設(shè)計(jì)題目：基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別：班級(jí)：姓名：指導(dǎo)教師：基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著時(shí)間的流逝，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)門系統(tǒng)在大型公司、科研所、政府機(jī)關(guān)等保密性較強(qiáng)的單位應(yīng)用越來越廣泛。為了使自動(dòng)門運(yùn)行安全可靠，本設(shè)計(jì)采用可編程控制器（PLC）與變頻器組成的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)微波傳感器（門內(nèi)和門外）、行程開關(guān)等作為此系統(tǒng)的輸入設(shè)備，變頻器用來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速從而起到調(diào)節(jié)門體運(yùn)動(dòng)速度的作用，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理及系統(tǒng)的硬件組成，利用人體感應(yīng)器的特點(diǎn)、自動(dòng)門運(yùn)行位置檢測、門運(yùn)行障礙檢測等控制電路的工作過程，對(duì)變頻器的選型、I/O點(diǎn)的確定、PLC的選型、電機(jī)選型和自動(dòng)門的控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述。結(jié)合PLC的工作特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的工作過程作了合理的優(yōu)化和改進(jìn)，并且繪制了控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖、外部端子接線圖、PLC控制梯形圖和控制系統(tǒng)原理圖等。本設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)，用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的控制，具有接線簡單，成本低，易于維護(hù)和檢修等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)門，PLC，梯形圖，變頻控制。DesignofautomaticdoorcontrolsystembasedonPLCAbstractWiththepassageoftime,theprogressofscienceandtechnology,automaticdoorsysteminlargecompanies,researchinstitutes,governmentagenciesandconfidentialitystrongunitUSESmoreandmorewidely.Inordertomakethesecurityandreliabilityoftheoperationoftheautomaticdoors,thisdesignUSEStheprogrammablecontroller(PLC)andfrequencyconverterofautomaticdoorcontrolsystem,usedinthedesignoftwomicrowavesensor(dooranddoor),travelswitch,etcasthesysteminputdevices,frequencyconverterisusedtoadjustmotorspeedwhichhavetheeffectofregulatingbodymovementspeed,accordingtotheworkingprincipleofthecontrolsystemandhardwarecompositionofsystem,theadvantageofthecharacteristicsofthehumanbodysensordoor,automaticdooroperationpositiondetectionandobstacledetectionoperation,etc.Theworkingprocessofthecontrolcircuit,theselectionoffrequencyconverter,thedeterminationofI/Opoints,PLCselection,selectionofmotorandcontrolsystemofautomaticdoor,etcweredescribedindetail.AccordingtothecharacteristicsofthePLCandtheworkingprocessofthecontrolsystemofoptimizationandimprovement,anddrawthecontrolsystemsoftwaredesignprogramflowchart,externalterminalwiringdiagram,PLCladderdiagramandtheprinciplediagramofthecontrolsystem,etc.ThisdesignappliesPLCtoreplacethetraditionalrelayandcontactorcontrolsystemandsingle-chipmicrocomputercontrolsystem,usinginvertercontrolmotorspeed,realizestheautomaticdoorcontrol,connectionwithsimple,lowcost,easymaintenanceandrepair,etc.Keywords:AutomaticDoors，PLC，Ladder，VFC（variablefrequencycontrol）.目錄1引言11.1課題背景及意義11.2自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀21.3自動(dòng)門技術(shù)的發(fā)展方向41.4本課題的現(xiàn)實(shí)意義52自動(dòng)門控制系統(tǒng)總方案62.1自動(dòng)門的功能需求分析62.2自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成72.3自動(dòng)門技術(shù)參數(shù)82.4自動(dòng)門控制要求93自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1傳感器的選擇103.1.1門感應(yīng)傳感器的選擇103.1.2防夾人傳感器的選擇113.1.3位置檢測傳感器的選擇113.2動(dòng)力裝置的選擇123.2.1電機(jī)的功率選擇123.2.2電機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇123.2.3電機(jī)的選型123.3變頻器的選擇143.3.1變頻器介紹143.3.2變頻器選型153.4電器元件的選擇163.4.1按鈕的選用163.4.2行程開關(guān)的選用173.5電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)183.5.1控制方式選擇183.5.2電氣控制系統(tǒng)組成及原理183.6PLC的硬件設(shè)計(jì)193.6.1PLC系統(tǒng)組成與工作原理19 3.6.2PLC選型203.6.3PLC的I/O地址及外部接線223.6.4PLC抗干擾措施244控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)254.1三菱PLC常用控制指令254.2控制系統(tǒng)流程274.3梯形圖程序的編制295結(jié)論32謝辭33參考文獻(xiàn)34附錄35外文資料36PAGEPAGE511引言1.1課題背景及意義在當(dāng)今年代，人們對(duì)門的選用主要考慮安全性和有效性，能有效的防范盜竊，方便人們的通行，同時(shí)還體現(xiàn)了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的完美切合?，F(xiàn)在的自動(dòng)門大規(guī)模模的生產(chǎn)和使用起始于大約200年前，至今仍在在不斷發(fā)展和完善，出現(xiàn)了大批具備規(guī)模的專業(yè)制造商。自動(dòng)門最早出現(xiàn)在中國，發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)形成了種類非常的多、功能非常的全、做工很完美的自動(dòng)門市場。在大型人口流動(dòng)繁多的公共場所中，自動(dòng)門給這些建筑增添了很多不同的色彩。自動(dòng)門從功能和人們對(duì)其使用觀念的改變，是人們對(duì)門的喜好，對(duì)門功能的改進(jìn)。所以，對(duì)自動(dòng)門的接觸應(yīng)該追溯到對(duì)自動(dòng)門的需求開始。自動(dòng)門控制系統(tǒng)作為建筑的一個(gè)小小部分，發(fā)揮著巨大的作用，從人們對(duì)自動(dòng)門的需求上講，要同時(shí)滿足隔離外部環(huán)境和能是人們正常無阻哎的通過的要求。門體本身既牢固，有結(jié)實(shí)又美觀。時(shí)至今日，中國尚未出臺(tái)相關(guān)的自動(dòng)門國家標(biāo)準(zhǔn)文件，因而，現(xiàn)今的自動(dòng)門檔次、質(zhì)量有好有壞。倘若你從來沒有使用過平動(dòng)門門，我推薦你你選擇一個(gè)由專業(yè)的大廠生產(chǎn)、能提供非常完美的售后服務(wù)的自動(dòng)門生產(chǎn)廠家，這樣你買的放心，用著感覺也不錯(cuò)（有一大批自動(dòng)門品牌是由一些公司自己零散的購買一部分零件，再自己組裝拼湊，就裝成自動(dòng)門了，如果買了這樣的自動(dòng)門，質(zhì)量會(huì)不盡人意，所以啊，不要買這樣的自動(dòng)門產(chǎn)品）。也不要光看著樣本上全部是英文，說明書上也是英文的商品就是進(jìn)口的商品，這樣是違反國家規(guī)定的，可以利用互聯(lián)網(wǎng)資源查證其產(chǎn)地和公司。真正的馳名品牌，合法的商品不會(huì)這樣做。當(dāng)你購買自動(dòng)門的時(shí)候，可以在官方認(rèn)證過的店家購買，也可以找專業(yè)人士陪同購買，而且在購買時(shí)要了解清楚所購買設(shè)備的功能和基本配置，別讓買家克扣重要部件或故意抬高自動(dòng)門的價(jià)格，否則你就上當(dāng)受騙了。自動(dòng)門根據(jù)不同的應(yīng)用場所和功能需求，可以分為很多種類，比如自動(dòng)的平移門、自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)的圓弧門、自動(dòng)的平開門、自動(dòng)的折疊門等等各種門，其中平開門用的場合是最少的，用平開門要慎重考慮，旋轉(zhuǎn)門的最突出的特點(diǎn)是價(jià)格非常的昂貴而且占據(jù)空間非常的巨大，一般廣泛的適用于有需求的使館、大廈，自動(dòng)平移門的使用率最高，人們一般所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門就是，指自動(dòng)平移門。自動(dòng)門的廣泛應(yīng)用，不但提高的人們的防盜意識(shí)，而且還提升了人們對(duì)的安全觀念的新認(rèn)識(shí)，自動(dòng)門在改進(jìn)出入環(huán)境的同時(shí)，有可以在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理的功能，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防砂，防塵、降低噪音，給人帶來喜悅的心情，使用起來，不但方便，而且提升的建筑檔次，提高了使用者的品味，所以，在外國的建筑上應(yīng)用的非常廣泛。同時(shí)也幾乎成為了商場，寫字樓，酒店等辦公娛樂場所裝修必不可少的一項(xiàng)配置。在最早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，主要采用的是開關(guān)組成的繼電器來實(shí)現(xiàn)控制門的自動(dòng)開關(guān)，但是，這樣的自動(dòng)門有很多的缺點(diǎn)，比如，安裝麻煩，工作起來運(yùn)行部穩(wěn)定，有安全隱患，并且體積龐大，在檢測和維修方面有一定的難度，因而，被逐步淘汰。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它是人們專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它主要利用編程的存儲(chǔ)器，用來執(zhí)行它內(nèi)部的程序并且進(jìn)行各種運(yùn)算，比如，邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、加、減、乘、除、計(jì)時(shí)、和算數(shù)運(yùn)算等操作指令，還可以通過數(shù)字式、模擬式和開關(guān)量等邏輯控制的輸入和輸出，功能強(qiáng)大，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)。為人們所接受，并得到廣泛的應(yīng)用，又因?yàn)镻LC具有可靠性非常高，抗干擾能力特強(qiáng)，功能已經(jīng)很完善，適用性強(qiáng)，建造工作量小、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單，便于維修和保養(yǎng)，體積小，重量輕，能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用了PLC技術(shù)。目前，PLC在機(jī)械制造、道路橋梁、石油化工、鋼鐵冶煉、快遞分揀、汽車、輪船、高鐵、飛機(jī)、大炮燈輕化工和重工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了非常好的發(fā)展。因此，使用PLC作為自動(dòng)門的控制系統(tǒng)，具備良好的前景。本課題的自動(dòng)門設(shè)計(jì)運(yùn)用傳感器作為采集信號(hào)的裝置，PLC做控制器件，變頻器和電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大大提升自動(dòng)門控制系統(tǒng)的安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，對(duì)于整個(gè)自動(dòng)門的大行業(yè)來說，是一次非常大的邁步，在提升自動(dòng)門的使用頻率的同時(shí)，也使得自動(dòng)門的自身價(jià)值也得到非常大的提升，因此，利用PLC作為自動(dòng)門控制系統(tǒng)的自動(dòng)門，推動(dòng)了PLC的整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的飛速發(fā)展，擴(kuò)大了自動(dòng)門的功能。具有遠(yuǎn)大的前景，為人們所看中，人們將繼續(xù)對(duì)PLC的研發(fā)和使用作出更大的努力。1.2自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀在英國、美國、日本等其他國家，自80年代末、90年代初以來，自動(dòng)化技術(shù)取得了重大突破，技術(shù)更加成熟，并取得了輝煌的成就，自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門技術(shù)的核心技術(shù)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們也著眼于自動(dòng)門技術(shù)的研發(fā)，并且取得了很好的成就，并運(yùn)用于生活，自動(dòng)門在人們的生活中的運(yùn)用越來越廣泛，很多地方都適用自動(dòng)門，比如，生活中常見的賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等公共場所，隨處可見自動(dòng)門。自動(dòng)門的使用，不僅方便了人們的出入，還起到防風(fēng)、防塵、降噪等作用。給我們的生活帶來了很多方便。自從我國加入WTO（世界貿(mào)易組織）以來，經(jīng)濟(jì)得到快速而穩(wěn)定的發(fā)展，自動(dòng)門技術(shù)在我們的生活中應(yīng)用也越來越廣泛，在賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等地方，自動(dòng)門已經(jīng)成為不可或缺的建筑設(shè)備。在我們的國家自動(dòng)門的自主研發(fā)起步比較晚。當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)自動(dòng)門控制技術(shù)的時(shí)候，有各種各樣的因素是不得不考慮的，比如：安全、舒適、節(jié)能、優(yōu)雅、環(huán)保及人性化是需求是必須考慮的因素。在對(duì)自動(dòng)門的研發(fā)中，不同的門體有著不同的性能參數(shù)，門體的大小和重量的差異影響著對(duì)自動(dòng)門的動(dòng)力系統(tǒng)，因而，在對(duì)自動(dòng)門的分類時(shí)，又可以將門分為輕型自動(dòng)門、中型自動(dòng)門和重型自動(dòng)門。在不同的場合，客流量的差異會(huì)很大，在人口密集上商場客流量會(huì)比較大，在高檔的寫字樓和賓館客流量會(huì)比較少，因而不同場所對(duì)自動(dòng)門的使用產(chǎn)生很大的影響，因而，自動(dòng)門還可以劃分為成一般自動(dòng)門和頻繁使用的自動(dòng)門。根據(jù)自動(dòng)門的使用的場合及開關(guān)門方式的不同，自動(dòng)門可分為自動(dòng)平移門、自動(dòng)平開門、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門、自動(dòng)圓弧門、自動(dòng)折疊門等，在諸多自動(dòng)門中平開門用的場所是最少的，旋轉(zhuǎn)門有著是價(jià)格昂貴而且占據(jù)空間非常大的特點(diǎn)，一般只適用于有需要的高檔賓館、大廈、寫字樓等地方，自動(dòng)平移門的使用頻率最高，也是最受大家歡迎的自動(dòng)門，一般情況下大家所說的自動(dòng)門、感應(yīng)門，就是指自動(dòng)平移門?，F(xiàn)在商場中使用的自動(dòng)平移門，都是兩個(gè)門扇組成的自動(dòng)門，這樣的自動(dòng)門工作起來運(yùn)行穩(wěn)定，安全系數(shù)高，易于檢修和保養(yǎng)。自動(dòng)平移門最基本的組成是自動(dòng)門機(jī)及門內(nèi)外兩側(cè)的傳感器和電機(jī)，當(dāng)有人靠近時(shí)，傳感器感應(yīng)但人體的接近，向控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制系統(tǒng)分析處理，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)門體打開，當(dāng)人通過門時(shí)，門內(nèi)的傳感器感應(yīng)到人的離開，再由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)自動(dòng)門關(guān)閉，另外還設(shè)置一些防夾功能，人未完全通過時(shí)，自動(dòng)門不會(huì)關(guān)閉?，F(xiàn)有的自動(dòng)門控制方式有很多種，從不同的控制方式分類，有原始的繼電器控制，即通過若干個(gè)按鈕和復(fù)雜的接線安裝；智能控制器控制，即通過通過現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備控制，具有較高的穩(wěn)定性和安全行等優(yōu)點(diǎn)，被較多生產(chǎn)廠商所采用。繼電器邏輯控制的自動(dòng)門系統(tǒng)，安全系數(shù)低，運(yùn)行部穩(wěn)定，存在很多問題，因而逐步被淘汰，現(xiàn)在的自動(dòng)門都是智能控制器控制的自動(dòng)門。設(shè)計(jì)自動(dòng)門的時(shí)候，在自動(dòng)門控制系統(tǒng)的選擇方式上，一般可以分為單片機(jī)控制和可編程控制器（PLC）控制等方式，單片機(jī)控制主要有體積小、安裝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但也有很多不足，不易檢測和維修，不穩(wěn)定等缺陷，現(xiàn)在仍然有一部分廠家采用這樣的方式生產(chǎn)自動(dòng)門，PLC控制的自動(dòng)門有著超強(qiáng)的穩(wěn)定性，方便維護(hù)和檢修等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今，很多大型的生產(chǎn)商研發(fā)生產(chǎn)的自動(dòng)門，都已經(jīng)采納這樣的控制方式來控制并且被人們廣泛的接受。1.3自動(dòng)門技術(shù)的發(fā)展方向在我國對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度仍然有一定的欠缺，未來將會(huì)加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)門技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的保護(hù)。加強(qiáng)法制建設(shè)，提升人們的思想觀念，使得人們?cè)絹碓阶⒅刂R(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。在建筑安全協(xié)會(huì)和門業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的大力推廣下，《自動(dòng)門》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)開始制定，目前有維也納思佳霍福吉機(jī)電設(shè)備有限公司、沈陽港泰偉業(yè)科技發(fā)展有限公司、福建漳州市麒麟油茶樹電子科技有限公司、深圳固威特科技有限公司和上海昌順電子信息技術(shù)有限公司等5家單位參與了此標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。2005年4月2日，在北京成立了編制組成立會(huì)并召開了首次工作會(huì)議。經(jīng)過編制組三個(gè)多月的努力工作，現(xiàn)在已經(jīng)完成部分初稿，正打算在未來的幾個(gè)月內(nèi)召開編制組工作會(huì)議，主要對(duì)初稿進(jìn)行商議，同時(shí)也討論和修改自動(dòng)門的研發(fā)方向。經(jīng)過多年發(fā)展，自動(dòng)門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：(1)智能化，多功能：今后自動(dòng)門的智能化程度將越來越高，例如，可以自動(dòng)檢測門體位置，使得開門、關(guān)門行程位置更精確，可以自動(dòng)適應(yīng)門體所受到的阻力大小的變化情況，長時(shí)間具備遇到特殊情況可以保護(hù)靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用，還可以遠(yuǎn)程監(jiān)控等。(2)免維護(hù)：采取多種措施，減少使用過程中的維護(hù)頻率。(3)多樣化：生產(chǎn)具有不同規(guī)格性能的自動(dòng)門，更好的滿足更多用戶的需求。(4)高安全性：如今人們?cè)絹碓阶⒅刈詣?dòng)門的安全性，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。本課題采用PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。研究的主要內(nèi)容如下：對(duì)可編程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)在以及今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析研究，使人們清晰的了解到自動(dòng)門的發(fā)展歷程，并對(duì)應(yīng)用PLC作為自動(dòng)門的控制系統(tǒng)的可行性進(jìn)行分析。研究自動(dòng)門各動(dòng)作控制的過程。了解全自動(dòng)門的工作過程及安裝工藝要求。分析自動(dòng)門門體的動(dòng)作流程，將其用流程圖的形式展現(xiàn)出來，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制做準(zhǔn)備。自動(dòng)門可編程控制器部分的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、I/O接口信號(hào)的確定，控制程序的設(shè)計(jì)。1.4本課題的現(xiàn)實(shí)意義自動(dòng)門在我國發(fā)展已久，目前自動(dòng)門應(yīng)用技術(shù)在我們的生活著已經(jīng)非常成熟，當(dāng)我們走到大街小巷，路過個(gè)個(gè)賓館、寫字樓、高檔公寓等地方，大大小小的自動(dòng)門隨處可見，琳瑯滿目，自動(dòng)門的出現(xiàn)，不僅方便了人們的生活，而且還改變了人們的生活和消費(fèi)的觀念，人們由熱衷于傳統(tǒng)的手動(dòng)門變成喜歡現(xiàn)今的自動(dòng)門，當(dāng)我們?nèi)胱≠e館或者酒店，來到門前，自動(dòng)門會(huì)自動(dòng)打開，當(dāng)我們通過自動(dòng)門后，自動(dòng)門會(huì)自動(dòng)關(guān)上，給我們帶來了一種喜悅的心情，為環(huán)境添置了不少優(yōu)雅的氣息，如今的自動(dòng)門不僅安全可靠，而且自動(dòng)門還具備防風(fēng)、防砂、防塵等優(yōu)點(diǎn)，因此，越來越多的人喜歡并且認(rèn)可自動(dòng)門，逐步應(yīng)用于日常生活之中。2自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案2.1自動(dòng)門的功能需求分析本設(shè)計(jì)是超市、賓館等公共場所進(jìn)出口所安裝的自動(dòng)門設(shè)計(jì)，需要有一定的安全性和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，改進(jìn)了門的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1自動(dòng)門結(jié)構(gòu)示意圖圖2-1自動(dòng)門結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)自動(dòng)門的控制具體要求，本設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式為了方便檢修和保養(yǎng)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式。在切換手動(dòng)和自動(dòng)的時(shí)候，由轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制，當(dāng)我們把轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，自動(dòng)工作方式失效，可以手動(dòng)方式控制開門和關(guān)門。當(dāng)我們把轉(zhuǎn)換開關(guān)打向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開門工作方式失效，只能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，由門內(nèi)外的傳感器檢測是否有人接近門口以及人是否完全通過自動(dòng)門，當(dāng)有人接近門口且門未打開的時(shí)候或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉的時(shí)候，傳感器動(dòng)作輸入信號(hào)給PLC，經(jīng)過PLC循環(huán)掃描工作程序，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器，通過控制變頻器來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和者反轉(zhuǎn)從而間接實(shí)現(xiàn)開門和者關(guān)門的功能。(2)防夾人功能為了使得自動(dòng)門夾人的事件不在發(fā)生，在門體的兩側(cè)安裝主動(dòng)式紅外線防夾人傳感器，以防止停留在門附近的人或者物體被門體夾住，這樣就可以排除安全隱患。(3)蜂鳴器提示功能如果自動(dòng)門不正常工作的時(shí)候，出現(xiàn)夾人或者不正常開關(guān)等意外狀況的時(shí)時(shí)候，PLC輸出低壓信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出警告鈴聲以提醒管理人員的關(guān)注，并盡快檢修。自動(dòng)門控制系統(tǒng)主要由傳感器作為輸入機(jī)構(gòu)和PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行器構(gòu)成的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種不同的控制方式，這樣的控制模式是應(yīng)用最廣泛的控制方式，現(xiàn)在的絕大多數(shù)自動(dòng)門都用這樣的控制方式。本設(shè)計(jì)的的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，運(yùn)用PLC作為控制中心，通過PLC控制變頻器和電機(jī)等組成的動(dòng)力系統(tǒng)，從而控制自動(dòng)門門體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。2.2自動(dòng)門控制系統(tǒng)構(gòu)成(1)這里的主控制器PLC就相當(dāng)于人的大腦，起到控制的作用，通過編輯相應(yīng)的指令程序，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮變頻器，通過控制變頻器間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向從而拖動(dòng)門體的開關(guān)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)工作人員可通過主控器調(diào)節(jié)變頻器的參數(shù)來調(diào)節(jié)門扇開啟速度。(2)感應(yīng)探測器負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，當(dāng)傳感器識(shí)別到人體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控器一個(gè)脈沖信號(hào)。(3)電機(jī)負(fù)責(zé)提供開關(guān)門的主動(dòng)力。(4)自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道用于約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)動(dòng)作。(5)門扇吊具走輪系統(tǒng)用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。(6)同步皮帶(有的廠家使用三角皮帶)用于傳輸馬達(dá)動(dòng)力，牽引自動(dòng)感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。(7)下部導(dǎo)向系統(tǒng)是自動(dòng)感應(yīng)門門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后擺動(dòng)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC作為主控制元件，通過控制變頻器間接控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，從而來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門開門和關(guān)門。采用變頻器電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，接線方便，控制精度高，可靠性強(qiáng)，交流電機(jī)有著工作效率高、維護(hù)成本低的優(yōu)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)相比具備明顯的優(yōu)勢(shì)，比如效率高、維護(hù)方便簡單、結(jié)構(gòu)組成簡單、易于散熱和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)調(diào)速范圍比直流電機(jī)調(diào)速范圍寬，而且可以實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速橫功率運(yùn)轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的不斷提升發(fā)展，使用交流電機(jī)控制的成本越來越低，為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門中的大量運(yùn)用提供了非常便利的條件。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示：圖2圖2-2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3自動(dòng)門技術(shù)參數(shù)當(dāng)我們把自動(dòng)平移門安裝完成后，接下來的主要工作就是調(diào)試，調(diào)試主要目的是提高門體的運(yùn)動(dòng)精度，換而言之就是滑動(dòng)導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體的兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線做對(duì)比，與導(dǎo)軌的平行度和垂直度的準(zhǔn)確切合，盡量地減小門體的靜態(tài)側(cè)擺量。當(dāng)自動(dòng)門進(jìn)入工作階段后，主要是是初期，我們必須經(jīng)常調(diào)節(jié)門體，調(diào)整自動(dòng)門的各種性能。定期檢修維護(hù)排除安全隱患，全面檢查。一般情況下在三個(gè)月到一年內(nèi)要在次對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行維護(hù)，全面的清理和調(diào)整自動(dòng)門門體，檢修自動(dòng)門運(yùn)動(dòng)軌道，以防自動(dòng)門出現(xiàn)不正常運(yùn)動(dòng)的情況，排除安全隱患。我們使用最多的是自動(dòng)平動(dòng)門，在公共場所安裝的自動(dòng)平移門隨處可見，因?yàn)檫@樣的自動(dòng)平動(dòng)門使用頻率比其他地方的自動(dòng)門使用頻率都要高出許多，并且不同地方的自動(dòng)門的使用頻率都是不同的，因此使用壽命都有限。例如飛機(jī)場、人流密集的大型超市和醫(yī)院外門等地方的自動(dòng)門使用頻繁，人員流量非常的大，差不多每天可以通過成千上萬人次，或者某些場所的自動(dòng)門，在特定時(shí)間段里，比如上下班高峰期，短時(shí)間內(nèi)有大量的人員通過，遇到這樣的情況的時(shí)候，要想使用自動(dòng)門，就需要進(jìn)行多方面考慮分析。例如，可以增加自動(dòng)門的數(shù)量，加大門扇寬度，還可以延長關(guān)門的延遲時(shí)間等，通過這樣的方式改變開門關(guān)門的頻率。具體參數(shù)如表2-1所示。表2-1自動(dòng)門具體參數(shù)單扇開啟寬度(mm)1250(最寬)單扇門的最大承重(kg)1×120kg高度(mm)2500mm最快開/關(guān)門速度(cm/s)60cm/s減速開/關(guān)門速度(cm/s)20cm/s開啟保持時(shí)間(s)15s(程序中可調(diào))可編程控制器電源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)門控制要求自動(dòng)門分為自動(dòng)和收到兩種工作方式。手動(dòng)部分：當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)故障或者維護(hù)的時(shí)候，需要通過手動(dòng)部分，開門和關(guān)門。自動(dòng)部分：正常運(yùn)行時(shí)，人來到門前，傳感器檢測到人體的靠近，兩門體快速開門，當(dāng)達(dá)到指定位置，再慢速開門，緩慢平和的開到開門極限位置，停留8秒，再快速關(guān)門，當(dāng)達(dá)到指定位置再慢速關(guān)門，緩慢平和的關(guān)到關(guān)門極限位置。如果在關(guān)門過程中，人體尚未完全通過自動(dòng)門，傳感器會(huì)感應(yīng)到人體位置，在快速關(guān)門過程中，直接轉(zhuǎn)到慢速開門的動(dòng)作，再開門極限；在慢速關(guān)門的過程中當(dāng)傳感器感知人尚未完全通過，想控制器發(fā)出信號(hào)，控制器發(fā)出指令，跳轉(zhuǎn)到快速開門的動(dòng)作。依次完成上述步驟，PLC循環(huán)掃描工作。由此完成自動(dòng)門的整合工作狀態(tài)。3自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器的選擇3.1.1門感應(yīng)傳感器的選擇目前自動(dòng)門行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，微波感應(yīng)器是以微波多普勒原理為基礎(chǔ)，平面型天線作為感應(yīng)系統(tǒng)，以微處理器作控制。整機(jī)關(guān)鍵元器件均為進(jìn)口器件，方案設(shè)計(jì)選擇器件均確保了產(chǎn)品可靠性。微波感應(yīng)器的特點(diǎn)：微波感應(yīng)器是以10.525GHz微波頻率發(fā)射、接收。其探測方式具體如下優(yōu)點(diǎn)：（1）非接觸探測。（2）不受溫度、濕度、噪音等影響。紅外感應(yīng)器，是對(duì)物體的存在進(jìn)行反應(yīng)，不管人員是否移動(dòng)，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會(huì)反應(yīng)，另外，紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場合的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。結(jié)合本課題的實(shí)際需要在設(shè)計(jì)自動(dòng)門的人員檢測上運(yùn)用KOBW-01型微波感應(yīng)器為自動(dòng)門感應(yīng)器，該型號(hào)微波傳感器的技術(shù)參數(shù)如表3-1所示品牌KOB型號(hào)W-01發(fā)射頻率10.525GHZ輻射角度水平120°，垂直角80°安裝高度≤4m工作電壓DC12V-24V檢測區(qū)域4m（W）*3（D）DC功耗：<2w表3-1KOBW-01型微波傳感器技術(shù)參數(shù)圖3-1微波感應(yīng)器的安裝位置及檢測范圍微波感應(yīng)器在自動(dòng)門上的安裝位置及檢測范圍如圖3-1所示。圖3-1微波感應(yīng)器的安裝位置及檢測范圍3.1.2防夾人傳感器的選擇本自動(dòng)門的設(shè)計(jì)中，有防夾人的功能，當(dāng)人體或物體被門夾住的時(shí)候，防夾人傳感器就會(huì)自動(dòng)檢測到事故，將信號(hào)傳輸給PLC，PLC控制門自動(dòng)打開，并故障報(bào)警。這樣當(dāng)人使用自動(dòng)門時(shí)更安全可靠，本設(shè)計(jì)的防夾人傳感器使用防夾紅外安全傳感器69.0370.01.UG，此傳感器安全可靠，精度高，廣泛應(yīng)用于各自動(dòng)門之中。3.1.3位置檢測傳感器本自動(dòng)門設(shè)計(jì)中，當(dāng)門體運(yùn)動(dòng)到開門減速和關(guān)門減速的時(shí)候，需要檢測門體位置并控制門體減速運(yùn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用霍爾傳感器檢測門體運(yùn)動(dòng)位置，霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體部件置于磁場中，在一個(gè)方向通以恒定的電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。把小磁體固定在門體上，當(dāng)門體向霍爾元件靠近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，這樣就可以判斷門體運(yùn)動(dòng)位置。本設(shè)計(jì)選用型號(hào)為MLX90284的霍爾傳感器。3.2動(dòng)力裝置的選擇3.2.1電動(dòng)機(jī)的功率選擇在選擇不同功率的電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)自動(dòng)門對(duì)功率的需求來選擇不同功率的電動(dòng)機(jī)，最好使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：(1)如果電動(dòng)機(jī)功率選得過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長期過載。使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。(2)倘若電動(dòng)機(jī)功率選的太大了，就會(huì)出現(xiàn)殺雞用宰牛刀的現(xiàn)象。這樣輸出的機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和工作效率都不高，不但對(duì)用戶不利而且還會(huì)造成電能浪費(fèi)。要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率，必須經(jīng)過以下計(jì)算或比較：根據(jù)公式P=P1/η（式3-1）P——電動(dòng)機(jī)功率P1——機(jī)械傳動(dòng)軸上的功率η——機(jī)械總效率，一般η=0.6-0.8（結(jié)構(gòu)簡單的取大值，復(fù)雜的取小值）取η=0.8設(shè)機(jī)械傳動(dòng)軸上的功率為P1為1.76KW。P=1.76/0.8=電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇一般的電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有4000，3500，,2500，，1000、750和300r/min。設(shè)計(jì)經(jīng)常選用同步轉(zhuǎn)速為300～750r/min的電動(dòng)機(jī)，其滿載轉(zhuǎn)速可查電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)各電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇500r/min。3.2.3電動(dòng)機(jī)的選型自動(dòng)門動(dòng)力裝置的良好與否，是自動(dòng)門能否良好工作的最基本基本前提，在設(shè)計(jì)中是使用變頻器的兩段速度調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速度，從而達(dá)到間接控制自動(dòng)門速度的目的。這種控制方式穩(wěn)定性能好，檢修方便快捷，連接簡單，成本較低，現(xiàn)在，絕大多數(shù)的自動(dòng)門都采用這樣子控制方式。在自動(dòng)門的電機(jī)的選擇方面，在沒有特殊要求的情況下，一般選用三相交流電源，采用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。Y系列接線的電機(jī)是一般用于低壓三相鼠籠型封閉式異步電動(dòng)機(jī)基本系列。其結(jié)構(gòu)為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。Y系列電動(dòng)機(jī)具有較高的工作效率、節(jié)省能源、性能穩(wěn)定、振動(dòng)幅度小、噪聲很低、使用壽命較長、可靠性高、維護(hù)簡單方便、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等明顯優(yōu)點(diǎn)。因而被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械電機(jī)；切削機(jī)床電機(jī)、輕工機(jī)械電機(jī)；林業(yè)機(jī)械電機(jī)；鋼材機(jī)械電機(jī)等企業(yè)的配套；在生活方面，用于壓力水泵的電機(jī)、脫粒機(jī)等機(jī)械的電機(jī)、粉碎機(jī)的電機(jī)以及其它農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械等。采用A級(jí)絕緣，Y系列電動(dòng)機(jī)的額定電壓是380V，額定工作頻率為50HZ，額定功率方面，3KW及以下采用“Y”接法，4KW及以上采用“Δ”接法。選擇電動(dòng)機(jī)的種類時(shí)，首要考慮電動(dòng)機(jī)的性能必須滿足自動(dòng)門的工作要求；其次，盡量優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格相對(duì)便宜、運(yùn)行可靠穩(wěn)定、維護(hù)簡單方便的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)的核心部分，為使電力拖動(dòng)系統(tǒng)安全、可靠，經(jīng)濟(jì)、合理地運(yùn)行，首要的就是正確選用電動(dòng)機(jī)。判定電機(jī)的選擇是不是合適，主要是看電動(dòng)機(jī)的性能是不是能滿足機(jī)械生產(chǎn)對(duì)電機(jī)的功能需求，其功率是能不能被充分的利用，電動(dòng)機(jī)的組成及構(gòu)造能不能滿足對(duì)工作環(huán)境的要求。本設(shè)計(jì)的動(dòng)力裝置對(duì)電機(jī)的要求嚴(yán)格，應(yīng)選用有保護(hù)電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電機(jī)，并且具有低噪聲、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的并且旋轉(zhuǎn)速度不超過600r/min的電動(dòng)機(jī)，再結(jié)合了安全、可靠、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，考慮本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)力裝置，選用天津安全電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的三相380V交流電機(jī)，電機(jī)如圖3-2所示。圖3圖3-2YSM100/112、W、S交流電機(jī)3.3變頻器的選擇3.3.1變頻器的介紹自動(dòng)門的動(dòng)力裝置良好與否是自動(dòng)門能否良好工作的前提，本設(shè)計(jì)是運(yùn)用變頻器的兩段速度調(diào)節(jié)來控制電機(jī)的速度和方向，從而間接控制門體運(yùn)動(dòng)的速度和方向。這種控制方法具有非常良好的穩(wěn)定性能，比較方便維修，接線簡單不易出現(xiàn)故障，成本比較便宜，就今天的市場而言，絕大多數(shù)的自動(dòng)門都通過這種控制方式。變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)供電電源的頻率的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、驅(qū)動(dòng)單元、制動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器依靠內(nèi)部IGBT的開斷，來調(diào)節(jié)輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的需求，提供合適的電壓，進(jìn)而起到了節(jié)能、環(huán)保、調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的的作用，此外，變頻器還有非常多的保護(hù)功能，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)等等功能。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的深入發(fā)展，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，還可以把工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器，主要采用交-直-交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成不同頻率、電壓均可控制的交流電源，給電動(dòng)機(jī)供電。變頻器的電路一般由整流單元、高容量電容、逆變單元和控制單元4個(gè)主要部分組成。整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為電壓恒定的直流電。高容量電容：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)并換后電能。逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)組成，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波交流電?？刂破鳎喊凑杖藗兯O(shè)定的程序運(yùn)作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)工作。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。變頻器輸出的波形為PWM波，其中含有非常多的高次諧波。變頻功率傳感器通過對(duì)輸入的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入變頻功率分析儀，數(shù)字量輸入變頻功率分析儀對(duì)電壓、電流的采樣值進(jìn)行計(jì)算，可以獲取電壓的有效值、電流有的效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。在現(xiàn)在的國內(nèi)市場里，業(yè)內(nèi)人士將其概括為，變頻器通用領(lǐng)域內(nèi)資企業(yè)占據(jù)75%以上的市場份額，競爭激烈導(dǎo)致15年價(jià)格大幅下滑；高性能市場仍以外資品牌為主，未來將成為國內(nèi)變頻器企業(yè)的主攻方向。是國內(nèi)智能化電氣研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的為一體的高新技術(shù)企業(yè)。生產(chǎn)變頻調(diào)速器、電機(jī)軟起動(dòng)器等工業(yè)自動(dòng)化控制的廠家，產(chǎn)品采用重載型設(shè)計(jì)，過載能力比較厲害，具有超大起動(dòng)和運(yùn)行容量、完善的自動(dòng)檢測、保護(hù)和控制性能，可以起動(dòng)和控制任何類型的重型負(fù)載電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、石油、發(fā)電、造紙、化工、鉆井、建材、機(jī)械、電力、以及建筑系統(tǒng)等所有工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域。中國變頻器的市場保持著11-18%的增長率，預(yù)計(jì)至少在未來3年內(nèi)將會(huì)保持15%以上的增長率。中國市場上變頻器安裝容量（功率）的增長率實(shí)際上在25%左右，預(yù)計(jì)至少在15年以后，變頻器市場才能飽和并逐漸成熟。變頻器是輸出頻率可以改變的交流電力提供裝置。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機(jī)使用。本設(shè)計(jì)通過PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，間接控制自動(dòng)門運(yùn)動(dòng)的工作方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)比較簡單，控制比較方便，安全可靠性高，我們選擇交流電機(jī)，交流電機(jī)具有工作效率高、維護(hù)成本低的優(yōu)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)相比具有工作效率高、結(jié)構(gòu)更簡單、維護(hù)簡單方便、比較容易冷卻和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)的速度范圍寬，而且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速橫功率轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。伴隨著變頻技術(shù)的突飛猛進(jìn)，交流電機(jī)的控制成本得到大幅度降低，為交流電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)在自動(dòng)門中的運(yùn)用提供了便利條件。3.3.2變頻器的選型根據(jù)自動(dòng)門的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：1.變頻器與負(fù)載的匹配問題（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓需要與負(fù)載的額定電壓相符和。本設(shè)計(jì)所用的電機(jī)的額定電壓是380V交流電壓，所以，在選擇變頻器的時(shí)候，要選擇與本電機(jī)額定功率相匹配的變頻器。（2）電流匹配；變頻器的額定電流必須與電機(jī)的額定電流相匹配，用最大電流確定變頻器的電流和過載能力。在本設(shè)計(jì)所使用的三相交流電機(jī)的最大起動(dòng)電流是Y形接法的0.37A，△形接法的是0.64A，本設(shè)計(jì)中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)該比電機(jī)的Y形接法的最大起動(dòng)電流大一些。（3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生，本課題所用電機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.4Nm，在選型中要考慮。2.在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)的時(shí)候，因?yàn)楦咚匐姍C(jī)的電抗非常小，高次諧波的增加導(dǎo)致輸出電流值變大。所以用于高速電機(jī)的變頻器的選型的時(shí)候，其容量需要稍大于普通電機(jī)的選型。綜合考慮以上所有的因素，本設(shè)計(jì)的變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR－500系列變頻器中的FR-A540變頻器（如圖3-3所示），作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。圖3圖3-3三菱FR-A540變頻器三菱FR-A540變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)接線簡單，可運(yùn)用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。(2)安裝靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。(3)頻率的設(shè)置靈活，并且可以兩種速度設(shè)定的功能，正好可以滿足本設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的控制要求，且操作起來比較簡單方便，只需要用手指頭輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)外接的電位器的旋鈕，就可以進(jìn)行不同頻率的設(shè)置。3.4電氣元件的選擇3.4.1按鈕的選用按鈕的主要是用于短時(shí)間接通或者斷開小電流的控制電路的開關(guān)。目前按鈕的結(jié)構(gòu)有很多形式形式，比如：旋鈕式，用手指頭扭動(dòng)旋轉(zhuǎn)就可以進(jìn)行操作；指示燈式按鈕里面可裝入信號(hào)顯示信號(hào)；緊急式按鈕裝入蘑菇形鈕帽，用了表示緊急性的操作。本設(shè)計(jì)使用型號(hào)是LA系列的普通按鈕，這種按鈕價(jià)格低，安全系數(shù)高，可靠性強(qiáng)，只需要按壓按鈕就可以控制設(shè)備的運(yùn)行。3.4.2行程開關(guān)的選用行程開關(guān)是位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是工業(yè)設(shè)備中經(jīng)常使用的一種小電流的電器元件。通過機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)部件的碰撞或者按壓的方式，使其觸頭的接通或斷開，從而起到控制電路的功能。一般情況下，這類開關(guān)主要用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的行程發(fā)出命令以控制其運(yùn)行速度和方向或行程長短的主令電器稱為行程開關(guān)。若將行程開關(guān)安裝于生產(chǎn)機(jī)械行程終點(diǎn)位置，就可以限制其行程，這樣的開關(guān)就叫做限位開關(guān)或終點(diǎn)開關(guān)。行程開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床和起重機(jī)械的控制電路中，用來限制這些機(jī)械的行程。當(dāng)生產(chǎn)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)到某一指定的位置的時(shí)候，行程開關(guān)把機(jī)械的動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢宰R(shí)別的點(diǎn)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制，就可以限制它們的動(dòng)作或位置了，這樣的有效精確控制機(jī)械的行程，可以起到對(duì)生產(chǎn)機(jī)械予以必要的保護(hù)作用。在電梯的控制中，就是利用行程開關(guān)來控制開關(guān)門的速度、自動(dòng)開關(guān)門的限位、轎箱的上、下限位保護(hù)等等。在各種機(jī)械或者電器控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程和限位保護(hù)。構(gòu)造：主要由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。行程開關(guān)在實(shí)際生產(chǎn)中，可以把行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)的時(shí)后，行程開關(guān)的觸點(diǎn)就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，觸電的接通或者斷開，就可以實(shí)現(xiàn)電路的切換的功能。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器元件，它的作用原理跟按鈕類非常相似，只是不是用手來按壓。行程開關(guān)一般都是安裝在相對(duì)靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車、門等，簡稱動(dòng)物）上。當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點(diǎn)閉合。由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的變化，間接的控制電路和機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。常規(guī)行程開關(guān)中LX19系列中的LX19-001/111，LXK3系列中的LXK3-20S/T，JLXK1系列JLXK1-111/411/511最具代表力,這些產(chǎn)品有著結(jié)構(gòu)非常的簡單、功能非常的實(shí)用、價(jià)格非常的低廉的優(yōu)勢(shì)，因而深受廣大使用者的喜愛。本設(shè)計(jì)對(duì)行程開關(guān)的要求沒那么復(fù)雜，能滿足使用功能就行，所以就選擇LXK-350S/T型號(hào)的行程開關(guān)。3.5電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.5.1控制方式選擇自動(dòng)門的控制方式良好與否是自動(dòng)門能否良好工作的重要保障，在本設(shè)計(jì)中是通過使用PLC控制變頻器，變頻器的兩段速度調(diào)節(jié)，進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到控制自動(dòng)門速度的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，便于維修，連接簡單，成本較低，目前，大多數(shù)自動(dòng)門都采用這種控制方式。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，由傳感器采集信號(hào)，PLC接收由傳感器采集的信號(hào)，并且分析處理，按照指定程序向直行機(jī)構(gòu)（變頻器）發(fā)出指令，由PLC控制變頻器，變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，電機(jī)拖動(dòng)門的開關(guān)，從而完成整個(gè)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的作用。3.5.2電氣控制系統(tǒng)的組成及原理在自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，主要由傳感器、PLC、變頻器、電機(jī)等部件組成。控制部分主要涉及到通過變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的問題。變頻器的L1、L2、L3接三相交流電源，輸入端STF、STR、RH、RL、SD分別接PLC的輸出端開門、關(guān)門、高速、低速、COM。變頻器的輸出端接三相交流電機(jī)即可。本設(shè)計(jì)采用此方式接線，安裝方便，便于維修和定期檢查，簡單可靠。其原理圖如圖3-4所示：3-4自動(dòng)門控制系統(tǒng)原理圖3-4自動(dòng)門控制系統(tǒng)原理圖由傳感器向PLC輸入信號(hào)，經(jīng)過PLC的判斷處理，發(fā)出各種指令，控制指示燈和變頻器，變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向帶動(dòng)門的開關(guān)。3.6PLC的硬件設(shè)計(jì)3.6.1PLC系統(tǒng)組成與工作原理可編程控制器的英文名字是ProgrammableController，簡稱PLC，本設(shè)計(jì)中使用PLC作為它的簡稱。PLC是專門用于工業(yè)現(xiàn)場的控制器。它起源于繼電器控制技術(shù)，同時(shí)又基于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在它內(nèi)存中的梯形圖程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為人們所要求的輸入信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制功能。PLC是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，但是和平時(shí)用的計(jì)算機(jī)又不一樣。普通計(jì)算機(jī)在輸入輸出信息變化的時(shí)候，大多數(shù)只考慮信息的本身，信息出入的具體物理過程一般不考慮的。但是，PLC就需要考慮信息出入的可靠性、真實(shí)性、實(shí)時(shí)性、有效性，以及信息的實(shí)際使用方式。特別的是，需要考慮怎么適應(yīng)于各種工業(yè)環(huán)境，如便于安裝調(diào)試，便于維護(hù)保養(yǎng)及提高抗干擾能力等問題，出入信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)方式，這就是PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的兩個(gè)最基本的要點(diǎn)。PLC可以利用它的外設(shè)或者通信接口與外界傳遞信息。其功能要比繼電裝置多很多、更強(qiáng)大、更實(shí)用。PLC有大量的指令系統(tǒng)，有各式各樣的I/O接口、通信接口和一些其他的串口，有大容量的內(nèi)存單元，有完善的自身監(jiān)控系統(tǒng)和修復(fù)系統(tǒng)，所以PLC具有以下基本的功能：(1)邏輯處理功能；(2)數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；(3)準(zhǔn)確定時(shí)功能；(4)高速計(jì)數(shù)功能；(5)中斷處理(可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能；(6)程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；(7)聯(lián)網(wǎng)通信功能；(8)自檢測、自診斷功能?？梢赃@樣說，只要普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC幾乎都可以做到并且做的更好。PLC控制器，聚集各種功能于一身，是其它的一些電氣控制設(shè)備所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所不能相比的。PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，強(qiáng)大功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能性，與此同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化的發(fā)展創(chuàng)造了可靠條件，為越來越多的自動(dòng)門生產(chǎn)商所接受。3.6.2PLC選型在進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先應(yīng)該明確控制系統(tǒng)的控制總方案，接下來的工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型，也就是選擇合適型號(hào)的PLC。其中工藝流程的特點(diǎn)和設(shè)備的使用要求是PLC的設(shè)計(jì)選型的重要根據(jù)。因此，工程師在設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，有必要詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)和控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作流程，然后根據(jù)控制的要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、PLC頻率要求、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1.輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算在估算I/O點(diǎn)數(shù)的時(shí)候應(yīng)考慮留出適當(dāng)?shù)挠嗔?，一般根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%~20%可擴(kuò)展余量后，就可以作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。等到實(shí)際訂貨的時(shí)候，還應(yīng)該根據(jù)制造廠商的產(chǎn)品特性，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。盡量保持整數(shù)，根據(jù)這樣的估算的方法，所以本設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入13點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。2.存儲(chǔ)容量的估算存儲(chǔ)器的容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元的大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用所項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量應(yīng)該小于存儲(chǔ)器容量。在設(shè)計(jì)的階段，由于用戶的應(yīng)用程序還沒有編制，所以，程序容量在設(shè)計(jì)的時(shí)候是不知道的，只有調(diào)試完成以后才能知道程序容量是多少。為了在設(shè)計(jì)選型的時(shí)候，能對(duì)程序容量有一定準(zhǔn)確率的估算，一般，就用存儲(chǔ)器的容量估算，就可以了?，F(xiàn)在，存儲(chǔ)器內(nèi)存容量在估算的時(shí)候，還沒有確切的數(shù)學(xué)公式，我查閱了很多書籍，各種參考資料后發(fā)現(xiàn)，給出的計(jì)算方法各不相同，但是，大體上可以這樣計(jì)算，就是，按照數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10~15倍，再加上模擬量I/O點(diǎn)數(shù)的90倍，以此數(shù)為內(nèi)存的的總字?jǐn)?shù)(16位為一個(gè)字)；另外，還要再按此數(shù)的32%考慮余量。因此，本設(shè)計(jì)的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)可以存儲(chǔ)2000梯形圖的PLC，只有這樣才可以在以后的改進(jìn)的時(shí)候留出足夠的使用空間。3.控制功能的選擇在空中功能的選擇的時(shí)候，主要包括運(yùn)算功能、計(jì)數(shù)功能、控制功能、通信功能、定時(shí)功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的要要，這里主要分析以下幾種功能的選擇。(1)控制功能PLC主要的控制方式是順序邏輯控制，循環(huán)掃描控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器負(fù)責(zé)模擬量的控制，有的地方也采用專用的智能輸入輸出單元實(shí)現(xiàn)所需要的控制功能，這樣大大提高了工作效率，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量，節(jié)省了成本。(2)編程功能離線編程方式：PLC和編程器共同使用同一個(gè)CPU，編程器工作在編程模式的時(shí)候，CPU只能為編程器提供相應(yīng)的服務(wù)，就不能對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行控制了。等到編程器完成編程后，編程器才能切換到運(yùn)行模式中，CPU才能對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)督管理，這個(gè)時(shí)候就不能進(jìn)行編程了。采用這樣的離線編程方式有很多好處，例如，可降低系統(tǒng)的成本，并且運(yùn)行不易出現(xiàn)差錯(cuò)，同時(shí)也有一定的缺陷，那就是，使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：PLC和編程器都有各自的CPU，主機(jī)CPU主要用于負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成傳輸?shù)墓δ埽幊唐靼言诰€編制的程序或數(shù)據(jù)快速的發(fā)送到主機(jī)，在下一掃描周期的時(shí)候，主機(jī)就可以按照新收到的程序運(yùn)行并執(zhí)行處理。這種編程方式的特點(diǎn)是成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作比離線編程更方便，一般在大中型PLC中采用在線編程的編程方式。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)(IEC6113123)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。(3)診斷功能PLC的診斷功能有兩種，分別是硬件診斷和軟件診斷。硬件診斷是利用硬件的邏輯準(zhǔn)確的判斷硬件的故障位置，再進(jìn)行處理，軟件診斷有分為內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷的診斷方式被稱作內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷能力的強(qiáng)弱，會(huì)直接嚴(yán)重影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間，因此，人們一般選擇診斷能力強(qiáng)的PLC。4.機(jī)型的選擇(1)PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分類可以分為整體型和模塊型大兩類；按照應(yīng)用環(huán)境可以分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長有可以分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(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卡件或插卡，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)經(jīng)濟(jì)性的考慮我們?cè)趯?duì)PLC進(jìn)行選擇的時(shí)候，除了考慮其性能之外，還有考慮它的性價(jià)比。最好選擇性價(jià)比高的PLC?？紤]經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等生產(chǎn)因素，進(jìn)行詳細(xì)的比較和兼顧，通過各種比較之后，最后選出令人滿意的產(chǎn)品。PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有很大的影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值的時(shí)候，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量也會(huì)相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。不能只顧著增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)。在估算和選用時(shí)要充分考慮，這樣才能使得整個(gè)控制系統(tǒng)有個(gè)較合理的性能價(jià)格比。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性等諸多因素的考慮，因此選擇整體型PLC。綜合以上所有的因素考慮，本設(shè)計(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2-32MR小型PLC，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的控制。3.6.3PLC的I/O地址及外部接線I/O分配表是編寫PLC程序前做的準(zhǔn)備工作，一般根據(jù)I/O分配表來確定編程的具體端子代碼，也是技術(shù)人員在現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要根據(jù)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的控制系統(tǒng)的要求，確定了PLC的I/O分配表，如表3-2所示：表3-2I/O分配表類型設(shè)備PLC端子號(hào)輸入端門外傳感器K1X0門內(nèi)傳感器K2X1開門減速K3X2開門限位SQ1X3關(guān)門減速K4X4關(guān)門限位SQ2X5防夾人K5X6手動(dòng)開門SB1X7手動(dòng)關(guān)門SB2X10手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)SB3X11電機(jī)過熱K6X12急停開關(guān)SB4X13輸出端開門Y0關(guān)門Y1高速Y2低速Y3報(bào)警器Y4門動(dòng)作中指示燈Y5門停止指示燈Y6門到上限指示燈Y7電機(jī)過熱指示燈Y10PLC外部端子I/O配置圖是I/O分配表的最直觀表達(dá)，從這里可以清楚的表示PLC的外部端子的接線情況，是技術(shù)人員安裝和調(diào)試所非常必要的材料，本設(shè)計(jì)使用12個(gè)輸入，分別是門外傳感器、門內(nèi)傳感器、開門減速、開門限位、關(guān)門減速、關(guān)門限位、防夾人、手動(dòng)開門、手動(dòng)關(guān)門、手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)、電機(jī)過熱、急停開關(guān)。9個(gè)輸出，分別是開門、關(guān)門、高速、低速、報(bào)警器、們動(dòng)作中指示燈、門到上限指示燈、點(diǎn)擊過熱指示燈。如圖3-5所示：圖3-圖3-5PLC外部I/O配置圖3.6.4PLC的抗干擾措施可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，但是工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境非常惡劣，有非常大的不利因素，各種各樣的干擾對(duì)PLC設(shè)備的正常運(yùn)行影響非常嚴(yán)重。當(dāng)然，在本系統(tǒng)中也存在很大干擾。因此，必須要考慮到PLC的抗干擾措施。PLC的輸入設(shè)備有很多，其中主要的輸入設(shè)備是傳感器、光電開關(guān)、按鈕等；PLC的輸出設(shè)備主要有接觸器、電磁閥線圈、蜂鳴器等。由于這些I/O設(shè)備分布較廣，因此，在運(yùn)行過程中，會(huì)將大量的干擾信號(hào)帶入PLC主機(jī)內(nèi)。PLC的抗干擾的主要措施有：(l)輸入信號(hào)電纜、輸出信號(hào)電纜和電力電纜等在接線的時(shí)候，都要分撒開放置，不能纏繞在一起。(2)必要時(shí)需選用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號(hào)電纜，并注意一端接地。(3)多芯電纜中的備用芯線也要一端接地，一則擴(kuò)大屏蔽作用，二則抑制芯線間的信號(hào)串?dāng)_及外部干擾。(4)為避免一下不必要的干擾，同一電平等級(jí)的信號(hào)才能使用用同一條多芯電纜進(jìn)行傳輸。因此，對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，不管在什么時(shí)候，都必須使用不同的電纜進(jìn)行傳輸。并且低電平信號(hào)線應(yīng)與其它信號(hào)線分開。在接線的時(shí)候盡量縮短模擬量和數(shù)字量I/O信號(hào)線的長度，并使用符合國家安全生產(chǎn)的雙芯屏蔽線作為信號(hào)線。(5)PLC電柜應(yīng)有獨(dú)立的接地線，接地電阻小于10歐姆。(6)引至PLC柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的裝置。(7)在安裝PLC的時(shí)候，我們一般把PLC安裝到專門的電氣控制柜里面，并且要注意PLC四周留有50cm以上的凈空間，這樣才能保證良好的通風(fēng)環(huán)境和散熱環(huán)境，在設(shè)備現(xiàn)場安裝的時(shí)候，要充分考慮周圍環(huán)境對(duì)PLC的影響，選擇一個(gè)相對(duì)安靜的地方，盡量不要將PLC安裝在多塵、有磁場、有油煙、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。環(huán)境特別重要。硬件選型表詳見附錄。4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1三菱PLC常用控制指令FX2n系列PLC的基本指令有27條；步進(jìn)梯形指令有2條；應(yīng)用指令有128種，298條，這里，主要介紹其基本順控指令。LD和LDI分別是取和取反，常開觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開始和常閉觸點(diǎn)運(yùn)算開始。分別用于常開、常閉觸點(diǎn)連接到母線上，也可以和ANB或ORB指令組合到一起使用，在分支回路的起點(diǎn)使用常開、常閉觸點(diǎn)。OUT指令是對(duì)輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的線圈驅(qū)動(dòng)指令，使用OUT指令后，必須設(shè)定常數(shù)，可通過K直接指定或用數(shù)據(jù)寄存器編號(hào)間接指定。AND就是與的意思；ANI就是與非的意思。AND、ANI分別用于單個(gè)常開常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)，串聯(lián)觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)是不受限制的，這個(gè)指令可以連續(xù)很多次使用。如果有兩個(gè)以上的觸點(diǎn)串聯(lián)連接，并且把這種串聯(lián)回路塊和其他回路并聯(lián)連接的時(shí)候，要使用后述的ANB指令。另外，還用諸多指令，詳情請(qǐng)見下表：表3-3三菱PLC順控指令。表3-3三菱PLC順控指令FX2N系列三菱PLC的基本順控指令如下：助記符、名稱功能回路表示和可用軟元件[LD]取運(yùn)算開始a觸點(diǎn)

[LDI]取反轉(zhuǎn)運(yùn)算開始b觸點(diǎn)

[LDP]取脈沖上升沿上升沿檢出運(yùn)算開始

[LDF]取脈沖下降沿下降沿檢出運(yùn)算開始

[AND]與串聯(lián)a觸點(diǎn)

[ANI]與反轉(zhuǎn)串聯(lián)b觸點(diǎn)

[ANDP]與脈沖上升沿上升沿檢出串聯(lián)連接

[ANDF]與脈沖下降沿下降沿檢出串聯(lián)連接

[OR]或并聯(lián)a觸點(diǎn)

[ORI]或反轉(zhuǎn)并聯(lián)b觸點(diǎn)

[ORP]或脈上升沿脈沖上升沿檢出并聯(lián)連接

[ORF]或脈下降沿脈沖下降沿檢出并聯(lián)連接

[ANB]回路塊與并聯(lián)回路塊的串聯(lián)連接

[ORB]回路塊或串聯(lián)回路塊的并聯(lián)連接

[OUT]輸出線圈驅(qū)動(dòng)指令

[SET]置位線圈接通保持指令

[RST]復(fù)位線圈接通清除指令

[PLS]上升沿脈沖上升沿檢出指令

[PLF]下降沿脈沖下降沿檢出指令

[MC]主控公共串聯(lián)點(diǎn)的連接線圈指令

[MCR]主控復(fù)位公共串聯(lián)點(diǎn)的清除指令

[MPS]進(jìn)棧運(yùn)算存儲(chǔ)

[MRD]讀棧存儲(chǔ)讀出[MPP]出棧存儲(chǔ)讀出與復(fù)位[INV]反轉(zhuǎn)運(yùn)算結(jié)果的反轉(zhuǎn)

[NOP]空操作無動(dòng)作消除流程程序或[END]結(jié)束順控順序結(jié)束順控順序結(jié)束回到“0”4.2控制系統(tǒng)流程系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制要求和安全要求，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的程序按照?qǐng)D4所示的流程圖進(jìn)行運(yùn)行，這樣就能達(dá)到最好的設(shè)計(jì)方法和最完善的系統(tǒng)指令，完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)。PLC采納“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，一個(gè)掃描周期主要分為以下幾個(gè)階段，分別是：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新等。因?yàn)镻LC采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所以程序也是會(huì)反復(fù)執(zhí)行的，程序中的每個(gè)小細(xì)節(jié)是不是執(zhí)行，主要由想對(duì)應(yīng)的條件控制的，如果條件滿足了，就執(zhí)行這段程序，如果不滿足條件，就不執(zhí)行了。其流程圖如圖3-6所示。圖3-6程序流程圖圖3-6程序流程圖下面詳細(xì)地介紹程序的流程，選擇部分，首先進(jìn)行系統(tǒng)開始，然后PLC根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行不同的控制方式，主要分為手動(dòng)和自動(dòng)兩部分。手動(dòng)部分，當(dāng)選擇手動(dòng)工作方式的時(shí)候，自動(dòng)門進(jìn)行手動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)部分就不執(zhí)行了，當(dāng)按下開門按鈕的時(shí)候，自動(dòng)門門體就會(huì)開門到極限位置；同理，當(dāng)按下關(guān)門按鈕的時(shí)候，門體就會(huì)關(guān)門到極限位置，然后停止運(yùn)行。自動(dòng)部分，當(dāng)我們選擇自動(dòng)的工作方式的時(shí)候，也就是自動(dòng)門正常運(yùn)行的時(shí)候，自動(dòng)門進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，手動(dòng)方式不再管用，其工作過程是這樣的，當(dāng)人走近門體的時(shí)候，門外傳感器就會(huì)檢測到人體的接近門體高速開門，等開門到制動(dòng)位置，就變?yōu)闇p速開門，直至開門極限位置，然后延遲8秒，進(jìn)入關(guān)門階段，先快速關(guān)門，當(dāng)門體運(yùn)動(dòng)到指定位置的時(shí)候，門體進(jìn)入慢速關(guān)門的階段，直至關(guān)門極限，但是，在快速關(guān)門的過程中，當(dāng)門內(nèi)外傳感器檢測到有人，或者人尚未完全通過，則停止關(guān)門，停留0.5秒的時(shí)間，門體進(jìn)入慢速開門的狀態(tài)直至開門極限，停留8秒后進(jìn)入關(guān)門狀態(tài)，若在慢速關(guān)門的過程中，門內(nèi)外穿感器和防夾人穿感器檢測到人體未完全通過或者門外有人，則停止關(guān)門，等待0.5秒，再次進(jìn)入開門階段，先快速開門，等門體運(yùn)動(dòng)到指定的位置再慢速開門，直至開門極限停留8秒然后進(jìn)入關(guān)門階段程序就這樣循環(huán)掃描執(zhí)行，只有當(dāng)沒有人的時(shí)候，門才能完全關(guān)住。4.3梯形圖程序的編制程序的開始，先置位S0，將Y000、Y001、Y002、Y003都復(fù)位，程序如下圖4-1所示。圖4-1初始化程序圖4-1初始化程序自動(dòng)門運(yùn)行開始，先選擇手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，X011常閉觸電斷開，選擇自動(dòng)工作方式，X011常開觸點(diǎn)斷開，選擇手動(dòng)工作方式。如圖4-2所示。圖4-2手動(dòng)自動(dòng)的選擇圖4-2手動(dòng)自動(dòng)的選擇當(dāng)門外傳感器X000、門內(nèi)傳感器X001和防夾人傳感器X006輸入信號(hào)時(shí)，Y000開門，Y002高速，RSTY001開門等動(dòng)作輸出，給變頻器高速開門的信號(hào)，變頻器控制電機(jī)高速正轉(zhuǎn)，高速開門，如圖4-3所示。圖4-3高速開門圖4-3高速開門當(dāng)門運(yùn)行到指定位置，進(jìn)入低速開門階段，將Y002復(fù)位，Y003置位，進(jìn)入低速開門階段，程序如圖4-4所示。圖4-4低速開門圖4-4低速開門當(dāng)門體運(yùn)動(dòng)到開門極限的位置，將Y003復(fù)位，Y000復(fù)位，門體不再低速開門。如圖4-5所示。圖4-5開門極限另外，完整的過程控制梯形圖程序詳見附錄：自動(dòng)門梯形圖。5結(jié)論本設(shè)計(jì)研究了基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和具體的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件部分的設(shè)計(jì)，其中硬件部分的設(shè)計(jì)包括傳感器的選型，變頻器、電機(jī)、行程開關(guān)、PLC的選型等，此外還有原理和接線；軟件部分包括梯形圖程序的設(shè)計(jì)，三菱PLC主要指令的介紹和使用方法。本設(shè)計(jì)采用PLC作為主控制器，充分發(fā)揮了PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較強(qiáng)的可靠性，外部接線靈活，檢修和維護(hù)方便，成本低。使用微波傳感器作為感應(yīng)部件，安全可靠，并裝有防夾人紅外傳感器，大大提高了自動(dòng)門的安全性和可靠性。采用變頻器控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的方式控制門體運(yùn)行，不僅靈活精確，而且成本低，安裝和調(diào)試簡單，適合大規(guī)模的生產(chǎn)和使用。我們?cè)谑褂米詣?dòng)門的時(shí)候，還要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)不同的環(huán)境，充分考慮自動(dòng)門的各部分參數(shù)，和具體安裝方式，比如，系統(tǒng)接地保護(hù)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)供電電源的設(shè)計(jì)，輔助電纜和主控制電路的電纜設(shè)計(jì)，人員的絕緣保護(hù)裝置等等問題都應(yīng)該達(dá)到相應(yīng)的國家安全標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)門安裝完成的初期，要經(jīng)常調(diào)試和檢修，把維護(hù)工作做到位，這樣才可以杜絕安全隱患，作為設(shè)計(jì)者，也應(yīng)該經(jīng)常去國內(nèi)外考察比較先進(jìn)的自動(dòng)門，增長自己的見識(shí)開闊眼見，多學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，為以后的工作增長經(jīng)驗(yàn)，努力設(shè)計(jì)出更智能化更完美的自動(dòng)門，把自動(dòng)門真正的智能化，實(shí)現(xiàn)智能化的控制。盡管很多的自動(dòng)門廠家所生產(chǎn)的自動(dòng)門采用PLC做主控制器，但PLC不是唯一的選擇，在價(jià)格上單片機(jī)更為便宜，因而，還可以在做好現(xiàn)有的自動(dòng)門的基礎(chǔ)上，開發(fā)利用單片機(jī)等控制的自動(dòng)門系統(tǒng)。并且現(xiàn)在的PLC控制的自動(dòng)門在診斷故障方面并不是很完善，應(yīng)該增添主動(dòng)性預(yù)防的功能，排除各種障礙，這樣在自動(dòng)門運(yùn)行的時(shí)候更加安全可靠，使人買著舒心，用著放心。最后，如今的科技發(fā)展，已經(jīng)逐步的由信息化轉(zhuǎn)向智能化發(fā)展，我們?cè)陂_發(fā)自動(dòng)門的過程中要結(jié)合時(shí)代的潮流，主動(dòng)向智能化靠近，通過先進(jìn)的智能化技術(shù)，提升自動(dòng)門的功能，完善自動(dòng)門的開發(fā)體系，方便人們的生活。謝辭時(shí)間如梭，為期半個(gè)學(xué)期的設(shè)計(jì)不知不覺到了尾聲。在設(shè)計(jì)過程中，我們投入了大量的時(shí)間和精力，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，不但讓我學(xué)到了新的貼近實(shí)際生產(chǎn)的專業(yè)知識(shí)，讓我學(xué)會(huì)了自學(xué)的能力，而且加強(qiáng)了考慮事情的全面性和合理性，體會(huì)到了一個(gè)設(shè)計(jì)過程的艱辛和復(fù)雜。作為一個(gè)本科生，由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及同組同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很艱難的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師王老師。在我做設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是在王老師的熱情指導(dǎo)和幫助下完成的，在此表示對(duì)楊老師說聲，您辛苦了。然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下測控專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，這也將對(duì)我研究生階段的學(xué)習(xí)提供很大的幫助。同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С?、鼓?lì)與幫助，此次設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。此次設(shè)計(jì)的完成也意味著大學(xué)學(xué)業(yè)的完成，無論以后我將在什么方向?qū)W習(xí)，我都會(huì)繼續(xù)努力，提高自己的知識(shí)水平。感謝王蕊老師對(duì)本次設(shè)計(jì)的熱情指導(dǎo)！感謝本組其他同學(xué)的熱情幫助！感謝所有關(guān)心和幫助過我的所有老師和同學(xué)！最后感謝我的母校四年來對(duì)我的大力栽培。參考文獻(xiàn)[1]易泓可.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與范例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005[2]史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心,2005[3]孫萍,何茗,姬海寧.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2014[4]陳在平,趙相賓.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005[5]范永勝,王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2004[6]劉愛華,滿寶元.傳感器原理與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2006[7]王宗才.機(jī)電傳動(dòng)與控制[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014[8]王淑英.電氣控制與PLC控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006[9]王豐.機(jī)電傳動(dòng)控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011[1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