自动门专业课程设计方案报告

目 录

TOC \o "1-3" \h \z \u 引 言 1

一、选题背景 1

二、设计目标和意义 2

三、自动感应门机基础工作原理 3

四、自动门控制系统总体方案设计 3

（一）自动门功效要求分析 3

（二）系统设计基础步骤 4

（三）自动门控制系统方案确定 4

五、自动门硬件系统设计 5

（一）控制系统结构设计 5

1、电机根本路图 5

（二）检测元件选型 5

（三）低压电器选型 6

1、低压断路器选型 6

2、熔断器选型 7

3、控制按钮选型 8

（四）电源设计 8

六、自动门控制系统软件设计 8

（一）控制程序步骤图 8

（二） I/O地址分配 9

（三）控制程序梯形图 10

（四）内部软元件表 12

七、程序调试 12

八、结束语 14

附 录 15

参考文件 17

引 言

在经济飞速发展中国，高楼耸立大城市里大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门以经是随地可见。自动门工作方法是经过自动门内外两侧感应开关来感应人出入，当人走进自动门时，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。将人经过以后，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、防尘、防风、降低噪音等好处，更令我们大门增添了不少高贵典雅气息。

自动门在国外早以得到普遍应用，在中国也以优异性能逐步得到大家认同，中国已经迎来了自动门发展黄金时期。

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，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修缺点已逐步被淘汰。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（一下简称PLC），PLC是一个专门为工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采取可编程控制器储存器，用来在其内部存放实施逻辑运算、次序运算、计时、计数、算数运算等操作指令，并能经过数字式或逻辑式和开关量逻辑控制输入和输出，控制个种类型机械或生产过程。PLC可靠性高，抗干扰能力强，功效完善，实用性强，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。现在，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域应用全部得到了长足发展。所以利用PLC控制自动门含有较高可靠性，维修方便等特点，所以，进行自动门PLC控制系统设计，能够推进自动门行业发展，扩大PLC在自动化行业乃至整个自动化行业应用，含有一定经济和理论研究价值。

一、选题背景

国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，取得了惊人成就，自动化技术是自动门关键部分。在现代大家生活中自动门能够节省空调能源，降低噪音，防风，防尘，同时能够使出入口显得庄重高级，所以应用很广泛。

伴随中国经济飞速发展，自动门在人门生活中利用越来越广泛，自动门适适用于宾馆，酒店，银行，写字楼，医院，商店等，使用自动门。但在中国，自动门自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统设计中，稳定。节能，环境保护，安全及人性化是需要首先考虑原因。

因为门体重量及体积不一样会对自动门驱动和传动系统提出不一样要求，所以多种自动门又能够分为重型自动门和轻型自动门。

客流量差异会对自动门使用产生很大影响，所以，自动门还能够分为通常自动门和可频繁使用自动门。

自动门依据使用场所及功效不一样可分为自动平移门，自动平开门，自动旋转门，自动圆弧门，自动折叠门，其中平开门用场所较少，旋转门因为昂贵而且很庞大，通常只用于有需要高级宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家通常所说自动门，感应门就是指自动平移门，现在市场上流行平移型自动门通常是两开，这种门特点是简单易控，维护方便。

自动平移门最常见形式是自动门内外两侧加感应器，当大家走进自动门时，感应器感应到人存在，给控制器一个开门信号，控制器经过驱动装置将门打开。当大家经过以后，将门关上。因为自动平移门在通电后能够实现无人管理，既方便又提升了建筑档次，于是快速在中国外建筑市场上得到大范围普及。

自动门控制方法很多，从控制不一样来分，有传统继电器控制，即经过按钮和复杂接线安装来控制，智能控制器，即经过利用线自动化设备来控制，它含有稳定性高，安全等优点，所以被很多生产商所利用。因为继电器逻辑控制自动门系统因存在很多缺点而逐步被智能控制器控制控制自动门所淘汰。

在智能控制选择上，自动门主控器有微电脑控制器和可编程控制器PLC控制，微电脑控制关键有体积小，安装方便等特点，现在有很多厂家采取此种方法生产自动门，PLC控制特点是稳定性高，维护方便，现在很多大型商场自动门全部是由这种方法来控制。

二、设计目标和意义

在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口，常常使用自动门控制系统。使用自动门，能够节省空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时能够使出入口显庄重高级，所以应用很广泛。自动门平移门最常见形式是自动门机及门内外两侧加光电感应开关，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，当人经过以后，再将门关闭。因为自动平移门在通电后能够实现无人管理，即方便又提升了建筑档次，于是快速在中国外建筑市场上得到大范围普及。

自动门在中国外早已得到普遍应用，在中国也逐步得到大家认同，已经迎来了自动门发展黄金时期。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。它采取能够编制程序储存器，用来在其内部储存实施逻辑运算、次序运算、计时、计数和算数运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式和开关量逻辑控制输入和输出，控制个种类型机械或生产过程。PLC含有可靠性高，抗干扰能力强，功效完善，实用性强，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。现在，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域应用全部得到了长足发展。所以利用PLC控制自动门含有较高可靠性，维修方便等特点，所以利用PLC控制自动门含有较高可靠性，维护方便等特点。

本课题自动门设计利用PLC作控制器能大大提升自动门稳定性和经济性，对于整个自动门行业是一次技术革新，提升了自动门使用率，所以，进行自动门PLC控制系统设计，能够推进自动门行业发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业应用，含有一定经济和理论研究价值。

三、自动感应门机基础工作原理

首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成：

（1） 主控制器：它是自动感应门指挥中心，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，控制自动感应门门扇加速和减速运行。

（4） 自动感应门扇行进轨道：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（有厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。

（7） 下部导向系统：是自动感应门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。

　当自动感应门门扇要完成一次开门和关门，其工作步骤以下： 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自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判定，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门

四、自动门控制系统总体方案设计

（一）自动门功效要求分析

1、当有些人由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时，开门实施机构KM1动作，电动机正转，抵达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。

2、自动门在开门位置时停留8秒后，自动进入关门过程，关门实施机构KM2动作，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。

3、关门过程中，当有些人员由外到内或由内到外经过光电检测开关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8秒等候时间内，若有些人员由外至内或由内至外经过光电检测开关K2或K1时，必需重新开始等候8秒后，再自动进入关门过程，以确保人员安全经过。

（二）系统设计基础步骤

自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门实施机构KM1（使直流电动机正转）、关门实施机构KM2（使直流电动机反转）等部件组成。

控制要求：

1.由内到外或由外到内经过光电检测开关K1或K2时，开门实施机构KM1动作，电动机正转，抵达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。

2.限位开关位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门实施机构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。

3.当有些人员由外到内或由内到外经过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

4.若有些人员由外至内或由内至外经过光电检测开关K2或K1时，必需重新开始等候8秒后，再自动进入关门过程，以确保人员安全经过。

（三）自动门控制系统方案确定

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，制造烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐步被淘汰。现在自动化行业最稳定控制装置是可编程控制器（PLC）。

本设计利用PLC控制变频器来调整交流电机运转来实现自动门运转控制方法。采取变频器控制电路，结构简单，控制方便，可靠性高。交流电机驱动系统和直流电机驱动系统相比，含有效率高，结构简单，维护方便，易于冷却和寿命长等优点，而且系统调速范围宽，能实现低速恒转矩，高速恒功率运转等特征。伴随变频技术发展，交流电机控制成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中广泛利用提供了条件。

控制系统结构图图4.1所表示：

图4.1 PLC控制系统结构

五、自动门硬件系统设计

（一）控制系统结构设计

自动门控制装置由门内光电探测开关 、门外光电探测开关、开门到位限位开关、关门到限位开关、开门实施机构（使直流电动机正转）、关门实施机构（使直流电动机反转）等部件组成PLC控制自动门要求选择绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准要求，含有噪声低、过载能力强、低转速交流变频电机，在结合了安全、稳定考虑，本设计自动控制系统驱动装置选择本溪市微分电机有限责任企业生产电梯自动门专用三相交流变频电机，型号为SBP90-60型，额定电压为三相交流220V，采取Y型接法。

1、电机根本路图

图5.1 电机根本路图

（二）检测元件选型

光电开关除克服了接触式行程开关存在很多不足外，还克服了靠近开关作用距离短、不能直接检测非金属材料等缺点。它含有体积小、功效多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远和抗电磁干扰能力强等优点，还可非接触、无损失地检测和控制多种固体、液体、透明体、柔软体和烟雾等物质状态和动作。现在，光电开关已被用做物位检测、液位检测、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出和安全防护等很多领域。

光电开关通常全部含有良好回差特征，即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊疗系统还能够显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关工作。

FWD-DS红外感应光电开关，名称：主动式红外线对射

范围：<15米/25米。（当在大雨，大雾等坏天气情况下，距离会降低%30）

红外发射频率：1.92khz

输入电源：12V24VDC/AC

波长：940nm

输入电流：RX 15MA TX 30MA

对射夹角：<+—10%

使用环境：-20% to 70%

最大负载：1A max 30V

（三）低压电器选型

低压电器元件明细表以下表5.1

表5.1 元件明细表

序号

名称

符号

型号和规格

数量

1

三相交流变频电动机

M

SBP90-6,0.18KW,220V,0.45A

1

2

熔断器及熔芯配套

FA

RT14-20/2

3

3

低压断路器

QA

DZ15-40/390

3

4

开启停止开关

SF1

LW5-15/5.5Q

1

5

紧急停止开关

SF2

LA20-11J

1

6

手动开门开关

SF3

LA20-11D

1

7

手动关门开关

SF4

LA20-11D

1

8

开门限位开关

BG1

LXl9A

1

9

关门限位开关

BG2

LXl9A

1

10

滑道内行程开关

BG3

LXl2—2

1

11

滑道内行程开关

BG4

LXl2—2

1

12

门内光电检测开关

KF1

FWD-DS

1

13

门外光电检测开关

KF2

FWD-DS

1

14

指示灯

PG

AD16-22D/RG

1

1、低压断路器选型

低压断路器也称做自动开关或空气开关，是低压配电网络和电力拖动系统中很关键开关电器和保护电器，它集控制和多个保护功效于一身。除了能完成接通和分段电路外，还能对电路或电气设备发生短路、严重过载及欠电压等保护，也能够用于不频繁起动电动机。

①额定电流和额定电压应大于或等于线路、设备正常工作电压和工作电流。

②热脱扣器整定电流应和所控制负载（比如电动机）额定电流一致。

③欠电压脱扣器额定电压等于线路额定电压。

④过电流脱扣器额定电流Iz大于或等于线路最大负载电流。对于单台电动机来说，可按下式计算

Iz≥kIq （5-1）

式中，k为安全系数，可取1.5~1.7；Iq为电动机开启电流。

对于多台电动机来说，可下式计算

Iz≥K(Iq,max+∑Ier) （5-2）

式中，K也可取1.5~1.7；Iq,max为最大一台电动机开启电流；∑Ier为其它电动机额定电流之和。

行程开关又称做限位开关，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、形成大小或位置一个自动控制器件。

行程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预定位置时，行程开关经过机械可动部分动作，姜机械信号转换为电信号，以实现对生产机械控制，限制它们动作和位置，借此对生产机械给必需保护。

LXl2—2型行程开关含有2常开2常闭触头，额定电流5A。

LXl9A系列行程开关是LXl9系列行程开关改型产品，含有1常开1常闭触头，额定电流5A。可组成单轮、双轮及径向传动杆等形式行程开关。

2、熔断器选型

熔断器选择包含熔断器类型选择和熔体额定电流选择两部分。

选择熔断器类型时，关键依据负载保护特征和短路电流大小。比如，用于保护照明和电动机熔断器，通常是考虑它们过载保护，这时，期望熔断器熔化系数合适小些。所以，容量较小照明线路和电动机宜采取熔体为铅锌合金熔断器，而大容量照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流能力。若短路电流较小时，可采取熔体为锡质或熔体为锌质熔断器。用于车间低压供电线路保护熔断器，通常是考虑短路时分断能力，当短路电流较大时，宜采取高分断能力熔断器。当短路电流相当大时，宜采取限流作用熔断器。

熔体额定电流选择：

1.用于保护照明或电热设备熔断器，因负载电流比较稳定，熔体额定电流通常应等于或稍大于负载额定电压，即 （5-3）

式中：为熔体额定电流，为负载额定电流

2.用于保护单台长久工作电动机（即供电支线）熔断器，考虑电动机开启时不应熔断，即

I re≥（1.5~2.5）Ie （5-4）

轻载开启或开启时间比较短时，系数可取近似1.5。带重载开启或开启时间比较长时，系数可取近似2.5。

3.用于保护频繁开启电动机（即供电支线）熔断器，考虑频繁开启时发烧而熔断器也不应熔断，即

I re≥（3~3.5）Ie （5-5）

式中：为熔体额定电流，为电动机额定电流。

4.用于保护多台电动机（即供电干线)熔断器，在出现尖峰电流时不应熔断，通常将其中容量最大一台电动机开启，而其它电动机正常运行出现电流作为其尖峰电流。为此，熔体额定电流应满足下述关系

I re≥（1.5~2.5）Ie ，max + ∑Ie （5-5）

式中: Ie ，max 为多台电动机中容量最大一台电动机额定电流，∑Ie 为其它电动机额定电流之和。

5.为预防发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好协调配合。为此，应使上一级（供电干线）熔断器熔体额定电流比下一级（供电支线）大1~2个级差。

6.熔断器额定电压选择应等于或大于所在电路额定电压。

3、控制按钮选型

控制按钮简称按钮，是一个结构简单且使用广泛手动电器，在控制电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器等。

控制按钮在结构上有按钮式、自锁式、紧急式、钥匙式、旋钮式和保护式等。

LA20系列控制按钮 LA20系列作用同LAl9系列，但LA20系列控制按钮有单钮、双钮和三钮三种，单钮带有信号灯，装在按钮颈部，钮头兼作灯罩，有红、黄、绿和白等种颜色，双钮和三钮型分开启式和保护式两种，钮头为方形，按钮组件有一组常开和一组常闭触头，常闭触头靠复位弹簧闭合。

（四）电源设计

依据本设计需求选择型号6EP1 333-1SL11电源 单相220VAC输入,输出24VDC,5A。

六、自动门控制系统软件设计

（一）控制程序步骤图

依据本设计控制要求，所设计程序根据图6.1所表示步骤运行，以达成本系统最好设计要求和完成系统最终设计。

图6.1程序步骤图

（二） I/O地址分配

I/O地址分配是编写PLC程序前提条件，也是现场接线和调试关键依据。依据自动门控制系统要求，确定PLCI/O分配表，在表6.1中列出

表6.1输入/输出地址分配表

名称

代码

地址编号

开启停止开关

SF1

I0.0

紧急停止开关

SF2

I0.1

手动开门开关

SF3

I0.2

手动关门开关

SF4

I0.3

开门限位开关

BG1

I0.4

关门限位开关

BG2

I0.5

滑道内行程开关1

BG3

I0.6

滑道内行程开关2

BG4

I0.7

门内光电检测开关K1

KF1

I1.0

门外光电检测开关K2

KF2

I1.1

开门实施机构

Q0.0

KF1

关门实施机构

Q0.1

KF2

（三）控制程序梯形图

依据以上步骤图和I/O地址分配，经过深思熟虑、反复验证，编写了本设计自动门控制系统最好梯形图程序，以下就梯形图各个部分功效作解析。

网络1图6.2

图6.2 网络1

当电源打开时，PLC上电，按下开启停止按钮 I0.0,当按下手动开门按钮

I0.2，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；

当有些人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。

网络2图6.3

图6.3 网络2

当开门抵达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。

网络3图6.4

图6.4 网络3

关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，当关门抵达限位开关I0.5时关门停止，或直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。

网络4图6.5

图6.5 网络4

当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

网络5图6.6

图6.6 网络5

开门机构或关门机构实施时电动机低速运转。

网络6图6.7

图6.7 网络6

当开门或关门抵达滑道内行程开关I0.6或I0.7时电动机高速运转。

网络7图6.8

图6.8 网络7

当开门或关门抵达滑道内行程开关I0.7或I0.6时电动机转入低速运行。

网络8和网络9图6.9

图6.9 网络8和网络9

Q0.0或I0.4为1时代表自动门为开启状态，将字符串“开门”用指令STR-CPY送到VB0起始字符串地址中；

Q0.1或I0.5为1时代表自动门为关闭状态，将字符串“关门”用指令STR-CPY送到VB0起始字符串地址中。

（四）内部软元件表

表6.2 内部软元件表

名称

符号

功效说明

定时器

T37

用来产生8S延时

通用辅助继电器

M0.0

处理逻辑控制任务

七、程序调试

第一步：自动或手动低速开门

当电源打开时，PLC上电，按下开启停止按钮I0.0开始工作,当按下手动开门按钮I0.2可实现手动开门，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；

当有些人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。

开门输出Q0.0接通时电动机低速运转；

第二步：自动或手动高速开门

开门过程中抵达滑道内行程开关1（I0.6）电动机进入高速运转；

第三步：自动或手动低速开门

开门过程中抵达滑道内行程开关2（I0.7）电动机进入低速运转；

第四步：抵达开门限位，计时八秒，自动进入关门程序

当开门抵达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，或直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。

第五步：关门抵达限位开关，关门停止

当关门抵达限位开关I0.5时，关门停止；

第六步：紧急停止

当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

程序调试统计如表7.1调试统计表

表7.1 调试统计表

输入地址

动作统计

动作结果

无

PLC上电运行

假设自动门现在处于关门位置

I0.0

ON

开始停止按钮

I1.0或I1.1

ON后OFF

Q0.0常亮

I0.4

ON

Q0.0不亮，定时八秒，Q0.1亮

I0.5

ON

Q0.1不亮

I0.1

ON后OFF

Q0.0和Q0.1均不亮

I0.0

OFF

Q0.0和Q0.1均不亮，程序结束

经过认真细致反复调试，依据上表调试统计对应I/O地址分配表，其结果符合原本设计初衷，完全含有自动门正常运行必需条件，所以该程序可靠。现对上表统计作出简单解析：

按下开启停止按钮 I0.0,当按下手动开门按钮I0.2，接通开门输出Q0.0，实现手动开门；当有些人进门或出门时，感应开关I1.0或I1.1会接通，开门输出Q0.0接通并自锁，实现自动开门。当开门抵达限位开关I0.4时，开门停止，关门定时T37开始定时。关门定时T37计时时间到，自动进入关门程序，当关门抵达限位开关I0.5时，关门停止，或直接按下手动关门开关I0.3,手动关门。当出现紧急情况时按下紧急停止按钮I0.1，停止运行机构上电，开门机构和关门机构停止运行。

八、结束语

在大学最终日子里，我迎来了三年学习生活中最有意义一次设计。当今商品经济社会里，物流是很关键一部分，而自动门在现实中有很常见。其设计内容包含软，硬件两方面，应用知识涵盖了机，电两个方面，在设计过程中能够学到很多知识，掌握相关理论实际应用。我认为这是一个很有现实意义而且符合电气自动化专业要求题本设计以PLC和变频器综合利用来达成控制电机正反转和转速实现门自动化开关目标，利用PLC可靠性和稳定性强特点，确保自动门控制系统能长久正常运行，利用变频器无级平滑调速特点，确保自动门运转和速度控制能平滑顺畅。PLC采取梯形图设计，直观易懂，扩展轻易，确保程序条理性和正确性。

经过这次设计使我学会怎样去培养我们创新精神，从而不停地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联络实际，并不停地去开动自己大脑，从为人类造福意愿出发，做自己力所能及，她人却没想到事。使之不停地战胜她人，超越前人。同时，更关键是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长历程，常有部分不如意，可能这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利钟声也就一定会为我们而敲响。

附 录

参考文件

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