1、毕 业 设 计（论 文）设计题目： 基于 PLC 控制的自动平移门专 业： 机电一体化班 级：学 号：姓 名：指导老师：起讫日期2014 年 10 月 15 日2015 年 5 月 15 日江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门2摘要本文设计了一个基于三菱 FX2N16MR 的 PLC 和艾默生 EV1000 的变频器控制的自动门系统。首先，本文会对自动平移门进行介绍，并且会对自动平移门的各个部件做出说明。第二步，分析自动平移门的机械结构。第三步，介绍自动平移门的设备选型。第四步，对 PLC 控制系统中的设计，即 I/O 地址的分配、主电路图、接线图以及梯形图；最
2、后，对 PLC 程序进行说明。关键词：PLC 变频器 控制 自动门 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门3目录摘要 21 引言 41.1 自动门的具体应用 .51.2 自动门的组成部件 .52 自动平移门的总体结构设计方案 62.1 自动平移门的构造和参数 .62.2 自动平移门的机械结构 .72.3 自动平移门的系统方案 .83 自动平移门控制系统设备选型 93.1 驱动装置的选型 .93.2 可编程控制器（PLC）的选型 .103.3 变频器的选型 113.4 变频器的参数设定 123.5 感应开关的选型 133.6 限位开关的选用 144 控制系统 PLC
3、 程序设计 .154.1 控制要求 154.2 项目任务 154.3 I/O 分配 154.4 主电路和 PLC 接线图 164.5 PLC 程序设计及说明 174.6PLC 梯形图 .20结束语 .22致谢 .23参考文献 .24江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门41 引言在 21 世纪的今天，门的安全理念，有效性更加地突出，不仅如此，门的作用在建筑艺术上也更加突出，强调了与建筑风格的整体协调。 在大中型公共场所，自动门在这些建筑中扮演着时尚的角色。作为建筑物的一部分，自动门从基本意义上说，要同时满足与外部环境隔离和不妨碍人们通行这两种要求，因此自动门体本身
4、要坚固、密封。 本课题主要介绍运用 PLC 为控制器的自动平移门控制系统的设计，本课题开发的产品主要用于商场、银行等需要自动开关门的场合。本文所设计的系统不但能满足自动门控制的基本要求，而且还可以保证自动门的稳定性。研究本课题意味着产品成本的下降，效益提高，因此是一个比较实用的经济型产品。江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门51.1 自动门的具体应用当人们行走在人行道上时，我们可以看到各类银行矗立在马路两边，而我们可以看到许多人在银行中进进出出，但是我们可以看到人们只是在银行门口稍作停留，银行的大门就会自动打开，当人们进入或离开一段距离后大门就会自动关闭，这种情
5、况可以说是屡见不鲜，而银行所使用的能够自动开关的就是自动门。自动门在银行中的使用可以说大大方便了人们的进出，并且在进出频繁的时候能够有效缓解人流量大时所带来的问题。可以说在银行中自动门已成为不可或缺的一部分。下面我们就来看一下自动门在银行中的应用。 下面认识一下自动门，如图 1-1 所示图 11 自动门图片1.2 自动门的组成部件主要部件包括主控制器：它是自动门的指挥中心。感应开关：负责采集外部信号。动力马达：提供开门与关门的动力。门扇行进轨道：主要是约束门扇的吊具走轮系统。门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，牵引动门扇运行。同步皮带：用于传输马达产生的动力。下部导向系统：是门扇下部的导向与定
6、位装置。辅 助 配 置 包 括 行 程 开 关 ： 用 来 判 断 自 动 门 所 处 的 位 置 。 防 夹 人 光 栅 ：防 止 自 动 门 的 夹 人 。 后 备 电 源 ： 保 证 停 电 时 自 动 门 能 工 作 正 常 。江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门62 自动平移门的总体结构设计方案2.1 自动平移门的构造和参数自动门门面结构如图 2-1 所示：光 电 开 关安 全 光 线防 夹 人 光 栅图 2-1 自动门门面结构示意图像银行这类公共场所的自动平移门使用的非常频繁，但是任何自动门的使用次数和使用寿命都是有限的，为了使门体更加坚固耐用，本文
7、所设计自动门的材质使用钢化玻璃，为了满足实际需要，所以必须对自动门各方面进行全面考虑，设定合适的具体参数。具体参数如表 2-1 所示：江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门7表 2-1 自动门的具体参数门体设计项目 参数设定值单扇门开启宽度 1.5m单扇门的最大承重 1 200kg门体高度 2.5m开启保持时间 15s（可调）开门速度 80cm/s（可调）2.2 自动平移门的机械结构传动机构如图 2-2 所示。电机传动轮直径：D=5cm，大传动轮直径：D=25cm，同圆心中传动轮直径： D=10cm。电机和大传动轮的传动比：i=2r /2r =D /D =5I -
8、 1传送皮带皮带滑轮吊架轨道滑轮电机图 2-2 自动门机械传动结构江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门82.3 自动平移门的系统方案本文设计的自动门系统方案主要是 PLC 控制变频器达到控制电动机正反运转来实现自动门开关的控制方式。采用变频器控制电路，结构简单，控制方便，可靠性高。交流电机的驱动系统使其具有高效率，而它本身的结构十分简单，维护起来非常方便，并且具有容易冷却和寿命长的优点。控制系统结构图如图2-3 所示：图 2-3 控制系统结构江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门93 自动平移门控制系统设备选型3.1 驱动装置的选型
9、根据本论文所设计的自动平移门的要求，选用符合国际安全标准规定的绝缘电阻、接地装置和过电压保护等因素的驱动装置，其具备低噪音、强稳定性等特点，在考虑了安全和其它因素，本论文选用的驱动装置是山东力久特种电机有限公司生产的三相交流变频电机，型号为 YVP132M4 型，额定电压为380V。根据生厂商提供的电机结构图如图 3-1 所示；电机外观图如图 3-2 所示和电机尺寸和参数表如表 3-1 所示：YVP 变频调速三相异步电动机(B3)产品分类： YVP 系列变频调速三相异步电动机 机座中心高：H80H355mm额定输出功率：0.55kW315kW电源电压：380V,50Hz(可根据用户定制)防护等
10、级：IP54、IP55绝缘等级：F冷却方式：IC416图 3-1 电机尺寸图江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门10图 3-2 电机外观图表 3-1 电机尺寸（单位 mm）和参数表3.2 可编程控制器（PLC）的选型PLC 的选择要求：（1）生产厂家：生产厂家的选择，主要以用户的要求、设计者对 PLC 的熟悉程度和使用习惯等方面来考虑。一般选用大公司生产的产品，其产品质量可以得到有效的保证。（2）I/O 点数：I/O 点数应该以设计要求所需为依据。程序设计的输入点有急停、自动、感应开关、防夹人光栅、开门和关门限位开关共 6 个；而输出点有正转开门、反转关门输出和
11、开、关门指示灯、报警指示灯共有 6 个。输入输出点总计有 12 个。（3）PLC 型号：整体式 PLC 的 I/0 点数较少而且相对固定，所以用户选择的余地较小，多用于较小型的控制系统。主要代表有：西门子的 S7-200 系列、松下、三菱的 FX 系列等。（4）经济性的考虑：选用 PLC 时，要考虑经济性，还有应用的扩展性、操作性等因素，进行比较，最终选择合适的产品。根据本文设计的系统方案，选用三菱公司生产的 FX2N16MR 系列的PLC。如图 3.2.3-1 所示。A B C D E F G H K M216 178 89 38 80 10 33 132 12 265N P R S T A
12、B AC AD HD L230 300 0 15 4 270 275 210 345 510型号 转速 频率 电压 电流132M-4 0-900r/min 0-50Hz 380V 0.5A江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门11图 3.2.3-1 三菱 FX2N16MR 系列 PLC三菱 FX2N-16MR-D 其参数意义为:三菱 FX2N 系列的 PLC，有 16 个 I/O分配点（输入输出点），继电器输出型，使用 DC24V 电源，DC 输入的基本单元。3.3 变频器的选型根据本设计自动门的需要，配合电动机的选型，变频器选型要确定以下几点：电 压 匹 配 ：
13、 本 文 设 计 选 用 的 三 相 异 步 变 频 电 动 机 额 定 输 入 的 电 压 值 为380V ， 所 以 变 频 器 输 出 的 三 相 电 压 应 为 380V。电 流 匹 配 ： 由 电 机 选 型 参 数 可 知 电 机 YVP 型 最 大 电 流 值 为 0.5A， 所 用变 频 器 最 大 电 流 应 大 于 电 机 最 大 启 动 电 流 值 。容 量 匹 配 ： 本 设 计 选 取 电 机 功 率 最 小 为 0.55KW， 所 以 选 取 变 频 器 时 其容 量 必 须 大 于 0.6KW 以 上 。综 合 以 上 因 素 ， 本 设 计 采 用 上 海 捷
14、芮 自 动 化 技 术 有 限 公 司 生 产 的 艾 默 生EV10004T0007G 型 号 的 变 频 器 。 如 图 3-3 所 示 。 江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门12图 3-3 艾 默 生 EV 系 列 变 频 器3.4 变频器的参数设定根据本文系统设计的控制要求，选用两线模式 1 进行变频器的参数设定。两线运转模式 1 的示意图如图 3-4 所示图 3-4 两线运转模式 1 的示意图本文设计开门速度为 80cm/s，即电机皮带轮线速度为 80cm/s由线速度和电机转速之间的关系 V=2nr/60=nr/10（ 取 3）可得电机转速：n=80
15、10/2.5=312r/min由旋转磁场的转速 n=60f/p=6050/4=750r/min由此可得转差率 S=（n-n）/ n=（750-312 ）/750=0.5（近似值）在由三相电机转速公式 n=（1-s）60f/p 可得320=（1-0.5）60f/4f = 43 Hz（近似值）参数设定如下：表 3-2 变频器参数设定表参数 含义FP.02=2 恢复出厂设置F0.00=0 LED 键盘显示上下调节F0.02=43HZ 运行频率设定F0.12=50HZ 上限频率F0.13=5HZ 下限频率江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门133.5 感应开关的选型结合
16、本设计的实际需要在设计的自动门的人员检测上采用深圳市晶创和立科技有限公司生产的 D203S 型的红外传感器。如图 3-5D203S 型的红外传感器具有易于调节的红外感应探头,可以适应不同的应用场合，其非常稳定的技术设计，使其具备监测范围大、灵敏度高、安装角度多向调节等特点。其工作原理是利用温度的变化来检测的:当人体进入传感器检测区，因为人体的温度与环境的温度有差别，所以传感器就会产生温度变化，那么就会有温度信号输出；但是人体进入传感器检测区后不运动，则温度没有变化，相应的传感器也没有输出信号了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。在防夹人感应器的选择上，本设计选用北京博星得门控科技有限公司生产
17、的安全传感器型号为 WS-210。如图 3-6 所示 WS-210 型安全传感器主要用于安全防夹人辅助功能。其最大特点是发射距离远，安装方便；固定不易脱落；抗干扰能力强，可以不受各种可见光的影响；信号接点灵活方便。它的工作原理是由安全传感器发射出红外光束，从而产生保护光栅，而当光栅被遮挡时，装置就会发出遮光信号，从而控制有危险的自动门停止工作。图 3-5D203S 型的红外微波感应器图 3-6 WS-210 型的安全传感器江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门143.6 限位开关的选用限位开关又被称作行程限位开关，主要用于控制设备的行程和限位保护。在实际的应用当中
18、，一般是将行程开关安装在预先设定的位置，当装在运动部件上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点就会动作，从而实现电路的切换。所以，限位开关是一种由运动部件的行程位置来切换电路的电器，它的工作原理与按钮相类似。两者有所不同的是：一个是手动控制，另一个是由运动部件的模块碰撞。当外界运动部件上的模块撞击按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，触头就会自动复位。而在自动门的控制电路中，可以利用限位开关来控制门打开的限位。本文选用上海天逸电器股份有限公司生产的 LX1 型限位开关，如图 3-7 所示。图 3-7LX1 型限位开关江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移
19、门154 控制系统 PLC 程序设计4.1 控制要求初始状态：自动控制，自动指示灯亮。没有人时，自动门始终处于关闭状态，门关闭的指示灯常亮。当感应开关检测到有人时，开始执行开门程序，门开指示灯亮。当门打开到最大时，门停止打开，开门延时 15 秒。门开 15 秒后，又执行关门程序。在关门的过程中，感应开关检测到有人时，此时中断关门程序，转向开门程序。若发生紧急事件或需要长时间打开时，按下手动开门按钮，自动门完全打开，报警指示灯将会闪烁。4.2 项目任务利用 PLC 实现本项目控制要求，具体任务如下：（1）分配 I/O 地址（2）绘制 PLC 接线图（3）编制 PLC 控制程序（4）设定变频器参数
20、（5）绘制变频器接线图4.3 I/O 分配I/O 分配表如表 4-1 所示表 4.3-1 I/O 分配表PLC 输入 名称 PLC 输出 名称X0 手动开门按钮 SB1 Y0 正转开门X1 自动按钮 SB2 Y1 反转开门X2 感应开关 SB3 Y4 开门指示灯 HL1X3 防夹人光栅 SB4 Y5 关门指示灯 HL2X4 开门限位 SQ1 Y6 自动指示灯 HL3X5 关门限位 SQ2 Y7 报警灯 HL5江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门164.4 主电路和 PLC 接线图主电路图如图 4-1 所示，PLC 接线图如图 4-2 所示。图 4-1 主电路图图
21、 4-2PLC 接线图江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门174.5 PLC 程序设计及说明自动门的控制流程图如图 4-3 所示，状态转移图如图 4-4 所示。图 4-3 自动门的控制流程图图 4-4 自动门的状态转移图江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门18PLC 程序段说明如下：初始状态程序段图如图 4-5 所示：M8002 为初使脉冲信号，X1 表明自动门处于自动控制，X3 为防夹人光栅一直打开，X5 表明自动门处在关门限位，Y5 关门指示灯和 Y6 自动指示灯有输出保持常亮。图 4-5 初始状态程序段图开门程序段如图 4-
22、6 所示：当感应开关 X2 检测到有人时，Y0 有输出开始执行开门程序；Y4 有输出，开门指示灯常亮；清除 Y5，关门指示灯熄灭。图 4-6 开门程序段图开门延时程序段如图 4-7 所示：Y0 表示电机正转开门，X4 表示门打开到开门限位时，门停止打开；清除 Y0，即电机停止转动，门停止打开；T0 有输出，开门时间 15 秒。图 4-7 开门延时程序段图关门程序段图如图 4-8 所示：T0 表明开门 15 秒时间到后，执行关门程序；Y5 有输出，关门指示灯常亮；清除 Y4，开门指示灯熄灭。江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门19图 4-8 关门程序段图转换程序段
23、如图 4-9 所示：X5 为关门限位，Y1 为电机反转关门；在关门的过程中，感应开关 X2 检测到有人时，此时中断关门程序，清除 Y1：转向开门程序 S20。图 4-9 转换程序段手动开门程序段如图 4-10 所示：当自动门出现故障时，因为急停 X0 加在开关门程序中，按下手动开门急停按钮 X0，自动门停止所有运动，M8013 是 1秒钟的脉冲信号，Y7 有输出，急停指示灯以 1 秒钟频率闪烁；其它指示灯全部熄灭。图 4-10 手动开门程序段江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门204.6PLC 梯形图PLC 整个梯形图如图 4-5 所图 4-5PLC 梯形图江苏
24、工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门21图 4-5PLC 梯形图（续）江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门22结束语本设计以三菱 PLC 和艾默生变频器的综合运用来控制电机正反转实现自动门的自动化开关，利用三菱 PLC 的可靠性和稳定性，来保证自动门控制系统能够长时间正常运行，利用艾默生变频器的无级调速的特点，保证自动门运转和速度控制。PLC 控制程序采用梯形图设计，编写简单，容易识别，能够保证程序的 准确性。江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门23致谢首先，我的指导老师孙凤鸣是我首先要感谢的人，我的毕
25、业设计能够成功，孙老师给了我很多的帮助。在设计的过程中，孙老师耐心的指导我如何完成自己的毕业论文，并且给了我许多意见和指导，还不厌其烦的帮我修改论文，让我明白了自己论文的写作思路，为毕业论文的完成打下了基础。在写作论文的过程中，我充分认识到学习的重要性，特别是与自己专业相关的知识。在孙凤鸣老师的指导下，我学会了综合利用所学的各种知识，设计出了符合要求的毕业论文。而后，我还要感谢帮助过我的同学们，是你们和我一起找资料，帮助我解决论文中的难题，谢谢你们的相助。我的论文能够完成，你们也功不可没。江苏工程职业技术学院毕业设计（论文） 基于 PLC 控制的自动平移门24参考文献1、余成波.聂春燕.张佳薇.感器原理与应用.华中科技大学出版社.2010 2、黄鸿.吴石增.传感器及其应用技术.北京理工大学出版社.2008 3、何勇.光电传感器及其应用.化学工业出版社.2004 4、初航.三菱 FX 系列 PLC 编程及应用.电子工业出版社.2011 5、岂兴明.PLC 与变频器快速入门与实践.人民邮电出版社.2011 6、赵斌.胡志刚.变频器系统安装与调试.中国纺织出版社.20127、李智明.电气控制与 PLC 及变频器技术应用.大连理工大学出版社.2013
