大范围得普及。自动门在国内外早已得到普遍应用,在我国也逐步得到大家得认同,已经迎来了自动门发展得黄金时期。PLC就是一种专门为在工业环境下应用而设计得数字运算操作得电子装置。它采用可以编制程序得储存器,用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数与算数运算等操作得指令,并能通过数字式或模拟式与开关量得逻辑控制得输入与输出,控制个种类型得机械或生产过程。PLC具有可靠性高,抗干扰能力强,功能完善,实用性强,系统得设计、建造工作量小,维护方便,容易改造,体积

9、小,重量轻,能耗低等优点。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域得应用都得到了长足得发展。因此运用PLC控制自动门具有较高得可靠性,维修方便等特点,因此运用PLC控制自动门具有较高得可靠性,维护方便等特点。本课题得自动门设计运用PLC作控制器能大大提高自动门得稳定性与经济性,对于整个自动门行业就是一次技术革新,提高了自动门得使用率,因此,进行自动门PLC控制系统设计,可以推动自动门行业得发展,扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业得应用,具有一定得经济与理论研究价值。三、自动感应门机得基本工作原理首先,平移式自动感应门机组由以下部件组成: (1) 主控制器:它就

10、是自动感应门得指挥中心,通过内部编有指令程序得大规模集成块,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,如同人们得眼睛,当有移动得物体进入它得工作范围时,它就给主控制器一个脉冲信号。 (3) 动力马达:提供开门与关门得主动力,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:就象火车得铁轨,约束门扇得吊具走轮系统,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(有得厂家使用三角皮带):用于传输马达所产动力,牵引自动感应门扇吊

11、具走轮系统。 (7) 下部导向系统:就是自动感应门门扇下部得导向与定位装置,防止门扇在运行时出现前后门体摆动。 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,主控器判断后通知马达运行,同时监控马达转数,以便通知马达在一定时候加力与进入慢行运行。马达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作出判断,如需关自动感应门,通知马达作反向运动,关闭自动感应门四、自动门控制系统总体方案设计(一)自动门得功能要求分析 1、当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或

12、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、自动门在开门位置时停留8秒后,自动进入关门过程,关门执行机构KM2动作,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、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、在门打开后得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。(二)系统设计得基本步骤自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开

13、关K4、开门执行机构KM1(使直流电动机正转)、关门执行机构KM2(使直流电动机反转)等部件组成。 控制要求: 1、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、限位开关位置停留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、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、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。

14、(三)自动门得控制系统方案确定自动门得性能优劣主要取决于它得控制装置,早期得自动门控制系统采用继电器逻辑控制,制造烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动化行业最稳定得控制装置就是可编程控制器(PLC)。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得控制方式。采用变频器控制电路,结构简单,控制方便,可靠性高。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,易于冷却与寿命长等优点,并且系统调速范围宽,能实现低速恒转矩,高速恒功率运转等特性。随着变频技术得发展,交流电机控制得成本得以降低,为交流驱动系统在自动门中得广泛运用提供了条件。控制系

15、统结构图如图4、1所示:图4、1 PLC控制系统结构五、自动门硬件系统得设计(一)控制系统结构设计 自动门控制装置由门内光电探测开关 、门外光电探测开关、开门到位限位开关、关门到限位开关、开门执行机构(使直流电动机正转)、关门执行机构(使直流电动机反转)等部件组成PLC控制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得规定得,具有噪声低、过载能力强、低转速得交流变频电机,在结合了安全、稳定得考虑,本设计得自动控制系统得驱动装置选用本溪市微分电机有限责任公司生产得电梯自动门专用三相交流变频电机,型号为SBP90-60型,额定电压为三相交流220V,采用Y型接法。1

16、、电机主线路图 图5、1 电机主线路图(二)检测元件选型光电开关除克服了接触式行程开关存在得诸多不足外,还克服了接近开关得作用距离短、不能直接检测非金属材料等缺点。它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗电磁干扰能力强等优点,还可非接触、无损失地检测与控制各种固体、液体、透明体、柔软体与烟雾等物质得状态与动作。目前,光电开关已被用做物位检测、液位检测、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出以及安全防护等诸多领域。光电开关一般都具有良好得回差特性,即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器得输出状态,从而可使其保持在稳定工作区。

17、同时,自诊断系统还可以显示受光状态与稳定工作区,以随时监视光电开关得工作。FWD-DS红外感应光电开关,名称:主动式红外线对射 范围:15米/25米。(当在大雨,大雾等坏天气情况下,距离会减少%30) 红外发射频率:1、92khz 输入电源:12V-24VDC/AC 波长:940nm 输入电流:RX 15MA - TX 30MA 对射夹角:+10% 使用环境:-20% to 70% 最大负载:1A max 30V(三)低压电器选型低压电器元件明细表如下表5、1表5、1 元件明细表序号名称符号型号与规格数量1三相交流变频电动机 MSBP90-6,0、18KW,220V,0、45A12熔断器及熔芯

18、配套FART14-20/233低压断路器QADZ15-40/39034启动停止开关SF1LW5-15/5、5Q15紧急停止开关SF2LA20-11J16手动开门开关SF3LA20-11D17手动关门开关SF4LA20-11D18开门限位开关BG1LXl9A19关门限位开关BG2LXl9A110滑道内行程开关BG3LXl22111滑道内行程开关BG4LXl22112门内光电检测开关KF1FWD-DS113门外光电检测开关KF2FWD-DS114指示灯PGAD16-22D/RG11、低压断路器得选型低压断路器也称做自动开关或空气开关,就是低压配电网络与电力拖动系统中非常重要得开关电器与保护电器,它

19、集控制与多种保护功能于一身。除了能完成接通与分段电路外,还能对电路或电气设备发生得短路、严重过载及欠电压等保护,也可以用于不频繁得起动电动机。额定电流与额定电压应大于或等于线路、设备得正常工作电压与工作电流。热脱扣器得整定电流应与所控制负载(比如电动机)得额定电流一致。欠电压脱扣器得额定电压等于线路得额定电压。过电流脱扣器得额定电流Iz大于或等于线路得最大负载电流。对于单台电动机来说,可按下式计算 IzkIq (5-1)式中,k为安全系数,可取1、51、7;Iq为电动机得启动电流。对于多台电动机来说,可下式计算 IzK(Iq,max+Ier) (5-2)式中,K也可取1、51、7;Iq,max

20、为最大一台电动机得启动电流;Ier为其她电动机得额定电流之与。行程开关又称做限位开关,就是一种利用生产机械某些运动部件得碰撞来发出控制命令得主令电器。用于控制生产机械得运动方向、速度、形成大小或位置得一种自动控制器件。行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械得行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时,行程开关通过机械可动部分得动作,姜机械信号转换为电信号,以实现对生产机械得控制,限制它们得动作与位置,借此对生产机械给予必要得保护。LXl22型行程开关具有2常开2常闭触头,额定电流5A。LXl9A系列行程开关就是LXl9系列行程开关得改型产品,具有1常开1常闭触头,额定电流5A。可组成单

21、轮、双轮及径向传动杆等形式得行程开关。2、熔断器得选型熔断器得选择包括熔断器类型得选择与熔体额定电流得选择两部分。选择熔断器类型时,主要依据负载得保护特性与短路电流得大小。例如,用于保护照明与电动机得熔断器,一般就是考虑它们得过载保护,这时,希望熔断器得熔化系数适当小些。所以,容量较小得照明线路与电动机宜采用熔体为铅锌合金熔断器,而大容量得照明线路与电动机,除过载保护外,还应考虑短路时分断短路电流得能力。若短路电流较小时,可采用熔体为锡质得或熔体为锌质得熔断器。用于车间低压供电线路得保护熔断器,一般就是考虑短路时得分断能力,当短路电流较大时,宜采用高分断能力得熔断器。当短路电流相当大时,宜采用

22、限流作用得熔断器。熔体额定电流得选择:1、用于保护照明或电热设备得熔断器,因负载电流比较稳定,熔体得额定电流一般应等于或稍大于负载得额定电压,即 (5-3)式中:为熔体得额定电流,为负载得额定电流2、用于保护单台长期工作得电动机(即供电支线)得熔断器,考虑电动机启动时不应熔断,即 I re(1、52、5)Ie (5-4)轻载启动或启动时间比较短时,系数可取近似1、5。带重载启动或启动时间比较长时,系数可取近似2、5。3、用于保护频繁启动电动机(即供电支线)得熔断器,考虑频繁启动时发热而熔断器也不应熔断,即 I re(33、5)Ie (5-5)式中:为熔体得额定电流,为电动机得额定电流。4、用于

23、保护多台电动机(即供电干线)得熔断器,在出现尖峰电流时不应熔断,通常将其中容量最大得一台电动机启动,而其余电动机正常运行出现得电流作为其尖峰电流。为此,熔体得额定电流应满足下述关系 I re(1、52、5)Ie ,max + Ie (5-5) 式中: Ie ,max 为多台电动机中容量最大得一台电动机额定电流,Ie 为其余电动机额定电流之与。5、为防止发生越级熔断,上、下级(即供电干、支线)熔断器间应有良好得协调配合。为此,应使上一级(供电干线)熔断器得熔体额定电流比下一级(供电支线)大12个级差。6、熔断器额定电压得选择应等于或大于所在电路得额定电压。3、控制按钮得选型控制按钮简称按钮,就是

24、一种结构简单且使用广泛得手动电器,在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。控制按钮在结构上有按钮式、自锁式、紧急式、钥匙式、旋钮式与保护式等。LA20系列控制按钮 LA20系列作用同LAl9系列,但LA20系列控制按钮有单钮、双钮与三钮三种,单钮带有信号灯,装在按钮颈部,钮头兼作灯罩,有红、黄、绿与白等种颜色,双钮与三钮型得分开启式与保护式两种,钮头为方形,按钮组件有一组常开与一组常闭触头,常闭触头靠复位弹簧闭合。(四)电源设计 根据本设计需求选择型号6EP1 333-1SL11得电源 单相220VAC输入,输出24VDC,5A。六、自动门控制系统软件得设计(一)控制程序流程图

25、根据本设计得控制要求,所设计得程序按照图6、1所示得流程运行,以达到本系统得最佳设计要求与完成系统得最终设计。 图6、1程序流程图(二) I/O地址分配I/O地址得分配就是编写PLC程序得前提条件,也就是现场接线与调试得重要依据。根据自动门得控制系统得要求,确定PLC得I/O分配表,在表6、1中列出表6、1输入/输出地址分配表名称代码地址编号启动停止开关SF1I0、0紧急停止开关SF2I0、1手动开门开关SF3I0、2手动关门开关SF4I0、3开门限位开关BG1I0、4关门限位开关BG2I0、5滑道内行程开关1BG3I0、6滑道内行程开关2BG4I0、7门内光电检测开关K1KF1I1、0门外光

26、电检测开关K2KF2I1、1开门执行机构Q0、0KF1关门执行机构Q0、1KF2(三)控制程序梯形图根据以上流程图与I/O地址分配,经过深思熟虑、反复验证,编写了本设计得自动门控制系统得最佳梯形图程序,以下就梯形图各个部分功能作解析。网络1如图6、2图6、2 网络1当电源打开时,PLC上电,按下启动停止按钮 I0、0,当按下手动开门按钮I0、2,接通开门输出Q0、0,实现手动开门;当有人进门或出门时,感应开关I1、0或I1、1会接通,开门输出Q0、0接通并自锁,实现自动开门。网络2如图6、3图6、3 网络2当开门到达限位开关I0、4时,开门停止,关门定时T37开始定时。网络3如图6、4 图6、

27、4 网络3关门定时T37计时时间到,自动进入关门程序,当关门到达限位开关I0、5时关门停止,或直接按下手动关门开关I0、3,手动关门。网络4如图6、5图6、5 网络4当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0、1,停止运行机构上电,开门机构与关门机构停止运行。网络5如图6、6图6、6 网络5开门机构或关门机构执行时电动机低速运转。网络6如图6、7图6、7 网络6当开门或关门到达滑道内行程开关I0、6或I0、7时电动机高速运转。网络7如图6、8图6、8 网络7当开门或关门到达滑道内行程开关I0、7或I0、6时电动机转入低速运行。网络8与网络9如图6、9图6、9 网络8与网络9Q0、0或I0、4为1时代

28、表自动门为开启状态,将字符串“开门”用指令STR-CPY送到VB0起始得字符串地址中;Q0、1或I0、5为1时代表自动门为关闭状态,将字符串“关门”用指令STR-CPY送到VB0起始得字符串地址中。(四)内部软元件表表6、2 内部软元件表名称符号 功能说明 定时器 T37用来产生8S延时 通用辅助继电器 M0、0 处理逻辑控制任务七、程序调试第一步:自动或手动低速开门当电源打开时,PLC上电,按下启动停止按钮I0、0开始工作,当按下手动开门按钮I0、2可实现手动开门,接通开门输出Q0、0,实现手动开门;当有人进门或出门时,感应开关I1、0或I1、1会接通,开门输出Q0、0接通并自锁,实现自动开

29、门。开门输出Q0、0接通时电动机低速运转;第二步:自动或手动高速开门开门过程中到达滑道内行程开关1(I0、6)电动机进入高速运转;第三步:自动或手动低速开门开门过程中到达滑道内行程开关2(I0、7)电动机进入低速运转;第四步:到达开门限位,计时八秒,自动进入关门程序当开门到达限位开关I0、4时,开门停止,关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到,自动进入关门程序,或直接按下手动关门开关I0、3,手动关门。第五步:关门到达限位开关,关门停止当关门到达限位开关I0、5时,关门停止;第六步:紧急停止当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0、1,停止运行机构上电,开门机构与关门机构停止运行。程序调

30、试记录如表7、1调试记录表表7、1 调试记录表输入地址动作记录动作结果无PLC上电运行假设自动门现在处于关门位置I0、0ON开始停止按钮I1、0或I1、1ON后OFFQ0、0常亮I0、4ONQ0、0不亮,定时八秒,Q0、1亮I0、5ONQ0、1不亮I0、1ON后OFFQ0、0与Q0、1均不亮I0、0OFFQ0、0与Q0、1均不亮,程序结束通过认真细致得反复调试,根据上表调试记录对应I/O地址分配表,其结果符合原本设计初衷,完全具备自动门正常运行得必要条件,所以该程序可靠。现对上表记录作出简单解析:按下启动停止按钮 I0、0,当按下手动开门按钮I0、2,接通开门输出Q0、0,实现手动开门;当有人进门或出门时,感应开关I1、0或I1、1会接通,开门输出Q0、0接通并自锁,实现自动开门。当开门到达限位开关I0、4时,开门停止,关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到,自动进入关门程序,当关门到达限位开关I0、5时,关门停止,或直接按下手动关门开关I0、3,手动关门。当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0、1,停止运行机构上电,开门机构与关门机构停止运行。八、结束语在大学最后得日子里,我迎来了三年学习生活中最有意义得一次设计。当今商品经