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毕业论文
题目：自动门PLC控制设计
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摘要
基于可编程控制器具有很好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，PLC控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点，自动门的生产商家很多都运用PLC来做门的控制器，PLC控制已成为自动控制中最常见的方式之一。本文是关于PLC控制自动门系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC）、感应器件、驱动装置、传动装置和自动门组成。本课题所设计的自动门应由以下功能，首先自动门应具有手动和自动方式，当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门，其次当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。主要工作原理是感应器件将检测到的人体或物体信号传送到PLC，PLC再综合收到的自动门状态信号作出判断，而后发出控制信号，使驱动装置运行，再通过传动装置带动门的动作。
关键词：自动门；PLC；感应器件；驱动装置
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Abstract
Based on programmable controller has very good deal with automatic switch control and good stability, PLC control has high reliability and stability, convenient maintenance, automatic door production businessman using PLC to do many of the door of the controller, PLC control has become automatic control is the most common means. This paper is about the design of the automatic door PLC control system, automatic door system mainly by the programmable controller (PLC), sensing device, drive device, transmission device and automatic door composition. This subject is the design of automatic door should by the following functions, first automatic door should have both manual and automatic way, when signal acquisition device testing to someone close to the door and the door is not open or close to the door has no one to test and the door is not closed, PLC action output signal control points motivation is open or closed or open the door to FanZhuanLai, second when the automatic door appear clamping phenomenon, but closed emergency stop switch, automatic door open automatically entered into the process. The main work principle is to detect the induction device object in the human body or signals to PLC, PLC and comprehensive received automatic door state judge signals, then send control signal, the driving device operation, again through the transmission device drive door of actions.
Key words：Automatic door; PLC; Sensing device; drive
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目 录
1 绪论 .................................................................................................. 7
1.1 国内外自动门的发展现状 .................................................................. 7 1.2 自动门技术发展方向 ......................................................................... 8 1.3 本课题的研究内容 ............................................................................. 9
2 自动门控制系统总体设计方案 .......................................................... 10
2.1 自动门的功能需求分析 .................................................................... 10 2.2 自动门的控制要求 ........................................................................... 10 2.3 自动门控制系统具体构成 ................................................................ 11 2.4 自动门的机械传动机构设计 ............................................................. 11 2.5 自动门的主要技术指标 .................................................................... 12
3 自动门控制系统的硬件设计 ............................................................. 13
3.1 可编程控制器 ................................................................................. 13
3.1.1 PLC概述 ................................................................................................ 13 3.1.2 控制系统选择 ........................................................................................... 14 3.1.3 PLC的选型 ............................................................................................... 16
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3.2 光电开关 ........................................................................................ 19
3.2.1 光电开关工作原理及特点 .......................................................................... 19 3.2.2 使用及注意事项 ........................................................................................ 20
3.3 限位开关 ........................................................................................ 21 3.4 驱动装置的选择 .............................................................................. 22 3.5 直流电动机的选型 ........................................................................... 22
3.5.1 直流电动机的调速 .................................................................................... 22 3.5.2 直流电机的优势 ........................................................................................ 24
3.6 传动装置 ........................................................................................ 25 3.7 自动门控制系统I/0地址分配表 ....................................................... 25 3.8 自动们控制系统的原理图 ................................................................ 26
3.8.1 主电路原理图 ........................................................................................... 26 3.8.2 PLC外围接线图 ........................................................................................ 26
4 自动门控制系统的软件设计 ............................................................. 27
4.1 工作过程分析 ................................................................................. 27 4.2 梯形图程序 ..................................................................................... 28
4.2.1 梯形图的设计 ........................................................................................... 28
5 安装与调试 ..................................................................................... 30
5.1 PLC硬件线路外围连接 .................................................................... 30 5.2 联机调试 ........................................................................................ 30
总 结 .................................................................................................. 31 参考文献............................................................................................. 32 附 录1 自动门控制流程图 ................................................................ 34
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附 录2 自动门控制电气原理图 ......................................................... 35 附 录3 自动门控制梯形图 ................................................................ 36 致 谢 ................................................................................................ 37
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1 绪论
1.1 国内外自动门的发展现状
90年代以来，我国的自动化技术发展很快，技术已经很成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门设计的重要部分。在人们日常生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防尘、防风，同时可以使出入口显得很庄重高档，因此应用非常广泛，适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等场所。
由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动传动系统提出不同的要求，所以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的影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和频繁使用自动门。
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、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只使用余高档酒店宾馆，自动平移门使用的最广泛，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，当人走进门时，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。当人通过之后，再将门关上。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。
自动门的控制方法有很多，从控制器的不同来说，有继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运行现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统存在许多缺陷
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而逐步被智能控制器的自动门所淘汰。
在智能控制器的选折上，自动门的主控制器有微电脑控制器控制和可编程控制器（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控制的特点是稳定型高、维护方便，目前许多大型商场的自动门都是有这种方式来控制的。
1.2 自动门技术发展方向
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。
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1.3 本课题的研究内容
本设计将在以下几个方面对自动门的控制系统进行研究和论证。 1、自动门类型的选择
综合了自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动开门功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置来满足商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。
2、 自动门硬件系统的设计
本课题设计的自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的德国西门子公司生产的SL-200CPU224小型PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制实现自动门的转速控制，为了解决在频率很低时出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的直流电动机，在感应器方面运用了自动门专用的光电开关具有检测精度高、寿命长、稳定性好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对自动门的控制。由于本课题的具体需要，在硬件系统的设计过程中主要考虑自动门的经济实用、稳定的需要。
3、 自动门的软件设计
在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图能直观明了的设计出自动门的控制要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用西门子自带的编程软件，此软件具有强大的诊断功能，能更快的查处故障原因，从而大大缩短了维修时间。
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2 自动门控制系统总体设计方案
2.1 自动门的功能需求分析
本设计面向宾馆入口的应用，需要有安全性和可靠性。根据宾馆中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应由以下功能：
1、
开门和关门控制应有手动和自动方式
为了便于维护，自动门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。
2、紧急停止
当自动门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动门自动进入开门过程。 自动门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。
2.2 自动门的控制要求
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。
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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。
2.3 自动门控制系统具体构成
自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动电动控制方式，此种控制方式为目前大多自动门的控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。
自动门的系统组成原理框图如下图1所示：
PLC 驱动装置 传动装置 感应器件 自动门
图1 自动门系统原理框图
由上图1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，经驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。
2.4 自动门的机械传动机构设计
本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面：
1、自动门的传动主要包括安装版，轨道，门机，皮带，吊挂件等； 2、所有的组件都为插入式元件，使得安装很简单；
3、电机：驱动电机采用64V直流电动机，功率大，可调性强；
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4、导轨：水平双导轨结构，形式正悬挂，解决了侧摆得问题，从而确保了门扇的稳定性，并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方便的特点；
5、滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果； 6、皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了使用寿命。
2.5 自动门的主要技术指标
自动门的主要技术指标有以下几部分如表2-1。
表2-1 自动门的主要技术指标
指标名称 门重量 导轨长度 开门速度 闭门速度 开门时间
可编程控制器电源 电源电压 驱动器输出功率 安全功能 使用环境
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指标 30kg×1扇 2.2m 200~450mm/秒 200~450mm/秒 8秒
AC220V 50~60Hz AC380V 50Hz 150W
开闭时遇到障碍物能立即开启 -20℃～+50℃
3 自动门控制系统的硬件设计
3.1 可编程控制器
3.1.1 PLC概述
PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：
1、逻辑处理功能； 2、数据运算功能； 3、准确定时功能；
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4、高速计数功能；
5、中断处理(可以实现各种内外中断)功能； 6、程序与数据存储功能； 7、联网通信功能； 8、自检测、自诊断功能。
可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。
现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程人员的欢迎。其主要特点有:
1、抗干扰能力强，可靠性能高； 2、控制系统结构简单，通用性强； 3、编程方便，易于使用； 4、功能强大，成本低； 5、设计、施工、调试的周期短； 6、维护方便。
3.1.2 控制系统选择
1、与继电器控制系统的区别
继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。
(1) 控制逻辑
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继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想在改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对触点，因此灵活性和扩展性很差，而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式储存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，因此灵活性和扩展性很好。
（2）工作方式
电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态，它属于并行方式；而PLC得控制逻辑中，各内部期间都处于周期性扫描过程中，各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的，它属于串行方式。
PLC有微型计算机的许多特点，但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的，这种工作方式是在系统的控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。
PLC是一种工业控制计算机，所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入输出的响应是有滞后的。
（3）控制速度
继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题；而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控
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制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。
2、与单片机控制系统的区别 （1）本质区别
单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板级或模块级的系统。其实PLC本身就是一个单片机系统，他是已经开发好的单片机产品。开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在产品的单片机控制系统上进行二次开发。
（2）使用场合
单片机控制系统适合于家电产品、智能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用；而PLC控制系统适合在单片机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过程中使用。
（3）使用过程
设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印刷电路板，购置各种所需要的电子元件，焊接电路板，进行硬件调试，进行抗干扰等大量工作需要专门的开发装置和低级编辑语言控制程序，进行系统联调；而PLC不必操心内部的计算机系统是否可靠和他们的抗干扰能力，软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时，因为有好的工程工具帮助，所以非常容易。
通过与继电器控制系统、单片机控制系统的比较，本课题采用专为工业控制应用抗干扰能力强，可靠性能高，控制系统结构简单，通用性强，编程方便，易于使用，功能强大，成本低，设计、施工、调试的周期短，维护方便的PLC控制系统。
3.1.3 PLC的选型
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流
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程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需要的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入输出点数、所需存储器的容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
1、输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加10%到20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入6点，输出3点。
2、存储器容量的选择
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目实用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器的容量。设计阶段，由于用户程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，须在程序调试之后才知道。为了设计选型时，能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替，存储器内存容量的估算没有固定的形式，许多文献资料中给出了不同的公式，大体上都是按数字量I/O点数的10到15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储索要储存的程序，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。
3、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等性能的选择。根据本课题所设计的自动门控制系统的要求，主要介绍一下几种功能的选择。
（1）控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需要的控制功能，提高PLC的处理速度和
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节省存储器容量。
（2）编程功能
离线编程方式：PLC和编程器共用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。
五种标准化变成语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语言表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言变成方式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
（3）诊断功能
PLC的诊断功能爆孔硬件和软键的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软键对PLC的CPU玉外部输入输出等部件信息叫唤功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
4、机型的选择 （1）PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块两类型型，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/0点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/0卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置系统控制的I/0点数，
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功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（2）经济的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出比较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。点当数增加到一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对PLC选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选用整体型PLC。
5、对PLC响应时间的要求
对于多数场合，PLC的响应时间基本上能满足控制要求。响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC的工作方式决定了他不能接受频率过高或持续时间小于扫描周期的输入信号，当有此类信号输入时需要选用扫描速度高的PLC或快速响应模块和中断输入模块。
综合以上因素，本课题的设计采用德国西门子公司生产的CPU224小型PLC来实现整个系统的控制。
3.2 光电开关
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。
3.2.1 光电开关工作原理及特点
反射式光电开关的工作原理由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并
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在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。
光电开关一般都具有良好的回差特性，因而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。
MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。与以往的光电开关相比具有自己显著的特点：
1、具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；
2、对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便； 3、对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。并可随时接受计算机或PLC的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；
4、响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；
5、采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性； 6、体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。
3.2.2 使用及注意事项
光电开关可用于各种应用场合，另外，在使用光电开关时，还应注意环境条件，以使光电开关能够正常可靠的工作。
1、避免强光源
光电开关在环境照度较高时，一般都能稳定工作。但应回避将传感器光轴正对太阳光、白炽灯等强光源。
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在不能改变传感器（受光器）光轴与强光源的角度时，可在传感器上方四周加装遮光板或套上遮光长筒。
2、防止相互干扰
MGK系列新型光电开关通常都具有自动防止相互干扰的功能，因而不必担心相互干扰。然而，HGK系列对射式红外光电开关在几组并列靠近安装时，则应防止邻组和相互干扰。防止这种干扰最有效的办法是投光器和受光器交叉设置，超过2组时还拉开组距。当然，使用不同频率的机种也是一种好办法。
HGK系列反射式光电开关防止相互干扰的有效办法是拉开间隔。而且检测距离越远，间隔也应越大，具体间隔应根据调试情况来确定。当然，也可使用不同工作频率的机种。
3、镜面角度影响
当被测物体有光泽或遇到光滑金属面时，一般反射率都很高，有近似镜面的作用，这时应将投光器与检测物体安装成10～20°的夹角，以使其光轴不垂直于被检测物体，从而防止误动作。
4、自诊断使用功能
在安装或使用时，有时可能会由于台面或背景影响以及使用振动等原因而造成光轴的微小偏移、透镜沾污、积尘、外部噪声、环境温度超出范围等问题。这些问题有可能会使光电开关偏离稳定工作区，这时可以利用光电开关的自诊断功能而使其通过STABLITY绿色稳定指示灯发出通知，以提醒使用者及时对其进行调整。
3.3 限位开关
限位开关又称行程开关，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、行程大小或位置的一种自动控制器件。
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限位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运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。
3.4 驱动装置的选择
自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转数4000转，额定扭矩0.036N.m，功率15W～100W。额定电压24V DC。
3.5 直流电动机的选型
3.5.1 直流电动机的调速
并励或他励直流电动机与交流异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维修也不方便，但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的，更不能无级调速，因此，对调速要求高的设备，均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速，机械传动机构比较简单。
由直流电动机的转速公式3-1所示：
nU-IaRa 3-1
KE可知，Ra、Φ和U中的任意一个值，都可使转速改变，改变电枢电路中外电阻的方法也可进行调速。但其缺点是耗电多，电机机械特性软，调速范围小，且只能进行有级调速，故
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这种方法目前已较少采用。现常用的对直流电动机调速的方法有调磁法和调压法。
1、调磁法
即改变磁通量Φ。当保持电源电压U为额定值时，调节Rf，改变励磁电流If以改变磁通量，如图13所示。由于n=U/KEΦ-Ra/KTKEΦ·T可知磁通Φ减少时，n0升高，转速降△n增大，但后者与Φ2成反比，所以磁通愈小，机械特性曲线愈陡，但仍具有一定硬度，如图14所示。在一定负载下，Φ愈小，则n愈高。由于电动机在额状态运行时，它的磁路已接近饱和，所以通常都是减小磁通（Φ＜Φn），将转速往上调（n＞nn）。
调速的过程是：当电压U保持恒定时，减小磁通Φ。由于机械惯性，转速产立即发生变化，于是反电动势E=KE·Φ·n就减小，Ia随之增加。由于Ia增加的影响超过Φ减小的影响，所以转矩T=KTΦIa也就增加。如果阻转矩Tc未变，则T＞Tc转速n上升。随着n的升高，反电动势E增大，Ia和T也着减小，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来升高了。
必须指出，若电动机在额定状态下运行，则电枢电流Ia为额定值，如果调速时负载转矩仍旧保持不变（为额定值），由于T=KTΦIa，故减小磁通量Φ后Ia必然超过额定值，因此调速后负载转矩必须减小。这种调速方法适用于转矩与转速成反比而输出功率基本不变（恒功率调速）的场合。
这种调速方法有3个优点： （1）调速平滑，可无级调速； （2）调速经济，控制方便； （3）机械特性较硬，稳定性较好。
这种调速方法的局限是转速只能升高，即调速后的转速要超过额定转速。因为电机不允许超速太多，因此限制了它的调速范围。在实际工作中，这种方法常作为电压调速的一种补充手段。
2、调压法
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即改变电压U。当保持他励电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U，则由n=U/KT·Φ-Ra/KE·KT·Φ2·T可见，n0变低了，但△n未改变。因此改变U可得出一组平行的机械特性曲线。在一定负载下，U愈低，则n愈低。由于改变电枢电压只能向小于电动机额定电压的方向改变，所以转速将下调(nn)。
调速的过程是：当磁通Φ保持不变时，减小电压U由于转速不立即发生变化，反电动势E便暂不变化，于是电流Ia减小，转矩T也减小。如果阻转矩Tc未变，则T＜Tc，转速n下降。随着n的降低，反电动势E减小，Ia和T增大，直到T=Tc时为止。但这时转速已比原来降低了。
由于调速时磁通不变，如在一定的额定电流下调速，则电动机的输出转矩便是一定的（恒转矩调速）。
这种调速方法有下列优点：
（1）机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好； （2）调速幅度大；
（3）可均匀调节电枢电压；得到平滑的无级调速。
这种调速方法的缺点是调压需用专门的设备，投资较高。近年来由于采用了可控硅整流电源对电动机进行调压和调速，使这种方法得到了广泛应用。印刷设备中直流电动机的调速多采用这种方法。
3.5.2 直流电机的优势
直流电动机在调方面很简单，相对于异步电动机来说又有以下的优势：
1、由于采用高性能永磁材料，无刷直流电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性、更快的响应速度、更高的转矩惯量比；
2、由于没用转子损耗（转子使用永磁材料），也无需定子励磁电流分量（应用新理论），所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量输出，交流异步电机需要更大
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功率的整流器和逆变器；
3、由于没有转子发热，无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题；
4、交流异步电机由于其非线性本质，实现控制极为复杂。无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。
综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度（铁芯利用率高）、更高的效率和更好的控制性能，如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内，使用者的综合成本下降很大。所以在本课题设计中选用了无刷直流电动机。
3.6 传动装置
本控制系统所用到的传动装置具体包括如下：
1、自动门扇行进轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行；
2、自动门扇吊具走论系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行； 3、同步皮带：用于传输电机所产动力，牵引自动门吊具走论系统。
3.7 自动门控制系统I/0地址分配表
I/0分配表是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。I/O分配表如下表3.1所示。
表3.1 I/O分配表
输入点
器
说明
件号 X0
屋外光电开关控制的继电器KA1
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输出点
器
说明
件号
Y0
开门接触器KM1
X1 屋内光电开关控制的继电器KA2 Y1
关门接触器KM2
X2 X3 X4 X5
开门到位行程开关SQ1 关门到位行程开关SQ2 开门减速行程开关SQ3 关门减速行程开关SQ4
Y2
换速继电器KA3
3.8 自动们控制系统的原理图
3.8.1 主电路原理图
原理图如附录2所示
3.8.2 PLC外围接线图
PLC外围接线图入下图3所示
图3 PLC外围接线图
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如上图3所示KA1 KA2是感应器控制的两个继电器，有感应器感应到有人时会自动闭合，SQ1、SQ2是开关门到位行程开关 ，检测开关门是否到位检，SQ3、S 2 Q4是开关门时减速行程开关。
4 自动门控制系统的软件设计
4.1 工作过程分析
根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按照下图所示的流程运行，已达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计，工作流程如下：
1、首先按下启动按钮，当传感器检测到能有人体信号时，电动机正传，带动自动门执行开门过程；
2、当门完全打开之后，使开门限位开关打开，此时自动门停止，进行8秒延时。 若此时感应器重新检测到有人体信号时，则在重新进行8秒延时；
3、当8秒的延时完毕后，电动机反转执行关门过程，在关门过程中，传感器重新检测到人体信号时，此时中断关门转向开门过程；
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4、考虑到自动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。
以上工作过程可用流程图表达如附录1所示。
4.2 梯形图程序
4.2.1 梯形图的设计
设计梯形图的基本方法和步骤：
1、首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程；
2、将所有的输入信号（按键，行程限位开关，压力开关，压力、速度、时间等传感器）和输出控制对象（接触器、电磁阀、电动机、指示灯等）分别列出，按被采用的PLC型号内部逻辑元件编号范围，对I/O端子做出相应的分配和安排；
3、根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC内部有关的逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路；
4、以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则；
5、编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。
本系统的程序软件采用西门子公司设计开发的STEP-Micro/WIN,选择他的梯形图语言进行程序设计。在设计过程中应遵循以下编程规则：
1、每个继电器的线圈和他的触点均用同一个编号，每个元件的触点使用时没有数量限制； 2、梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有触点）； 3、线圈不能直接接在左边的母线上；
4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，他很容易引起误操
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作，应避免；
5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有电流流动，这个电流只能在梯形图中单向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下流动；
6、无论选用何种PLC机型，所使用的软件编号（即地址）必须在该机型的有效范围以内。 根据以上规则和PLC的编程方法和思路编写了本课题设计的自动门控制系统的梯形图程序，具体程序如下：
自动门控制梯形图如图4所示
图4 自动门控制梯形图
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5 安装与调试
5.1 PLC硬件线路外围连接
图5 PLC硬件线路外围接线图
采用实验室可编程控制器试验台，主机s7-200cpu224 cn ac/dc/rly,其供电电压均为直流24v。调试过程的电路图如5所示；
在模拟调试过程中，因于实验条件有限，所以微波探测信号与限位开关动作均由按钮代替（即BG1、BG2、BG3、BG4），SF0、SF11均接按钮。QA1、QA2用中间继电器代替，其线圈电压为24V。
5.2 联机调试
1、按图5-1连接线路，接电源；
2、将在“STEP7-Micro/WIN V4.0SP5”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI电缆”下载到“CPU224”中；
3、运行过程实验，按启动按钮”SF0” （1）手动开/关
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现象一：当按手动开关按钮SF10时，电动机M正转； 现象二：当按手动开关按钮SF11时，电动机M反转； （2）自动开/关门
现象一：当按下按钮BG1或BG2时，电动机M正转；若按下按钮BG4，则电动机M停止转动；
现象二：当电动机M停止转动时，计时器计时8秒进行延时。若此时再次按下按钮BG1或BG2，则计时器重新计时8秒；
现象三：当8秒延时完毕后，电动机M进行反转；在反转过程中若按下按钮BG1或BG2，则电动机M进行反转；
现象四：当按下紧急按钮SF5时，电动机M进行正转。
总 结
本文研究了基于plc的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了联机调试。
虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、plc输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。
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附 录1 自动门控制流程图
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附 录2 自动门控制电气原理图
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附 录3 自动门控制梯形图
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致 谢
感谢指导我做本次毕业论文的王莹老师，因为整个论文是在王莹老师的悉心指导下完成的。王莹老师对论文初稿进行批阅，并针对性的提出了重要的意见和建议，对我有了很大的启发和帮助，使我有了新的方向，论文完成的也比较顺利。在此，谨向王莹老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
感谢郑州华信学院特别是机电工程学院的领导和老师三年来对我的辛苦栽培，感谢在大学期间传授我知识的所有老师，你们知识渊博，热爱工作，那种忘我的工作精神永远值得我去学习，是你们的教导让我学到了这些知识，这也是论文得以完成的基础，在此我致以深切的谢意！毕业后，我将再接再厉，秉承郑州华信学院“笃诚勤奋，自强不息”的精神，在今后的工作学习中不断努力进取，为母校争光！
通过毕业设计让我更加牢固的掌握了基础知识，同时也巩固了我的专业知识，把我零散的知识也整体系统化了，同时还学到许多新的知识，让我知道我以后的工作目标，为我以后工作建立了基础。
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