基于PLC实现的超市自动门控制系统

目录

1 项目概况 (1)

2 自动门的机械部分 (1)

2.1 自动门机械组成 (1)

2.2 自动门的安全设施 (2)

3 传感器与检测技术 (2)

3.1 传感器的定义 (2)

3.2 热释电人体红外线传感器的原理和应用 (3)

3.3 检测技术的定义及应用 (5)

4可编程序控制器的概述 (6)

4.1 PLC的产生和定义 (6)

4.2 PLC的特点 (6)

4.3 PLC的应用和发展 (7)

4.4 PLC的分类 (8)

4.5 PLC的系统组成 (9)

4.6 PLC的工作原理 (11)

4.7 三菱FX系列PLC (12)

5自动门的控制方案 (14)

5.1 设计的基本方法和控制原理 (14)

5.2 编程语言 (16)

有关说明 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

1 项目概况

本设计涉及的主要硬件是三菱FX2N PLC和红外线传感器。FX系列PLC是日本三菱公司的可编程控制器，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得FX系列PLC 可以满足众多的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适用性。FX2N系列是FX家族中最先进的PLC系列。一台FX2N模块内有中央处理单元CPU、存储器、I/O模块、通信接口和扩展接口等。

红外线传感器是根据移动的人体而设计的，从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.1～10Hz）和对特定波长红外线（一般为5～15μm）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。因此很适合超市自动门控制的要求。自动门主要结构组成作为一种机电一体化产品，自动门的功能是根据人流状况控制两扇大门的开合。以PLC为控制器，统一控制传感器、直流电机，通过机械直线运动单元驱动玻璃门的开关。

2 自动门的机械部分

2.1 自动门机械组成

现在越来越多的建筑物安装了豪华气派的自动门。我曾观察过某些银行、宾馆、电信局等大楼的自动门，这些自动门造价不菲，但可靠性似乎并不高，而且所有的自动门内用肉眼均可直接观察到同步齿形带。一般说来，同步齿形带传动精确，对工作环境要求不高，比较适合自动门的应用，但安装要求较高。本设计介绍一种用国内市场上的成熟技术设计的自动门。

自动门主要结构组成作为一种机电一体化产品，自动门的功能是根据人流状况控制两扇大门的开合。以PLC为控制器，统一控制传感器、直流电机，通过机械直线运动单元驱动玻璃门。自动门的构成如图2-1所示。

图2-１自动门的硬件结构

自动门的传感器目前多用热释电型红外传感器（如日本三洋公司的传感器），其特点是只对变化的温度场有反应。只有当人进入其探测范围，并且移动时，才会有信号输出，经模拟/数字输入模块（由传感器输出信号性质决定）输入 PLC。玻璃门的开合由直流电机——机械直线运动单元实现。由于直流电机可靠性好，控制简单，价格低廉，在开环控制场合广泛应用，SIEMENS、MITSUBISHI 等大的PLC供应商都提供可直接控制直流电机运动的定位控制单元，如MITSUBISHI的FX2N-1PG/10GM/20GM等，可直接控制直流电机，通过编程完成单轴 4两轴插补运动。习惯上，直

线运动系统由设计师自行设计，包括轴承、滚珠丝杠副、同步齿形带等。设计时非常简单，零件可直接选用，但装配时有较高的要求。有鉴于此，国际上出现了一些机械直线运动控制单元，将滚珠丝杠副、同步齿形带、轴承等安装在一个密闭的长壳体内，并安装有一个滑动模块。生产商预先调整好精度、预紧力等，该单元安装有限位开关，并提供安装法兰，供电机、编码器安装用。用户按传动行程、受力情况等直接选用，直接安装在基础上即可。玻璃门可安装在滑动模块上移动。直流电机与机械直线运动单元连接，建立一个直线运动轴，“零点”、“终点”分别为玻璃门全开、全闭时的位置。如果无人进出，玻璃门关闭。传感器一旦给PLC信号，PLC通过定位控制单元立刻控制直流电机中断当前运动，回零位。开始速度逐渐提高，在即将闭合时，速度逐渐减为零。PLC通过定位控制单元进行速度调节非常方便。一旦无人进出，传感器无信号发出，PLC 控制直流电机中断当前运动，向终点运动，速度控制如前。

2.2 自动门的安全设施

在国外，自动门的发展已相对成熟，在国内从事自动门行业的单位不在少数，但大多都是作为国外自动门代理商身份亮相，国内在自动门的自主研发上还处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定、安全是需要首先考虑的因素，最近有关报道中就有在日本自动门夹死小孩的现象，因此系统的安全性和稳定性是至关重要的。除了软件在控制过程中的稳定运行外，保证电源输送的稳定尤为重要。国外研究表明，计算机 90%以上的故障是由电源干扰噪声造成的，所以如何保证驱动电机的电源具有稳定的电压和较小的波纹则是整个电源设计的重点。

2.2.1 自动门控制系统稳压电源设计

自动门控制系统的控制对象为无刷直流电机，无刷直流电机带动 100kg～120kg 的门页平稳运行，这需要在系统设计时仔细考虑供电电源的性能指标。稳定的电压和较小的波纹是重点考虑的问题。出于成本方面考虑，一般都采用变压器供电，但同时它给电源的稳压性能带来了一定的困难。为此我们需要设计稳压电源并根据无刷直流电机供电要求选择合理的电路参数，同时需要合理设计交流滤波器以减少电磁干扰。由于自动门控制系统经常是全天运行，对于系统安全性须格外重视，从电源开始就须设置过流、过热保护电路防止意外发生。控制系统稳压电源框图如图2-2所示。

图2-2 自动门控制系统稳压电源框图

2.2.2 自动门电源过流、过热保护设计

过流、过热保护设计为了提高自动门控制系统的安全性能，在电源电路中设置过流保护电路是必须的。系统电源电路的过流保护电路如图2-3所示。R1、R2 为单向可控硅 GTO 提供触发脉冲，使得可控硅导通，R3为大功率小阻值电阻，R4为大阻值电阻，T1为3A 的普通保险丝，T2为快速自恢复温度保险丝。T2安装在GTO 上，监测 GTO 的温度，温度在 72℃以下时，T2处于关闭状态，当温度高于 72℃时，T2断开。

3 传感器与检测技术

3.1 传感器的定义

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是指传感