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2021年度基于PLC自动门控制系统的论文

来源:爱问旅游网



基于PLC自动门控制系统设计

摘要

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自动门系统关键由可编程控制器(PLC)、感应器件、

关键工作原理是感应器件将检测到人体或物体信号传送到PLC,

PLC再综合收到自动门状态信号作出判定,以后发出控制信号,

使驱动装置运行,在经过传动装置带动门动作。

,

PLC

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PLC控制已成为自动控制中最常见方法之一。

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因为可编程控制器含有很好处理自动门开关控制及良好稳定性,

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,

自动门生产商家很多全部利用PLC来做门控制器。

现在自动门在日常生活中用越来越广泛。PLC控制含有较高可靠性、

稳定性、维修方便等优点。

本文分四个部分来介绍其软、硬件结构、 工作原理等,具体以下:

第二章介绍自动门设计要求

第三章介绍自动门硬件设计,PLC选型,驱动装置选型,

感应器件选型,



第四章介绍了系统软件设计,PLC梯形图设计,软件设计第五章介绍程序调试,硬件接线
关键词:自动门、PLC、感应器件、 驱动装置

目录

摘要--------------------------------------7

1序言------------------------------------11



2中国外自动门发展----------------------13
2.1中国外自动门发展现实状况-------------13 2.2本课题研究内容-------------------15
2.3本课题研究目标和意义-------------16
3自动门控制系统总体方案设计--------------17
3.1自动门功效需求分析--------------17 3.2自动门控制要求------------------18
3.3自动门控制系统组成----------------19 3.3.1 PLC 概述------------------19
3.3.2 具体组成------------------24
3.4自动门机械传机构设计------------25
4 自动门控制系统硬件设计----------------26
4.1 PLC 选型----------------------26
4.2 驱动装置选型------------------30
4.3 感应器件选型------------------31
4.4 直流电动机选型----------------32
4.4.1直流电动机调速------------32
4.4.2直流电动机优势-----------36
4.5 传动装置------------------------37 4.6 限位开关------------------------37 4.7自动门控制系统I/O地址分配表-----37
4.8 自动门控制系统原理图----------38



4.8.1 主电路原理图---------------38 4.8.2 PLC外围接线图-------------39
5自动门控制系统软件设计-----------------40
5.1工作过程分析---------------------40 5.2 梯形图程序---------------------41
5.2.1梯形图概述-------------41
5.2.2梯形图设计-------------43
6程序调试--------------------------------46
6.1硬件线路连接---------------------46
6.2联机调试-------------------------47
7结束语----------------------------------49
参考文件---------------------------------50
致谢------------------------------------52
附录1------------------------------------53
附录2------------------------------------
附录3------------------------------------55

1序言
在经济飞速发展中国,高楼耸立大城市里大厦、宾馆、 酒店、 银行、 商场、 写字楼,自动门已经随地可见。自动门工作方法是经过自动门内外两侧感应开关来感应人出入,



当人走进自动门是感应开关感应到人存在,给控制器一个开门信号,控制器经过驱动装置将门打开。当人经过以后,再将门关上。

,

不仅能给我们带来人员进出方便、节省空调能源、 防风、 防尘、 降低噪音等好处,更令我们大门增添了不少高贵典雅气息。

,

,

中国已迎来了自动们发展黄金时期
自动门性能优劣关键取决于它控制装置,早期自动门控制系统采取继电器逻辑控制,造成安装繁琐、体积大、 不稳定、 不易维修等缺点已逐步被淘汰。现在自动门及其自动化行业最稳定控制装置是PLC,它是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。现在她在机械制造、 石油化工、 冶金钢铁、 汽车、轻化工等领域应用全部得到了长足发展。所以利用PLC控制自动门含有较高可靠性、维修方便等优点。 由此看来,进行自动门PLC控制系统设计,能够推进自动门行业发展,扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业应用,含有一定经济和理论研究价值。

本课题关键介绍利用PLC为控制器自动门控制系统设计,全部产品开发全部要讲究实用本课题开发产品对很多场所全部能适用,而且能够简单化,不管对于产品开发还是使用者来说全部是最好。



此系统设计既满足了自动门基础要求,还能够确保自动门稳定性。研究本课题意味着产品成本下降,效益提升。所以是一个比较实用且经济产品。

2中国外自动门发展

2.1中国外自动门发展现实状况
在国外,进入90年代以来,自动化技术发展很快,技术已经很成熟,并取得了惊人成就,自动化技术是自动门关键部分。在现在大家生活中自动门能够节省空调能源、 降低噪音、防尘、 防风,同时能够使出入口显得很庄重高级,所以应用很广泛。

伴随中国经济飞速发展,自动门在大家生活中利用越来越广泛,



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。但在中国,自动门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、 环境保护、 安全及人性化是需要首先考虑原因。

因为门体重量及体积不一样会对自动门驱动传动系统提出不一样要求,所以多种自动门又能够分为重型自动门和轻型自动门。

客流量差异会对自动门使用产生很大影响,所以,自动门还能够分为通常自动门和频繁使用自动门。

自动门依据使用场所及功效不一样可分为自动平移门、自动平开门、 自动旋转门、 自动圆弧门、 自动折叠门等,其中平开门用场所较少,旋转门因为昂贵而且很庞大,通常只使用余高级酒店宾馆,自动平移门使用最广泛,大家通常所说自动门、感应门就是指自动平移门,现在市场上流行平移型自动门通常是两开,这种门特点是简单易控,维护方便。

自动平移门最常见形式是自动门内外两侧加感应器,当人走进门时,感应器感应到人存在,给控制器一个开门信号,控制器经过驱动装置将门打开。当人经过以后,再将门关上。因为自动平移门在通电后能够实现无人管理,既方便又提升了建筑档次,于是快速在中国外建筑市场上得到大范围普及。

自动门控制方法有很多,从控制器不一样来说,有继电器控制,即经过按钮和复杂接线安装来控制;智能控制器控制,



即经过运行现代自动化设备来控制,它含有稳定性高,安全等优点,

因为继电器逻辑控制自动门系统存在很多缺点而逐步被智能控制器自动门所淘汰。

,

自动门主控制器有微电脑控制器控制和可编程控制器(PLC)控制,微电脑控制关键有体积小、安装方便等特点,现在有很多厂家采取此种方法生产自动门,PLC控制特点是稳定型高、维护方便,现在很多大型商场自动门全部是有这种方法来控制。

2.2本课题研究内容
本设计将在以下多个方面对自动门控制系统进行研究和论证。

1.自动门类型选择。

综合了自动门简练、简单要求,在本课题中关键研究自动平移门,本课题设计自动平移门含有手动和自动开门功效和分时间段控制功效和配置安全防夹人光线、
后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多场所高效率、
高安全性要求。

2.自动门硬件系统设计
本课题设计自动门要求有很高稳定性来满足日常需要,
故在本设计中所选择智能控制器为稳定性良好德国西门子企业生产CPU224小型PLC。在自动门开关门速度控制上本设计以变频器作为调整器,



利用变频器三段速控制实现自动门转速控制,
为了处理在频率很低时出现不稳定问题,驱动装置选择功率强大、稳定性好自带减速装置直流电动机,
在感应器方面利用了自动门专用微波雷达感应器和在工业控制上大量利用含有检测精度高、寿命长、 稳定性好靠近传感器,
利用感应器开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门控制。

因为本课题具体需要在硬件系统设计过程中关键考虑自动门经济实用、稳定需要。

3.自动门软件设计
在本设计中选择了现在利用最多PLC编程语言梯形图,
梯形图能直观明了设计出自动门控制要求,
并能愈加好考虑到安全性和故障报警等问题,
梯形图编写利用西门子自带编程软件,此软件含有强大诊疗功效,能愈加快查处故障原因,从而大大缩短了维修时间。

2.3本课题研究目标和意义
在超级市场、公共建筑、 银行、 医院入口,常常使用自动门控制系统。使用自动门,能够节省空调能源、降低噪音、 防风、 防尘,同时能够使出口显得庄重高级,所以应用很广泛。自动平移门最常见形式是自动门及门内外光电开关,当人走进自动门时,感应开关感应到人存在,给控制器一个开门信号,控制器经过驱动装置将门打开,当人经过门以后,在将关闭。



因为自动平移门在通电后能够实现无人管理,既方便又提升了建筑档次,于是快速在中国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,在中国也逐步得到了大家认可,已经迎来了自动门发展黄金时期。

早期自动门控制系统采取继电器逻辑控制,造成安装繁琐、体积大、 不稳定、 不易维修等缺点已被逐步淘汰。

PLC是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。她采取能够编程存放器,用来在其内部存放实施逻辑运算、次序运算、 计时、 和算数运算等操作指令,并能经过数字式和开关量逻辑控制输入和输出,控制多种类型机械或生产过程。PLC含有可靠性高,抗干扰能力强,功效完善,适用性强,系统设计、建造工作量小,维护方便,轻易改造,体积小,重量轻,能耗低等优点。现在,可编程控制器在机械制造、

轻化工等领域应用全部得到了长足发展。所以利用PLC控制自动门含有较高可靠性,维修方便等优点。

本课题自动门设计利用PLC做控制器能大大提升自动门稳定性和经济性,对和整个自动门行业是一次技术革新,提升了自动门使用率,所以,进行自动门PLC控制系统设计,能够推进自动门行业发展,扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业应用,含有一定经济和理论研究价值。



3自动门控制系统总体方案设计

3.1在自动门功效需求分析
本设计面向商场入口应用,需要有安全性和可靠性。

依据商场中对自动门具体要求,本课题所设计自动门应由以下功效:1)开门和关门控制应有手动和自动方法
为了便于维护,自动门应含有手动和自动方法。

当信号采集装置检测到有些人靠近门口且门未打开或检测到已无

,

PLC动作输出信号开控制点动机正转或反转来开门或关门。

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。

自动门控制系统包含PLC控制和实施元件组成。

,

此种控制模式为现在大多自动门控制方法。本课题所设计自动门控制系统采取PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门开和关实现门自动化控制。

3.2自动门控制要求
1)当有些人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1K2, 开门实施机构KM1动作,电动机正转,抵达开门限位开关K3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,关门实施机构KM2被起动,电动机反转,当门移动到关门限位开关K4位置时,电机停止运行。

3

,

当有些人员由外到内或由内到外经过光电检测开关K2K1,应立即停止关门,并自动进入开门程序。

4

8

,

若有些人员由外至内或由内至外经过光电检测开关K2K1,必需重新开始等候8秒后,再自动进入关门过程,以确保人员安全经过。

3.3自动门控制系统组成
自动门控制系统包含PLC控制和动作实施元件组成。

,

此种控制方法为现在大多自动门控制方法。本课题所设计自动门控制系统采取PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门开和关实现门自动化控制。

3.3.1PLC概述
可编程控制器,英文ProgrammableController,简称PLC, 本课题中用PLC作为它简称。PLC是用于工业现场电控制器。 它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。它以微处理器为关键,



集自动化技术、计算机技术、 通信技术为一体,

,

把经输入电路物理过程得到输入信息,变换为所要求输出信息,进而再经过输出电路物理过程去实现对负载控制。

PLC基于电子计算机,但并不等同于计算机。一般计算机进行入出信息交换时,大多只考虑信息本身,信息入出物理过程通常不考虑。而PLC则要考虑信息入出可靠性、实时性、 和信息实际使用。 尤其要考虑怎样适应于工业环境,如便于安装便于门内外感应采集信号,便于维修和抗干扰等问题,

,

PLC

PLC能够经过她外设或通信接口和外界交换信息。其功效要比继电器控制装置多得多、 强得多。

PLC有丰富指令系统,有多种多样I/O接口、通信接口,有大容量内存,有可靠本身监控系统,所以含有以下基础功效:
1)逻辑处理功效;
2)数据运算功效;
3)正确定时功效;
高速计数功效;4
5)中止处理(能够实现多种内外中止)功效;
6)程序和数据存放功效;
7)联网通信功效;



8)自检测、自诊疗功效。

能够说,凡一般小型计算机能实现功效,PLC几乎全部能够做到。像 PLC这么,集丰富功效于一身,是别电控制器所没有,更是传统继电器控制电路所无法比拟。丰富功效为PLC广泛应用提供了可能,同时,也为自动门行业远程化、信息化、 智能化发明了条件。

现代化工业生产过程是复杂多样,它们对控制要求也各不相同。

PLC

,

一经出现就受到了广大工程人员欢迎。其关键特点有:
(1) 抗干扰能力强,可靠性能高
(2) 控制系统结构简单,通用性强
(3) 编程方便,易于使用
(4)
功效强大,成本低(5) 设计、施工、 调试周期短
(6) 维护方便
1PLC和其它经典控制系统区分
继电器控制系统虽有很好抗干扰能力,但使用了大量机械触点。是设备连线复杂,且触点在开闭时易受电弧损害,寿命短,系统可靠性差。

a

控制逻辑

线

,

利用继电器机械触点串联或并联,立即间继电器等组合成控制逻辑,



其接线多而复杂、体积大、 功耗大、 故障率高,一旦系统组成后,想在改变或增加功效全部很困难。另外,继电器触点数目有限,每个只有4-8对触点,所以灵活性和扩展性很差,PLC采取存放器逻辑,其控制逻辑以程序方法储存在内存中,要改变控制逻辑,只需要改变程序即可,所以灵活性和扩展性很好。

b.工作方法
电源接通时,继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态,

PLC

,

各内部期间全部处于周期性扫描过程中,多种逻辑、数值输出地结果全部是根据在程序中前后次序计算出来,它属于串行方法。

PLC有微型计算机很多特点,但她工作方法却和微机有很大不一样。

PLC则采取不停循环次序扫描工作方法。每次扫描所用时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始,按次序逐条实施用户程序知道用户程序结束,

,

PLC

这种工作方法是在系统控制下,顺次扫描各输入点状态,按用户程序进行运算处理,然后次序向输出点发出对应控制信号。

PLC

,

所以她工作原理是建立在计算机工作原理基础上,



即经过实施反应控制要求用户程序来实现。

CPU

,

,

所以程序实施是按程序次序一次完成对应各电器动作,便成为时间上串行。因为运算速度极高,各电器动作似乎是同时完成,但实际输入输出响应是有滞后。

c.控制速度
继电器控制逻辑依靠触点机械动作实现控制,工作频率低,触点开闭动作通常几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题;PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,属于无触点控制,速度极快,通常一条用户指令实施时间在微秒数量级,且不会出现抖动。

2)和单片机控制系统区分
a.本质区分

,

PLC控制系统是基于板级或模块级系统。其实PLC本身就是一个单片机系统,她是已经开发好单片机产品。

,

而设计PLC控制系统是在产品单片机控制系统上进行二次开发。

b.使用场所
单片机控制系统适合于家电产品、智能化仪器仪表、

使

;

PLC控制系统适合在单片机电气控制系统、



工业控制领域制造业自动化和过程中使用。

c.使用过程
设计开发一个单片机控制系统,需要先设计硬件系统,画硬件电路图,制作印刷电路板,购置多种所需要电子元件,焊接电路板,进行硬件调试,进行抗干扰等大量工作需要专门开发装置和低级编辑语言控制程序,进行系统联调;
PLC无须操心内部计算机系统是否可靠和她们抗干扰能力,
软件设计使用工业编程语言,相对来说比较简单。进行系统调试时,因为有好工程工具帮助,所以很轻易。

3.32 具体组成
自动门系统具体组成以下图:

由上图可知,
当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC,PLC依据已经采集信号发出控制信号,是驱动装置运行,经过传动装置带动自动门运行。



3.4自动门机械传机构设计
在本课题设计自动门针对人流较多商场,
应对周围环境进行综合考虑,
所以在本课题自动门机械传动设计中考虑了以下多个方面: 1. 自动门传动关键包含安装版,轨道,门机,皮带, 吊挂件等。

全部组件全部为插入式元件,使得安装很简单。2.

3. 电机:驱动电机采取V直流电动机,功率大, 可调性强。

4. 导轨:水平双导轨结构,形式正悬挂,处理了侧摆得问题, 从而确保了门扇稳定性。并配以双侧密封毛刷,
形成密封式导轨,避免积尘对导轨及滑轮磨损,
实现了维护方便特点。

5. 滑轮:采取特殊尼龙滑轮,强度高,耐磨性好, 同时还有一定减震效果。

6. 皮带:采取齿形皮带,齿形皮带截面为曲线设计, 增加了齿形高度,提升了皮带和传动齿轮吻合度, 从而提升了使用寿命。

4自动门控制系统硬件设计



4.1 PLC选择
PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺步骤特点和应用要求是设计选型关键依据。

所以工程设计选型和估算时,应具体分析工艺过程特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需要操作和动作,然后依据控制要求,
估量输入输出点数、所需存放器容量、 确定PLC功效、
外部设备特征等,最终选择有较高性能价格比PLC和设计对应控制系统。

1)输入输出(I/O)点数估算
I/O点数估算时应考虑合适余量,通常依据统计输入输出点数,在增加10%20%可扩展。余量后,作为输入输出点数估算数据。

实际订货时,
还需依据制造厂商PLC产品特点对输入输出点数进行圆整。

依据估算方法故本课题I/O点数为输入12,输出12点。

2)存放器容量选择
存放器容量是可编程序控制器本身能提供硬件存放单元大小,程序容量是存放器中用户应用项目实用存放单元大小,
所以程序容量小于存放器容量。设计阶段,因为用户程序还未编制,所以,程序容量在设计阶段是未知,须在程序调试以后才知道。

为了设计选型时,能对程序容量有一定估算,
通常采取存放器容量估算来替换,存放器内存容量估算没有固定形式,很多文件资料中给出了不一样公式,



大致上全部是按数字量I/O点数1015,加上模拟I/O点数100,以此数为内存总字数(16位为一个字),另外再按次数25%考虑余量。

所以本课题PLC内存容量选择应能存放索要储存程序,这么才能在以后改造过程中有足够空间。

3)控制功效选择
该选择包含运算功效、控制功效、 通信功效、 编程功效、 诊疗功效和处理速度等性能选择。

依据本课题所设计自动门控制系统要求,关键介绍一下多个功效选择。

a控制功效
PLC关键用于次序逻辑控制,所以,
大多数场所常采取单回路或多回路控制器处理模拟量控制,有时也采取专用智能输入输出单元完成所需要控制功效,提升PLC处理速度和节省存放器容量。

b编程功效
离线编程方法:PLC和编程器共用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。

离线编程方法可降低系统成本,但使用和调试不方便。在编程方法:CPU和编程器有各自CPU,主机CPU负责现场控制,
并在一个扫描周期内和编程器进行数据交换,
编程器把在线编制程序或数据发送到主机,下一扫描周期,
主机就依据新收到程序运行。这种方法成本较高,



但系统调试和操作方便,在大中型PLC中常采取。

五种标准化变成语言:次序功效图(SFC)、梯形图(LD)、功效模块图(FBD)三种图形化语言和语言表(IL)、
结构文本(ST)两种文本语言。

选择编程语言应遵守标准(IEC6113123,同时,还应支持多个语言变成方法,C,Basic,
以满足特殊控制场所控制要求。

c诊疗功效
PLC诊疗功效爆孔硬件和软键诊疗。

硬件诊疗经过硬件逻辑判定确定硬件故障位置,软件诊疗分内诊疗和外诊疗。

经过软件对PLC内部性能和功效进行诊疗是内诊疗,
经过软键对PLCCPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功效进行诊疗是外诊疗。PLC诊疗功效强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力要求,并影响平均维修时间。

(4)机型选择
a.PLC类型
PLC按结构分为整体型和模块两类型型,
按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、位等。从应用角度出发,
通常可按控制功效或输入输出点数选型。整体型PLCI/0点数固定,所以用户选择余地较小,用于小型控制系统;



模块型PLC提供多个I/0卡件或插卡,
所以用户可较合理选择和配置系统控制I/0点数,功效扩展方便灵活,通常见于大中型控制系统。

b经济考虑
选择PLC,应考虑性能价格比。考虑经济性时,
应同时考虑应用可扩展性、可操作性、 投入产出比等原因,进行比较和兼顾,最终选出比较满意产品。

输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后,
对应存放器容量对应增加,所以,点数增加对PLC选择、存放器容量、 控制功效范围等选择全部有影响。在估算和选择时应充足考虑,使整个控制系统有较合理性能价格比。

本课题所设计自动门属于小型控制系统,结合经济性考虑所以选择整体型PLC

5)对PLC响应时间要求
对于多数场所,PLC对应时间基础上能满足控制要求。

响应时间包含输入滤波时间,输出滤波时间和扫描周期。

PLC工作方法决定了她不能接收频率过高或连续时间小于扫描周期输入信号,
当有这类信号输入时需要选择扫描速度高PLC或快速响应模块和中止输入模块。

综合以上原因,
本课题设计采取德国西门子企业生产CPU224小型PLC来实现整个系统控



制。

4.2驱动装置选型
自动门驱动器是自动门能否良好工作保障。

在本设计中是利用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高,
噪音极小、调速性能好,即含有交流电动机结构简单、运行可靠、 维护方便等优点,又含有直流电动机线性机械特征、调速范围宽、 开启转矩大、 运行效率高等很多优点。是应用于“轻、 小、 薄、 平静、 精密、
可靠”等场所最好选择本设计选择是亚坦电机控制生产45BLDC系列直流无刷电机,电机直径φ45,额定转数4000,额定扭矩0.036N.m,
功率15W100W。额定电压24VDC

4.3感应器件选型
现在自动门行业利用感应器件关键有微波感应器、红外感应器等。 微波感应器,又称微波雷达,对物体移动进行反应,所以反应速度快,适适用于行走速度正常人员经过场所,
微波感应器是以微波多普勒原理为基础,平面型天线昨感应系统,
以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件,
方案设计选择器件均确保了产品可靠性。

微波感应器特点:
微波感应器是以10.525GHz微波频率发射、接收。



其探测方法具体以下优点:
1)非接触探测。

2)不受温度、湿度、 噪音。

红外感应器,是对物体存在进行反应,不管人员是否移动,只要处于感应器扫描范围内,它全部会反应,另外,
红外感应器反应速度比微波感应器慢。

依据不一样功效和性能利用在各类不一样场所自动控制系统中,是自动门系统关键部位,其性能直接影响自动门系统安全及稳定,
如在高级酒店、写字楼,能够选择高灵敏度感应器;在人行道边上银行、商店等常常有些人途经地方,选择窄区域感应器。

结合本课题实际需要在设计自动门人员检测上利用上海顺安达门业装饰微波自动门感应器WB-3004,其规格以下:



4.4直流电动机选型
4.4.1直流电动机调速
并励或她励直流电动机和交流异步电动机相比,即使结构复杂,价格高,维修也不方便,不过在调速性能上有其独特优点。

因为鼠笼式电动机在通常情况下是不能调速,更不能无级调速,所以,对调速要求高设备,均采取直流电动机。

这是因为直流电动机能无级调速,机械传动机构比较简单。

由直流电动机转速公式:
n=U-IaRa/KEΦ

可知,RaΦU中任意一个值,全部可使转速改变,
改变电枢电路中外电阻方法也可进行调速。但其缺点是耗电多,电机机械特征软,调速范围小,且只能进行有级调速,
故这种方法现在已较少采取。

现常见对直流电动机调速方法有调磁法和调压法。

1)调磁法
即改变磁通量Φ。当保持电源电压U为额定值时,调整Rf,改变励磁电流If以改变磁通量,13所表示。因为

n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T



可知磁通Φ降低时,n0升高,转速降△n增大,但后者和Φ2成反比,所以磁通愈小,机械特征曲线愈陡,但仍含有一定硬度,14所表示。

在一定负载下愈小,n愈高。因为电动机在额状态运行时,它磁路已靠近饱和,所以通常全部是减小磁通(ΦΦn,将转速往上调(nnn)。

调速过程是:当电压U保持恒定时,减小磁通Φ。因为机械惯性,转速产立即发生改变,于是反电动势E=KE·Φ·n就减小,Ia随之增加。因为Ia增加影响超出Φ减小影响,所以转矩T=KTΦIa也就增加。

假如阻转矩Tc未变,TTc转速n上升。伴随n升高,反电动势E增大,IaT也着减小,直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来升高了。

必需指出,若电动机在额定状态下运行,则电枢电流Ia为额定值,假如调速时负载转矩依旧保持不变(为额定值),因为T=KTΦIa,故减小磁通量ΦIa肯定超出额定值,所以调速后负载转矩必需减小。这种调速方法适适用于转矩和转速成反比而输出功率基础不变(恒功率调速)场所。

这种调速方法有3个优点:
1)调速平滑,可无级调速;
2)调速经济,控制方便;
3)机械特征较硬,稳定性很好。

这种调速方法局限是转速只能升高,
即调速后转速要超出额定转速。因为电机不许可超速太多,所以了它调速范围。在实际工作中,



这种方法常作为电压调速一个补充手段。

2)调压法
即改变电压U。当保持她励电动机励磁电流If为额定值时,降低电枢电压U,则由

n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2·T
可见,n0变低了,但△n未改变。

所以改变U可得出一组平行机械特征曲线。在一定负载下,U愈低,n愈低。因为改变电枢电压只能向小于电动机额定电压方向改变,所以转速将下调(nn)

调速过程是:当磁通Φ保持不变时,
减小电压U因为转速不立即发生改变,反电动势E便暂不改变,
于是电流Ia减小,转矩T也减小。假如阻转矩Tc未变,TTc,
转速n下降。伴随n降低,反电动势E减小,IaT增大,直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了。

因为调速时磁通不变,如在一定额定电流下调速,则电动机输出转矩便是一定(恒转矩调速)。

这种调速方法有下列优点:
1)机械特征较硬,而且电压降低后硬度不变,稳定性很好; 2)调速幅度大;
3)可均匀调整电枢电压;得到平滑无级调速。



这种调速方法缺点是调压需用专门设备,投资较高。

多年来因为采取了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速,使这种方法得到了广泛应用。

印刷设备中直流电动机调速多采取这种方法。

4.4.2直流电动机优势
因为直流电动机在调方面很简单,
相对于异步电动机来说又有以下优势:
1)因为采取高性能永磁材料,无刷直流电机转子尺寸得以减小,能够含有较低惯性、愈加快响应速度、 更高转矩惯量比。

2)因为没用转子损耗(转子使用永磁材料),
也无需定子励磁电流分量(应用新理论),
所以无刷直流电机含有较高效率和功率密度。对于相同容量输出,交流异步电机需要更大功率整流器和逆变器。

3)因为没有转子发烧,无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。(4)交流异步电机因为其非线性本质,实现控制极为复杂。

无刷直流电机把其复杂磁场定向控制简化为离散状态转子位置控制,无需坐标变换,调速范围更宽,控制性能愈加好。

总而言之,无刷直流电机含有更大功率密度(铁芯利用率高)、更高效率和愈加好控制性能,如将节能原因、
省却变频器和产能提升原因考虑在内,使用者综合成本下降很大。所以在本课题设计中选择了无刷直流电动机。



4.5传动装置
本控制系统所用到传动装置具体包含以下:
1 自动门扇行进轨道:就像火车铁轨,约束门扇吊具走轮系统,使其按特定方向进行。

2 自动门扇吊具走论系统:用于吊挂活动门扇,同时在动力牵引下带动门扇运行。

3同时皮带:用于传输电机所产动力,牵引自动门吊具走论系统。

4.6限位开关
限位开关又称行程开关,
是一个利用生产机械一些运动部件碰撞来发出控制命令主令电器。

用于控制生产机械运动方向、速度、 行程大小或位置一个自动控制器件。

限位开关广泛应用于各类机床、起重机械和轻工机械行程控制。

当生产机械运动到某一运动位置时,行程开关经过机械可动部分动作,将机械信号转化为电信号,以实现对生产机械控制,它们动作和位置,借此对生产机械给以必需保护。

4.7自动门控制系统I/0地址分配表
I/0分配表示编写PLC程序首先要做前提条件,也是现场接线和调试关键依据。



4.8自动们控制系统原理图

4.8.1主电路及供电线路



上图为自动门控制系统主电路原理图。

4.8.2外围接线



如上图所表示KA1 KA2是感应器控制两个继电器,
有感应器感应到有些人时会自动闭合,SQ1SQ2是开关门到位行程开关,检测开关门是否到位检,SQ3SQ4是开关门时减速行程开关。

5自动门控制系统软件设计

5.1工作过程分析

,

,

已达成本系统最好设计要求和完成系统最终设计,工作步骤以下:
1 首先按下开启按钮,当传感器检测到能有些人体信号时,



电动机正传,带动自动门实施开门过程。

2 当门完全打开以后,使开门限位开关打开, 此时自动门停止,进行8秒延时。

若此时感应器重新检测到有些人体信号时, 则在重新进行8秒延时
3 8秒延时完成后,电动机反转实施关门过程。

在关门过程中,传感器重新检测到人体信号时,此时中止关门转向开门过程。

4 考虑到自动门若出现故障时,使用自动控制系统有所不适, 于是设置手动开门和手动关门。

以上工作过程可用步骤图表示如附图所表示。

5.2梯形图程序

5.2.1梯形图概述

PLC

,

使

广

,

为了适应她们传统习惯和掌握能力,通常PLC不采取微机编程语言,而常常采取面向控制过程、面向问题“ 自然语言” 编程。

IEC

1994

5

IEC1131-




3(可编程控制器语言标准)具体说明了句法、语义和下述5中编程语言:功效表图(sequentialfunction chart)、梯形图(ladderdiagram)、功效块图(functionblack diagram)、指令表( InstructionIist)结构文本(struredtext)。梯形图和功效块图为图形语言,指令表和结构文本为文字语言,功效表是一个结构块控制步骤图。

梯形图程序设计语言是用梯形图图形符号来描述程序一个设计语

,

这种程序设计语言采取因果关系来描述事件发生条件和结果,每个梯级是一个因果关系。在梯级中,描述事件发生条件表示在左面,事件结果表示在右面。

梯形图设计语言是最常见一个程序设计语言,它起源于继电器逻辑控制系统描述。在工业过程控制领域,电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。所以,由这种逻辑控制技术发展而来梯形图受到欢迎,并得到广泛应用。

梯形图程序设计语言特点:
1.和电气操作原理图相对应,含有直观性和对应性;
2.和原有继电器逻辑控制技术相一致,易于掌握和学习;
3.和原有继电器逻辑控制技术不一样点是:梯形图中能流(PowerFlow)不是实际意义电流,内部继电器也不是实际存在继电器,所以应用时需和原有继电器逻辑控制技术相关概念区分对待;

使

,

被称为PLC第一编程语言梯形图和电气控制系统电路图很相同,



含有直观易懂优点,很轻易被工厂电器人员掌握,尤其适适用于开关开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序,梯形图设计称为编程。

5.2.2梯形图设计
设计梯形图基础方法和步骤:
1)首先依据工艺过程控制要求,画出控制步骤图,

必需时能够把控制系统分解成多个相对部分,尽可能简化,利于编程
(2)将全部输入信号(按键,行程限位开关,压力开关,压力、速度、 时间等传感器)和输出控制对象(接触器、电磁阀、

,

PLC

,

I/O端子做出对应分配和安排。

3

,

有规律分配和利用PLC内部相关逻辑元件(如辅助继电器、定时器、 计数器等)组成对应基础回路。

4)以梯形图形式来描述控制要求,绘制梯形图要遵照编程标准。

5

,

必需按梯形图逻辑行和逻辑单元编排次序(由上而下,



从左到右)依次进行。

本系统程序软件采取西门子企业设计开发STEP-Micro/WIN,选择她梯形图语言进行程序设计。

在设计过程中应遵照以下编程规则:
1. 每个继电器线圈和她触点均用同一个编号, 每个元件触点使用时没有数量。

梯形图每一行全部是从左边开始,2.

线圈接在最右边(线圈右边不许可再有触点)。

3. 线圈不能直接接在左边母线上。

4. 在一个程序中,同一编号线圈假如使用两次, 称为双线圈输出,她很轻易引发误操作,应避免。

在梯形图中没有真实电流流动,5.

为了便于分析PLC周期扫描原理和逻辑上因果关系,

,

这个电流只能在梯形图中单向流动—即从左向右流动,层次改变只能从上向下流动。

6.

PLC

,

所使用软件编号(即地址)必需在该机型有效范围以内。

依据以上规则和PLC编程方法和思绪编写了本课题设计自动门控制系统梯形图程序,具体程序以下:



6 程序调试

6.1硬件线路连接



6-1接线图
采取试验室可编程控制器试验台,主机s7-200cpu224 cn ac/dc/rly,其供电电压均为直流24v。调试过程电路图如5-1所表示;

,

,

所以微波探测信号和限位开关动作均由按钮替换(即BG1BG2BG3BG4,SF0SF11均接按钮。QA1QA2用中间继电器替换,其线圈电压为24V

6.2联机调试
1)按图6-1连接线路,接电源

2

STEP7-Micro/WIN




V4.0SP5”

RS-

232/PPI电缆”下载到“CPU224”中。

3)运行过程试验
按开启按钮”SF0”
a手动开/
现象一:当按手动开关按钮SF10,电动机M正转
现象二:当按手动开关按钮SF11,电动机M反转
b自动开/关门
现象一:当按下按钮BG1BG2,电动机M正转;若按下按钮BG4,则电动机M停止转动
现象二:当电动机M停止转动时,计时器计时8秒进行延时。若此时再次按下按钮BG1BG2,则计时器重新计时8秒。

现象三:8秒延时完成后,电动机M进行反转;在反转过程中若按下按钮BG1BG2,则电动机M进行反转
现象四:当按下紧急按钮SF5,电动机M进行正转。



7结束语
本文研究了基于plc自动门控制系统设计原理和实现方法,包含硬件设计和软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施可行性,而且在试验中进行了模拟调试。

虽说调试后本系统整体设计能够达成实际要求,但在实际应用中还应结合实际情况,考虑各部分容量及其技术参数,供电电源设计、系统接地问题、 电缆设计和铺设、 plc输出端保护等问题,已使系统达成安全可靠工作,所以要想交付用户使用,必需得经过现场调试。

,

毕竟一个很好和较完善应用软件不是在短时间内就能够完成它需要不停完善和发展,需要我们做大量工作和时间检验。

,

还需要正增加很多新功效和优异科学技术,才能达成真正意义上智能化控制。



参考文件
1)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 .3.9
2)何衍庆主编,何一平、王鹏副主编著,《常见PLC应用手册》, 电子工业出版社.3.7
3)李凤阁,佟为明,编著,《电气控制和可编程控制器应用技术》, 北京机械工业出版社.12.25
陈立定,《电气控制和可编程控制器技术》(4
北京人民邮电出版社 .3.5
5)马志喜 《电气工程设计》 北京机械工业出版社 .6.7
6)郭和伟 《电器和PLC控制技术》 北京清华大学出版社 .4.67)赵克裕 许福永 《微波原理和技术》 北京高等教育出版社 .8.58)阮有德 《电气控制和PLC实训教程》 人民邮电出版社 .10.109)齐占庆 王振臣 《电气控制技术》 北京机械工业出版社 .7.8 常晓玲 《电气和可编程可编程控制器 》 (10
北京机械工业出版社 .5.8



致谢



三年半大学生活立即结束,在这里几年我学到了很多东西。首先,向山东技师学院电气工程系各位老师表示感谢。你们不只传授了我知识,而且告诉了我很多为人处世道理,这些道理将对我以后人起到很好指导作用。

经过对自动门控制系统软件设计,在学习和设计过程中,了解所设计工程工艺步骤,从而完成了对自动门系统软件设计,同时,对于自动门硬件,也知道了部分周围技术,扩充了知识面,增强对工艺了解。

本文构思、计划设计撰写得到了刘天华老师悉心指导,在论文设计时给热心指导以帮助,她学识渊博、敏锐学术洞察力、 认真工作态度和严谨治学作风、平易近人为人风格给我深刻印象,是我受益匪浅在此向刘天华表示真挚谢意。

值此论文完成之际,谨向全部曾为我帮助和指导老师、同学和好友们致以中心感谢!

附录1



附录2



附录3



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