1、內 容 摘 要隨著電子技術的進展，可編程把握器（以下簡稱PLC）不斷更新、進展，PLC把握是自動把握中最常見把握方式之一，自動門就是自動把握應用的一典型例子，由于可編程把握器具有很好的處理自動門的開關把握及良好的穩定性，而且可以很簡潔的轉變把握的方式，因此，自動門的生產商家很多都運用PLC來做門的把握器。目前自動門在日常生活中運用越來越廣泛。索引關鍵詞：PLC 變頻器 驅動裝置 感應器歡迎下載目 錄第一章 緒論11.1 國內外自動門進呈現狀11.2 本課題爭辯的內容11.3 本課題爭辯的目的和意義2其次章 自動門把握系統總體方案設計32.1 自動門的功能需求分析32.2 系統設計的基本步驟42

2、.3 自動門技術參數的確定42.4 自動門的機械傳動機構設計4第三章 自動門硬件系統的設計53.1 把握系統結構設計53.2 可編程把握器(PLC)的選型63.3 驅動裝置的選型83.4 變頻器的選型93.5 感應開關的選型11后記12參考文獻13歡迎下載自動門把握系統的設計第一章 緒 論1.1 國內外自動門進呈現狀在國外，進入90年月以來，自動化技術進展很快，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省空調能源、降低噪音、防風、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應用格外廣泛。隨著我國經濟的飛速進展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣

3、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。在自動門把握系統的設計中，穩定、節能、環保、平安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?？土髁康牟町悤ψ詣娱T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。自動門依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格外浩大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，

4、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，這種門的特點是簡潔易控，維護便利。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，給把握器一個開門信號，把握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，既便利又提高了建筑的檔次，于是快速在國內外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門的把握方法很多，從把握器的不同來分，有傳統的繼電器把握，即通過按鈕和簡單的接線安裝來把握；智能把握器把握，即通過運用現代自動化設備來把握，它具有穩定性高，平安等優點，因此被很多生產廠商所運用。由于繼

5、電器規律把握的自動門系統因存在很多缺陷而逐步被智能把握器把握把握的自動門所淘汰。在智能把握器的選擇上，自動門的主控器有微電腦把握器把握和可編程把握（PLC）把握，微電腦把握主要有體積小、安裝便利等特點，目前有很多廠家接受此種方式生產自動門，PLC把握的特點是穩定型高、維護便利，目前很多大型的商場的自動門都是由這種方式來把握。1.2 本課題爭辯的內容本設計將在以下幾個方面對自動門的把握系統進行爭辯和論證。1.自動門類型的選擇。綜合了自動門的簡潔、簡潔的要求，在本課題中主要爭辯自動平移門，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把握功能以及配備平安防夾人光線、后備電源等幫助裝置來滿足

6、商場等人流眾多的場所的高效率、高平安性的要求。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把握器為穩定性良好的三菱FX系列PLC。在自動門的開關門速度把握上本設計以三菱變頻器作為調整器，運用變頻器的三段速把握來實現自動門的轉速把握，為了解決變頻器在頻率很低的時候會消滅不穩定的問題，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溝通電機，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把握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對自動門的把握。由于本課題的具體需求

7、在硬件系統的設計過程中主要考慮了自動門的經濟有用、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，梯齊魯工業高校課程設計專用紙（附頁）梯形圖的編程能直觀明白的設計出自動門把握的要求，并能更好的考慮到平安性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用三菱的GX Developer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緣由，從而大大縮短了修理時間。1.3 本課題爭辯的目的和意義在超級市場、公共建筑、銀行、醫院入口，經常使用自動門把握系統。使用自動門，可以節省空調能源、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

8、用格外廣泛。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，給把握器一個開門信號，把握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，既便利又提高了建筑的檔次，于是快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，已經迎來了自動門進展的黃金時期。早期的自動門把握系統接受繼電器規律把握，造成安裝煩瑣、體積大、不穩定、不易修理等缺點已漸漸被淘汰。PLC是一種特地為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它接受可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲

9、執行規律運算、挨次運算、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規律把握的輸入和輸出，把握各種類型的機械或生產過程。PLC具有牢靠性高，抗干擾力量強，功能完善，適用性強，系統的設計、建筑工作量小，維護便利，簡潔改造，體積小，重量輕，能耗低等優點。目前，可編程把握器在機械制造、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進展。因此運用PLC把握自動門具有較高的牢靠性，修理便利等特點。本課題的自動門設計運用PLC做把握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把握系統設計，可以推動自

10、動門行業的進展，擴大PLC在自動門行業乃至整個自動化行業的應用，具有肯定的經濟和理論爭辯價值。其次章 自動門把握系統總體方案設計2.1 自動門的功能需求分析本設計面對商場入口的應用，需要有平安和牢靠性，在設計的時候改進了自動門的友好性。結構如圖2.1所示：圖2-1依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.開門和關門把握應具有手動和自動方式為了便于維護，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把握。當轉換開關撥向手動位置時，門可以手動調整開或者關。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

11、且門未關閉，PLC動作輸出信號給變頻器來把握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，蜂鳴器響以提示來往行人留意。3防夾人功能為了杜絕自動門的夾人大事，在門兩側安裝防夾人紅外感應器，以防止停留在門四周的人被門所夾住。自動門把握系統包含PLC把握和動作執行元件構成。接受自動和手動點動把握方式，此種把握模式為目前大多自動門的把握方式。本課題所設計的自動門把握系統接受PLC，為把握中心來把握傳動機構從而把握門的開和關實現門的自動化把握。2.2 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2.2所示

12、。在自動門把握系統的設計過程中主要考慮以下幾點：1.深化了解和分析自動門的工藝條件和把握要求。2.確定I/O設備。依據自動門把握系統的功能要求，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。3.依據I/O點數選擇合適的PLC類型。4.安排I/O點，安排PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出安排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，依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。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。2.3 自動門技術參數的確定自動平

13、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，最大限度地削減門體的靜態側擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應經常調整門體，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由于使用頻率格外頻繁，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，在這種狀況下，要使用自動門就必需進行綜合考慮。例如增加門的數量，加大門扇寬度，增加關門延遲時間等。2.4 自動門的機

14、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，應對四周環境進行綜合考慮，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全部的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。3電機：驅動電機接受380V三相溝通電機，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，避開積塵對導軌及滑輪的磨損，實現了維護方面的特點。5滑輪：接受特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有肯定的減震效果。6皮帶：接受齒形皮帶,齒形皮帶的齒形截面為曲線設計，增加了齒形的高度，

15、提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部接受尼龍加強，削減了齒距變形，提高了使用壽命。7傳動結構如圖2.3所示。其中馬達皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內徑為13.5cm,外徑為28.5cm。圖2-3 第三章 自動門硬件系統的設計3.1 把握系統結構設計本設計運用PLC把握變頻器來調整溝通電機運轉來實現自動門運轉的把握方式。接受變頻器電路，結構簡潔，把握便利、牢靠性高，溝通電機具有效率高、維護成本低的特點。溝通電機驅動系統與直流電機驅動系統相比，具有效率高、結構簡潔、維護便利、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。隨著變頻技術的進

16、展，溝通電機把握的成本得以降低，為溝通驅動系統在自動門中的大量運用供應了條件。把握系統結構圖如圖3.1所示：圖3-13.2 可編程把握器(PLC)的選型一、PLC概述可編程把握器，英文稱Programmable Controller，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把握器。它源于繼電器把握技術，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把握。PLC基于電子計算機，但并不等同于一般計算機。一般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

17、過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的牢靠性、實時性，以及信息的實際使用。特殊要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，便于修理及抗干擾等問題,入出信息變換及牢靠的物理實現，可以說是PLC實現把握的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電把握裝置多的多、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，有門內外感應器，采集信號，PLC手動把握開關，平安感應器，變頻器，溝通電機，蜂鳴器，開/關門指示。牢靠的自身監控系統，因而具有以下基本的功能：1.規律處理功能；2.O2數據運算功能；3.O3精確定時功能；4.高速計數功能；5.

18、中斷處理（可以實現各種內外中斷）功能；6.程序與數據存儲功能；7.聯網通信功能；8.自檢測、自診斷功能。可以說，凡一般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，更是傳統的繼電把握電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用供應了可能，同時，也為自動門行業的遠程化、信息化及智能化制造了條件。二、可編程把握器（PLC）的選型在PLC系統設計時，首先應確定把握方案，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，應具體分析工藝過程的特點、把握要求，明確把握任務和范圍確定所需的操作

19、和動作，然后依據把握要求，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，最終選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的把握系統。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，通常依據統計的輸入輸出點數，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需依據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。依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把握器本身能供應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，

20、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肯定估算，通常接受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，很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.把握功能的選擇該選擇包括運算功能、把握功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。依據本課題所設計的自動門把握的需要，主要介

21、紹以下幾種功能的選擇。（1）把握功能PLC主要用于挨次規律把握，因此，大多數場合常接受單回路或多回路把握器解決模擬量的把握，有時也接受專用的智能輸入輸出單元完成所需的把握功能，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只為編程器供應服務，不對現場設備進行把握。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行把握，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不便利。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場把握，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

22、送到主機，下一掃描周期，主機就依據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作便利，在大中型PLC中常接受。五種標準化編程語言：挨次功能圖（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，以滿足特殊把握場合的把握要求。(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規律推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

23、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力量的要求，并影響平均修理時間。4機型的選擇(1)PLC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把握室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度動身，通?？砂窗盐展δ芑蜉斎胼敵鳇c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，用于小型把握系統；模塊型PLC供應多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置把握系統的I/O點數，功能擴展便利機敏，一般用于大中型把握系統。（2）經濟性的考慮選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經濟

24、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，最終選出較滿足的產品。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，因此，點數的增加對CPU選用、存儲器容量、把握功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個把握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把握系統，結合經濟性的考慮因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本課題的設計接受日本三菱公司生產的FX2N-32M小型PLC來實現整個自動系統的把握，如圖3.2所示。圖3-2 三菱FX2N-32M具有如下優點：最大范圍地包涵了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信

25、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供應最大的機敏性和把握力量。三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量：三菱FX2N-32M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點幫助繼電器、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。3.3 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整來自動調整電機的速度，以達到驅動自動門的目的。這種方法具有穩定性能好，修理便利，連接簡潔，成本較低，是

26、在目前的自動門行業主流把握方式。依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、過電壓愛護等符合國際平安標準規定的，具有噪聲低、過載力量強的特點的并且轉速不高于500r/min的電機，在結合了平安、穩定的考慮本課題所設計的自動把握系統的驅動裝置選用天津平安電機有限公司生產的型號為YSM100/112、W、S的3相380V溝通電機。3.4 變頻器的選型一、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把握裝置。我們現在使用的變頻器主要接受交直交方式（VVVF變頻或矢量把握變頻），先把工頻溝通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

27、率、電壓均可把握的溝通電源以供應電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和把握4個部分組成。整流部分為三相橋式不行控整流器，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轉變的溝通電力拖動設備。變頻器調速的主要工作原理是將供應電機定子的三相溝通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整技術逆變為頻率可調、幅度也隨之轉變的三相溝通電，以此為電源再供應電機使用。二、變頻器的選型依據自動門的需要，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

28、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力量。在本課題所使用的三相溝通電機的最大起動電流為Y形接法為0.37A，形接法為0.64A，本設計中接受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；這種狀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1.4Nm，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，其容量要稍大于一般電機

29、的選型。綜合以上因素，本課題變頻器接受日本三菱公司生產的FR500系列中的FR-540變頻器（如圖3.4所示）作為把握電機轉速的把握器。 圖3-4三菱FR-540變頻器具有以下優點： （1）接線簡潔，可運用PLC的繼電器輸出接到變頻器的把握輸入端來把握變頻的正反轉和頻率。（2）安裝機敏，可以依據實際需要，把把握裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。（3）頻率設置簡潔，并且具有三速設定功能，可以滿足本課題自動門系統的把握要求，且操作便利，只需輕輕轉動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設置。三、變頻器的參數設定圖3-5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）

30、慢速運行停止,構成了如圖3.5的開門和關門曲線。依據轉速公式：n=60f/p(1-s)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。依據公式和電機參數p=6，額定轉速為400r/min，算出電機的轉差率S=-0.25，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5.7：1：2.1,得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪內徑轉速比為2.4：1。依據上一章提到的門的規格,加速開門或者關門的距離為30cm，時間把握在0.5S，速度為3600cm/min，此時要求轉子的轉速為204r/min。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110.4r/min。減速開門和關門的距離為30cm,時間為1.5s,速度為1200cm/s，此時要求電機的轉速為67.9r/min。依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3.1，根 表3-1據以下設定方式按課題要求設定好變頻器三速把握的頻率。3.5 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，依據不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門把握系統中，是自動門系統的關鍵部位，其性能直接影響自動門系統的平安及穩定，如在高檔酒