《毕业设计自动门气动系统设计及运动仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计自动门气动系统设计及运动仿真（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河南科技学院2012届本科毕业论文（设计） 论文题目：自动门气动系统设计及运动仿真 学生姓名: 所在院系： 所学专业：导师姓名：完成时间：摘 要自动门是自动化进程中的一个典型代表，此设计就是运用所学的知识，结合实际需要而进行研究的。本文主要对自动门的气动开闭系统进行了设计，并对其运动进行了仿真。通过对自动门功能、结构进行分析，确定了自动门气动控制系统原理图、编制了PLC控制程序，实现了自动门的工作过程。在此基础上利用Pro/E软件进行自动门结构三维建模、虚拟装配和工作过程的运动仿真。关键词： 自动门，气动系统，PLC自动控制，Pro/E建模仿真Automatic door Pneumatic
2、system Design and motion SimulationAbstractThe automatic door is the automation in the process of a typical representative, this design is the use of learned knowledge, combined with the actual needs and make a study of. This paper focuses on the automatic door opening and closing s pneumatic system
3、 was designed, and its motion simulation. Through analyzed the automatic doors function and structure to identified the automatic pneumatic control system diagram, and compiled the PLC control procedures, to achieve the automatic door working process. On this basis, using Pro / E software for automa
4、tic door structure of 3D modeling, virtual assembly and motion simulation of the working process. Keywords: Automatic door, Automatic Control of Pneumatic System, PLC, Pro / E Modeling and Simulation 目 录1 前言11.1 自动门的概述11.2 国内自动门的发展现状11.3自动门的发展趋势22 自动门自动开闭气动系统设计方案22.1 自动开闭气动系统的主要构成装置22.2 自动门自动开闭气动系统的
5、设计理念32.3 自动门自动开闭气动系统功能分析32.4 自动门的控制要求32.5气动系统的设计方案32.6自动门的结构设计方案43 气压传动53.1 气压传动的原理及组成53.2 气压传动的优缺点54 气动系统的选择64.1气泵的选择74.2 气缸的选择74.2.1 气缸主要尺寸的设计84.2.2 气缸的主要结构设计94.2.3 气缸的选择104.3 其它气动元件的选择125 可编程控制器（PLC）的选择125.1 PLC的产生与发展125.2 PLC的特点135.3 PLC的工作原理135.4 PLC的选型135.5 控制功能145.6 程序设计155.7 自动门的开闭方式分析165.8
6、PLC的硬件选择175.8.1 传感器的功能与选择175.8.2 PLC的硬件接线176 自动门的模拟186.1自动门主要部分的三维建模186.1.1 自动门主要部件图186.1.2 自动门主要部件的装配186.2自动门的运动仿真及结果分析207 设计总结22致谢24参考文献25 1 前言1.1 自动门的概述在现代社会生活中，人们的生活节奏越来越快，对效率的要求也越来越高，这体现在各个方面，而自动门控制系统正是基于这个社会背景产生的，自动门控制系统是一个应用非常广泛的设备，已广泛应用于酒店、银行、超市、停车场或公共建筑等地方。自动门就是能通过感应自动开闭的门：其将人或其他物体接近门的动作识别为
7、开门信号的控制单元，并通过驱动系统将门开启，在人或其他物体离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现自动控制的系统。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装置，这造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修、易出故障等缺点已逐渐被淘汰。目前自动门的控制装置大多采用可编程控制器（PLC），PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行顺序运算、逻辑运算、算术运算、计数和计时等操作的指令，控制各种类型的机械运动或自动化生产过程生产过程，PLC可靠性非常高，抗干扰能力特备强，功能也日趋完善，适用性很强，系统的设计、制造工作量较小，维护方便，调试简单，容易进行创
8、新改造，体积很小，重量轻，能耗低等，这也特点使PLC在现代社会得到更加广泛的应用 1 。基于可编程控制器（PLC）控制的自动门由于故障率低、可靠性高、维修调试方便等优点，因而得到广泛的应用。在此设计中，以PLC为控制系统的核心元件，作信号的处理工作。而感应部分，采用光电传感器，实现人或物体进出时的信号转换装置。另外在实现门的开与关的方面，不再采用以往采用电机正反转来控制门的开闭，而是采用气压传动来控制门的开闭。以实现该功能，因为气压元件在生活中非常容易购买，且价格适宜，同时也便于维护，非常适合广泛生产应用，并且可以就地取材空气。本课题所研究的自动门控制系统，主要通过PLC作为控制基础，加上对光
9、电传感器，以及气压传动的应用，从而实现了门的“自动”功能。1.2 国内自动门的发展现状(1)最近几年来， 自动门在国内有了快速的发展。据不完全统计，目前国内生产自动门的厂家已有几十家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。(2)专业化分工趋势显现，近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，这些厂家只生产其中的某个部件，这一趋势使生产的门槛降低，导致厂家进一步增多，竞争更加激烈，这在一定程度上推动了自动门的发展。 (3)竞争压力日益增加，竞争有来自国际和国内两个方面，尤其是进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，虽然目前国内厂家的产品基
10、本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。这使国内市场的竞争更加残酷。 (4)自动门产品的种类呈多样化趋势，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素加剧了市场竞争。竞争导致多厂家一味地降低价格，导致生产自动门的利润微薄。同时，由于价格普遍较低，使产品的持续改进和发展受到严重的限 1 。1.3自动门的发展趋势(1)智能化：自动门运用各种编程技术来实现其智能话，其中PLC编程技术最为简便与快捷，目前常用的PLC编程技术来实现门的自动化。(2)易维护：在设计的过程中采取多种措施，以尽量减少在使用过程中的维护工作。(3)
11、个性化：将会有越来越多的不同外观和功能的产品出现，这将满足用户的不同需要。(4)安全性能高：随着用户安全意识的不断提高，安全性将成为生产商和用户都非常注重的一项指标，这也将是一项基本要求 1 。2 自动门自动开闭气动系统设计方案2.1 自动开闭气动系统的主要构成装置自动门自动开闭气动系统主要由以下几部分组成：(1)气泵气源装置，为系统提供压缩空气；(2)气缸执行元件，将压缩空气的压力能转变为机械能；(3)单向二位四通电磁换向阀控制元件，控制压缩空气流的流动方向，以便使执气缸完成预定运动规律；(4)光电传感器感应元件，通过感应来传递信号给PLC；(5)可编程控制器（PLC）控制换向阀的换向，从而
12、控制气缸有规律的运动。2.2 自动门自动开闭气动系统的设计理念目前市场上的自动门几乎都通过PLC控制电动机的正反转来实现门的开启与闭合，这种控制系统的设计比较复杂， PLC的编程也较繁琐，当发生故障时不便检测和维修。因此，本设计中不再采用电动机控制，而是采用气压传动系统来控制自动门的开闭。此控制系统结构和原理简单，便于检测和维修。PLC编程也简单，便于调试。此系统的工作介质是空气，空气是取之不尽、用之不竭，所以此设计可节省能源，且气体的排放无污染。总之，自动门自动开闭气动系统的设计可以很好地满足社会的需求。2.3 自动门自动开闭气动系统功能分析(1)自动控制方式 当光电传感器检测到有人或其他物
13、体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时，PLC输出信号控制气缸活塞伸出或者保持活塞伸出状态，从而使门处在开启状态。当光电传感器未检测到信号时，活塞缩回，使门处在关闭状态。 (2)手动控制方式 当光电传感器发生故障，未检测到信号时可以按手动开启按钮来实现门的开启，人通过门后，按手动关闭按钮后门自动闭合。2.4 自动门的控制要求(1)当有人通过自动门时，光电传感器检测到信号并将信号传给PLC，通过PLC控制电磁换向阀换向，气缸的活塞伸出，从而推动门的开启。(2)自动门在开门位置停留10秒后，当光电传感器未检查到信号时，电磁换向阀复位，气缸缩回，从而自动进入关门过程。(3)在关门过
14、程中，当有人员通过自动门时，光电传感器检测到信号时，门立即停止关闭，并处在开启状态从而使人安全通过自动门。 (4)在门打开后的10秒等待时间内，若有人员通过自动门时，光电传感器检测到信号，须重新开始等待10秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。(5)若光电传感器出现故障无法感应信号实现电磁阀换向时，人可以按下手动按钮使电磁阀换向，从而控制门的开闭。2.5气动系统的设计方案根据自动门自动开闭系统的组成、功能和控制要求，设计自动门气动系统原理图，如图1所示。其中双作用气缸的活塞杆与齿条联接，来推动门的开闭。通过调节单向节流阀来控制流量，从而控制门的开闭速度。通过电磁换向阀换向控制气缸的运动，从而控制门的开闭。 图1 自动门气动系统原理A、B双作用气缸；1、2、3、4单向节流阀；5、6二位四通电磁换向阀；7、8消声器；9气泵；10FRL单元。图2 自动门的结构简图2.6自动门的结构设计方案采用齿条与齿轮结合的传动方式来实现门的自动开启与闭合，具体方式为：当光电传感器感应到信号时，将信号传给PLC，通过PLC控制二位四通电磁阀换向，从而使气缸伸出，推动齿条平行移动
