基于PLC的公共場(chǎng)所自動(dòng)門開(kāi)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本文介紹了基于可編程序控制器（PLC）和非接觸式IC卡的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。它利用三菱PLC可靠性高、功能完善、適用性強(qiáng)、易學(xué)易用等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)門控制系統(tǒng)，并且選擇了可以與考勤系統(tǒng)相結(jié)合的非接觸式IC卡來(lái)提供自動(dòng)開(kāi)門信號(hào)，從而使自動(dòng)門控制系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，而且相比于普通自動(dòng)門來(lái)說(shuō)還添加了系統(tǒng)報(bào)警和人過(guò)門即關(guān)的功能，從而來(lái)滿足人類社會(huì)發(fā)展對(duì)自動(dòng)門所提出的高安全性、高保密性和高效率的要求。同時(shí)本設(shè)計(jì)還利用三菱仿真軟件來(lái)對(duì)其自動(dòng)門控制系統(tǒng)所編程序的各項(xiàng)功能進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；自動(dòng)門；IC卡ABSTRACTThisthesisintroducesaprogramaimingatdesigningacontrolsystemoftheautomaticdoor,basedontheProgrammableLogicController(PLC)andcontact-lessICcards.Itattemptstodesignacontrolsystemoftheautomaticdoor,putMitsubishiPLC’scharacteristicsofhigh-reliability,complete-capability,extensive-applicabilityandreadily-masteryandsoontouse.Additionally,itselectscontact-lessICcardswhichcanbecombinedwiththesystemofattendance-checking,toprovidetheautomaticdoorsignals,andtherebyitnotonlymakesthecontrolsystemoftheautomaticdoorbothownautomaticandmanualmodes,butalsobringswiththefunctionsofsystematicalarmanddoor-close-immediatelywhilepeoplegetthrough,comparedwiththeordinaryautomaticdoors.Thusitwillmeetwiththerequirementsofhigh-securityandhigh-efficiencyoftheautomaticdoors,withthedevelopmentsofhumansociety.Inthemeanwhile,Mitsubishisimulationsoftwareisusedtodebugandvalidatethefunctionalityofitsautomaticdoorcontrolsystem.Keywords：theProgrammableLogicController(PLC)；Automaticdoor；ICcard

目錄1概述 11.1國(guó)內(nèi)自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀 11.2自動(dòng)門的技術(shù)發(fā)展方向 11.3研究背景和研究意義 21.4本課題研究的內(nèi)容 31.4.1自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31.4.2自動(dòng)門軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32自動(dòng)門控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 42.1自動(dòng)門的功能需求分析 42.2自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 52.3自動(dòng)門的技術(shù)參數(shù)的確定 72.4自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 73自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 93.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.2可編程控制器（PLC） 93.2.1PLC的特點(diǎn) 103.2.2PLC的選型 103.3非接觸式IC卡 123.3.1非接觸式IC卡定義 123.3.2非接觸式IC卡發(fā)射原理 123.3.3非接觸式IC卡的優(yōu)點(diǎn) 133.3.6非接觸式IC卡的選型 133.4驅(qū)動(dòng)裝置的選型 143.5傳感器的選型 153.5.1光電開(kāi)關(guān)選型 153.5.2定位傳感器的選型 163.6自動(dòng)門控制系統(tǒng)的I/O分配表 173.7PLC的接線圖 184自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 194.1三菱GX-Developer編程軟件介紹 194.1.1三菱GX-Developer編程軟件的主要功能 194.1.2GX-Developer軟件的編程界面 204.2自動(dòng)門控制系統(tǒng)的程序流程圖 214.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的順序功能圖 224.4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的梯形圖 235程序的調(diào)試記錄與結(jié)果分析 245.1自動(dòng)門控制系統(tǒng)的仿真 245.2程序功能驗(yàn)證 265.2.1自動(dòng)模式功能 265.2.2手動(dòng)模式功能 275.2.3幾種特殊功能 28結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 36附錄1自動(dòng)門控制系統(tǒng)梯形圖 36附錄2自動(dòng)門控制系統(tǒng)指令表 39PAGE341概述自動(dòng)門從理論上理解應(yīng)該是門的概念的延伸，是門的功能根據(jù)人的需要所進(jìn)行的發(fā)展和完善。自動(dòng)門是指：可以將人接近門的動(dòng)作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識(shí)別為開(kāi)門信號(hào)的控制單元，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開(kāi)啟,在人離開(kāi)后再將門自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)?，F(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門逐漸成為主流。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專用門，如感應(yīng)自動(dòng)門，其各類大致可分為：紅外感應(yīng),微波感應(yīng),觸摸感應(yīng),腳踏感應(yīng)、刷卡自動(dòng)門等。自動(dòng)門以其方便、安全、節(jié)能等特點(diǎn)已經(jīng)成為許多大型公司、工廠、賓館、超市、百貨大樓等現(xiàn)代化建筑所必備的了[1]。1.1國(guó)內(nèi)自動(dòng)門發(fā)展現(xiàn)狀自動(dòng)門的出現(xiàn)給公司的管理提供了很大的便利，目前國(guó)外的自動(dòng)門控制系統(tǒng)性能比較優(yōu)良，但是價(jià)格偏高；國(guó)內(nèi)的同類產(chǎn)品價(jià)格便宜但是性能較差，故障率較高。自動(dòng)門的發(fā)展在國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)以下幾點(diǎn)發(fā)展?fàn)顩r：（1）廠家多，規(guī)模小。5～6年來(lái)幾年來(lái)，自動(dòng)門在國(guó)內(nèi)得到了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)大大小小生產(chǎn)自動(dòng)門的廠家已有50多家，但普遍生產(chǎn)規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面還不具備和進(jìn)口產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。（2）專業(yè)化分工趨勢(shì)顯現(xiàn)早期的生產(chǎn)廠家，一般是自主研發(fā)和生產(chǎn)，頂多委托代加工部分零部件。近兩年來(lái)，出現(xiàn)了專門生產(chǎn)主要部件的廠家，如電機(jī)、主控板、遙控器傳動(dòng)件、塑料件等出現(xiàn)了專業(yè)生產(chǎn)廠家，這一趨勢(shì)使生產(chǎn)的門檻降低，進(jìn)入的廠家進(jìn)一步增多，因此導(dǎo)致了競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。（3）高、低檔次的市場(chǎng)分明進(jìn)口產(chǎn)品借助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了高端市場(chǎng)，目前國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善的功能，但生產(chǎn)工藝略顯粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場(chǎng)。（4）產(chǎn)品同質(zhì)化和市場(chǎng)特點(diǎn)導(dǎo)致利潤(rùn)微薄產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，加之自動(dòng)門產(chǎn)品往往是開(kāi)發(fā)商而不是最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價(jià)格因素占的比重較大，加劇了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。其結(jié)果是眾多廠家一味地比拼價(jià)格，導(dǎo)致利潤(rùn)微薄。同時(shí)，由于價(jià)格過(guò)低，也使產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展受到限制。1.2自動(dòng)門的技術(shù)發(fā)展方向由于目前沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的產(chǎn)品都按照自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求和測(cè)量方法都不盡相同，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場(chǎng)上造成了較大的混亂，給用戶選擇帶來(lái)很多不便，也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要制定自動(dòng)門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定的主要技術(shù)指標(biāo)以及測(cè)試方法等，引導(dǎo)市場(chǎng)有序競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，自動(dòng)門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：智能化，多功能：今后的還將進(jìn)一步提高智能化程度，如自動(dòng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)門行程位置，自動(dòng)適應(yīng)門體阻力的變化，始終保持較高的遇障保護(hù)靈敏度等。還將增加一些新的功能，如與住宅安防系統(tǒng)配合使用等。免維護(hù)：采取多種措施，減少使用過(guò)程中的維護(hù)工作。多樣化：將會(huì)有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。高安全性：隨著用戶安全意識(shí)的提高，安全性將是用戶非常注重的一項(xiàng)指標(biāo)，也將是一項(xiàng)基本要求。1.3研究背景和研究意義21世紀(jì)的今天，門更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時(shí)還突出了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動(dòng)門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的過(guò)程中，涌現(xiàn)出大批獨(dú)具規(guī)模的專業(yè)制造商。自動(dòng)門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成為了種類齊全、功能完善、造工精細(xì)的自動(dòng)門家族。但由于中國(guó)沒(méi)有相關(guān)的自動(dòng)門國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致自動(dòng)門檔次、質(zhì)量良莠不齊。大中型公共場(chǎng)所，為這些建筑增添了亮麗、時(shí)尚的姿彩。自動(dòng)門從理論上理解應(yīng)該是門的使用觀念的延伸，是人們根據(jù)需要對(duì)門的功能的提升和完善。所以對(duì)自動(dòng)門的認(rèn)識(shí)應(yīng)該從人對(duì)門功能的要求開(kāi)始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，自動(dòng)門除可美化出入口環(huán)境外同時(shí)要滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身必須安全、穩(wěn)定、保密、可靠。自動(dòng)門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識(shí)，提升了人們的安全觀念。由于自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管，同時(shí)又可以節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外的建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。同時(shí)也幾乎成為了銀行，寫字樓，酒店等辦公娛樂(lè)場(chǎng)所裝修必不可少的一項(xiàng)配置。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)門已經(jīng)不再僅僅是一種檔次的象征，在一些保密性高的公司、企事業(yè)單位以及政府機(jī)關(guān)等場(chǎng)所需要對(duì)其進(jìn)出門的人員進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并達(dá)到另外更高的控制要求，所以這就是本課題的研究意義。

1.4本課題研究的內(nèi)容綜合了自動(dòng)門的簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單的要求，本課題主要研究自動(dòng)平移門，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門具有自動(dòng)和手動(dòng)開(kāi)關(guān)門功能。另外還可以通過(guò)非接觸式IC卡所提供的開(kāi)門信號(hào)與考勤系統(tǒng)相連進(jìn)行人事考勤，幫助公司進(jìn)行管理，以滿足其高效率和高安全性的要求。1.4.本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門要求有很高的穩(wěn)定性來(lái)滿足日常的需要，故在本設(shè)計(jì)中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱FX2N系列PLC。在提供開(kāi)門信號(hào)的方式上選用了非接觸式IC卡通過(guò)信號(hào)識(shí)別來(lái)提供控制系統(tǒng)的開(kāi)門信號(hào)。來(lái)在自動(dòng)門的開(kāi)關(guān)門控制上本設(shè)計(jì)選用功率適中且穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，并且采用高精度的光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行門控的信號(hào)采集。1.4.2自動(dòng)門軟件在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC編程語(yǔ)言——梯形圖語(yǔ)言，而且是直接通過(guò)順序功能圖轉(zhuǎn)換而來(lái)。梯形圖的編程能直觀明了地設(shè)計(jì)出自動(dòng)門控制的要求，并能更好的考慮到安全性和故障報(bào)警等問(wèn)題，梯形圖的編寫運(yùn)用三菱GXDeveloper編程軟件，此軟件支持全部的三菱PLC型號(hào)，并且具有強(qiáng)大的診斷功能，能更快地查找出故障的原因，從而大大地縮短了維修的時(shí)間。同時(shí)該軟件支持三菱PLC仿真軟件GXSimulator，這樣可以直接地觀察出仿真的效果，從而驗(yàn)證出編寫的程序是否有達(dá)到所需的控制要求。

2自動(dòng)門控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門控制的有多種方案，比較常見(jiàn)的有單片機(jī)控制自動(dòng)門系統(tǒng)，另外就是本論文所設(shè)計(jì)的基于PLC的自動(dòng)門控制。早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)還采用繼電器邏輯控制，現(xiàn)如今已逐漸被淘汰。PLC控制自動(dòng)門由于具有故障率低、可靠性高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。因此在一些日常生活控制的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也是多種多樣的。如利用數(shù)字電路來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)，但數(shù)字電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性也不是很理想；也可以利用單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)，但利用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能又顯得更為麻煩。本自動(dòng)門控制系統(tǒng)是利用PLC為核心來(lái)控制，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單元電路分別通過(guò)原理圖設(shè)計(jì)、由梯形圖語(yǔ)言設(shè)計(jì)完成，利用三菱仿真軟件來(lái)模擬和驗(yàn)證程序。自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：本自動(dòng)門控制系統(tǒng)分別利用原理圖硬件設(shè)計(jì)和梯形圖軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)完成了對(duì)應(yīng)單元的電路進(jìn)行設(shè)計(jì),使系統(tǒng)較為簡(jiǎn)潔。PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)；編程方便，易學(xué)易用；功能完善；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短；體積小，維護(hù)操作方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)具體的要求,還可對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行再編程設(shè)計(jì)來(lái)不斷完善系統(tǒng)功能,縮短設(shè)計(jì)周期,同時(shí)保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性。2.1自動(dòng)門的功能需求分析本課題的研究對(duì)象主要是面向那些保密性要求高的公司、企事業(yè)單位以及政府機(jī)關(guān)等單位，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：圖2-1自動(dòng)門的示意圖根據(jù)要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)有下列功能：（1）開(kāi)門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式此兩種模式并非是指需要人去切換這兩種模式，當(dāng)有IC卡信號(hào)輸入到PLC來(lái)的時(shí)候系統(tǒng)就運(yùn)行自動(dòng)模式；當(dāng)有人按門鈴時(shí)，那么系統(tǒng)就運(yùn)行手動(dòng)模式。（2）開(kāi)關(guān)門提示開(kāi)關(guān)門提示不用蜂鳴器，這是為營(yíng)造安靜環(huán)境所特別要求的。所以將常規(guī)的蜂鳴器提示音改換成用紅綠燈來(lái)提示。綠燈表示開(kāi)門動(dòng)作，紅燈表現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作。（3）人過(guò)門即關(guān)這是出于安全考慮，門在開(kāi)門之后延時(shí)時(shí)間設(shè)為6s，意思是系統(tǒng)得到正確的IC卡信號(hào)開(kāi)門之后，若6s內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到有人通過(guò)的光電信號(hào)，那么門將自動(dòng)關(guān)閉，若在這6s開(kāi)門狀態(tài)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到了有人通過(guò)的信號(hào)，那么門將立即執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作。（4）防夾人以及系統(tǒng)報(bào)警的功能當(dāng)有人在關(guān)門的時(shí)候才進(jìn)門，那么為了防止安全事故的發(fā)生，必須對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行防夾的功能的設(shè)置，所以該系統(tǒng)的PLC輸入又增加了兩個(gè)，當(dāng)門在進(jìn)行關(guān)閉動(dòng)作的時(shí)候，若光電探頭檢測(cè)到一個(gè)光電信號(hào)，那么電機(jī)將立即反轉(zhuǎn)，門立刻進(jìn)行開(kāi)門動(dòng)作，并到達(dá)到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)之后又立即進(jìn)行關(guān)門動(dòng)作，在此同時(shí)還會(huì)有報(bào)警信號(hào)輸入到報(bào)警器使其發(fā)出報(bào)警。（5）復(fù)位功能此功能是為排除故障所設(shè)計(jì)的，當(dāng)發(fā)生諸如掉電之類的故障，使電機(jī)或PLC在執(zhí)行開(kāi)關(guān)門動(dòng)作時(shí)停止運(yùn)行了，那么門就會(huì)處于打開(kāi)或半開(kāi)的狀態(tài)，并且在重新得電之后不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，所以得添加一個(gè)手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)。當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成為一個(gè)PLC得電自動(dòng)復(fù)位模式，但是這樣給自動(dòng)門檢修又帶來(lái)了不便，同時(shí)也出于安全的考慮，還是決定采用手動(dòng)復(fù)位的方式。2.2自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中最主要的是先列出設(shè)計(jì)的主要步驟流程圖，如圖2-2所示。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：（1）深入了解和分析自動(dòng)門的工藝條件和控制要求。（2）確定IO設(shè)備，根據(jù)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。（3）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。（4）分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。（6）將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。（7）在有條件的情況下將自動(dòng)門控制系統(tǒng)進(jìn)行的整體的調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一排除，直至調(diào)試成功。圖2-2步驟流程圖2.3自動(dòng)門的技術(shù)參數(shù)的確定自動(dòng)平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體的兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動(dòng)門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)該調(diào)節(jié)門體，修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體重量，不能超過(guò)自動(dòng)門的額定重量。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行全面的檢修和調(diào)整。公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動(dòng)門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場(chǎng)、大型商場(chǎng)和醫(yī)院的人員流動(dòng)每天可達(dá)到成千上萬(wàn)人次，或者在特定時(shí)間段里集中通過(guò)大量人員，在這種情況下，要使用自動(dòng)門就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時(shí)間等。而本課題主要是從它的反應(yīng)速度以及安全性等方面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以其具體參數(shù)如表2.1所示表2.1自動(dòng)門的具體參數(shù)單扇門開(kāi)戶的寬度（m）1高度（m）2最快開(kāi)/關(guān)門速度（m/s）0.5開(kāi)啟保持時(shí)間（s）6s(也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要而定)PLC電源220VAC,50-60Hz驅(qū)動(dòng)器電源380VAC,50Hz驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率120W2.4自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門主要針對(duì)人流穩(wěn)定的高級(jí)企事業(yè)單位或是安全保密性要求比較高的政府機(jī)關(guān)，應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動(dòng)門機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了一下幾方面：（1）自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)部份主要包括安裝軌道、電機(jī)、皮帶以及一些其它的吊掛件等。（2）所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡(jiǎn)便。（3）電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用380V三相交流電機(jī)，功率大，起動(dòng)快，可調(diào)性強(qiáng)。（4）導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)上下分別是固定上左右兩扇門上，這樣有效地節(jié)約了電機(jī)的帶動(dòng)齒輪的數(shù)量，而且還能保證左右兩扇門在運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度一樣，實(shí)現(xiàn)兩扇門同步的功能，因而也節(jié)約了定位傳感器的個(gè)數(shù)。（5）滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)度高，耐磨性好，同時(shí)還有一定的減震效果。（6）皮帶：采用齒形皮帶，提高了皮帶與傳動(dòng)齒輪的吻合度，從而提高了機(jī)械效率。皮帶底部采用尼龍加油，養(yǎng)活了齒距變形的可能性，處長(zhǎng)了其使用壽命。（7）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖如圖2-3所示。其中馬達(dá)皮帶輪直徑選用5cm，皮帶滑輪內(nèi)徑選用13.5cm，外徑為圖2-3傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖

3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制交流接觸器來(lái)調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式。采用交流接觸器電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，可靠性高，交流電機(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，這為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門中的大量運(yùn)用提供了條件?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示：3-1控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器（PLC）可編程控制器（ProgrammableController）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大地超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是同時(shí)為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC[2]?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不同于普通的計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息變換時(shí)，大多數(shù)只考慮信息本身，信息傳輸?shù)奈锢磉^(guò)程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息傳輸?shù)目煽啃?、?shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。PLC可以通過(guò)它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器裝置更多更強(qiáng)。3.2.1可編程序控制器（PLC）具有以下特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；編程方法易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低[3]。PLC還有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口，有大量的內(nèi)存，有可靠的自身著重描寫系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；準(zhǔn)確定時(shí)功能；高速計(jì)算功能；中斷處理功能；程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；網(wǎng)絡(luò)通信功能；自檢測(cè)、自診斷等功能[4]。PLC有著其它控制產(chǎn)品，如工控機(jī)，DCS，單片機(jī)等控制產(chǎn)品，所無(wú)法替代的特性。可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓PLC成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。3.2.2基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，接下來(lái)的一步工作就是PLC選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估計(jì)時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確其控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估計(jì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能及其外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC來(lái)設(shè)計(jì)該自動(dòng)門控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)是應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估計(jì)的方法故本課題I/O點(diǎn)數(shù)為輸入10點(diǎn)，輸出10點(diǎn)。（2）存儲(chǔ)器容量的估算：存儲(chǔ)器容量是可編程序控制本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量必須要小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)制之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一個(gè)估計(jì)，通常采用存儲(chǔ)器容量的估計(jì)來(lái)替代。（3）控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求[5]。(4)機(jī)型的選擇①PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按照應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。②輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。③電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。④存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。⑤經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品[6]。在本課題中I/O配置需要9輸入8輸出，因此本課題選用了日本三菱的FX2N-32M小型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)的控制，其實(shí)物圖如圖3-2所示。FX2N-32MR有16輸入點(diǎn)和16個(gè)繼電器輸出圖3-2三菱FX2N-32M小型3.3非接觸式IC卡IC是英語(yǔ)IntegratedCircuit的縮寫，意為集成電路。所謂IC卡就是把一個(gè)集成芯片鑲嵌于PVC基片中，封裝成卡片形式[7]。非接觸式IC卡技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，具有操作快捷便利、可靠性高、壽命長(zhǎng)、防偽好、安全性好、抗干擾能力強(qiáng)和一卡多用等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種身份識(shí)別、收費(fèi)系統(tǒng)中。其中非接觸式IC卡讀寫器是非接觸式IC卡應(yīng)用的關(guān)鍵[8]。3.3.1非接觸式非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無(wú)任何外露部分。是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù),它成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來(lái),結(jié)束了無(wú)源(卡內(nèi)無(wú)電源)和免于接觸這一難題,是電子器件領(lǐng)域的一大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍(通常為5～10mm)靠近讀寫器表面，通過(guò)無(wú)線電波的傳遞來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。3.3.2非接觸式非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。二者之間的通訊頻為13.56MHZ。非接觸性IC卡本身是無(wú)源卡，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí)，讀寫器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成:一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲(chǔ)存等，并返回信號(hào)給讀寫器,完成一次讀寫操作。讀寫器則一般由單片機(jī)，專用智能模塊和天線組成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O口等，以便應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。組成:一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與其本身的L/C產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)、修改、存儲(chǔ)等，并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)，無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)，還是操作過(guò)程都得到了很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機(jī)的操作方式，都使數(shù)據(jù)讀寫過(guò)程更為簡(jiǎn)單。3.3.3非接觸式IC卡與接觸式IC卡相比較,非接觸式卡具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，操作方便，防沖突，可以適合于多種應(yīng)用，加密性能好等優(yōu)點(diǎn)。3.3.6非接觸式磁卡、條碼卡由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)容量小，安全保密性差，已逐漸被淘汰。接觸式IC卡由于芯片外露而導(dǎo)致的污染、損傷、磨損、靜電干擾等以及插卡這不便的讀寫過(guò)程,導(dǎo)致它已越來(lái)越不能滿足是常的需求。而非接觸IC卡，在繼承了接觸式IC卡優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，如大容量、高安全性等，又克服了接觸式IC卡所無(wú)法避免的缺點(diǎn)。非接觸IC卡完全密封的形式及無(wú)接觸的工作方式，使之不受外界不良因素的影響?？ū旧淼氖褂妙l率和期限以及操作的便利性都大大高于接觸式IC卡。因而，非接觸IC卡成為市場(chǎng)異口同聲的呼吁。因此，我們下面重點(diǎn)討論一下非接觸IC卡的種類及性能分析。由于非接觸IC卡的用途極為廣泛，各廠商由于自身的背景及目標(biāo)市場(chǎng)定位不同，其推出的非接觸IC卡也有各自不同的特點(diǎn)。目前的非接觸IC卡主要可分為以下幾類：射頻卡（RF-ID）:只讀型，目前也有部分廠家提供了非加密存儲(chǔ)讀寫功能。非接觸邏輯加密卡（Contact-lessICCard）:可讀寫。非接觸CPU卡（Contact-lessCPUCard）:芯片中含有CPU和內(nèi)置COS，可讀寫?；旌峡ǎ℉ybridCard）:接觸式和非接觸式雙方式讀寫，雙芯片。非接觸邏輯加密卡，感應(yīng)頻率符合ISO14443的13.56MHZ。自92年誕生以來(lái)，已達(dá)到成熟使用階段；良好的性能價(jià)格比，已成為企業(yè)級(jí)非接觸IC卡使用的首選。非接觸CPU卡，感應(yīng)頻率符合ISO14443的13.56MHZ。由于內(nèi)置CPU和COS，因此其開(kāi)放性優(yōu)于邏輯加密卡，其安全性設(shè)計(jì)也較靈活。目前的非接觸CPUCARD正向JAVACARD方向發(fā)展，但目前的8位CPU難以滿足復(fù)雜的密碼計(jì)算，而高速的CPU又面臨供電瓶頸的障礙，因此該技術(shù)發(fā)展處于不穩(wěn)定階段，有待于進(jìn)一步的技術(shù)難題的克服。且目前該類卡可靠性及抗干擾性能不及邏輯加密卡，價(jià)位高，所以對(duì)于我們來(lái)說(shuō)不太適用。綜上所述，在非接觸IC卡幾種類型中，我們認(rèn)為非接觸邏輯加密卡的性能優(yōu)良，再結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際功能要求，我們選用非接觸邏輯加密卡中的EM4025這一款I(lǐng)C卡，它不但擁有數(shù)字識(shí)別功能，另外還有可擦寫的功能。其實(shí)物圖形如圖3-3所示。圖3-3非接觸式IC卡實(shí)物樣本3.4驅(qū)動(dòng)裝置的選型自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障，在本設(shè)計(jì)中是利用電機(jī)的反應(yīng)迅速靈敏度高的特點(diǎn)，以達(dá)到迅速驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門的目的。這種方式具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡(jiǎn)單，成本較低，是在目前的自動(dòng)門行業(yè)主流控制方式。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過(guò)電壓保護(hù)等符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機(jī)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮課本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的380V三相交流電機(jī)，電機(jī)實(shí)物如圖3-4所示。圖3-4YSM100/112、W、S的380V三相交流電機(jī)實(shí)物圖3.5傳感器的選型在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的良好的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。3.5.光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光\o"信號(hào)"信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣等特點(diǎn)，因此光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。根據(jù)本課題所需要達(dá)到的控制要求，我們選用性能良好的歐姆龍光電開(kāi)關(guān)E3Z-R61，用以探測(cè)人通過(guò)自動(dòng)門的信號(hào)。其實(shí)物圖如圖3-5所示。E3Z-R61型號(hào)的光電開(kāi)關(guān)是一種回歸反向型光電開(kāi)關(guān)，其檢測(cè)距離是4m，而本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門兩扇寬度為2.光源（發(fā)光波長(zhǎng)）：紅色發(fā)光二極管（660nm）電源電壓：DC12～24V±10％波動(dòng)(p-p)10％以下耐電壓：AC1000V50/60Hz1min消耗電流：30mA以下應(yīng)答時(shí)間：動(dòng)作、復(fù)位各1ms以下圖3-5歐姆龍光電開(kāi)關(guān)E3Z-R613.5.2定位傳在設(shè)計(jì)自動(dòng)門開(kāi)/關(guān)門動(dòng)作的時(shí)候，我們還得考慮它在什么位置停下來(lái)。當(dāng)自動(dòng)門在開(kāi)或關(guān)到一定的位置時(shí)，我們必須上電機(jī)停止，不然自動(dòng)門就會(huì)發(fā)生“碰撞”，沒(méi)有定位傳感器的自動(dòng)門系統(tǒng)將會(huì)是一個(gè)無(wú)法正常動(dòng)作的系統(tǒng)。于是乎我們?cè)诰嚅T中心約10cm處安裝有U型定位傳感器，我們稱之為關(guān)門限位開(kāi)關(guān)，其具體示意位置見(jiàn)圖2-1。當(dāng)門運(yùn)行至此處時(shí)傳感器就會(huì)檢測(cè)到一個(gè)關(guān)門限位信號(hào)，從而將此信號(hào)輸入到PLC，控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；同理也存在著一個(gè)關(guān)門限位開(kāi)關(guān)。圖2-1也有表示出。因此本設(shè)計(jì)選用了兩個(gè)10mm槽型光電開(kāi)關(guān)，型號(hào)為ITR-20010。其實(shí)物圖如圖3-6所示。圖3-6ITR-20010槽型光電開(kāi)關(guān)

3.6自動(dòng)門控制系統(tǒng)的I/O分配表I/O分配表是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場(chǎng)接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)的要求，確定了PLC的I/O分配表，它包含了9個(gè)輸入和8個(gè)輸出在表3.1中分別列出。表3.1自動(dòng)門控制系統(tǒng)I/O分配表類型PLC元件作用輸入X0復(fù)位開(kāi)關(guān)X1IC卡感應(yīng)信號(hào)X2門鈴X3開(kāi)門限位X4管理員應(yīng)答開(kāi)關(guān)X5光電檢測(cè)信號(hào)（下降沿有效）X6關(guān)門限位X7光電檢測(cè)信號(hào)（報(bào)警信號(hào)）X10手動(dòng)關(guān)門開(kāi)關(guān)輸出Y0初始狀態(tài)指示燈Y1開(kāi)門動(dòng)作Y2關(guān)門動(dòng)作Y3呼叫器Y4開(kāi)門狀態(tài)Y5開(kāi)門指示燈（綠燈）Y6關(guān)門指示燈（紅燈）Y7報(bào)警器

3.7PLC的接線圖根據(jù)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的I/O分配表，得出對(duì)應(yīng)的PLC接線圖，如圖3-7所示。此接線圖是一個(gè)接線簡(jiǎn)圖，只大致地描繪了I/O分配，電源以及其它設(shè)備已經(jīng)略掉。圖3-7PLC接線簡(jiǎn)圖

4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1三菱GX-Developer編程軟件介紹GX-Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的在線更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。4.1.1三菱GX-GX-Developer的功能十分強(qiáng)大，集成了項(xiàng)目管理、程序鍵入、編譯鏈接、模擬仿真和程序調(diào)試等功能[9]，其主要功能如下：（1）在GX-Developer中，可通過(guò)線路符號(hào)，列表語(yǔ)言及SFC符號(hào)來(lái)創(chuàng)建PLC程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。（2）可以將PLC程序存儲(chǔ)為文件，用打印機(jī)打印。（3）可在串行系統(tǒng)中通過(guò)PC與PLC進(jìn)行通訊、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測(cè)試功能。（4）可脫離PLC進(jìn)行仿真調(diào)試。（5）可通過(guò)此軟件將程序從PC機(jī)中與入PLC，也可從PLC中讀出到PC機(jī)中。其示意如圖4-1所示。4-1PLC的寫入與讀出示意圖

4.1.2GX-Developer軟件的編程界面三菱PLC編程軟件GX-Developer的編程界面如圖4-2所示。GX-Developer的界面由項(xiàng)目標(biāo)題欄、下拉菜單、快捷工具欄、編輯窗口、管理窗口等部分組成。在調(diào)試模式下，可打開(kāi)遠(yuǎn)程運(yùn)行窗口，數(shù)據(jù)監(jiān)視窗口等[10]。圖4-2GX-Developer編程軟件的界面

4.2自動(dòng)門控制系統(tǒng)的程序流程圖程序流程圖是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種控制功能的一個(gè)很好的展示方法。如圖4-3所示，該自動(dòng)門控制系統(tǒng)的程序流程圖將自動(dòng)門所要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能和運(yùn)行步驟都清楚表示出來(lái)了。簡(jiǎn)單地描述一下自動(dòng)門控制系統(tǒng)的自動(dòng)、手動(dòng)模式是如何實(shí)現(xiàn)的：（1）當(dāng)PLC得電后便自動(dòng)進(jìn)入到初始狀態(tài)，我們稱之為S0狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)有IC卡信號(hào)進(jìn)入并識(shí)別成功后系統(tǒng)進(jìn)入到自動(dòng)模式，并完成開(kāi)門到延遲6s，再到關(guān)門，回到初始狀態(tài)。（2）在初始狀態(tài)下，若外來(lái)來(lái)訪人員按下了呼叫開(kāi)關(guān)，則系統(tǒng)進(jìn)入到手動(dòng)模式，此時(shí)需要管理員應(yīng)答，管理員確認(rèn)后通過(guò)手動(dòng)開(kāi)門開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行開(kāi)門，當(dāng)確認(rèn)人員全部通過(guò)之后，又通過(guò)手動(dòng)關(guān)門開(kāi)關(guān)來(lái)將其關(guān)閉，從而又回到了初始狀態(tài)。另外，還有手動(dòng)復(fù)位、系統(tǒng)報(bào)警、人過(guò)門即關(guān)和防夾人的功能。4-3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的程序流程圖

4.3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的順序功能圖順序功能圖（sequencefunctionchart，SFC）是IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。順序功能圖是全面描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性，而不涉及系統(tǒng)所采用的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，可供進(jìn)一步設(shè)計(jì)和不同專業(yè)的人員之間進(jìn)行技術(shù)交流使用，例如，可以根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)PLC的順序控制程序。順序功能圖以功能為主線，表達(dá)準(zhǔn)確、條理清晰、規(guī)范、簡(jiǎn)潔，是設(shè)計(jì)PLC的順序控制程序的重要工具[11]。圖4-4所示，自動(dòng)門控制系統(tǒng)的各個(gè)功能如何實(shí)現(xiàn)都可以通過(guò)這張功能圖完全地體現(xiàn)出來(lái)。在此就不做多的介紹，將在下一章節(jié)里面的功能驗(yàn)證逐一說(shuō)明。圖4-4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的順序功能圖

4.4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的梯形圖梯形圖設(shè)計(jì)是本控制系統(tǒng)的核心部份。PLC是專門為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用都是工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的ICE1131-3（可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言：功能表圖（Sequentialfunctionchart）、梯形圖（Ladderdiagram）、功能塊圖（Functionblackdiagram）、指令表（Instructionlist）、結(jié)構(gòu)文本（structuredtext）。梯形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖[2]。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖受到廣泛的歡迎，并得到廣泛的用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相似，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是：梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待。因?yàn)橛媒?jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的梯形圖存在設(shè)計(jì)方法很難掌握，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，以及裝置交會(huì)使用后維修困難等問(wèn)題[2]。所以本自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用了順序控制方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在有些已經(jīng)發(fā)生的動(dòng)作后必須進(jìn)行下一步動(dòng)作。如果第一個(gè)動(dòng)作沒(méi)有完成，那么第二個(gè)動(dòng)作將無(wú)法啟動(dòng)[12]。順序控制的設(shè)計(jì)又主要用順序功能圖來(lái)進(jìn)行表示，如圖4-4。則自動(dòng)門控制系統(tǒng)的梯形圖就直接通過(guò)順序功能圖轉(zhuǎn)化而得到，見(jiàn)附錄1。進(jìn)一步地可以通過(guò)梯形圖直接轉(zhuǎn)化為指令表，見(jiàn)附錄2。

5程序的調(diào)試記錄與結(jié)果分析由于硬件條件的限制，不能夠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，所以只能通過(guò)三菱仿真軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。5.1自動(dòng)門控制系統(tǒng)的仿真1．PLC寫入將“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)”打開(kāi)，那么就能夠?qū)⒊绦驅(qū)懭隤LC，這是程序仿真的第一步，可以驗(yàn)證所編的程序是否有錯(cuò)。如果程序里面有語(yǔ)法錯(cuò)誤時(shí)，“LADDERLOGICTESTTOOL”就會(huì)報(bào)錯(cuò)，程序進(jìn)入到ERROR狀態(tài)。若程序無(wú)誤便會(huì)得到如圖5-1所示，進(jìn)入到RUN狀態(tài)。圖5-1啟動(dòng)梯形圖邏輯測(cè)試2．繼電器內(nèi)存監(jiān)視選擇“菜單起動(dòng)”→“繼電器內(nèi)存監(jiān)視”，便進(jìn)入到了繼電器內(nèi)存監(jiān)視狀態(tài)，如圖5-2所示。這樣我們就能夠進(jìn)入到輸入/輸出的仿真監(jiān)視窗口了，這個(gè)窗口為我們仿真控制和觀察控制效果提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。

圖5-2繼電器內(nèi)存監(jiān)視3．輸入/輸出效果按“軟元件”→“位軟元件窗口”→“X”和“Y”順序依次打開(kāi)“位軟元件”。即可得到如圖5-3所示，X代表PLC輸入觸點(diǎn)，其中我們需要用到X0～X10共9個(gè)輸入點(diǎn)；Y代表輸出觸點(diǎn)，其中需要用到Y(jié)0～X7共8個(gè)輸出點(diǎn)。從而可通過(guò)控制輸入點(diǎn)的開(kāi)/關(guān)來(lái)控制輸出，觀察它的控制效果進(jìn)行程序功能的驗(yàn)證。圖5-3位軟元件測(cè)試

5.2程序功能驗(yàn)證逐一按照控制系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的要求，分別將各輸入信號(hào)按照流程輸入進(jìn)行程序功能驗(yàn)證。為了便于觀察，調(diào)整窗口位置及大小，如圖5-4所示，進(jìn)行控制檢驗(yàn)。圖5-4自動(dòng)門控制系統(tǒng)的輸入與輸出5.2.1即在關(guān)門初始狀態(tài)下有人通過(guò)IC卡刷卡并成功地通過(guò)驗(yàn)證而進(jìn)入門的過(guò)程。在PLC得電后將自動(dòng)輸出Y0，此為一個(gè)待機(jī)的指示燈而已，表示其正處于正常待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)有IC卡刷卡感應(yīng)當(dāng)通過(guò)驗(yàn)證后，X1便得電，然后電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)Y1，從而驅(qū)動(dòng)門打開(kāi)，在開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)得電之后，電機(jī)又停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)6s后電機(jī)反轉(zhuǎn)Y2，驅(qū)動(dòng)門關(guān)閉。從而回到初始狀態(tài)S0，過(guò)程如圖5-4所示。a.初始狀態(tài)b.X1檢測(cè)到了IC卡信號(hào)c.門達(dá)到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)d.開(kāi)門狀態(tài)保持6s后自動(dòng)關(guān)門e.門達(dá)到關(guān)門限位開(kāi)頭，回到初始狀態(tài)圖5-4自動(dòng)模式過(guò)程5.2.2當(dāng)有外來(lái)方人員在門外按下門鈴X2時(shí)，呼叫器Y3就被接通，以提醒管理員進(jìn)行應(yīng)答，待管理員驗(yàn)證來(lái)訪人員身份后給予是否開(kāi)門的答復(fù)。若應(yīng)答，則通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)X4將門打開(kāi)，當(dāng)門達(dá)到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)之后，門自動(dòng)停止，但不會(huì)延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，這是為了應(yīng)來(lái)訪客人多的情況下而設(shè)計(jì)的。待管理員再通過(guò)手動(dòng)關(guān)門開(kāi)關(guān)X10將門關(guān)閉，回到初始的狀態(tài)；若不應(yīng)答則不進(jìn)行任何操作，過(guò)程如圖5-5。a.來(lái)訪人員按門鈴X2b.管理員應(yīng)答X4c.達(dá)到開(kāi)門限位并一直保持d.管理員手動(dòng)關(guān)門e.達(dá)到關(guān)門限位，回到初始狀態(tài)圖5-5手動(dòng)模式過(guò)程5.2.31.人過(guò)門即關(guān)自動(dòng)模式下，有人通過(guò)IC卡刷卡進(jìn)門，門自動(dòng)被打開(kāi)，當(dāng)遇到開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，保持開(kāi)門狀態(tài)6s，在此時(shí)間段內(nèi)，若有人通過(guò)，那么門便立即執(zhí)行關(guān)門動(dòng)作Y2，直至達(dá)到關(guān)門限位開(kāi)頭，過(guò)程如圖5-6所示。a．IC卡刷卡，門正在被開(kāi)啟 b．門正常進(jìn)入到開(kāi)門狀態(tài)c．光電探頭檢測(cè)到有人進(jìn)入，無(wú)變化d．人過(guò)門即關(guān)（下降沿觸發(fā)）圖5-6人過(guò)門立即關(guān)過(guò)程注：這種“人過(guò)門即關(guān)”的功能僅限于自動(dòng)模式下，而在手動(dòng)模式下則沒(méi)有設(shè)計(jì)此功能，這是考慮到該控制系統(tǒng)能夠由人工完全控制的徹底性而定的。2．防夾人功能的實(shí)現(xiàn)及報(bào)警信號(hào)的觸發(fā)當(dāng)門正在關(guān)的時(shí)候，若光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到了此時(shí)有人經(jīng)過(guò)的信號(hào)X7，即有人在此時(shí)進(jìn)門，為了防止安全故障的發(fā)生，需要馬上將電機(jī)反轉(zhuǎn)，執(zhí)行開(kāi)門動(dòng)作Y1，從而避免造成人員傷害。并且同時(shí)發(fā)出報(bào)警聲Y7，在門達(dá)到開(kāi)門限位的時(shí)候電機(jī)停止，此時(shí)報(bào)警器發(fā)出周期性的報(bào)警聲，并一直持續(xù)