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1、沈阳工程学院课程设计 沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 基于PLC及三菱FR-A540变频器控制的三速自动平移门控制系统设计 系 别 自控系 班级 102 学生姓名 学号 16 指导教师 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训F202，图书馆 任 务 下 达 时 间： 2012年 12 月 17 日起止日期： 2012年12月17日起至 2012年 12月21日止教研室主任 年 月 日批准1.设计的原始资料及依据本系统以自动平移门为被控对象，采用PLC控制变频器，实现平移门三速自动运行。平移门两扇活动门宽度1200mm，高度2000mm，不锈钢门框。该控制系统采用S7-224PLC进行逻
2、辑控制，三菱FR-A540变频器进行调速控制，主拖动电动机为1台Y90S-4三相异步电动机，额定电压为交流380V，频率50HZ，功率1.1kW,经减速机减速后，对平移门进行驱动。设有开门/关门按钮，设有有人检测传感器，防夹传感器等。三速自动平移门适合人流较大情况，平移门按如下方式工作：（1）无人时，门关闭。（2）有人时，门超低速开启，低速启动，高速打开，接近全开时，转超低速打开至全开，有防夹人措施。（3）无人后，门反向超低速开启，低速启动，高速关闭，门将要闭合时，转超低速关门至门闭合。（4）关门过程中，如有人通过，立即执行开门程序。2.设计主要内容及要求（1）内容二速自动平移门PLC控制系统
3、设计，包括以下内容： 系统设计方案。 硬件系统设计。 控制系统软件设计。 主要控制设备选型。（2）要求控制系统要满足下列要求： 平移门两侧设有有人检测传感器，无人时，门关闭。任一侧有人时，平移门超低速开启，低速启动转高速开门，当门接近最大开距时，转超低速开启至最大开距。 门上方设有有人检测传感器，防止有人时关门夹人。 当无人时，门按照超低速开启，低速启动，高速关门，超低速靠近的方式工作，至门关闭。关门过程中，如有人通过，立即停止关门，平移门转入超低速开启，低速启动，高速打开。 平移设有手动开门/关门按钮。3.对设计说明书、论文撰写内容、字数的要求； （1）设计题目、目录、原始数据及技术要求等。
4、（2）设计目的、设备器材、设计原理及内容，包括硬件和软件的设计步骤说明及相关图形。字数不少于3000字（3）系统原理总图及控制系统流程图。（4）控制系统程序。（5）设计总结。（6）参考文献。4.课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；（1）课程设计说明书；（2）硬件设计原理图；（3）软件流程图。（4）控制系统程序。5.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注112.17明确设计任务，搜集相关资料212.18硬件电路设计及元件选择312.19软件设计412.20撰写课程设计说明书512.21撰写课程设计说明书及打印说明书6.主要参考资料（文献）。（1）现代电气控制及PLC
5、应用技术（第2版）王永华，北京航空航天大学出版社（2）工厂电气控制技术（第2版）方承远，机械工业出版社（3）三菱变频调速器 FR-A540使用手册三菱电机株式会社 目录1 、本课题研究的内容- 2 -1.1 课题设计意义- 3 -2 总体设计的方案- 3 -2.1 自动门的功能分析- 3 -2.2 系统设计的基本步骤- 4 -2.3 自动门技术参数的确定- 4 -3 自动门硬件系统的设计- 5 -3.1 传感器的选用- 6 -3.2 变频器的选用- 7 -3.2.1 变频调速技术- 7 -3.2.2 变频调速工作原理- 8 -3.2.3 变频器的选型- 8 -3.3.3控制系统的电气接线- 1
6、1 -4 软件系统设计- 12 -4.1 自动门系统I/O分配表- 12 -4.2程序流程图- 13 -4.3 自动门程序设计- 14 -在编写梯形图的过程中遵循以下编程规则：- 14 -5课程设计总结- 16 -6参考文献- 17 -1 、本课题研究的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和分时间段控制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
7、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西门子S7-200PLC。在自动门的开关门速度控制上本设计以FR-A540变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制来实现自动门的转速控制，为了解决变频器在频率很低的时候会出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性较好的自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，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求在硬件系统的设计过程中主要考虑了自动门的经济实用、稳定的需要。3.自动门软件
8、的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出自动门控制的要求，并能更好的考虑到安全性和故障报警等问题。1.1 课题设计意义 自动门在国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。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。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存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，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，控制各种类型的机械或
9、生产过程。PLC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。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。本课题的自动门设计运用PLC做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的革新，提高了自动门的使用率，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。 2 总体设计的方案2.1 自动门的功
10、能分析本设计面向商场，银行，宾馆等入口的应用，需要有安全和可靠性，如图1.1所示：传感器图1-1自动门结构图本课题所设计的自动门具有以下功能： 平移门两侧设有有人检测传感器，无人时，门关闭。任一侧有人时，平移门超低速开启，低速启动转高速开门，当门接近最大开距时，转超低速开启至最大开距。 门上方设有有人检测传感器，防止有人时关门夹人。 当无人时，门按照超低速开启，低速启动，高速关门，超低速靠近的方式工作，至门关闭。关门过程中，如有人通过，立即停止关门，平移门转入超低速开启，低速启动，高速打开。 平移设有手动开门/关门按钮。2.2 系统设计的基本步骤在自动门控制系统的设计过程中主要应考虑以下几点：
11、1.了解和分析自动门的控制要求。2.根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。4. 列出I/O分配表，5. 画出PLC的原理图及接线图。6. 设计自动门系统的梯形图程序，先画出流程图，再根据要求编写出程序，这是整个设计的重点部分。7.系统的调试。2.3 自动门技术参数的确定公共场所的自动平移门因为使用非常频繁，不同场合使用的情况也不一样，例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，所以在这种情况下，要使
12、用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。本次设计的自动门具体参数如表2.1所示。表1-1 自动门具体参数单扇开启宽度（mm）1000mm（最宽）单扇门的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2000mm快速运行中的速度（cm/s）58cm/s慢速速开/关门速度（cm/s）20cm/s开启保持时间（s）10s（程序中可调）可编程控制器（PLC）电源220V AC,50-60Hz驱动器电源380V AC,50Hz驱动器输出额定功率1.1KW超低速10cm/s 3 自动门硬件系统的设计本设计运用S7-200PLC控制FR-A540变频器变频器来调节1台Y9
13、0S-4三相异步交流电动机运转最终实现自动门运转。门内外感应器采集信号速度采集信号手动控制开关安全感应器P L C变频器蜂鸣器交流电机开/门 指示灯图31 控制系统结构图3.1 传感器的选用目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，光电传感器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中。结合本课题的实际需要在设计的自动门的人员检测上运用的是微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境因素影响。在防夹人感应器的选择上本设计选用光电传感器，可避免外界光线干扰。在门关闭
14、时,当有人或车经过安全光线时,门体会自动停止关闭,并自动开门以起到安全作用。自动门的速度信号采集上运用了非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离为20mm，检测距离调节方便，安装简单。1 接近开关:接近开关又称无触点行程开关，它不仅能代替有触点形成开关来完成行程控制和限位保护，还可以用于高频计数、测速、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接。接近开关按工作原理来分：高频振荡型，感应电桥型，永久磁铁型等。在这里我们选择高频振荡型来代替电路图中的限位开关。高频振荡型接近开关，它的电路是由LC振荡电路，放大电路和输出电路三部分组成。其基本工作原理是：当被测物（金属）接近到一定距离时，不须接
