畢業論文題目大樓自動門控制系統設計所在學院計算機與電氣自動化學院所學專業電氣工程及自動化畢業論文（設計）任務書論文題目大樓自動門控制系統設計院部計算機與電氣自動化學院專業電氣工程及自動化班級08級03班畢業論文（設計）的要求1、學生將所學的知識和技能應用于畢業設計中，對實際問題進行分析和概括。2、學生能獨立檢索和多渠道獲取文獻資料，學習、了解、提煉和掌握本課題所需材料。3、針對已掌握的知識，設計控制方案。畢業論文（設計）的內容與技術參數本文論述的自動門控制系統主要由以下幾部分構成可編程控制器PLC、信號采集裝置、變頻器、驅動裝置、傳動裝置。可編程控制器選用日本三菱電機公司生產的FX2N32M小型PLC；信號采集裝置選用上海晶園微電子公司生產的微波感應器；變頻器采用日本三菱電機公司生產的FR540變頻器；驅動裝置采用天津安全電機有限公司生產的YSM100/112、W、S三相異步電動機，額定轉矩為043NM，額定轉速為400R/MIN；傳動裝置采用皮帶來帶動門的運動。本設計主要的工作原理是通過信號采集裝置判定有無人經過并將信號轉換成開關量信號傳到PLC，PLC根據開關信號的來控制變頻器的開停和速度的變換，在由傳動裝置帶動門運動。畢業論文（設計）工作計劃1（2012年1月10日1月25日）主要任務搜集材料。2（2012年2月1日2月25日）主要任務寫出可行性開題報告。3（2012年2月25日3月25日）主要任務完善方案措施,并接受中期檢查。42012年3月26日3月25日主要任務寫出畢業設計；申請結題5（2012年3月26日4月25日）主要任務結題驗收，畢業設計答辯。接受任務日期年月日要求完成日期年月日學生簽名年月日指導教師簽名年月日院長主任簽名年月日摘要門和人類文明是孿生的，它伴隨著人類文明的發展而躍動。21世紀的今天，門更加突出了安全理念，強調了有效性有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術的理念，強調門與建筑以及周圍環境整體的協調、和諧。門大規模專業化生產始于150年前，在不斷發展和完善的過程中，涌現出大批獨具規模的專業制造商。門的高級形式自動門起源在歐美，迅速發展至今天，已經形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。中國早在十多年前就開始引用歐洲自動門，并把它應用在酒店、機場、購物中心、銀行、寫字樓等大中型公共場所，為這些建筑增添了亮麗、時尚的姿彩。自動門從理論上理解應該是門的使用觀念的延伸，是人們根據需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認識應該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時滿足隔離外部環境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應牢固、密封。隨著電子技術的發展，可編程控制器（以下簡稱PLC）不斷更新、發展，PLC控制是自動控制中最常見控制方式之一，自動門就是自動控制應用的一典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門的開關控制及良好的穩定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產商家很多都運用PLC來做門的控制器。目前自動門在日常生活中運用越來越廣泛。關鍵詞PLC；變頻器；驅動裝置；感應器ABSTRACTDOORANDHUMANCIVILIZATIONISTHETWIN,ITISACCOMPANIEDBYTHEDEVELOPMENTOFHUMANCIVILIZATIONANDJUMPINTWENTYFIRSTCENTURY,THEDOORHASBEENMOREPROMINENTSECURITYCONCEPT,EMPHASIZETHEEFFECTIVENESSEFFECTIVELYPREVENT,TRAFFIC,EVACUATION,WHILEALSOHIGHLIGHTINGTHEARCHITECTURALARTCONCEPT,EMPHASIZETHEDOORWITHTHEBUILDINGANDTHESURROUNDINGENVIRONMENTOFOVERALLCOORDINATION,HARMONYDOORLARGESCALESPECIALIZEDPRODUCTIONSTARTED150YEARSAGO,INTHEPROCESSOFCONTINUOUSDEVELOPMENTANDIMPROVEMENT,THEEMERGENCEOFALARGENUMBEROFUNIQUESCALEPROFESSIONALMANUFACTURERTHEADVANCEDFORMOFAUTOMATICDOORDOORORIGINATEDINEUROPEANDTHEUNITEDSTATES,RAPIDDEVELOPMENTTODAY,HASFORMEDAFULLRANGE,FINEWORKMANSHIP,PERFECTFUNCTIONOFAUTOMATICDOORFAMILYCHINAEARLYINTHEDECADEBEFORETHEBEGINNINGOFEUROPEANAUTOMATICDOOR,ANDAPPLYITINTHEHOTEL,AIRPORT,SHOPPINGCENTERS,BANKS,OFFICEBUILDINGSANDOTHERLARGEANDMEDIUMSIZEDPUBLICPLACESFORTHESEBUILDINGS,ADDEDABEAUTIFUL,STYLISHAPPEARANCECOLORAUTOMATICDOORFROMTHEORETICUNDERSTANDINGSHOULDBETHEDOORUSINGTHEIDEASOFTHEEXTENSION,ISTHEPEOPLEACCORDINGTOTHENEEDTOUPGRADEANDIMPROVETHEOPPOSITEFUNCTIONSOTHEAUTOMATICDOORUNDERSTANDINGSHOULDBEFROMTHEPEOPLEONTHEFUNCTIONREQUESTSTARTASAPARTOFTHEBUILDING,FROMTHEMOSTBASICSENSE,TOSATISFYTHEISOLATIONOFTHEEXTERNALENVIRONMENTANDHINDERTHECURRENTTHETWOREQUIREMENTSTHEREFORETHEDOORBODYITSELFSHOULDBEFIRM,SEALEDWITHTHEDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,THEPROGRAMMABLECONTROLLERHEREINAFTERREFERREDTOASPLCCONSTANTLYUPDATED,DEVELOPMENT,PLCCONTROLISTHEMOSTCOMMONCONTROLAUTOMATICCONTROLONEWAY,AUTOMATICDOORISATYPICALAUTOMATICCONTROLAPPLICATIONEXAMPLES,BECAUSEPROGRAMMABLECONTROLLERHASVERYGOODDEALWITHAUTOMATICSWITCHCONTROLANDGOODSTABILITY,ANDCANBEEASILYCHANGECONTROLWAY,THEREFORE,AUTOMATICDOORPRODUCTIONMERCHANTSMANYAREUSINGPLCTODOADOORCONTROLLERATPRESENTAUTOMATICDOORFORUSEINEVERYDAYLIFEMOREANDMOREWIDELYKEYWORDSPLCTRANSDUCERACTUATINGDEVICEINDUCTORIUM目錄前言11概述211國內外自動門發展現狀212本課題研究的內容213本課題研究的目的和意義32自動門控制系統總體方案設計421自動門的功能需求分析422系統設計的基本步驟423自動門技術參數的確定624自動門的機械傳動機構設計63自動門硬件系統的設計831控制系統結構設計832可編程控制器PLC的選型8321PLC概述8322可編程控制器（PLC）的選型933驅動裝置的選型1134變頻器的選型11341變頻器原理11342變頻器的選型11343變頻器的參數設定1235感應開關的選型1336自動門系統I/O分配表1337電氣系統的控制接線154自動門控制系統軟件的設計1641PLC梯形圖概述1642梯形圖編程環境1643程序流程圖1844梯形圖的設計185系統調試2051梯形圖程序的下載2052程序調試記錄及結果分析20結束語22致謝23參考文獻24附錄25前言在經濟飛速發展的中國，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場、寫字樓，自動門已經是隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內外兩側的感應開關來感應人的出入，當人走近自動門時，感應開關感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動門在通電后可以實現無人管理，不但能給我們帶來人員進出方便、節約空調能源、防風、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。自動門在國外早已得到普遍應用，在我國也以其優異的性能逐步得到大家的認同，中國已經迎來了自動門發展的黃金時期。自動門的性能優劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動門控制系統采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。目前自動門及其自動化行業最穩定的控制裝置是可編程控制器（以下簡稱PLC），PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式和開關量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優點。本課題主要介紹運用PLC為控制器的自動門的開發和研究，所有產品的開發都要講究實用，本課題開發的產品對許多的場合都能適用，而且能夠簡單化，不論對于產品開發商還有使用者來說，都是最好的。他們需要的是一個廉價的又是一個實用的產品。此系統的設計正好具備了這樣的一個要求，能夠在大多數的地方應用。因此本設計就是解決了這樣一個問題，還可以保證自動門的穩定性。例如，某商場要求營業期間的門都運用自動門，這就需要自動門要有極高的穩定性，且對于商場來說成本不能太高。然而本課題意味著產品成本下降，效益提高。因此是一個比較適合此類場合運用且經濟的產品。1概述11國內外自動門發展現狀在國外，進入90年代以來，自動化技術發展很快，技術已經相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術是自動門的重要部分。在現代人們生活中自動門可以節約空調能源、降低噪音、防風、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應用非常廣泛。隨著我國經濟的飛速發展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫院、商店等，使用自動門。但在國內，自動門的自主研發尚處于初級階段。在自動門控制系統的設計中，穩定、節能、環保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。由于門體的重量及體積不同會對自動門驅動和傳動系統提出不同的要求，所以各種自動門又可以分為重型自動門和輕型自動門。客流量的差異會對自動門的使用產生很大影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和可頻繁使用的自動門。自動門根據使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應門就是指自動平移門，目前市場上流行的平移型自動門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。自動平移門最常見的形式是自動門內外兩側加感應器，當人走近自動門時，感應器感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動平移門在通電后可以實現無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門的控制方法很多，從控制器的不同來分，有傳統的繼電器控制，即通過按鈕和復雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運用現代自動化設備來控制，它具有穩定性高，安全等優點，因此被很多生產廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自動門所淘汰。在智能控制器的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器控制和可編程控制器（PLC）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產自動門，PLC控制的特點是穩定型高、維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。12本課題研究的內容本設計將在以下幾個方面對自動門的控制系統進行研究和論證。1自動門類型的選擇。綜合了自動門的簡潔、簡單的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時間段控制功能以及配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。2自動門硬件系統的設計。本課題設計的自動門要求有很高的穩定性來滿足日常的需要，故在本設計中所選用的智能控制器為穩定性良好的三菱FX系列PLC。在自動門的開關門速度控制上本設計以三菱變頻器作為調節器，運用變頻器的三段速控制來實現自動門的轉速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時候會出現不穩定的問題，驅動裝置選用功率強大、穩定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機，在感應器運用自動門專用的微波雷達感應器和在工業自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩定性能好的接近傳感器，運用感應器的開關量信號輸入給PLC來實現PLC對自動門的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統的設計過程中主要考慮了自動門的經濟實用、穩定的需要。3自動門軟件的設計。在本設計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設計出自動門控制的要求，并能更好的考慮到安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用三菱的GXDEVELOPER編程軟件，此軟件支持全部的三菱的PLC，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。13本課題研究的目的和意義在超級市場、公共建筑、銀行、醫院入口，經常使用自動門控制系統。使用自動門，可以節約空調能源、降低噪音、防風、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應用非常廣泛。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內外兩側加光電感應開關，當人走近自動門時，感應開關感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。由于自動平移門在通電后可以實現無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門在國外早已得到普遍應用，在我國也逐步得到大家的認同，已經迎來了自動門發展的黃金時期。早期的自動門控制系統采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式和開關量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，維修方便等特點。本課題的自動門設計運用PLC做控制器能大大提高自動門的穩定性和經濟性，對于整個自動門行業是一次技術的革新，提高了自動門的使用率，因此，進行自動門的PLC控制系統設計，可以推動自動門行業的發展，擴大PLC在自動門行業乃至整個自動化行業的應用，具有一定的經濟和理論研究價值。2自動門控制系統總體方案設計21自動門的功能需求分析本設計面向商場入口的應用，需要有安全和可靠性，在設計的時候改進了自動門的友好性，結構如圖21所示圖21自動門結構圖根據商場中對自動門的具體要求，本課題所設計的自動門應具有以下功能1開門和關門控制應具有手動和自動方式圖為了便于維護，自動門應具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉換開關來控制。當轉換開關撥向手動位置時，門可以手動調節開或者關。當轉換開關撥向自動位置時，手動開門失效，由感應器檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉或者反轉來實現開門或者關門。2蜂鳴器的提示功能當自動門開啟和關閉時，PLC輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來往行人注意。3防夾人功能為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側安裝防夾人紅外感應器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。自動門控制系統包含PLC控制和動作執行元件構成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設計的自動門控制系統采用PLC為控制中心來控制傳動機構從而控制門的開和關實現門的自動化控制。22系統設計的基本步驟在自動門系統設計與調試過程中最主要的是先列出設計的主要步驟流程圖，如圖22所示。在自動門控制系統的設計過程中主要要考慮以下幾點1深入了解和分析自動門的工藝條件和控制要求。2確定I/O設備。根據自動門控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈等。圖22設計調試步驟圖3根據I/O點數選擇合適的PLC類型。4分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5設計自動門系統的梯形圖程序，根據工作要求設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統設計的核心工作。6將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統程序更加完善。7自動門系統的整體調試，在PLC軟硬件設計和現場施工完成后，就可以進行整個系統的聯機調試，調試種發現的問題要逐一排除，直至調試成功。23自動門技術參數的確定自動平移門安裝和調試的關鍵是提高精度，即導軌的平直度和水平度，門體的兩個吊掛點所形成的直線與導軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態側擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應經常調節門體，修正運行產生的誤差。要嚴格限制門體重量，不能超過自動門的額定負重。通常在三個月最多一年內要對自動門進行全面的清理和調整。公共場所的自動平移門因為使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機場、大型超市和醫院外門的人員流量每天可達成千上萬人次，或者在特定時間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進行綜合考慮。例如增加門的數量，加大門扇寬度，增加關門延遲時間等。具體參數如表21所示。表21自動門具體參數單扇開啟寬度（MM）1250MM（最寬）單扇門的最大承重（KG）1X120KG高度（MM）2500MM最快開/關門速度（CM/S）60CM/S常速開/關門速度（CM/S）325CM/S減速開/關門速度（CM/S）20CM/S開啟保持時間（S）15S（程序中可調）可編程控制器（PLC）電源220VAC,5060HZ驅動器電源380VAC,50HZ驅動器輸出額定功率120W24自動門的機械傳動機構設計在本課題設計的自動門針對人流較多的商場，應對周圍環境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設計中考慮了以下幾個方面1自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。2所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。3電機驅動電機采用380V三相交流電機，功率大，可調性強。4導軌水平雙導軌結構，形成正懸掛，解決了側擺的問題，從而確保了門扇的穩定性。并配以雙側密封毛刷，形成密封式導軌，避免積塵對導軌及滑輪的磨損，實現了維護方面的特點。5滑輪采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。6皮帶采用齒形皮帶,齒形皮帶的齒形截面為曲線設計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高了使用壽命。7傳動結構如圖23所示。其中馬達皮帶輪直徑為5CM,皮帶滑輪內徑為135CM,外徑為285CM。圖23機械傳動3自動門硬件系統的設計31控制系統結構設計本設計運用PLC控制變頻器來調節交流電機運轉來實現自動門運轉的控制方式。采用變頻器電路，結構簡單，控制方便、可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點。交流電機驅動系統與直流電機驅動系統相比，具有效率高、結構簡單、維護方便、易于冷卻和壽命長等優點,并且系統調速范圍寬，而且能實現低速恒轉矩、高速恒功率運轉等特性。隨著變頻技術的發展，交流電機控制的成本得以降低，為交流驅動系統在自動門中的大量運用提供了條件。控制系統結構圖如圖31所示圖31控制系統結構圖32可編程控制器PLC的選型321PLC概述可編程控制器，英文稱PROGRAMMABLECONTROLLER，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現，可以說是PLC實現控制的兩門內外感應器采集信號PLC手動控制開關安全感應器變頻器交流電機蜂鳴器開/關門指示燈個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監控系統，因而具有以下基本的功能邏輯處理功能；1數據運算功能；2準確定時功能；3高速計數功能；4中斷處理（可以實現各種內外中斷）功能；5程序與數據存儲功能；6聯網通信功能；7自檢測、自診斷功能。8可以說，凡普通小型計算機能實現的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能，同時，也為自動門行業的遠程化、信息化及智能化創造了條件。322可編程控制器（PLC）的選型PLC系統設計時，首先確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。1輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加1020的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。根據估算的方法故本課題的I/O點數為輸入12點，輸出12點。2存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的1015倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。3控制功能的選擇該選擇包括運算功能、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。根據本課題所設計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（1）控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應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的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。4機型的選擇1PLC的類型PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型PLC的I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；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的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。（2）經濟性的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量相應增加，點數的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。本課題所設計的自動門屬于小型控制系統，結合經濟性的考慮因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本課題的設計采用日本三菱公司生產的FX2N32M小型PLC來實現整個自動系統的控制。三菱FX2N32M具有如下優點最大范圍地包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。三菱FX2N32M具有突出的寄存器容量三菱FX2N32M包括8K步內置RAM寄存器，用一個寄存器盒可擴充到16K步RAM或EEPROM。豐富的元件資源3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數器和8000點數據寄存器、實時時鐘、使用標準型號實時時鐘滿足時間靈敏度應用要求。33驅動裝置的選型自動門的驅動器是自動門能否良好工作的保障，在本設計中是運用變頻器的三段速度調節來自動調節電機的速度，以達到驅動自動門的目的。這種方法具有穩定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業主流控制方式。根據本課題所設計的自動門的要求應選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保護等符合國際安全標準規定的，具有噪聲低、過載能力強的特點的并且轉速不高于500R/MIN的電機，在結合了安全、穩定的考慮本課題所設計的自動控制系統的驅動裝置選用型號為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機。34變頻器的選型341變頻器原理變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現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換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。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，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設備。變頻器調速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經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節技術逆變為頻率可調、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用。342變頻器的選型根據自動門的需要，變頻器選型時要確定以下幾點1變頻器與負載的匹配問題（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。本課題所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。（2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機的最大起動電流為Y形接法為037A，形接法為064A，本設計中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應大于電機的Y形接法的最大起動電流。（3）轉矩匹配；這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發生，本課題所用電機的最初起動轉矩為14NM，在選型中要考慮。2在使用變頻器驅動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產的FR500系列中的FR540變頻器（圖32）作為控制電機轉速的控制器。三菱FR540變頻器具有以下優點1接線簡單，可運用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和頻率。2安裝靈活，可以根據實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。3頻率設置簡單，并且具有三速設定功能，可以滿足本課題自動門系統的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設置。圖32FR540變頻器343變頻器的參數設定本課題所設計的自動門系統具有如下速度要求自動門要求快速啟動（限位）常速運行（限位）慢速運行停止,構成了如圖32的開門和關門曲線。圖32開門和關門曲線根據轉速公式N60F/P1S其中F表示電流的頻率，P表示電機的極對數，S表示電機的轉差率，N表示轉子的實際轉速，計算出變頻器的設定頻率。根據公式和電機參數P6，額定轉速為400R/MIN，算出電機的轉差率S025，馬達皮帶輪與門上的皮帶輪外徑、門上的皮帶輪內徑轉速比為57121,得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪內徑轉速比為241。1根據上一章提到的門的規格,加速開門或者關門的距離為30CM，時間控制在05S，速度為3600CM/MIN，此時要求轉子的轉速為204R/MIN。2中速開門和關門的距離為65CM，時間為2S,速度為1950CM/MIN，此時要求電機的轉速為1104R/MIN。3減速開門和關門的距離為30CM,時間為15S,速度為1200CM/S，此時要求電機的轉速為679R/MIN。根據以上速度要求設置變頻器，變頻器的頻率具體設定方式見表31，根據以下設定方式按課題要求設定好變頻器三速控制的頻率。表31變頻器設定名稱表示設定范圍最小設定單位設定值上限頻率PR10120HZ01HZ50HZ下限頻率PR20120HZ01HZ01HZ3速設定（高速）PR40120HZ01HZ255HZ3速設定（中速）PR50120HZ01HZ138HZ3速設定（低速）PR60120HZ01HZ85HZ加速時間PR70999S01S03S減速時間PR80999S01S03S操作模式選擇PR7904,7,81235感應開關的選型目前自動門行業的運用的感應開關主要有觸摸感應開關，微波感應器，紅外感應器，接近感應開關等，根據不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統中，是自動門系統的關鍵部位，其性能直接影響自動門系統的安全及穩定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應器；在人行道邊上的銀行、商店等經常有人路過的地方，選擇窄區域的感應器。結合本課題的實際需要在設計的自動門的人員檢測上運用上海晶園微電子公司生產的WB3001微波感應器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應，因而反應速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是幾乎不受周圍環境因素影響。在防夾人感應器的選擇上本設計選用上海晶園微電子公司生產的WS210微型紅外安全光線，可避免外界光線干擾。在門下行關閉時,當有人或車經過安全光線時,門體會自動停止下行,并自動上行以起到安全作用。自動門的速度信號采集上運用了KEYENCE（基恩士）公司生產的ED130U非埋入型接近傳感器，這種傳感器的特點是能檢測所有的金屬，最大檢測距離為20MM，檢測距離調節方便，安裝簡單。36自動門系統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，也是現場接線和調試的重要依據。根據自動門的控制系統的要求，確定了PLC的I/O分配表，在表32中列出。表32I/O分配表類型PLC元件作用X0緊急停止X1手/自動轉換開關X2感應開關（內）X3感應開關（外）X4防夾人光柵（常閉）X5關門下限X6開門下限X7開門/關門中速X10關門低速/開門高速X11手動開門X12手動關門X13關門高速/開門低速輸入X14異常復位Y1手動開門Y2手動關門Y3開/關門中速Y4開/關門低速Y5開/關門高速Y6自動開門燈閃爍Y7自動關門燈閃爍Y10開/關門提醒Y11故障報警燈Y12自動開門Y13自動關門輸出Y14異常停止37電氣系統的控制接線本課題設計的自動門控制系統的控制連接電路主要包括自動門控制系統連接電路、自動門I/O接線電路，詳細的接線方式分別在附表和中列出。4自動門控制系統軟件的設計41PLC梯形圖概述PLC是專門為工業控制而開發的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統習慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC11313（可編程控制器語言標準）詳細地說明了句法、語義和下述5種編程語言功能表圖（SEQUENTIALFUNCTIONCHART）、梯形圖（LADDERDIAGRAM）、功能塊圖（FUNCTIONBLACKDIAGRAM）、指令表（INSTRUCTIONLIST）、結構文本（STRUCTUREDTEXT）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。采用梯形圖程序設計語言，這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發生的條件和結果，每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發生的條件表示在左面，事件發生的結果表示在右面。梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統的描述。在工業過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術發展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應用。梯形圖程序設計語言的特點是1與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；2與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習；3與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是梯形圖中的能流（POWERFLOW）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應用時需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區別對待；梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。42梯形圖編程環境本設計的梯形圖編程是運用三菱公司的GXDEVELOPER70編程軟件完成的，其編程環境界面如圖41所示圖41GXDEVELOPER70編程界面下面主要介紹下GXDEVELOPER70編程軟件概要GXDEVELOPER70是具有下列功能的軟件包。1、制作程序圖42梯形圖程序樣式2、對可編程控制器CPU的寫入/讀出圖43可編程控制器CPU的寫入/讀出示意圖3、監視功能監視功能包括回路監視，軟元件同時監視，軟元件登陸監視機能。此功能對于自動門的控制系統在查找故障的時候是非常重要的。4、模擬調試功能把制作好的可編程控制器程序模擬寫入可編程控制器的CPU內，測試此程序能否正常運轉。次功能對于在完成自動門程序的時候進行程序的檢查是很重要的。5、PC診斷功能因為會見現在的錯誤狀態或是故障履歷表示出來，可以在短時間內恢復作業。對于自動門系統以后的故障查找是很重要的一項功能。GXDEVELOPER70軟件的特長1、軟件的共通化GXDEVELOPER能夠制作Q系列，QNA系列，A系列（包括運動控制（SCPU）,FX系列的數據,能夠轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列情況下，還能變換成FXGPDOS,FXGPWIN格式的文檔。2、利用WINDOWS的優越性，使操作性飛躍上升，能夠將EXCEL,WORD等作成的說明數據進行復制，粘貼，并有效利用。3、程序的標準化1標號編程用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據標示制作成標準程序。用標號編程做成的程序能夠依據匯編從而作為實際的程序來使用。2功能塊FB是以提高順序程序的開發效率為目的而開發的一種功能。把開發順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。3宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。4、能夠簡單設定和其他站點的鏈接由于連接對象的指定被圖形化而構筑成復雜的系統的情況下也能夠簡單的設定。43程序流程圖根據本課題的控制要求和安全要求，所設計的程序按照圖44所示的流程運行，以達到本系統的最佳設計要求和完成系統的最終設計。是是否是是否是是是否否否圖44系統設計流程圖開始手動/自動選擇門開到底門關到底開門按鈕按下關門按鈕按下蜂鳴器響結束運行門打開門口是否有人關到最低停止運行開到最低開門計時門關閉44梯形圖的設計本系統運用GXDEVELOPER70編程軟件進行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過程中遵循以下編程規則1每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數量限制。2梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點）。3線圈不能直接接在左邊母線上。4在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應避免。5在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。根據以上規則和PLC的編程方法和思路編寫了本課題設計的自動門控制系統的梯形圖程序，具體梯形圖程序在附錄中列出。5系統調試51梯形圖程序的下載1傳輸設置要將GXDEVELOPER70中已編制好的程序下載到PLC，必須先進行網絡傳輸設置。先將PLC與計算機的串口互連，然后單擊在線傳輸設置，可以進入傳輸設置對話框，進行FX2NPLC設備與網絡傳輸參數設定，可以進行PLC和計算機的串口通信口及通信方式的設定，可以進行其他網絡站點的設定，還可以實現通信測試。2梯形圖寫入PLC單擊在線PLC寫入，就可以打開“PLC寫入”對話框，進行相關設置并執行，就可將GXDEVELOPER中已編好的程序寫入PLC，如圖51所示。選中要下載到PLC的內容，單擊執行就可以將寫好的梯形圖程序下載到PLC的CPU中。圖51PLC寫入對話框52程序調試記錄及結果分析本課題進行了模擬的在線聯機調試，目的在于確定整個系統的程序，在調試中，程序的變動，包括功能的增減、變化是難免的。程序是否好用，最終要通過調試才能使程序進一步完善和最終的確定。首先在PLC面板上將PLC設置為RUN位置，此時PLC開始運行。然后接好控制箱連線，根據I/O分配表中的輸入輸出所對應的開關進行調試。記錄如表51。完成以下的基本調試，整個系統的調試工作基本完成了，最后的工作就是調試結果的分析。表51PLC調試記錄PLC元件動作記錄動作結果X0OFF自動門停止運轉X1ON程序跳轉至自動，自動門自動運轉啟動X2、X3ONY12自動開門、Y6自動開門燈閃爍動作X4OFFY13自動關門停止，Y12自動開門動作X5ONY13自動關門停止、Y7關門燈停止閃爍X6ONY12自動開門停止、Y6