毕业论文
论题：
基于 PLC 控制的自动门系统
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机电一体化
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摘 要
自动门在人们的日常生活中已经得到了广泛的应用，同时人们对其性能和安
全等方面的要求也越来越高。由于PLC的高稳定性和对环境较强的适应能力，使 得 PLC在自动门控制装置中的应用也日益广泛。
本文围绕自动门控制系统展开研究。首先分析了国内外自动门发展的趋势和所采用的技术，然后对PLC系统作了简要说明。并按照自动门控制装置的要求，设计了相应的梯形图文件，实现了自动门由检测到开启、计时等待、关闭的全过 程。
本设计主要的工作原理是通过信号采集装置判定有无人经过并将信号转换成 开关量信号传到 PLC，PLC根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换，在由传动装置带动门运动 随着
PLC不断的更新，PLC 控制已成为自动控制中最常见的方式之一，由于可编程控制器可以很简单的改变控制方式。并且，PLC 具有较高的稳定性、可靠性、维修方便等优点。还具有良好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，因此， 此设计以PLC为基础，以传感器为感应装置，电动机为动力单元，从而达到设计
的要求。
关键词 ：
PLC可编程控制器 自动门 传感器 设计原理
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1 绪论
1.1 自动门简介 自动门英文名：
automatic door 。自动门从理论上理解应该是门概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行发展和完善。自动门是指：可以将人或物接近门的 动作或某种入门授权，转换为开门信号，通过驱动系统将门开启，在人离开后在将 门自动关闭，对门的开启和关闭的过程实现控制的系统。
在二十世纪年以后，自动门开始在建筑物上使用。二十年代后期美国的超级市场的开放，受此影响，自动门开始被使用，世界第一自动门品牌多玛在1945 年 开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了1962 年，电气式已开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制， 转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展, 现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。例如：各种用可识别控制的自动专用门，如: 感应自动门（红外感应, 微波感应 , 触摸感应 , 脚踏感应）、刷卡自动门等。
1.2 自动门的国内外发展现状 在国外 , 进入 90 年代以来，自动化技术已经很成熟，技术发展很快，并取得了惊人的成就，自动门是自动化技术的典型代表。在现在人们生活中自动门可以节约空调能源、防尘、防风、降低噪音、同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛。随着我国经济和科技水平的飞速发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广 泛，自动适用于各种大型公共场所。但在国内， 自动门的自主研发技术尚不成熟。在自动门控制系统设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因 素。自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人走进门时，感应器感应到人的存在，给PLC控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过之后，再将门关上。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
第 2 页 自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮 和复杂的接线安装来控制；还有智能控制器控制，即通过运行现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统存在许多缺陷而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。在智能控制器的选择制主要有体积小、安装方便等特点，目前有许多厂家采用此种方式生产自动门， PLC 控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型商场的自动门都是有这种方式来控制的。
1.3 本课题研究的内容 综合了自动门的实用、简洁、便捷、简单、的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全和稳定性的要求。
本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。
1.3.1 自动门类型的选择 由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。
客流量的差异会对自动门的使用产生很大的影响，因此自动门还可以分为一般自动门和频繁使用自动门。
自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等 综合了自动门的实用，简洁、便捷、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效 率、高安全性的要求。
1.3.2 自动门硬件系统的设计 为满足日常的需要本课题设计的自动门要求有很高的稳定性，故在本设计中所 选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的CPU224小型 PLC。驱动装置选用稳定性较好、功率强大、自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器件感应到的开关量信号输入给PLC，再 由来 PLC实现对自动门的控制。本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了自动门的
第 3 页 稳定、经济实用、方便、安全的需要。
1.3.3 自动门的软件设计 在本设计中选用了目前运用最多的 PLC编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的实现安全性和故障报警等问题，梯形图的编
写运用西门子编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从
而大大缩短了维修时间。
1.4 本课题研究的背景和意义 21 世纪的今天，门更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还突出了建筑艺术的理念，强调门与周围建筑的风格的整体的协调与和谐。
在大中型公共场所，自动门为这些建筑增添了时尚，高贵的姿彩。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸，是人们根据需要对门的功能的进一步提升和 完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门， 从最基本的意义上讲，要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因 此门体本身应牢固、密封。
自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常宠大，一般只用于有需要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、感应门就是指自动平移门。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外的建筑市场上得到大范围的普及。同时也几乎成为了银行，写字楼，酒店等办公娱乐场所装修必不可少的一项配置。自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达，当人走近自动门时，雷达感应到人的存在， 给控制器一个开门信号， 控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
自动门的开门信号是触点信号，微波雷达和红外传感器是常用的两种信号源。微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员
第 4 页 通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用。红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员进入的场所。本文拟使用微波雷达传感器设计一个自动门控制器系统 本课题的自动门设计运用PLC做控制器能大大提高自动门的稳定性和经济性，
对于整个自动门行业是一次技术的革新，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。
第 5 页 2 PLC 的概述
2.1 PLC 的定义 国际电工委员会（
International Electrical Committee）于 1987 年颁布了可编程控制器的标准及其定义：
可编程控制器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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能
通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
” 定义强调了 PLC应直接应用于工业环境， 它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。PLC基于电子计算机，但不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变
换时，大多只考虑信息本身， 信息入出的物理过程一般不考虑。而 PLC则要考虑信息入出的可靠性、 实时性， 以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装， 便于维修及抗干扰等问题， 入出信息变换及可靠的物理实现， 可以说是
PLC实现控制的两个基本要点。PLC通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多，强得多。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O 接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：
（1）逻辑处理功能 （2）逻辑运算功能 （3）准确定时功能 （4）高速计数功能 （5）中断处理（可以实现各种内外中断）功能 （6）程序与数据存储功能 （7）联网通信功能 （8）自检测、自诊断功能 （9）可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。
第 6 页 2.2 PLC 的产生背景 可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。
机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。
这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点，尤其是对生产工艺多变的系统适应性较差。
1968 年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，为了完成“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略，提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。第2 年，美国数字设备公司（DEC）就研制出了第一台PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，并取得了 极大的成功。此后随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的不断进步，PLC也迅速发展起来。
PLC初创阶段的代表产品有MODICON 公司的
084、AB 公司的
PDQIl、DEC的 PDP． 14 和日立公司的 SCY．022 等。该时期 PLC产品的主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、逻辑运算、 定时和计数等。
它的 CPU由中小规模的数字集成电路组成，在I ／O接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求，它的 控制功能比较简单。
在软件编程上， 采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。
20 世纪
20 年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及触电按一定的逻辑关系连接起来， 组成控制系统， 控制各种生产机械， 这就是大家所熟悉的传统继电器接触控制系统，由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能
满足控制要求， 因而使用面甚广。在工业领域控制中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少， 难以实现交复杂的的控制，特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的系统 接线复杂， 当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生 产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统从新配置。
为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应市场竞
第 7 页 争要求， 1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是 ; （ 1）编程方便，可现场修改程序 （ 2）维修方便，采用插件式结构 （ 3）可靠性高于继电器控制装置 （ 4）体积小于继电器控制盘 （ 5）数据可直接送入管理计算机 （ 6）成本可与继电器控制盘竞争 （ 7）输入可以是交流 150V 以上 （ 8）输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 （ 9）扩展时原装系统改变最小 （ 10）用户存储器至少能扩展到4KB 十项指针的核心要求是采用软布线编程方程代替继电器控制的硬接...