自动门控制装置PLC梯形图控制程序的设计与调试

题

试

机电系统课程设计

目：自动门控制装置 PLC 梯形图控制程序的设计与调

学 班 院：

级：

工学院、职业技术教育学院 机械 112 班

指导老师：

成

绩：

1、引言

随着我国经济的飞速发展，自动门在人们生活中的运用越来越广泛。自动门

性能的优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点，已逐渐被淘汰。目前自

动门及自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（PLC），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，具有可靠性高，抗干扰

能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。因此运用PLC 控制自动门具有较高的可

靠性，维护方便。

2、总体方案的设计

本自动门控制系统是利用PLC为核心来控制，其电路结构简单，单元电路

分别通过原理图设计、由梯形图语言设计完成，利用试验室所提供的条件来模

拟和验证程序，并利用指示灯实现系统功能，非常适用于日常生活控制场合。

自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位

限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（使直流电动机正转）、关门执行机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。光电探测开关为检测到

人或物体时为ON，否则OFF，具体的控制要求如下：

（1）、当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执

行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。

（2）、自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，关门执行机构

KM2 被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，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K2

或K1 时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

（4）、在门打开后的8s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K2或K1 时，必须重新开始等待8s后，再自动进入关门过程，以

保证人员安全通过。

（5）、开门与关门不可同时进行。

总体方案设计的结构框图

由上图可知，当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC，PLC 根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。

3、可编程序控制器PLC的选择

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使

早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程控等基本模式及CPU+通信+I/O的基本

结构。

PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。

PLC 的功能：数据采集与输出、控制功能、数据处理功能、输入/输出接口调理功能、通信、联网功能。现代PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有

RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，

外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计

算机与多台PLC构成"集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大

规模的复杂控制。

PLC 的主要特点：可靠性高，PLC的MTBF一般在40000～50000h 以上，

有的在10~20万h，且均有完善的自诊断功能。结构形式多样，模块化组合灵

活，有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统，最少的PLC只有6 点。编程方便，控制具有极大灵活性。适应工业环境，适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。安装、维修简单。

本设计采用三菱PLC,型号为:FX2N-40MR-A(输入24 点/输出16 点)电源：AC220V。

4、系统硬件设计

传感装置

现在自动门的行业所使用的传感装置即对信号进行采集动作的感应的开关主要采用的微波感应的装置、触摸式的感应装置、接近式的感应装置、红外遥感的装置等，其运用的场合主要是根据功能和性能上差异进行具体的应用，实现自动门的相应的控制系统的构成。作为自动门的电控部分的主要的部位，它在性能上表现的优良与否直接的影响于整个自动门系统运行的性能及安全的稳定可靠与否。本设计中所使用的传感装置主要采用的是型号为WB-3004的微波感应装置，生产于上海的晶圆微电子公司。主要是对物体的运动完成相应的反应，这种感应装置的反应的速度非常的快，而且无论外界的环境怎么变化都不会受其影响。

变频装置

基于自动门在实际工作条件下的需要，对门的开和关实现速度上的变换，采用型号为FR-540的变频器作为实现这一功能的装置。其主要的优点有：安装比较灵活、便于接线以及设置频率时操作较简单等。

驱动及传动装置

作为保障自动门能否进行良好的工作，驱动装置的选择显得很重要。本设计中电动机的速度是通过变频装置产生的三段的速度完成相应的调节的，从而达到对自动门进行驱动的目的。基于此，所以要选择在特性上（绝缘电阻、过压保护、接地及绝缘的介电的强度）能够满足国家关于安全方面所制定的标准规定且噪音较小、功率的密度高以及调速性能好，故本设计采用了亚坦电机控制有限公司所生产的系列为45BLDC 的直流无刷式电动机，无论是交流电动机的优点，比如简单的结构、易于维护、可靠的运行状态等，还是直流电动机的优点，比如宽调速范围、机械特性线性化、大启动转矩、高效运行等，它都具备。在要求安静、可靠、体积小、重量轻、精密等场合应用广泛。其额定的扭矩和转数分别是0.036N·M 和4000r，功率范围在15-100W，额定工作电压为24Vdc。