基于PLC控制的平滑自动门电气控制新版系统标准设计李宏鹏廖曦文.docx

成绩

中国农业大学
课程设计
（-春季学期）

论文题目：基于PLC控制平滑自动门电气控制系统设计
课程名称：现代电气控制及PLC应用技术
任课老师：陈一飞
班　　级：自动化091
姓 名：

基于PLC控制平滑自动门电气控制系统设计
摘要：本文提出了一个以S7-200 可编程序控制器( PLC) 为关键、基于变频器调速自动门控制系统。具体地介绍了自动门控制系统基础工作原理，描述了系统硬件组成、I/O分配情况、软件设计程序步骤图和PLC 控制梯形图和仿真情况，结果满足设计要求。
关键字：自动门；电气控制系统；可编程控制器（PLC）

Electrical control system design of smooth automatic door based on PLC
Abstract This paper puts forward a with s7-200 programmable logic controller (PLC) as the core, based on speed-regulate of automatic door control system. It introduces in detail the automatic control system of basic working principle, describes the system hardware composition, I/O distribution, software design process flow chart and PLC control ladder diagram and the simulation results. The result meets the design requirements.
Key words automatic door; electrical control system; programmable logic controller( PLC)

目录
引言 - 5 -
第1章 设计任务和目标 - 6 -
1.1 设计背景 - 6 -
1.2 设计意义和目标 - 6 -
1.3 设计任务 - 6 -
第2章 自动门概述 - 8 -
1.1 自动门介绍 - 8 -
1.2 自动门分类 - 8 -
1.3 自动门基础组成 - 8 -
1.4 平滑自动门工作原理 - 9 -
1.5 商用平滑自动门运行特点 - 9 -
1.6 平滑自动门调速特征分析 - 10 -
第3章 自动门总体方案设计 - 11 -
3.1 系统设计基础步骤 - 11 -
3.2 系统基础原理框图 - 12 -
3.3 自动门功效设定 - 12 -
3.3.1 工作模式分析 - 13 -
3.3.2 保护功效分析 - 13 -
第4章 自动门硬件系统设计 - 14 -
4.1 主控制器 - 14 -
4.1.1PLC介绍 - 14 -
4.1.2PLC选型 - 14 -
4.2 电机电气控制子系统 - 15 -
4.3 变频调速控制子系统 - 16 -
4.3.1变频器介绍 - 16 -
4.3.2变频器选型 - 16 -
4.3.3变频器参数设定 - 18 -
4.4 感应探测器设计 - 19 -
4.4.1传感器分类 - 19 -
4.4.2传感器选型 - 20 -
4.5 机械传动机构设计 - 20 -
4.6 限位开关设计 - 21 -
4.7 行人防夹保护功效设计 - 21 -
4.8 I/0地址分配 - 22 -
4.9控制系统电气接线 - 24 -
第5章 自动门软件系统设计 - 25 -
5.1 开发环境介绍 - 25 -
5.2 系统步骤图 - 25 -
5.3 功效模块梯形图 - 26 -
5.4 仿真和调试 - 26 -
结束语 - 27 -
致谢 28 -
参考文件 - 29 -
附录 - 30 -

引言
在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随地可见。自动门是经过自动门内外两侧感应开关来感应人出入，当人走近自动门时，感应开关感应到人存在，给控制器一个开门信号，控制器经过驱动装置将门打开。当人经过门以后，再将门关闭。因为自动门在通电后能够实现无人管理，不仅能给我们带来人员进出方便、节省空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们大门增添了高贵气息。
自动门在国外早已得到普遍应用，在中国也以其优异性能逐步得到大家认同。自动门性能优劣关键取决于它控制装置，早期自动门控制系统采取继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐步被淘汰。现在自动门及其自动化行业最稳定控制装置是可编程控制器（简称PLC），PLC是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。PLC含有可靠性高，抗干扰能力强，功效完善，适用性强，系统设计、建造工作量小，维护方便，轻易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点，所以得到广泛应用。
本课题就是基于西门子企业S7-200PLC、利用变频器调速而设计多功效实用型平滑自动门控制系统。

第1章 设计任务和目标
1.1 设计背景
自动化发展和应用给大家生活带来了无穷便利，融入生活方方面面。生活中无处不存在着自动化气息，甚至连我们常见门也加入了自动化行列。众所周知，自动门已经依靠其特有优势广泛应用于商场、银行、学校、宾馆等场所。自动门控制系统多种多样，全部有着其优点和缺点。从早期繁杂继电器逻辑控制到现在高级芯片应用，自动门发展日新月异。简单实用稳定可靠自动门控制系统有着其经济价值和普及性。本课题基于此原因，分析自动门基础工作原理、硬件组成、软件步骤等理论知识，利用自动化专业学习到知识设计一个简易平滑自动门控制系统。
1.2 设计意义和目标
此次设计首先参考已经成熟多个自动门控制系统，分析其优缺点和控制精髓，了解自动门基础控制思想。利用所学传感器检测、电机拖动、自动控制系统、自动控制理论、现代电气控制及PLC等专业知识，独立从硬件、软件、调试、仿真设计一个自动门控制系统，将所学知识应用实际，在设计中提升系统控制思想合和动手能力。
此次设计要求达成目标以下：
（1） 初步掌握通常电气控制技术，PLC应用技术及其设计基础方法。
（2） 培养一定自学能力和独立分析问题、处理问题能力。
（3） 巩固常见电子仪器使用方法。
（4） 经过严格科学训练和工程设计实践，逐步树立严厉认真、一丝不苟、实事求是科学作风。
1.3 设计任务
此次平滑自动门控制系统设计包含：
（1） 分析商用平滑自动门运行特点，给出调速特征
（2） 分析平滑自动门驱动及调速控制机理
（3） 分析平滑自动门多种保护功效
（4） 分析平滑自动门多种功效设定
（5） 设计电机电气控制系统
（6） 设计基于PLC控制系统架构
（7） 设计变频调速控制子系统
（8） 设计保护及功效设定子系统
（9） PLC编程及仿真调试
（10） 完整课程设计汇报

第2章 自动门概述
1.1 自动门介绍
自动门是门一个，指能够将人靠近门动作或将某种入门授权识别为开门信号控制单元，经过驱动系统将门开启,在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭过程实现控制系统。
自动门起源于20世纪30到40年代，当初关键用于军事仓库、关键工厂，为是防火、防弹及开门方便。20世纪50年代后，自动门应用日渐广泛，形成批量生产。很多大型银行、宾馆、酒店、大厦为提升级次和服务水平，为了和高层次建筑相匹配，竞相采取自动门，促进了自动门快速发扎。真正较大规模生产和应用时70年代以后事。现在自动门关键生产国是美国、德国、意大利、荷兰和日本等发达国家。
自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国超级市场开放，自动门开始被使用，受此影响，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，新建大楼正门也开始使用了。到了1962年，电气式己开始出现，以后伴伴随城市建设，自动门技术领域每十二个月全部在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机速度控制极难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴伴随电气控制技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机电气式自动门逐步成为主流。比如：多种用可识别控制自动专用门，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 自动门分类
自动门可依据不一样特点进行分类。依据门结构特点，自动门关键分九大类，即自动旋转门、圆弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、伸缩式自动门、卷帘式自动门、提升式自动门及自动挡车器。 按用途分类，自动门关键分五大类，即民用自动门、商用自动门、工业用自动门、车库用自动门及庭院自动门。
1.3 自动门基础组成
自动平移门机组由以下部件组成：　
（1） 主控制器：它是自动门指挥中心，经过内部编有指令程序大规模集成块，发出对应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时大家经过主控器调整门扇开启速度、开启幅度等参数。　
（2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同大家眼睛，当有移动物体进入它工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；　
（3） 动力马达：提供开门和关门主动力，控制门扇加速和减速运行。
（4） 门扇行进轨道：就象火车铁轨，约束门扇吊具走轮系统，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） 同时皮带：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。　
（7） 下部导向系统：是门扇下部导向和定位装置，预防门扇在运行时出现前后门体摆动。
1.4 平滑自动门工作原理
　感应探测器探测到有些人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判定后通知马达运行，同时监控马达转数，方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，将动力传给同时带，再由同时带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判定，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。
1.5商用平滑自动门运行特点
商用平滑门使用广泛，有着其独特运行特点。
（1）自动启闭，使用方便。
自动门以微电脑控制门扇启闭和速度，系统自我监视，自动门控制订好最好模式运行。使用方便，断电后能够手动，门阻力很小，手动轻便灵活。
（2）运行平稳、平静、可靠，通行效率高。
门扇运行中依据设定值，速度快慢可自行变换。依据现场需要进行最好开启和关闭动作调整，经过最好制动控制使门扇开闭平顺，出入顺畅。因为吸音结构导轨，自动门尤其适合宁静环境。若采取直流电机，使门扇开启速度愈加快速。开启和关闭快速，大大提升了通行效率。
（3）运行安全可靠。
自动门在关闭时，假如碰到人或物体会快速后退自动打开，确保人和物安全，再次关闭至受阻位置时改用慢速至全比，以测试阻碍物是否存在。
（4）密封性能好，节省能源。
自动门能够自动调整开门宽度，在冬夏两季开门宽度能够调整到更小些，这么能够节省暖气和冷气费用。又因为门扇开关速度很快也会很好地保持密封性，预防灰尘进入。
（5）含有自动赔偿功效，环境适应能力强。
自动门在运行中因风力加大或其它原因阻力增加时，自动门赔偿机构会自动提升驱动力，以赔偿外界环境改变需要。
（6）设备可靠，可确保连续运行吴故障。
自动门若采取直流电机可靠电控系统和安全系统设计，自动门可确保能连续运行而不停止。全部控制电流触点不使用物理电器触点而采取光电耦合器，所以无造成故障电气触点，这会大大延长使用寿命，消除运行中故障。
（7）维护简单、方便。
万一出现故障，自动门维修简单，进行简单调整就可设定正确开启和关闭动作。电机部件和控制部件安装和拆卸方便，很轻易装入要求位置，门扇安装和调整也很方便。所偶电气接线全部采取快速连接器，不需要配线，确保接线快速。
1.6 平滑自动门调速特征分析
平滑自动门打开时采取加速、全速、制动后中速、慢速、停止、全部打开、保持一段时间控制方法，使其快速开启，慢速停止，确保运行稳定。使用变频器控制驱动电机，从而调整运转速度。采取变压变频技术，在不一样时段选择不一样电压、频率，达成不一样转速。频率平稳下降，而非跳跃式骤降，这么确保了自动门平滑运行特征。一样，在关门时，也采取加速、全速、制动后中速、慢速、停止、全部关闭控制手段。频率改变有安装在自动门顶部多个限位开关控制，分别控制中速、慢速、停止。

第3章 自动门总体方案设计
3.1 系统设计基础步骤
一个好PLC控制系统要有完整、清楚、可行系统设计步骤，见图3-1。

图3-1 PLC控制系统设计步骤

在自动门控制系统设计过程中关键考虑以下几点：
（1） 深入了解和分析评定自动门控制任务。
（2） 依据I/O点数选定PLC型号、容量、生产厂家等。
（3） 选择I/O设备。常见输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常见输出设备有继电器、接触器、指示灯、蜂鸣器等。
（4） I/O地址分配，编制输入输出分配表，包含名称、代码、地址。
（5） 分解控制任务。把一个完整系统控制任务和过程分解成独立或相对独立多个部分，把各部分操作功效描述、逻辑关系、接口条件等具体罗列出来。
（6） 硬件系统设计。关键包含PLC及外围线路设计、电气线路设计、安全电路设计和抗干扰方法设计等。
（7） 安全电路、保护功效设计。为预防突发或不可预知安全问题，引发故障，造成人身财产损失，必需考虑采取独立于PLC机电冗余设置保护功效，预防不安全操作。
（8） 软件设计。列出程序步骤图，使用梯形图设计程序，这是整个自动门系统设计关键工作。
（9） 系统调试。将程序下载至PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序愈加完善。
（10） 文档编制。系统完成后要立即整理技术材料并存档，需要编制文档有系统设计方案、原器件清单、软件系统结构和组成、系统使用说明书。
3.2 系统基础原理框图
平滑自动门系统基础工作原理为门内外感应探测器将门内外进出检测信号传送给PLC，PLC将控制信号通知给变频器和驱动电机，变频器负责调整驱动电机运行速度，使其平稳运行；驱动电机经过传动装置控制门开合，方便人进出。还设置模式转换开关方便在不一样时段和碰到故障时进行人工控制。另外，还设置了安全传感器，在进出时碰到故障立即开启保护功效。蜂鸣器在门开合时发出提醒音。故障指示功效在自动门运行碰到故障时提醒管理人员。基础原理框图见图3-2。

图3-2 平滑自动门控制系统基础原理框图
3.3 自动门功效设定
一个实用性强、适用范围广泛、运行可靠商业平滑自动门控制系统，应该含有多个工作模式以供选择，方便在不一样时段、不一样情况下合理控制。另外，还应该含有保护功效，确保行人通行顺畅、运行安全。
3.3.1 工作模式分析
（1） 自动模式
在人流量不大时，使用自动模式，自动门打开保持时间为10s，自由出入。
（2） 手动模式
选择手动模式时，能够经过控制点动开关，控制门开合幅度，方便特殊情况下使用。在上下班高峰期，使用高峰模式，手动打开自动门，方便人员出入，降低自动门时开时闭造成损伤。
（3） 禁出模式
在特殊情况下，关闭门内感应探测器，限制内部人员出去。需要开门时，能够使用手动开门。
（4） 禁入模式
在特殊场所特殊时段，限制外人进入，能够关闭门外感应探测器，需要开门时使用手动开门。
（5） 夜间值班模式
在夜间，为确保财产安全，使用夜间值班模式，关闭门内外感应探测器，严禁出入，需要时可使用手动控制自动门开关。
（6） 紧急停止模式
在自动门打开或关闭时，碰到紧急情况，需要停止自动门运转，此时使用紧急停止模式关闭全部检测装置和电机运行。
3.3.2 保护功效分析
（1）防夹行人功效
在检测到无人经过时，关闭自动门，若此时忽然有些人出入，为预防夹伤行人，需要立即停止关门进程，并即可开启开门进程。使用安全检测传感器提供防夹行人功效。
（2）电机过载保护功效
因特殊情况产生负载过大等，造成电机电流过大，为避免损伤电机，此时需切断电机电源，进行电机过载保护。
（3）电源缺相保护
使用三相交流异步电动机做驱时，必需避免电动机缺相运行。在电动机侧需要增加电流检测装置，时刻监测电源情况。出现缺相时立即切断电源，停止运转。
（4）异常复位功效
在一些情况下，外界环境等原因，可能造成程序运行紊乱，造成自动门失控，此时需要使用复位保护功效，使PLC进入复位状态，重新开启使用。
（5） 自动门扇防磨损保护
长时间开合，自动门扇底部长时间和地面摩擦，造成不可恢复性损伤，为降低硬性损伤，需要在底部铺设软质地材料，如棉布。
（6） 释放功效
当自动门夹人时，电机堵转，电流快速上升。对电流进行检测，能够判定是否夹人，从而时自动门开门。

第4章 自动门硬件系统设计
4.1 主控制器
4.1.1PLC介绍
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采取一类可编程存放器，用于其内部存放程序，实施逻辑运算，次序控制，定时，计数和算术操作等面向用户指令，并经过数字或模拟式输入/输出控制多种类型机械或生产过程，是工业控制关键部分。
PLC是根据集中输入、集中输出，周期性循环扫描方法进行工作。PLC关键特点为：抗干扰能力强、可靠性高，控制系统机构接单、通用性强，编程方便、易于使用，功效强大、成本低，设计、施工、调试周期短，维护方便等。
PLC有丰富指令系统，有多种多样I/O接口、通信接口，有大容量内存，有可靠本身监控系统，所以含有以下基础功效：逻辑处理功效；数据运算功效；正确定时功效；高速计数功效；中止处理功效；程序和数据存放功效；联网通信功效；自检测、自诊疗功效。
4.1.2PLC选型
在PLC系统设计时，选择一个适宜PLC是很关键。选择时应具体分析工艺过程特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需操作和动作，然后依据控制要求，估算输入输出点数、所需存放器容量、确定PLC功效、外部设备特征等，最终选择有较高性能价格比PLC和设计对应控制系统。
依据以上选择时标准，在自动门控制系统中选择西门子企业生产S7-200PLC，它关键特点是：较高可靠性、丰富指令集、丰富内置集成功效、实施特征强和强大通信能力。其关键组成包含：CPU模块、扩展模块、功效模块、通信模块、HMI人机界面模块。
西门子S7-200系列包含有五种不统结构配置品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226，每个品种里又分出两种类型：一个是DC24V供电/晶体管输出；一个是AC220V供电/继电器输出，所以一共有10种CPU模块。
此次设计使用S7-200系列CPU224PLC，集成了14输入/10输出，因其特有优势，是使用最多S7-200产品。

图4-1-1 西门子S7-200 CPU224 PLC实物图

图4-1-2 CPU224 CN端子连接图
4.2 电机电气控制子系统
电机是自动门系统关键驱动装置，适宜电机对系统设计至关关键。电机关键分为直流电机、交流电机。其中交流又分为交流异步电机和同时电机。对于自动门拖动单元，针对不一样自动门则选择不一样电机及拖动调速控制方法。大部分平滑自动门用直流电机来拖动，二绝大部分自动旋转门则是使用三相交流异步电动机来拖动。
直流电机拖动控制技术已经很成熟，直流拖动含有较运行效率高、调速性能好、良好开启制动性能优点。直流拖动使用电机有有刷电机和直流无刷电机。不过直流电机因为使用直流电源，其实用范围受到限制。
交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换机械。因为交流电力系统巨大发展，交流电机已成为最常见电机。交流电机和直流电机相比，因为没有换向器，所以结构简单，制造方便，比较牢靠，轻易做成高转速、高电压、大电流、大容量电机。交流电机功率覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。
此次自动门控制系统设计选择一般三相交流异步电机。采取变压变频调速，能够增加其机械特征和调速范围。
4.3 变频调速控制子系统
4.3.1变频器介绍
变频器是输出频率可改变交流电力拖动设备。变频器调速关键工作原理是将供给电机定子三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调整技术逆变为频率可调、幅度也随之改变三相交流电，以此为电源再供给电机使用。
变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 整流单元将工作频率固定交流电转换为直流电。 高容量电容存放转换后电能。 逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不一样频率、宽度、幅度方波。 控制器按设定程序工作，控制输出方波幅度和脉宽，使叠加为近似正弦波交流电，驱动交流电动机。
变频器调速特点有:能够使用标准电动机，能够连续调速，能够经过电子回路改变相序、改变转速方向。其优点是开启电流小，可调整加速减速，电动机能够高速化、小型化，防爆轻易，保护功效齐全（过载保护、短路保护、过电压和欠电压保护）。
变频器分类有很多个，依据变流步骤分：交-直-交变频器、交交变频器。依据直流电路滤波方法分：电压型变频器、电流型变频器。依据控制方法分：V/F控制、矢量控制、直接转矩控制。依据输出电压调制方法分：PAM方法、PWM方法。依据输入电源分：单相变频器、三相变频器。
变频器关键功效有：频率给定功效，升速、降速、制动控制，控制更能，保护功效。
4.3.2变频器选型
变频器选型时要确定以下几点：
（1）变频器和负载匹配
1）电压匹配：变频器额定电压和负载额定电压相符。
2）电流匹配；变频器额定电流和电机额定电流相符，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
3）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
（2）种类选择
现在市场上关键有三种：通用型、高性能、专用型变频器。要是情况而定。
综合自动门系统控制，采取日本三菱企业生产FR－500系列中FR-E540变频器作为控制电机转速控制器。
技术参数为：功率范围：0.4~7.5KW (三相380V FR-E540系列)；采取磁通矢量控制，实现1Hz运行150%转矩输出；PID，15段速度等多功效选择；内置独立RS485通讯口；柔性PWM，实现更低噪音运行；可选择FR-PA02-02简易型面板或FR-PU04-CH型LCD显示面板。

图4-3-1实物图 图4-3-2和电机连接图

图4-3-3输入、输出分布

图4-4-4 基础参数
4.3.3变频器参数设定
在平滑自动门控制系统中采取变压变频（VVVF）控制，三档速度控制：高速开启50HZ，中速运行30HZ，慢速运行10HZ。运行时间由门限开关控制。在自动门运行过程中，碰到不一样门限开关时，经过三个输出端子给变频器三个调速端子RH、RM、RL不一样值，并在开启前设定变频器频率值。

图4-3 变频器工作频率
4.4 感应探测器设计
4.4.1传感器分类
感应探测器是实现自动检测和自动控制首要步骤。传感器检测含有正确、灵敏、耐久特点，所以在自动门中得到广泛应用。自动门传感器类型以下：
（1）垫式传感器。
垫式传感器有橡胶垫式和铝格栅垫式，全部是安装在自动门前地上。其工作原理是：当人或物压在垫上，垫子产生机械变形而发出信号。这种传感器特点是检测范围清楚，信号正确，工作稳定，但耐久性受垫子寿命影响稍差。使用时又要预防受力超重，并需防火。这种传感器属静止检测型。
（2）有源红外传感器。
有源红外传感器能发射出不可见红外光束。当光束射到人体等移动物体时，光束产生变量信号，经过将信号放大、整形、指令驱动电机工作。其关键特点是检测正确，抗干扰能力强耐久性好，受温度改变影响小，但要防雨雪。这种传感器属静止检测
（3）无源红外传感器。
无源红外传感器为热感应传感器，其基础原理是利用温差光电阻效应。当检测区有目标时，红外检测元件就能接收从目标热物体发出固定波长远红外线，进而输出一电信号，指令自动门门扇开启关闭。其关键特点是检测范围清楚，检测面积大，耐使用，但只适适用于检测有温度目标，对无温度类物体无作用。
（4）声波传感器。
声波传感器有超声波、雷达和微波等多个型式，她们能发射超声波或微波型号。当信号碰到障碍时，声波波长或频率发生改变而产生信号，控制电机开关。其关键特点是受环境温度影响小，耐久性好，但抗干扰能力差，检测范围不是十分清楚，有一定使用范围。（5）电眼 。
电眼是利用人或物进入检测区遮挡住光线，使接收器无法接收到光线，经过光线改变进行检测并发出信号，关键用于平滑自动门两活动门扇间用于防夹安全保护传感器。
4.4.2传感器选型
在门内外信号检测上，有两种比较通用传感器，一个是红外传感器，另一个是微波传感器。红外传感器是利用红外线物理性质进行测量检测传感器。而微波传感器是应用微波用到目标物后被吸收或反射使功率发生改变来进行检测传感器。考虑到微波传感器受风力影响较大，强风时传感器精度大打折扣，决定使用热释电红外传感器。
热释电红外传感器是一个能检测人体发射红外线而输出电信号传感器，它能组成防入侵报警器或多种自动化节能装置。热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能判别出运动生物和其它非生物。
图4-4-3 热释电传感器实物
4.5 机械传动机构设计
驱动装置零部件全部安装在轨道箱内，内吊件用于安装活动门扇：门吊件上有和活动门扇连接连接件，又有在轨道上运行门滑轮，门滑轮轴和滑轮间安装有滚动轴承，以减轻门扇运行阻力。门扇上装有两个门吊件，一个门吊件只安装门滑轮，另一个门吊件上除安装门滑轮外还要经过连接件装有皮带夹，皮带夹和同时带相连接，门扇运行靠同时带上皮带夹带动。自动门传动装置实物参考图见图。

4.6 限位开关设计
限位开关又称行程开关，是一个利用生产机械一些运动部件碰撞来发出控制命令主令电器。用于控制生产机械运动方向、速度、行程大小或位置一个自动控制器件。限位开关广泛应用于各类机床、起重机械和轻工机械行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关经过机械可动部分动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械控制，限制它们动作和位置，借此对生产机械给以必需保护。
在平滑自动门控制系统中使用6个限位开关，两扇门使用联动装置，所以能够在一边分别设计开门行程开关，在另一边设计关门行程开关。其中开门过程使用3个，自动门开启开门时使用50HZ全速开启，碰到BG1时控制变频器转换为30HZ中速运行，碰到BG2时转换为10HZ慢速运行，碰到BG3时0HZ停止运行。要注意是BG3在安装时一定要距离自动门装置最内侧一定距离，因电机停止通电时有惯性作用，还会使门扇前进一段时间，留有距离以免门扇碰撞损坏。
在关门过程中，使用3个行程开关。开启关门时以50HZ全速运行，碰到BG4时转为30HZ中速运行，碰到BG2时转换为10HZ慢速运行，碰到BG3时0HZ停止运行。一样注意是，BG4距离门中心一定距离，以免电机惯性造成两扇门相撞。

图4-6 门限开关安装示意图及限位开关实物图
4.7 行人防夹保护功效设计
为预防在关门过程中有些人进出时被门夹住，在两扇门中间安装对射式红外光栅。当有些人进出时红外光栅检测到信号，传输给PLC控制电机停止，并反向运转打开自动门，方便行人经过。
图4-7-1 对射式红外光栅
4.8 I/0地址分配
使用PLC14输入端、10输出端控制。具体地址分配以下表：
输入
输出
地址
元件
功效
地址
元件
功效
I0.0
SF1
自动开/关
Q0.0

开门(STF)
I0.1
SF2
手动开
Q0.1

关门(STR)
I0.2
SF3
手动关
Q0.2

紧急停止(MRS)
I0.3
SF4
门内感应开关
Q0.3
PG1
开门绿灯提醒
I0.4
SF5
门外感应开关
Q0.4
PG2
关门红灯提醒
I0.5
BG1
开门门限开关1（中速）
Q0.5
PB
夹人报警蜂鸣提醒
I0.6
BG2
开门门限开关2（慢速）
Q0.6

高速（RH/X3）
I0.7
BG3
开门门限开关3（停止）
Q0.7

中速（RM/X2）
I1.0
BG4
关门门限开关4（中速）
Q1.0

低速（RL/X1）
I1.1
BG5
关门门限开关5（慢速）
Q1.1

输出复位(RES)
I1.2
BG6
关门门限开关6（停止）

I1.3
SF6
防夹人光栅（常闭）

I1.4
SF7
紧急停止

I1.5
SF8
异常复位

4.9控制系统电气接线

第5章 自动门软件系统设计
5.1 开发环境介绍
编程软件使用子们子企业专门为S7-200XILIE PLC设计开发STEP7-Micro/WIN。其为用户提供了便捷工作环境，丰富编程向导，提升了软件易用性；同时还有部分工具性功效，还能够用软件设置PLC工作方法、参数和运行监控。能够在联机工作方法下进行，也能够在离线工作方法下进行。此次程序开发采取最简单操作梯形图设计。
5.2 系统步骤图

5.3 功效模块梯形图
见附录
5.4 仿真和调试
因为没有S7-200相关硬件设备，所以无法在线仿真调试。这将在以后条件许可情况下深入进行。

结束语
这次PLC课程设计，让我学到了很多知识。首先是对系统设计有了思想上提升和认识。让我充足在实际中感受到了自动化行业优越感，和自动化专业知识实用性。在当今控制行业，单片机、DSP、ARM等占有者各自不一样地位，不过高速发展工业控制让PLC找到了用武之地，PLC强大适用范围无可替换，这也让我对以后自我发展方向有了新考虑。
在设计过程中，我从系统分析开始入手，分析任务、要求、系统组成、硬件组成、软件步骤等，真正从系统到细节全方位设计。从中深入学习了PLC控制系统设计方法，提升了梯形图编程能力。在设计过程中参阅了很多书籍材料，比如电机拖动知识、自动控制系统、自控理论、传感器检测、变频器、自动门工程等。再一次学习了以前专业知识，也经过上网、看书学到了其它实用性知识，受益匪浅。
此次设计是以小组形式进行，我们小组组员累计两人。人员虽少，不过设计过程中我们充足体会到了合作力量。刚入手时，没有思绪，我们分工查找资料、问询她人、共同商议，从而有了入手点。在以后设计过程中，合理分工更是关键。不然会造成混乱，不能顺利进行。我们依据系统设计方法，拆解整个设计步骤，依据个人优势，把整个设计合理分成了多个部分，并安排下去。另外，我们还在开始之前计划了设计时间安排，每个阶段完成任务和时间全部很清楚。为了高效进行，我们全部严格根据计划实施。当然，期间交流是不可缺乏，这么碰到问题时经过沟通，交换想法，使得设计相对很顺利。期间争吵不仅没有破坏进度，相反是，开阔了思绪，降低了时间浪费，也增加了感情。
经过几周工作，我们根据设计要求完成了任务。不过，人就存在着很多不足之处。首先，此次设计只是局限于理论研究，并没有实际动手制作，设计中很多细节和注意点没有考虑全方面。再者，因为缺乏实际经验，在器件选型上也没有考虑实际问题，仅是大致参考理论分析。其次，设计中全部是根据各个部分设计，每一个部分细小之处和各部分间重关键点会有疏漏。最终，软件设计没有真正实现仿真调试，因为缺乏成品，难免存在不足之处。因为时间问题和本身专业知识和实践经验不足，此次自动门控制系统设计虽基础完成设计要求，但必需认可存在很多漏洞，有待深入改善和完善。

致谢
在此次设计中，得到了大家帮助，在此表示感谢。
感谢陈一飞老师本学期讲解PLC相关知识，让我们了解了一个新控制技术并产生了浓厚爱好，也感谢其提供相关帮助。
感谢班上其它同学在我们碰到问题时给无私帮助，给我们提供了很多有价值见解。
最终，感谢在设计中组员间亲密合作。

参考文件
[1] 《现代电气控制及PLC应用技术（第2版）》，王永华编著，北京航空航天大学出版社，.2
[2]《自动门工程——设计·加工·安装》，李鸿勋主编、陈一飞副主编，中国水利水电出版社，
[3]《SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册》，seimens企业编，.8
[4]《 s7-200CN可编程控制器用户手册》，第六届s7-200CN系列应用竞赛
[5] 《变频器调速技术和应用》，李良仁主编，电子工业出版社，
[6] 《三菱FR-500系列变频器基础》，三菱电机自动化编，
[7]《三菱变频调速器FR-E500使用手册》，三菱电机自动化编
[8]《基于PLC 全自动门系统控制设计》林若波， 廖兴展， 陈旭文，顺德职业技术学院学报，.10

附录