1、 摘 要随着科学技术的日新月异，我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们的眼前，这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就是自动化进程中的一个典型代表，此设计就是运用所学的知识，结合实际需要而进行研究的。为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以三菱 FX2N 可编程序控制器(PLC)为核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测等控制电路的工作过程,对 PLC 的选型及 I/O 点的确定进行了说明。结合 PLC 的运行特点 ,对控制系统的工作流程作了合理的优化。关键词：可编程控制器，三菱 FX2N，自
2、动门，控制系统目录摘要 I第 1 章 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 选题意义 .1第 2 章 系统总体设计 .32.1 设计主要内容 .32.2 系统总体设计 .3第 3 章 硬件设计 .53.1 硬件选型 .53.1.1 PLC 的选型 .53.1.2 驱动装置的选型 .63.1.3 感应器件的选型 .63.1.4 传动装置 .73.1.5 限位开关 .73.2 硬件电路设计 .83.2.1 自动门控制系统 I/0 口分配表 .83.2.2 自动门控制系统的主电路原理图 .93.2.3 自动门控制系统的外部接线图 .9第 4 章 软件设计 11第 5 章 仿真 13结论 .15参考
3、文献 .16附录 .170第 1 章 绪论1.1 选题背景在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经随处可见。自动门在国外早已得到普遍的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动们发展的黄金时期，自动门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，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是 PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。目前他在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此
4、运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行自动门的 PLC 控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC 在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。1.2 选题意义在超级市场、公共建筑、银行、医院入口，经常使用自动门控制系统。使用自动门，可以节约能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出口显得庄重高档，因此应用非常广泛。自动平移门最常见的形式是自动门及门内外的光电开关，当人走进自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门的信号，控制器通过驱动装置将门打开，当人通过门之后，在将关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便
5、又提高了建筑档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到了广泛应用。自动门在国外早就得到了普遍应用，在国内也逐渐得到了大家的认可，已经迎来了自动门发展的黄金时期。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。他采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、和算数运算等操作指令，并能通过数字式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用 PLC 控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等优点。1本课题的自动门设计运用 PLC 做控制器能大大提高自
6、动门的稳定性和经济性，对与整个自动门行业是一次技术革新，提高了自动门的使用率，因此，进行自动门的 PLC 控制系统的设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC 在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。2第 2 章 系统总体设计2.1 设计主要内容本设计面向商场入口的应用，需要有安全性和可靠性。根据商场中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门为了便于维护，应具有手动和自动方式。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。自动门控制系统包含 PLC 控制和执行元件构成。采用
7、自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用 PLC 为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。2.2 系统总体设计自动门控制系统包含 PLC 控制和动作执行元件构成。采用自动和手动结合控制方式，此种控制方式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用 PLC 为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。系统总体设计框图如图 2-1所示3PLC 自动门感应器件驱动装置 传动装置图 2-1 自动门控制系统总体设计框图由图 2-1 可知，当感应器件检测到人体信号时将信号传给 PLC,PLC 根据已
8、经采集的信号发出控制信号，使驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。4第 3 章 硬件设计3.1 硬件选型3.1.1 PLC 的选型可编程控制器产品众多，不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，功能和结构均有所不同，但工作原理和组成基本相同。基 本 组 成 如 图 3-1所 示图3-1 PLC结构示意图自动门控制系统，对控制功能无特殊要求，而且本次设计所需输入输出总点数介于12点与32点之间，因此选用三菱公司生产的 FX2N-32MR-001型 PLC，其具有结构紧凑，价格低廉，有极高的性价比，适用于小型控制系统的特点，该型号 PLC 为继电器输出型，输入输出点数各为12个点，多余的端子作为
9、备用。输出接口53.1.2 驱动装置的选型自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用 DIMA EAST-C3型直流无刷电机，该型号电机的技术参数如表3-1所示表3-1 DIMA EAST-C3 型电机技术参数品牌 DIMA 型号 EAST-C3输入电压 DC 24V 电机转速 4500RPM/min最大功率 65W 最大输出
10、转矩 15N.M3.1.3 感应器件的选型 目前自动门行业运用的感应器件主要有微波感应器、红外感应器等。微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所。微波传感器通过感应发射电波与人反射电波的变化，向自动门发出输出信号。结合本课题的实际需要在设计自动门的人员检测上运用 KOB W-01 型微波感应器为自动门感应器 ，该型号微波感应器的技术参数如表 3-2 所示表3-2 KOB W-01型微波感应器技术参数微波感应器在自动门上的安装位置及检测范围如图 3-2 所示品牌 KOB 型号 W-01发射频率 10.525GHZ 辐射角度 水平 120，
11、垂直角 80安装高度 4m 工作电压 DC 12V-24V检测区域 4m（W）*3（D） DC 功耗： 2w6图 3-2 微波感应器的安装位置及检测范围3.1.4 传动装置本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：（1）导轨：采用铝合金材料，具有寿命长，不易变形的特点，是门扇能够安全来回移 动的保证。 （2）皮带：是自动门的传动装置。 （3）吊轮：是自动门的活动门扇能在轨道上运行的连接配件。（4）尾轮：调节皮带松紧的作用。3.1.5 限位开关限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。限位
12、开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。73.2 硬件电路设计3.2.1 自动门控制系统 I/0 口分配表I/0口分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。P LC的 输 入 接 口 分 配 如 表 3-3所 示表3-3 PLC的输入接口分配表PLC 的 输 出 接 口 分 配 如 表 3-4 所 示序号 输入信号 符号 输入端子口1 起动按钮 SB1 X0002 停止按钮 SB2 X00
13、13 手动操作旋钮 SC1-1 X0024 自动操作旋钮 SC1-2 X0035 门外微波感应器信号 S1 X0046 门内微波感应器信号 S2 X0057 门 1 开门到位行程开关 SQ1 X0068 门 1 关门到位行程开关 SQ2 X0079 门 2 开门到位行程开关 SQ3 X01010 门 2 关门到位行程开关 SQ4 X01111 手动开门按钮 SB3 X01212 手动关门按钮 SB4 X0138表3-4 PLC的输出接口分配表3.2.2 自动门控制系统的主电路原理图按下启动按钮，当感应器件检测到有人从门外进入或从门内出去时，KM1，KM3 闭合KM2，KM4 断开，电动机正转门
14、开。当门开达到开门限位开关后门停止运行，过 8 秒后KM2，KM4 闭合 KM1，KM3 断开，电动机反转门关。自动门控制系统的主电路原理图如图 3-3所示。图 3-3 自动门控制系统的主电路原理图3.2.3 自动门控制系统的外部接线图自动门控制系统的外部接线图可以使我们更好的看清系统的功能，自动门控制系统的外部接线如图 3-4 所示序号 输出信号 符号 输出端子口1 门 1 开门接触器 KM1 Y0002 门 1 关门接触器 KM2 Y0013 门 2 开门接触器 KM3 Y0024 门 2 关门接触器 KM4 Y0039图3-4 自动门控制系统的外部接线图如图 3-4 所示,S1，S2 是
15、微波感应器，S1 或 S2 感应到有人时，自动门打开，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 是开关门到位行程开关 ，检测开关门是否到位。10第 4 章 软件设计根据本设计的控制要求和安全要求，所设计的程序按照图 4-1 所示的流程运行，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计。自动 ?S 1 、 S 2 是否有信号 ?开门门碰到行程开关 S Q 1 . S Q 3 后停止延时 8 秒等待时是否有人经过 ?关门关门时是否有人经过 ?门碰到行程开关S Q 2 . S Q 4 后停止结束按下按钮 按下按钮门打开到底 门关闭到底开始是否是 是是是否等待是否否图 4-1 系统流程图11自动门控制系统控制
16、要求如下：（1） 当有人由内到外或由外到内通过微波感应器 S1 或 S2 时，开门执行机构 KM1,KM3动作，电动机正转，到达开门限位开关 SQ1 和 SQ3 位置时电机停止运行。（2） 自动门在开门位置停留 8 秒后,自动进入关门过程，关门执行机构 KM2,KM4 起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关 SQ2 和 SQ4 位置时,电机停止运行。(3) 在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过微波感应器 S1 或 S2 时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。(4) 在门打开后的 8 秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过微波感应器 S1或 S2 时，必须重新开始等待 8 秒后
17、，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。12第 5 章 仿真结果本课程设计采用三菱 PLC 编程软件 GX-developer 7.08 版和仿真软件 GX Simulator 6C版进行仿真。下面分别对自动门控制系统的各个部分进行仿真。（1）自动门控制系统自动开门部分，仿真结果如图 5-1 所示图 5-1自动开门控制部分仿真图图 5-1 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，自动控制启动，微波感应器感应到有人经过，则自动门打开。（2）自动门控制系统开门后等待部分，仿真结果如图 5-2 所示图 5-2 开门后等待部分仿真图13图 5-2 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，自动控制启动，自
18、动门开门到位后等待 8 秒，若等待过程中无人经过，则自动关门。（3）自动门控制系统等待过程中检测到有人经过部分，仿真结果如图 5-3 所示图 5-3 等待过程中检测到有人经过部分仿真图 5-3 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，自动控制启动，自动门开门到位后等待 8 秒，等待过程中有人经过，则重新计时 8 秒后自动关门。（4）自动门控制系统自动关门部分，仿真结果如图 5-4 所示图 5-4 自动关门部分仿真图图 5-4 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，自动控制启动，自动门开门等待 8 秒14后无人经过，则自动门自动关闭。（5）自动门控制系统手动开门部分，仿真结果如图 5-5 所示图
19、5-5 手动开门部分仿真图图 5-5 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，手动控制启动，按下开门按钮，自动门打开。（6）自动门控制系统手动关门部分，仿真结果如图 5-6 所示图 5-6 手动关门部分仿真图 图 5-6 仿真的控制过程为：自动门控制系统启动，手动控制启动，按下关门按钮，自动门关闭。15结论本设计基本上达到了设计目的，利用 PLC 实现自动门的控制系统。掌握了 PLC 的编程，并运用软硬件的知识，通过合理的设备选型，软硬件设计，提高了自动门的可靠运行。当然，由于所学知识和时间的有限，本次设计还存在一些不足之处，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，本设计还可
20、以有更加全面的功能，比如开门关门设置蜂鸣器的提示音，提示行人通过，还可以在开门速度上添加变频器，使开门速度加快，提高效率。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，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。本设计中存在的不足之处
21、，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。我学习的知识是有限的，在以后的工作中肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益匪浅。16参考文献1 周亚军，张卫. 电气控制与 PLC 原理及应用. 北京：电子工业出版社 ,2008 .2 何衍庆. 常用 PLC 应用手册. 北京：电子工业出版社，2008.3 李凤阁. 电气控制与可编程控制器应用技术. 北京:机械工业出版社,2007.4 陈立定. 电气控制与可编程控制器技术. 北京:人民邮电出版社,2007.5 马志喜. 电气工程设计. 北京:机械工业出版社,2008.6 郭和伟. 电器与 PLC 控制技术. 北京:清华大学出版社,2007.7 赵克裕 ,许福永. 微波原理与技术. 北京:高等教育出版社,2006.8 阮有德. 电气控制与 PLC 实训教程. 北京：人民邮电出版社，2006.9 齐占庆，王振臣. 电气控制技术. 北京:机械工业出版社,2008.10 常晓玲. 电气与可编程可编程控制器 . 北京:机械工业出版社,2007.11 王永华. 现代电气控制及 PLC 应用技术. 北京:航空航天大学出版社,2008.17附录自动门控制系统梯形图
