机电一体化专业毕业论文：自动门控制系统的PLC设计.doc

天津滨海职业学院全日制高等职业教育毕业实践环节毕业设计（典型性项目）说明书自动门控制系统的PLC设计 作者：张一鸣 院系：天津滨海职业学院机电系 专业：机电一体化 年级：2012级 学号：20120141438 指导教师：刘忠发主要内容简介 本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可骗程控制器（PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置等组成。主要工作原理是由感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC在综合收到的自动门状态信号作出判断，而发出控制信号，使驱动装置运行，再通过传动装置带动门的动作。 随着电子技术的发展，PLC的不断更新，PLC控制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以及良好的稳定性，而且还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来做门的的控制器。目前自动门在日常生活中越来越广泛。PLC控制器具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点。目录一、 PLC的介绍.2（一）国内外发展现状2二、 PLC的主要功能以及工作原理.2三、 自动门控制系统的PLC的组成.3(一)PLC的选择.4四、 自动门控制系统的PLC的需求5五、 自动门控制系统的PLC机械传动机构设计5六、 结论.5参考文献.6七、前言 自动门控制系统，在当代社会是一个应用非常广泛的设备，自动门已经广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等入口，其主要核心部分-自动门控制系统正是我们这论文的主要研究问题。 自动门是指：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，在人离开后再将自动门关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统，自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，改造安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修的缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称PLC）。PLC是一种专门为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、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种各类型的机械或生产过程，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、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。例如：各种用可识别感应器控制的自动专用门。这是实现生活自动化进程的一个重要组成部分。 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业自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。一、PLC的介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC，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。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。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，使控制器和被控制对象连接方便。70年代中期以后，PLC已广泛的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已不再仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、pid的调节和数据通信功能。国际电工委员会颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器做了如下的定义：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、计数和算数等操作的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各类机械或生产过程，可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统连成一个整体，易与扩充其功能的设计。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改编程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专业工业控制计算机，具有许多明显的特点。可靠性高、抗干扰能力强；编程直观、简单；适应性好；功能完善、接口功能强。（1）国内外自动门发展现状： 在国外，进入90年代以来自动化发展技术很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。 随着我国经济的飞速发展，自动门在人们的生活中的应用越来越广泛，自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等使用自动门。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段，在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。二、PLC的主要功能以及工作原理 由于门体的重量及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分为重型自动门和轻型自动门，客容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；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，因此被很多生产产商所运用。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上，自动门的主控制器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PLC）控制，PLC控制的特点是稳定性高、维护方便、目前许多大型商场的自动门都是由这种方式来控制的。PLC的主要功能：它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（pc）相区别。PLC是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。它有如下功能：1.控制功能、逻辑控制、定时控制、技术控制、顺序控制2.数据采集、存储与处理功能、数学运算功能、数据处理、模拟数据处理3.输入输出接口调节功能、具有A/D、D/A的转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择、具有温度测量接口，直接连接各种热电阻或热电偶4.通信、联网功能5.人机界面功能6.编程、调试等，使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏进行编程、调试、监视、实验和记录，并通过打印机打印出来的程序文件PLC的工作原理：PLC是采用顺序扫描，不断循环的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）做周期循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式安顺序将所暂存在输入锁器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果在写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。三、自动门控制系统的PLC的组成自动门PLC的组成：自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。它由以下部分组成：1.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，指令马达或电锁类系统工作；同时可以通过主控制器调节自动门的开启速度、幅度等参数。2.感应探测器：负责采集外部信号，当有移动的物体进入它的工作范围时，他就给予主控制器一个脉冲型号。3.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.门扇行进轨道：结束门扇行走的吊具走轮系统，使其按特定的方向行进5.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：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统7.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的摆动自动门的工作流程：当自动门感应门门扇要完成一次开门与关门，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和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，在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。自动感应门有三种分类：1.弧形自动门2.双重平移自动门3.双扇平移自动门（一）PLC的选择： PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保障可靠、维护方便的提提下，力争最佳的性价比选择时应注意以下几点： 1.整体性和模块性的选择 2.经济的考虑 PLC存储容量的选择一般为数字量I/0点数的10到15倍在加上模拟I/0点数的100倍，以此作为内存的总字数（16位为一个字），再按字数的25%考虑余量。 I/0点数的估算，应考虑适当的余量，预计收入为12点输出为12点。四、自动门控制系统的PLC的需求 自动门的需求： 1.开门和关门控制应有手动和自动方式：为了便于维护，自动门应该具有手动个自动方式。当信号采集装置检测到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动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。2.紧急停止：当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。3.蜂鸣器的提示功能：当自动门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人的注意。五、自动门控制系统的PLC机械传动机构设计 1.自动门的转动主要包括安装版、轨道、门机、皮带、吊挂件等。 2.所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单。3.电机：驱动电机采用64V直流电动机，功率大，可调性强。4.导轨:水平双导轨结构，行驶正悬挂，解决了侧摆动问题，从而保证了门扇的稳定性的，并配以双侧密封毛刷，形成密封式轨道，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现维护了方便的特点。5.滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。6.皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与转动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。六、结论（总结） 此论文基于PLC的自动门控制系统的设计原理与实现办法，包括硬件设计与软件设计，虽说调试后的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以想要交付用户使用，必须得通过现场调试。 在PLC设计过成中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的，PLC系统的硬件和软件是不能分开的，通过自动门控制系统的设计，在学习与设计的过程中，了解所设计工程的流程。从而完成了对自动门系统的软件设计，同时对于自动门硬件，也知道了一些周边的技术，扩充了知识面，增强对工艺的理解。也让我体会到了PLC这门课程与现实生活中的诸多事物已然挂钩，同时也明白了理论而得出的结论与行动。由于所学知识不足，本次毕业论文设计还有一些不足之处，功能方面还不够全面，自动门内部结构不太了解，还需要现场学习，今后我会不断的研究努力去完善，对于自动门硬件也知道了一些周边技术，扩充了知识面，增强对工艺的理解，我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益匪浅。参考文献：百度文库、PLC的介绍、可编程控制器原理与应用实例 2010.3.15