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機(jī)械電氣控制及自動化 課程設(shè)計說明書
課題名稱：自動門控制
實現(xiàn)功能：
實現(xiàn)對自動門的控制，自動門為平移門。
控制要求：
① 可自動開關(guān)門或旋轉(zhuǎn)，有高、低速選擇功能；
② 自動門要有防夾人功能；
③ 有急停和報警功能。
設(shè)計任務(wù)：
① 設(shè)計主電路；
② 用PLC實現(xiàn)控制，繪制PLC端子接線圖，編寫PLC梯形圖程序；
③ 編寫設(shè)計說明書
目錄
第一章 設(shè)計任務(wù)及認(rèn)識
1.1 自動門控制設(shè)計任務(wù)
1.2 自動門控制設(shè)計課題的認(rèn)識及現(xiàn)狀
1.3 自動門控制課程設(shè)計的主要內(nèi)容闡述
第二章 自動門控制設(shè)計總體方案
2.1 自動門控制設(shè)計總體方案
2.2 自動門控制設(shè)計流程（或詳細(xì)設(shè)計闡述）
第三章 自動門控制主電路設(shè)計
第四章 自控門控制系統(tǒng)硬件及選型設(shè)計
第五章 自動門控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
第一章 設(shè)計任務(wù)及認(rèn)識 1.1 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)- 分手動和自動兩種工作方式，手動完成點動調(diào)試功能，自動完成自動檢測開關(guān)門和各種保護(hù)功能。
- 開門關(guān)門動作實現(xiàn)快速啟動，中速運行，慢速關(guān)門。
- 檢測到內(nèi)部或外部感應(yīng)開關(guān)自動開門。
- 門打開后8秒，沒有檢測到內(nèi)外感應(yīng)開關(guān)，門自動關(guān)閉。
- 關(guān)門過程中，感應(yīng)開關(guān)檢測到有人，自動開門。
- 關(guān)門過程中，防夾開關(guān)感應(yīng)到有人，立即開門。
- 開門關(guān)門啟動時給出兩秒報警信號。
1.2 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計課題的認(rèn)識及現(xiàn)狀在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)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(jīng)是隨處可見。自動門的工作方式是通過自動門內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開關(guān)來感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，不但能給我們帶來人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、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(yīng)用，在我國也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。 在國外，進(jìn)入90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)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(yī)院、商店等，使用自動門。但在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)尚處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)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(qū)動和傳動系統(tǒng)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(chǎn)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(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(hù)方便。 自動平移門最常見的形式是自動門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)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(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)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(chǎn)自動門，PLC控制的特點是穩(wěn)定型高、維護(hù)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。 1.2 自動門控制系統(tǒng)課程設(shè)計的主要內(nèi)容闡述本設(shè)計將在以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)進(jìn)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(shè)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(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的自動門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需要，故在本設(shè)計中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱FX系列PLC。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運用變頻器的三段速控制來實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動裝置選用功率強(qiáng)大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，在感應(yīng)器運用自動門專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對自動門的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動門的經(jīng)濟(jì)實用、穩(wěn)定的需要。 3.自動門軟件的設(shè)計。在本設(shè)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(shè)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西子編程軟件，此軟件支持全部的S7-200系列PLC，并且具有強(qiáng)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。
第二章 自動門控制系統(tǒng)設(shè)計總體方案2.1 自動門控制設(shè)計總體方案
本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全和可靠性，在設(shè)計的時候改進(jìn)了自動門的友好性，結(jié)構(gòu)如圖上圖所示： 根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能： 1．開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式 為了便于維護(hù)，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)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(guān)閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。 2．蜂鳴器的提示功能 當(dāng)自動門開啟和關(guān)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(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。 自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)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(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。 2.2 自動門控制設(shè)計流程
在自動門系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試過程中最主要的是先列出設(shè)計的主要步驟流程圖，如圖上圖所示。 在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)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(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。 3.根據(jù)I/O點數(shù)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(shè)計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。
第三章 自動門控制系統(tǒng)主電路設(shè)計1.主電路設(shè)計
2.PLC端子接線圖 
第四章 XXX硬件及選型設(shè)計4.1PLC的選擇 在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估計輸入輸出點數(shù)、所需存儲器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 (1)機(jī)型的選擇 ①PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊兩類型型，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)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(yīng)用角度出發(fā)，通�？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/0點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/0卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置系統(tǒng)控制的I/0點數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 ②經(jīng)濟(jì)的考慮 選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。點當(dāng)數(shù)增加到一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對PLC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(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。本課題所設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮因此選用整體型PLC。 （2）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，在增加10%到20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入13點，輸出6點。 （3）存儲器容量的選擇 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(yīng)用項目實用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器的容量。設(shè)計階段，由于用戶程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，須在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)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代替，存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的形式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10到15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按次數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲索要儲存的程序，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 （4）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性能的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的要求，主要介紹一下幾種功能的選擇。 ①控制功能 PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)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要的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 ②編程功能 離線編程方式：PLC和編程器共用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。 編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 ③診斷功能 PLC的診斷功能爆孔硬件和軟鍵的診斷。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(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟鍵對PLC的CPU玉外部輸入輸出等部件信息叫喚功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 （5）對PLC響應(yīng)時間的要求 對于多數(shù)場合，PLC的相應(yīng)時間基本上能滿足控制要求。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間，輸出濾波時間和掃描周期。PLC的工作方式?jīng)Q定了他不能接受頻率過高或持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號，當(dāng)有此類信號輸入時需要選用掃描速度高的PLC或快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。綜合以上因素，本課題的設(shè)計日本三菱公司生產(chǎn)的FX1S小型PLC來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。
4.2光電檢測開關(guān) 它是光電接近開關(guān)的簡稱，是利用被測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通所要接通的電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)化為光信號射出，接受器再根據(jù)接受到的光線強(qiáng)弱或有無目標(biāo)物體進(jìn)行探測。 4.3限位開關(guān) 限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機(jī)械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制命令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。限位開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)床、起重機(jī)械以及輕工機(jī)械的行程控制。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械運動到某一運動位置時，行程開關(guān)通過機(jī)械可動部分的動作，將機(jī)械信號轉(zhuǎn)化為電信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的控制，限制它們的動作和位置，借此對生產(chǎn)機(jī)械給以必要的保護(hù)。 4.5電器控制系統(tǒng)選型器件表
第五章 XXX軟件設(shè)計1.輸入輸出IO表的統(tǒng)計 2．梯形圖程序設(shè)計 見程序
結(jié)論
（注：不能寫成感謝或心得，就是針對自己的設(shè)計課題的總結(jié)結(jié)論）
結(jié)束語通過本次畢業(yè)設(shè)計，我初步試著用自己所學(xué)的專業(yè)知識，設(shè)計出程序和硬件系統(tǒng)，進(jìn)一步理解了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，提高了PLC梯形圖的編程能力，掌握了PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試技巧，更加熟悉了編程軟件的應(yīng)用。雖然在這其中自己提高了很多，但同時這也讓我明白自身知識的貧乏，很多方面還需要加強(qiáng)努力；體會到網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，找資料也需要技術(shù)，開拓了眼界，并為以后查找資料墊定了基礎(chǔ)。 一個設(shè)計的完成并不只是了解某一方面的知識就夠了，還需要了解和掌握與之有密切關(guān)系的其他課程知識的學(xué)習(xí)。硬件開發(fā)是PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)，軟件的開發(fā)是建立在硬件之上，軟硬件設(shè)計的巧妙結(jié)合是項目開發(fā)質(zhì)量保證的關(guān)鍵。如果我們能用軟件解決的問題，應(yīng)盡量用軟件解決，畢竟軟件開發(fā)成本低，只需開發(fā)時間。PLC控制系統(tǒng)在滿足使用功能的前提下，還應(yīng)具有較高的可靠性，一旦出現(xiàn)故障，必將造成整個自動化過程的混亂和失控，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此，對可靠性的考慮應(yīng)貫穿于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計的整個過程。 設(shè)計是在他人的基礎(chǔ)之上建造屬于自己的東西，我們要學(xué)會的就是把人家已經(jīng)制造好的東西，添加自己的思想組合、加工。而這也不是簡單的事情，要保證它功能實現(xiàn)的同時要考慮到產(chǎn)品的實用性、安全性、持久性、可靠性、穩(wěn)定性等。
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