自动门控制培训讲学

PLC 自动门控制装置
目录第一章：设计的要求
第二章：绪论
2.1 国内自动门发展现状
2.2 自动门的技术发展方向
2.3 课题研究内容
第三章自动门控制系统硬件介绍
3.1 可编程程序控制器（PLC）
3.1.1 PLC 的定义
3.1.2 PLC 的产生背景
3.13 PLC发展历史
3.1.4 PLC的特点
3.1.5 PLC 的应用与发展趋势
第四章功能器件的基本工作原理
4.1 自动感应门机的基本工作原理
4.1.1 平移式自动感应门机组由以下部件组成4.1.2 工作流程
4.2 自动门的分类
4.3 行程开关（限位开关）的工作原理
4.4 光电开关
4.4.1 光电开关的分类
4.4.2 光电开关工作原理
4.4.3 光电开关的特点
4.4.4 使用及注意事项
第五章自动门的程序设计
5.1 继电器接触控制图
5.2 Plc 控制输出输入接线
5.3 程序流程图
5.4 梯形图以及指令
5.5 指令如下
5.6 过程分析
第六章结束语
参考文献
第一章毕业设计要求
一设计题目:
PLC 自动门的控制装置系统
二设计要求：
经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。

要实现自动控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，超载保护开关，直流电机。

现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转——开门，电机反转——关门。

1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8 秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

4）在门打开后的8 秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时，必须重新开始等待8 秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，最后决定加增手动开门和关门开关。

第二章绪论
1.1 国内自动门发展现状
1）厂家多，规模小5〜6年来几年来，自动门在国内得到了快速的发展。

据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50 多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。

从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。

2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。

近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。

3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。

4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。

其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。

同时，由于价格过低，也使产品的持续改进和发展受到限制。

1.2自动门的技术发展方向
由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。

因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。

在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，《自动门》标准编制工作已
经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。

2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。

经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。

经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势：
*智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。

还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。

*免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。

*多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。

*高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。

1.3课题研究内容
本文以某营业厅自动门为例，设计了以PLC为控制器、控的自动门控制系统。

在营业厅自动门正上方里外各安装一个光电探测开关，当有人欲进入时，光电探测
开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。

PLC获取到该输入信
号，启动电机，将门打开。

当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产
生输出信号，自动门停止动作。

等待一时间段后，自动门自动合上。

在闭合过程中，如
光电探测开关检测有人要进入或出去时，自动门停止闭合，并立刻打开。

为了保障门的
安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门。

第三章自动门控制系统硬件介绍
3.1 可编程程序控制器( PLC)
3.1.1 PLC 的定义
可编程控制器(Programmable Controller)简称PC,但个人计算机(Personal Computer) 也简称
PC ，为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为PLC( Programmable Logical Controller )。

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。

”
可编程控制器是60 年代末在美国首先出现, 当时叫可编程逻辑控制器PLC( Programmable Logic Controller ),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象, 将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70 年代中期以后, PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,这时的PLC 已不再是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。

PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。

特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力,受到用户的青昧,因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用,与机器人、CAD/CAM 一起,被称为现代工业控制的三大支柱。

可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备,在世界各地发挥着越来越大的作用。

由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。

目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。

3.1.2 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。

l987 年国际电工技术委员会 ( International Electrotechnical Commission , IEC) 颁布的PLC 标准草案对PLC 做了如下定义：“PLC 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。

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。

而通用汽车公司( GM )公司为了适应生产工艺不断更新的需求，从用户角度提出了新一代控制器应具备的10 项指标：
(1) 编程方便可现场修改程序
(2) 维修方便采用模块化结构
(3) 可靠性高于继电器控制装置
(4) 体积小于继电器控制组装置
(5) 具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理
(6) 成本可与继电器控制系统竞争
(7) 输入可为市电
(8) 输出可为市电容量要求在2A 以上，可直接驱动接触器、电磁阀等
(9) 易于扩展扩展时原系统改变最小
(10) 用户存储器大于4KB
根据这10项指标，美国数字设备公司(DEC 公司)于1969年研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上使用成功，可编程控制器自此诞生。

气候美国的莫迪康(MODICON )公司也推车了084控制器；1971年，日本推出了DSC-8控制器；1973 年，西欧各国的可编程控制系也相继研制成功；我国于1974年开始研制可编程控制器，并于1977年开始工业应用。

3.13 PLC 发展历史
自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。

这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。

目前，可编程控制器以实现从“单片机控制自动化——生产线控制自动化——全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。

回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为 4 个
阶段。

(1) 从1969 年到20 世纪70 年代中期
这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。

典型产品有莫迪康公司的084、ALLEN-BRADLEY(AB) 公司的PDQ2 等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序逻辑控制器( PLC)。

(2) 20 世纪70 年代中期到80 年代初期
这一阶段可编程控制器的CPU 采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对
模拟量的控制。

可编程控制器的名称碎屑为PC,但为了于个人计算机的名称缩写PC相区别，
通常还把可编程控制器简称为PLC。

(3) 20 世纪80 年代初期到90 年代初期
这一阶段由于16 位, 32 位微处理器的出现和应用, PLC 向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展,形成了多种系列化产品,出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比搞的新一代产品,并出现多种不同性能的分布式网络系统,在功能上, PLC 具有了数学运算、数据采
集和处理、运动控制、闭环控制、联网通信等功能,而且随着应用领域的不断迅速扩大, PLC
已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。

在此期间, 国际电工委员会颁布了PLC 标准, 似的PLC 向标准化发展。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-2 系列、PLC-3 系列,西门子公司的SYMATIC S5 系列等。

(4) 20 世纪90 年代至今
这一阶段PLC 继续得到快速发展,系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步, 成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。

同时,通信从各厂家的自称系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展,如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。

产品系列不断丰富,互通功能得到了较大的发展,系统性能日趋可靠、完善。

同时, 还捉不采用了符合IEC61131-3 标准的程序设计语言,增加了高级编程语言等,似的各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、直接。

这是, PLC 已不是单纯意义上的可编程控
制器了,而是一种完全的过程系统。

典型产品有罗克韦尔自动化公司的PLC-5 系列、Control-Logix 系列,西门子公司的SYMATIC S7 系统,莫迪康公司的Quantum 系列等。

3.1.4 PLC 的特点
PLC 作为一种专用于工业环境的、具有特殊结构的计算机,有其显著的特点。

(1) 可靠性高,抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良, 容易出现故障。

PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件, 接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC 由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的 F 系列PLC 平均无故障时间高达30 万小时。

一些使用冗余CPU 的PLC 的平均无故障工作时间则更长。

从PLC 的机外电路来说,使用PLC 构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。

此外, PLC 带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

(2) 硬件配套齐全,功能完善,适用性强
PLC 发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。

PLC 的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。

PLC 有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外,现代PLC 大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。

近年来PLC 的功能单元大量涌现,使PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。

加上PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

(3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

(4) 安装方便，扩展灵活
PLC 采用标准的整体式和模块式硬件结构，现场安装简便，接线简单，工作量相对较小；而且能根据应用的要求扩展输入—输出模块或插件，系统集成方便灵活。

各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制系统，也便于控制系统的改进和修正，特别适应各种工艺流程变更较多的场合。

(5) 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控
制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

(6) 体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积
小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.1.5 PLC 的应用与发展趋势
目前，PLC 已成为工业控制的标准设备，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、汽车、采矿、水泥、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。

概括起来主要有以下几个方面：* 开关逻辑和顺序逻辑
* 模拟量控制
* 运动控制
* 数据处理
* 通信与联网
从第一台PLC 问世至今，其发展经历了实用化阶段、成熟阶段和加速发展阶段。

PLC 主要在以下几个方面得到了不断发展：
* 小型PLC 产品性能提高、结构不断优化
* 大型PLC 功能不断完善
* 强化联网通信能力
* I/0 模块分散化、智能化
* 编程语言标准化
* 控制算法不断增加
* 迅速与其他工业产品整合
* 进一步向开放型发展
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

在21 世纪，PLC 将会有更大
的发展空间。

第四章功能器件的基本工作原理
4．1 自动感应门机的基本工作原理
4.1.1 平移式自动感应门机组由以下部件组成:
（1）主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；
（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速
运行。

（4）自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。

（5）门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。

（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

（7）下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。

4. 1.2 工作流程：
当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判
断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。

马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门
4.2 自动门的分类
弧形自动门
双重平移自动门
双扇平移自动门
4.3 行程开关（限位开关）的工作原理
行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行
程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。

4 4 光电开关
光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。

由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。

这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。

但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。

目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。

此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。

4.4.1 光电开关的分类
常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型；光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。

4.4.2 光电开关工作原理。