自动门课程设计 报告

目录

引言 (1)

一、选题背景 (1)

二、设计的目的和意义 (2)

三、自动感应门机的基本工作原理 (3)

四、自动门控制系统总体方案设计 (3)

（一）自动门的功能要求分析 (3)

（二）系统设计的基本步骤 (3)

（三）自动门的控制系统方案确定 (4)

五、自动门硬件系统的设计 (5)

（一）控制系统结构设计 (5)

1、电机主线路图 (5)

（二）检测元件选型 (5)

（三）低压电器选型 (6)

1、低压断路器的选型 (6)

2、熔断器的选型 (7)

3、控制按钮的选型 (8)

（四）电源设计 (8)

六、自动门控制系统软件的设计 (8)

（一）控制程序流程图 (8)

（二）I/O地址分配 (9)

（三）控制程序梯形图 (10)

（四）内部软元件表 (12)

七、程序调试 (12)

八、结束语 (14)

附录 (15)

参考文献 (17)

引言

在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门以经是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。将人通过之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防尘、防风、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。

自动门在国外早以得到普遍应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了自动门发展的黄金时期。

自动门的性能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，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修的缺点已逐步被淘汰。目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（一下简称PLC），PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程控制器的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数、算数运算等操作的指令，并能通过数字式或逻辑式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。PLC可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，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。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，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在自动化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。

一、选题背景

国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。在现代人们生活中自动门可以节约空调能源，降低噪音，防风，防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。

随着我国经济的飞速发展，自动门在人门的生活中的运用越来越广泛，自动门适用于宾馆，酒店，银行，写字楼，医院，商店等，使用自动门。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定。节能，环保，安全及人性化是需要首先考虑的因素。

由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和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影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。

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，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，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，目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。

自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人们走进自动门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人们通过之后，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。

自动门的控制方法很多，从控制的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制，智能控制器，即通过运用线的自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动门所淘汰。

在智能控制的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器和可编程控制器PLC控制，微电脑控制主要有体积小，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 控制的特点是稳定性高，维护方便，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制。

二、设计的目的和意义

在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，经常使用自动门控制系统。使用自动门，可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显的庄重高档，因此应用非常广泛。自动门平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，当人走近自动门时，感应开关感应到人的存在，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，即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。

自动门在国内外早已得到普遍应用，在我国也逐步得到大家的认同，已经迎来了自动门发展的黄金时期。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储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制个种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，实用性强，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。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此运用PLC控制自动门具有较高的可靠性，维护方便等特点。

本课题的自动门设计运用PLC作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革新，提高了自动门的使用率，因此，进行自动门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。

三、自动感应门机的基本工作原理

首先，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。当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下：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

四、自动门控制系统总体方案设计

（一）自动门的功能要求分析

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、自动门在开门位置时停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2动作，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、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K2或K1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。（二）系统设计的基本步骤

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。

控制要求：

1.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.限位开关位置停留8秒后，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.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.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8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。

（三）自动门的控制系统方案确定

自动门的性能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，制造烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（PLC）。

本设计运用PLC控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。采用变频器控制电路，结构简单，控制方便，可靠性高。交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高，结构简单，维护方便，易于冷却和寿命长等优点，并且系统调速范围宽，能实现低速恒转矩，高速恒功率运转等特性。随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的广泛运用提供了条件。

控制系统结构图如图4.1所示：

图4.1 PLC控制系统结构

五、自动门硬件系统的设计

（一）控制系统结构设计

自动门控制装置由门内光电探测开关、门外光电探测开关、开门到位限位开关、关门到限位开关、开门执行机构（使直流电动机正转）、关门执行机构（使直流电动机反转）等部件组成PLC控制自动门要求选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准的规定的，具有噪声低、过载能力强、低转速的交流变频电机，在结合了安全、稳定的考虑，本设计的自动控制系统的驱动装置选用本溪市微分电机有限责任公司生产的电梯自动门专用三相交流变频电机，型号为SBP90-60型，额定电压为三相交流220V，采用Y型接法。

1、电机主线路图

图5.1电机主线路图

（二）检测元件选型

光电开关除克服了接触式行程开关存在的诸多不足外，还克服了接近开关的作用距离短、不能直接检测非金属材料等缺点。它具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗电磁干扰能力强等优点，还可非接触、无损失地检测和控制各种固体、液体、透明体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。目前，光电开关已被用做物位检测、液位检测、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、色标检出以及安全防护等诸多领域。

光电开关一般都具有良好的回差特性，即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和

稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

FWD-DS红外感应光电开关，名称：主动式红外线对射

范围：<15米/25米。（当在大雨，大雾等坏天气情况下，距离会减少%30）

红外发射频率：1.92khz

输入电源：12V----24VDC/AC

波长：940nm

输入电流：RX 15MA --- TX 30MA

对射夹角：<+—10%

使用环境：-20% to 70%

最大负载：1A max 30V

（三）低压电器选型

低压电器元件明细表如下表5.1

表5.1元件明细表

1、低压断路器的选型

低压断路器也称做自动开关或空气开关，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的开关电器和保护电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接通和分段电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等保护，也可以用于不频繁的起动

电动机。

①额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。 ②热脱扣器的整定电流应与所控制负载（比如电动机）的额定电流一致。 ③欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压。

④过电流脱扣器的额定电流I z 大于或等于线路的最大负载电流。对于单台电动机来说，可按下式计算

I z ≥kI q （5-1） 式中，k 为安全系数，可取1.5~1.7；I q 为电动机的启动电流。 对于多台电动机来说，可下式计算

Iz ≥K(I q,max +∑I er ) （5-2） 式中，K 也可取1.5~1.7；I q,max 为最大一台电动机的启动电流；∑I er 为其他电动机的额定电流之和。

行程开关又称做限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、形成大小或位置的一种自动控制器件。

行程开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一预定位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，姜机械信号转换为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给予必要的保护。

LXl2—2型行程开关具有2常开2常闭触头，额定电流5A 。

LXl9A 系列行程开关是LXl9系列行程开关的改型产品，具有1常开1常闭触头，额定电流5A 。可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式的行程开关。 2、熔断器的选型

熔断器的选择包括熔断器类型的选择和熔体额定电流的选择两部分。

选择熔断器类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。例如，用于保护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载保护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以，容量较小的照明线路和电动机宜采用熔体为铅锌合金熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力。若短路电流较小时，可采用熔体为锡质的或熔体为锌质的熔断器。用于车间低压供电线路的保护熔断器，一般是考虑短路时的分断能力，当短路电流较大时，宜采用高分断能力的熔断器。当短路电流相当大时，宜采用限流作用的熔断器。

熔体额定电流的选择：

1.用于保护照明或电热设备的熔断器，因负载电流比较稳定，熔体的额定电流一般应等于或稍大于负载的额定电压，即e re I I （5-3）

式中：re I 为熔体的额定电流，e I 为负载的额定电流

2.用于保护单台长期工作的电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时不应熔断，即

I re ≥（1.5~2.5）I e （5-4）

轻载启动或启动时间比较短时，系数可取近似1.5。带重载启动或启动时间比较长时，系数可取近似2.5。

3.用于保护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热而熔断器也不应熔断，即

I re ≥（3~3.5）I e （5-5） 式中：re I 为熔体的额定电流，e I 为电动机的额定电流。

4.用于保护多台电动机（即供电干线)的熔断器，在出现尖峰电流时不应熔断，通常将其中容量最大的一台电动机启动，而其余电动机正常运行出现的电流作为其尖峰电流。为此，熔体的额定电流应满足下述关系

I re ≥（1.5~2.5）I e ，max + ∑I e （5-5） 式中: I e ，max 为多台电动机中容量最大的一台电动机额定电流，∑I e 为其余电动机额定电流之和。

5.为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合。为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1~2个级差。

6.熔断器额定电压的选择应等于或大于所在电路的额定电压。 3、控制按钮的选型

控制按钮简称按钮，是一种结构简单且使用广泛的手动电器，在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。

控制按钮在结构上有按钮式、自锁式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式等。 LA20系列控制按钮 LA20系列作用同LAl9系列，但LA20系列控制按钮有单钮、双钮和三钮三种，单钮带有信号灯，装在按钮颈部，钮头兼作灯罩，有红、黄、绿和白等种颜色，双钮和三钮型的分开启式和保护式两种，钮头为方形，按钮组件有一组常开和一组常闭触头，常闭触头靠复位弹簧闭合。 （四）电源设计

根据本设计需求选择型号6EP 1 333-1SL 11的电源 单相220VAC 输入,输出24VDC,5A 。

六、自动门控制系统软件的设计

（一）控制程序流程图

根据本设计的控制要求，所设计的程序按照图6.1所示的流程运行，以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计。

图6.1程序流程图

（二） I/O地址分配

I/O地址的分配是编写PLC程序的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据自动门的控制系统的要求，确定PLC的I/O分配表，在表6.1中列出

表6.1输入/输出地址分配表

滑道内行程开关1BG3I0.6

滑道内行程开关2BG4I0.7

门内光电检测开关K1KF1I1.0

门外光电检测开关K2KF2I1.1

开门执行机构Q0.0KF1

关门执行机构Q0.1KF2

（三）控制程序梯形图

根据以上流程图和I/O地址分配，经过深思熟虑、反复验证，编写了本设计的自动门控制系统的最佳梯形图程序，以下就梯形图各个部分功能作解析。

网络1如图6.2

图6.2 网络1

当电源打开时，PLC上电，按下启动停止按钮I0.0,当按下手动开门按钮

I0.2，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；

当有人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。

网络2如图6.3

图6.3 网络2

当开门到达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。

图6.4 网络3

关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，当关门到达限位开关I0.5时关门停止，或直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。

网络4如图6.5

图6.5 网络4

当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

网络5如图6.6

图6.6 网络5

开门机构或关门机构执行时电动机低速运转。

网络6如图6.7

图6.7 网络6

当开门或关门到达滑道内行程开关I0.6或I0.7时电动机高速运转。

图6.8 网络7

当开门或关门到达滑道内行程开关I0.7

或I0.6时电动机转入低速运行。 网络8和网络9如图6.9

图6.9 网络8和网络9

Q0.0或I0.4为1时代表自动门为开启状态，将字符串“开门”用指令STR-CPY 送到VB0起始的字符串地址中；

Q0.1或I0.5为1时代表自动门为关闭状态，将字符串“关门”用指令STR-CPY 送到VB0起始的字符串地址中。 （四）内部软元件表

表6.2 内部软元件表

七、程序调试

第一步：自动或手动低速开门

当电源打开时，PLC 上电，按下启动停止按钮I0.0开始工作,当按下手动开门按钮I0.2可实现手动开门，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；

名称 符号 功能说明

定时器 T 37 用来产生8S 延时 通用辅助继电器

M 0.0

处理逻辑控制任务

当有人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。

开门输出Q0.0接通时电动机低速运转；

第二步：自动或手动高速开门

开门过程中到达滑道内行程开关1（I0.6）电动机进入高速运转；

第三步：自动或手动低速开门

开门过程中到达滑道内行程开关2（I0.7）电动机进入低速运转；

第四步：到达开门限位，计时八秒，自动进入关门程序

当开门到达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，或直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。

第五步：关门到达限位开关，关门停止

当关门到达限位开关I0.5时，关门停止；

第六步：紧急停止

当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

程序调试记录如表7.1调试记录表

表7.1调试记录表

通过认真细致的反复调试，根据上表调试记录对应I/O地址分配表，其结果符合原本设计初衷，完全具备自动门正常运行的必要条件，所以该程序可靠。现对上表记录作出简单解析：

按下启动停止按钮 I0.0,当按下手动开门按钮I0.2，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；当有人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。当开门到达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，当关门到达限位开关I0.5时，关门停止，或

直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

八、结束语

在大学最后的日子里，我迎来了三年学习生活中最有意义的一次设计。当今商品经济社会里，物流是很重要的一部分，而自动门在现实中有很常见的。其设计内容包括软，硬件两方面，应用的知识涵盖了机，电两个方面，在设计过程中可以学到很多知识，掌握相关理论的实际应用。我觉得这是一个很有现实意义而且符合电气自动化专业要求的题本设计以PLC和变频器综合运用来达到控制电机正反转和转速实现门的自动化开关的目的，利用PLC的可靠性和稳定性强的特点，保证自动门控制系统能长期正常运行，利用变频器的无级平滑调速的特点，保证自动门运转和速度控制能平滑顺畅。PLC采用梯形图设计，直观易懂，扩展容易，保证程序的条理性和准确性。

通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

附录

参考文献

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