金陵科技学院龙蟠学院目录1引言……………………………………………………………………………12系统总体设计………………………………………………………………32.1系统控制要求……………………………………………………………32.2自动门的门体结构及参数………………………………………………32.3自动门的机械传动机构…………………………………………………42.4自动门的导轨及滑轮结构………………………………………………42.5自动门的控制系统方案确定……………………………………………53控制系统硬件设计…………………………………………………………73.1PLC选型及扩展…………………………………………………………73.1.1PLC的选型………………………………………………………73.1.2I/O地址分配……………………………………………………83.1.3PLC扩展模块……………………………………………………93.1.4变频器的选型…………………………………………………103.2电机及驱动控制………………………………………………………103.2.1电机的选型……………………………………………………103.2.2电机的主线路图………………………………………………113.3检测元件选型…………………………………………………………113.4低压电器选型…………………………………………………………123.4.1低压断路器的选型……………………………………………123.4.2熔断器的选型…………………………………………………133.4.3控制按钮的选型………………………………………………143.5电源设计…………………………………………………………………153.6人机接口设计……………………………………………………………153.6.1HMI简述…………………………………………………………153.6.2HMI的功能………………………………………………………153.6.3HMI的分类………………………………………………………153.6.4TD200按键说明…………………………………………………164控制系统软件设计………………………………………………………17金陵科技学院龙蟠学院4.1控制程序流程图………………………………………………………174.2控制程序设计…………………………………………………………184.3显示操作界面设计……………………………………………………204.4程序调试(仿真图)……………………………………………………255结束语………………………………………………………………………29参考文献………………………………………………………………………30附录………………………………………………………………………………31金陵科技学院龙蟠学院1第1章引言1.1设计目的进入90年代以来,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的重要部分。在现在人们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,因此自动门在人们的生活中的运用越来越广泛,自动门适合于宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等。使用中自动门的控制方法较多,但在实际中相当多的自动门系统一般采用继电器逻辑控制,这种控制方式故障率高、可靠性低、维修不方便等缺点。而在自动门控制系统的研究设计中,稳定、安全可靠及人性化是首先考虑的因素。因此,找到一种具有可靠性高、使用和维护方便的控制方法用于自动门的控制是目前值得研究的课题。全面熟悉掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用,使学生掌握小型的PLC应用系统设计的步骤,熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程,通过设计过程中对故障的分析.判断.检修进一步锻炼和培养学生的动手能力;为了加强学生智能的培养,更好的使理论与实践相结合,真正做到增长知识与发展能力的统一,着重培养学生电力电子技术方面的实践能力和科学作风,培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。通过本次课程设计,初步掌握工程实践方法和组织实践的技能,逐渐熟悉开展科学实践的程序和办法。1.2自动门简介门是伴随着人们的文明而诞生的,随着科学的发展,门的种类越来越多,技术也越来越复杂。自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸,是人们根据需要对门的功能的提升和完善。所以对自动门的认识应该从人对门功能的要求开始。作为建筑物一部分的门,从最基本的意义上讲,要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求。因此门体本身应牢固、密封。自动门是随着人们对生活条件的不断追求、科技的不断发展应运而生的高科技产品,因此,它具备了普通门所没有的优势:雅观漂亮,而且使用管理起来更加的安全、方便、舒适,通电后可以实现无人看管,同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音,既方便又提高了建筑的档次。因此自动门被广泛的应用于大型商场、银行、大酒店、机场、办公大厦等各种大型的公共场所。自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的,与自动门控制器相连的外围金陵科技学院龙蟠学院2辅助控制装置,如开门信号源、驱动装置、传动装置、门禁系统、安全装置、集中控制等。必须根据建筑物的使用特点。通过人员的组成,楼宇自控的系统要求等合理配备辅助控制装置。本文通过结合PLC控制系统的简介及各种普遍应用的自动门的特点,对由PLC作为控制系统的自动门的概况、主要分类、组成、原理、软硬件控制系统、PLC程序的编写等都进行了一定的介绍。金陵科技学院龙蟠学院3第2章系统总体设计2.1系统控制要求(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8s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。(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8s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8s后,再自动进入关门过程,以保证人员安全通过。(5)开门与关门不可同时进行。2.2自动门的门体结构及参数本设计面向商场和超市等人流量巨大,出入频繁的场所,需要有安全性和可靠性,根据主流自动门设计和本论文内容的要求,设计自动门门面结构如图2.1所示:图2.1自动门门面结构示意图公共场所的自动平移门因为使用非常频繁,而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限,为使门体更加坚固耐用,本设计门体玻璃材质使用钢化玻璃。根据金陵科技学院龙蟠学院4例如机场、大型超市、和医院外门等公共场所人员流量巨大的需求,必须对自动门进行综合的考虑,设定适合的具体参数,例如增加门的数量、加大门扇宽度、增加关门延时时间等。自动门具体参数如表2.1所示:表2.1自动门的具体参数门体设计项目参数设定值单扇门开启宽度1500mm单扇门的最大承重1200kg门体高度2500mm2.3自动门的机械传动结构自动门的机械传动机构设计主要包括安装板,行进轨道,三相交流电机,传送皮带,皮带滑轮,轨道滑轮,吊架等。传动机构如图2.2所示。其中马达皮带直径为5cm,皮带外径为28cm,内径为14cm。I-1传送皮带皮带滑轮吊架轨道滑轮电机图2.2机械传动结构2.4自动门的导轨及滑轮结构导轨、滑轮及传动皮带是推拉自动门的基本传动部件,与活动扇的运行直接有关,是易损件,其结构设计、材质、加工、安装及调试精度、维修保养等决定金陵科技学院龙蟠学院5了质量和使用寿命。(1)双水平导轨设计及优点本设计采用了水平双导轨设计。这种结构不仅有效地缓解了动态“侧摆”的弊病,同时也在一定程度上解决了活动扇“掉扇”等安全问题。而且大大地减少了滑轮的动态磨损,在根据活动扇受力情况对导轨和滑轮截面曲线进行加强设计后,使门机的单扇承重量达到200公斤。自动门导轨采用双层水平导轨设计,使活动扇重心处于双层水平导轨的两个支撑点之间,形成双层“正悬挂”。导轨朝下的开口两侧配以毛刷形成密封,有效避免积尘造成的磨损影响。这种设计还在于解决了导轨、传动及电气组件的安装固定等关键问题。双水平导轨的最大优点是静音,因为彻底解决侧摆的弊病从而达到了最大的动态稳定性,从而保证了安全,在一定程度实现了“免维修”的承诺。(2)水平双导轨和滑轮受力状况的改善在两侧简支的水平双导轨的结构设计中。每一个活动扇由四个滑轮来悬挂、驱动,从而避免起动、刹车过程中前后轮的压力不均,在水平和垂直两个方向减少了活动扇的摆动和震动,这种结构较之侧悬挂双滑轮结构的使用寿命几乎提高了一倍,而且大幅度降低了运行噪音。(3)新齿型皮带的选用为了提高传动机械效率,自动门采用齿型皮带传动。一般自动门的传动皮带的齿型为直角,齿型高度小。当皮带张紧及门机加速度运行时,皮带的齿距会发生变化并导致皮带快速磨损,所以传动皮带是易损件,需定期更换。最新的传动皮带是经过数组钢丝加强的尼龙皮带,这种皮带的齿型表面附加一层尼龙布,不仅使曲线齿型表面与传动齿轮严格吻合,而且减少了滑动的可能性,尼龙皮带的加强钢丝避免了齿距变形和断裂的可能性,使传动皮带成为不可损部件。2.5自动门的控制系统方案确定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控制,制造烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器(PLC)。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。采用变频器控制电路,结构简单,控制方便,可靠性高。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,易于冷却和寿命金陵科技学院龙蟠学院6长等优点,并且系统调速范围宽,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广泛运用提供了条件。控制系统结构图如图2.3所示:PLC门内外感应开关滑道内行程开关手动开关变频器三相交流电机触摸屏TD200图2.3PLC控制系统结构金陵科技学院龙蟠学院7第3章控制系统硬件设计3.1PLC选型及扩展3.1.1PLC的选型系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。这其中PLC的选型至关重要,如何根据不同的控制要求选择合适的PLC,设计出运行平稳、动作可靠、安全实用、调试方便、易于维护的控制系统呢?在PLC系统设计时,首先应确定系统方案,下一步工作就是PLC的设计选型。选择PLC,主要是确定PLC的生产厂家和PLC的具体型号。(1)PLC生产厂家的选择确定PLC的生产厂家,主要应该考虑设备用户的要求、设计者对于不同厂家PLC的熟悉程度和设计习惯、配套产品的一致性以及技术服务等方面的因素。从PLC本身的可靠性考虑,原则上只要是国外大公司的产品,不应该存在可靠性不好的问题。(2)输入输出(I/0)点数的估算PLC的输入/输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应以控制设备所需的所有输入/输出点数的总和为依据。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。(3)PLC机型的选择整体型PLC的I/0点数较少且相对固定,因此用户选择的余地较小,通常用于小型控制系统。这一类PLC的代表有:西门子公司的S7-200系列、三菱公司的FX系列、欧姆龙公司的CPM1A系列等。(4)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。综合以上因素,根据作者对PLC生产牌子的熟悉程度、I/O接入点(初步设计10个输入点和2个输出点)的估算、小型控制系统的要求以及经济可行性等综合考虑,本论文设计采用西门子S7-200(cpu224)系列小型PLC来实现整个自动系统的控制,所选PLC如图所示3-2所示。西门子S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的