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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除2. 自动门控制系统总体方案设计2.1 自动门的功能需求分析本设计面向商场入口的应用,需要有安全和可靠性,在设计的时候改进了自动门的友好性,结构如图2.1所示:图2.1 自动门结构图根据商场中对自动门的具体要求,本课题所设计的自动门应具有以下功能:1开门和关门控制应具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。手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时,门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时,手动开门失效,由感应器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且门未关闭,PLC动作输出信号给变频
2、器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。2蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时,PLC输出信号给蜂鸣器,蜂鸣器响以提醒来往行人注意。3防夹人功能为了杜绝自动门的夹人事件,在门两侧安装防夹人红外感应器,以防止停留在门附近的人被门所夹住。自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式,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 系统设计的基本步骤在自动门系统设计与调试过程中最主要的是先列出设计的主要步骤流程图,如图2.2所示。在自动门控制系统的设计过程中主要要考
3、虑以下几点:1.深入了解和分析自动门的工艺条件和控制要求。2.确定I/O设备。根据自动门控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、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.分配I/O点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。5.设计自动门系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个自动门系统设计的核心工作。6.将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善。7.自动门系统的整体调试,在PLC软硬件设计和现场施工完成后,就可
4、以进行整个系统的联机调试,调试种发现的问题要逐一排除,直至调试成功。2.3 自动门技术参数的确定自动平移门安装和调试的关键是提高精度,即导轨的平直度和水平度,门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度,最大限度地减少门体的静态侧摆。在自动门投入使用后,尤其是初期,应经常调节门体,修正运行产生的误差。要严格限制门体重量,不能超过自动门的额定负重。通常在三个月最多一年内要对自动门进行全面的清理和调整。公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁,而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。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,在这种情况下,
5、要使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。具体参数如表2.1所示。表2.1 自动门具体参数单扇开启宽度(mm)1250mm(最宽)单扇门的最大承重(kg)1x120kg高度(mm)2500mm最快开/关门速度(cm/s)60cm/s常速开/关门速度(cm/s)32.5cm/s减速开/关门速度(cm/s)20cm/s开启保持时间(s)15s(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120W2.4 自动门的机械传动机构设计在本课题设计的自动门针对人流较多的商场,应对周围环境进行
6、综合考虑,所以在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板,轨道,门机,皮带,吊挂件等。2所有的组件都为插入式元件,使得安装很简便。3电机:驱动电机采用380V三相交流电机,功率大,可调性强。4导轨:水平双导轨结构,形成正悬挂,解决了侧摆的问题,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,实现了维护方面的特点。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, 齿形皮带的齿形截面为曲线设计,增加了齿形的高度,提高了皮带与传动齿轮的吻合度,从而提高了机械效率。皮带底部采用尼龙加
7、强,减少了齿距变形,提高了使用寿命。7传动结构如图2.3所示。其中马达皮带轮直径为5cm,皮带滑轮内径为13.5cm,外径为28.5cm。图2.3 机械传动3. 自动门硬件系统的设计3.1 控制系统结构设计本设计运用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。采用变频器电路,结构简单,控制方便、可靠性高,交流电机具有效率高、维护成本低的特点。 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,而且能实现低速恒转矩、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大
8、量运用提供了条件。控制系统结构图如图3.1所示:变频器门内外感应器采集信号P L C交流电机手动控制开关开/关门指示灯蜂鸣器安全感应器图3.1 控制系统结构图3.2 可编程控制器(PLC)的选型3.2.1 PLC概述可编程控制器,英文称Programmable Controller,简称PLC,本课题中用PLC作为它的简称。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。它通过运行存储在其内存中的程序,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,但并不等同于普通计算机。普通计算机进行
9、入出信息变换时,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。特别要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装,便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现,可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。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,因而具有以下基本的功能:逻辑处理功能;数据运算功能;准确定时功能;高速计数功能;中断处理(可以实现各种内外中断)功能;程序与数据存储功能;联网通信功能;自
10、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几乎也都可以做到。像PLC这样。集丰富功能于一身,是别的电控器所没有的,更是传统的继电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、信息化及智能化创造了条件。3.2.2可编程控制器(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的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外
11、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,再增加10%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12点,输出12点。2存储器容量的估算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使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。
12、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替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的1015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),另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图,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特性的选择。根据本课题所设计的自动门控制的需要,主要介绍以下几种功能的选择。(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
13、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的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。(2)编程功能离线编程方式:PLC和编程器公用一个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。在线编程方式: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
14、方便,在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言: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句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC6113123),同时,还应支持多种语言编程形式,如C,Basic等,以满足特殊控制场合的控制要求。(3)诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。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,通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换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
15、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型两类,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/O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/O卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。(2)经济性的考虑选择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,最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量相应增加,因此,点数的增加对CPU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择整体型PLC。综合以上因素,本课题的设计采用日本三菱公司生产的FX2N-32M小型PLC来实现整个自动系统的控制。三菱FX2N-32M具有如下优点:最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面