摘要

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC控制成為自動控制中最常見控制方式之一，自動門就是自動控制應(yīng)用的典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門的開關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產(chǎn)商家很多都運用PLC來做門的控制器。目前自動門在日常生活中運用越來越廣泛。

本文論述的自動門控制系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：可編程控制器(三菱PLC)、信號采集裝置（紅外線傳感器）、變頻器、驅(qū)動裝置（三相異步電動機）、傳動裝置。其優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、功能完善、控制系統(tǒng)可靠等功能。充分發(fā)揮了自動控制的性能，具有一定的參考跟實用價值。

本設(shè)計主要的工作原理是通過信號采集裝置判定有無人經(jīng)過并將信號轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號傳到PLC，PLC根據(jù)開關(guān)信號的來控制變頻器的開停和速度的變換，在由傳動裝置帶動門運動。并且通過GX Developer8.0編程軟件和GX-Simulator6c仿真軟件調(diào)試系統(tǒng)，從而進行結(jié)果分析。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器； GX Developer8.0；GX-Simulator6c

ABSTRACT

With the development of electronic technology, programmable logic controller continuously updated, development, PLC control is the control one of the most common control method, automatic door control applications is a typical example, as programmable logic controller automatic door with a good deal with the switch control and good stability, and can easily change in a controlled manner, therefore, the production of automatic doors business to do a lot of doors are used PLC controller. Automatic doors now more and more widely used in daily life.

This paper discusses the automatic door control system consists of the following components: programmable logic controller, signal acquisition device, inverter, drive, transmission device. The advantage of simple structure, easy to control, functional, and reliable control system functions. Fully automatic control of the performance, with some reference with practical value.

The main working principle of this design is determined by the signal acquisition device and will have no one read the signals into binary signals to PLC, PLC based Variable-frequency Drive switching signals to control the opening stop and speed transformation, driven by gear door movement. And through the GX-Simulator6c and programming software GX Developer8.0 simulation and debug system to carry out analysis.

Key words: PLC; Variable-Frequency Drive; GX Developer8.0; GX-Simulator6c

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摘要

ABSTRACT

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第一章 緒論

1.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀

1.2 本課題設(shè)計的目的和意義

1.3 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容

第二章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 自動門的功能需求分析

2.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

2.3 自動門的機械傳動機構(gòu)設(shè)計

第三章 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2 可編程控制器(PLC)

3.3 驅(qū)動裝置的選型

3.4 變頻器的選型

3.5 感應(yīng)開關(guān)的選型

3.6 自動門系統(tǒng)I/O分配表

3.7 控制系統(tǒng)的電氣接線

第四章 自動門控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計

4.1 梯形圖概述

4.2 程序流程圖

4.4 梯形圖的設(shè)計

第五章 系統(tǒng)調(diào)試

5.1 梯形圖程序的下載模擬

5.2 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析

第六章 總結(jié)與展望

參考文獻

致謝

附錄A  自動門的硬件連接電路

附錄B  PLC的I/O地址分布圖

附錄C  自動門梯形圖程序

附錄C  自動門梯形圖程序

在國外，進入90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動門。但在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)尚處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。

由于門體的重量及體積不同會對自動門驅(qū)動和傳動系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動門又可以分為重型自動門和輕型自動門。

客流量的差異會對自動門的使用產(chǎn)生很大影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和可頻繁使用的自動門。

自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門，目前市場上流行的平移型自動門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。

自動平移門最常見的形式是自動門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。

自動門的控制方法很多，從控制器的不同來分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設(shè)備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自動門所淘汰。

在智能控制器的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器控制和可編程控制器（PLC）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動門，PLC控制的特點是穩(wěn)定型高、維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。

在超級市場、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。使用自動門，可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加光電感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)人走近自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當(dāng)人通過門之后，再將門關(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。

自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也逐步得到大家的認(rèn)同，已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。

早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。

PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，維修方便等特點。

本課題的自動門設(shè)計運用PLC做控制器能大大提高自動門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，對于整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動門的使用率，因此，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。

本設(shè)計將在以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)進行研究和論證。

1、自動門類型的選擇。綜合了自動門的簡潔、簡單的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時間段控制功能以及配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。

2、自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的自動門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需要，故在本設(shè)計中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱FX系列PLC。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運用變頻器的三段速控制來實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動裝置選用功率強大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機，在感應(yīng)器運用自動門專用的微波雷達感應(yīng)器和在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對自動門的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動門的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。

3、自動門軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計出自動門控制的要求，并能更好的考慮到安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用三菱的GX Developer編程軟件，此軟件支持全部的三菱的PLC，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間，同時使用GX Simulator6c仿真軟件進行模擬。

本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全和可靠性，在設(shè)計的時候改進了自動門的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：

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圖2.1  自動門結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：

1、開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式

為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動開門方式由手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)器檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。

2、蜂鳴器的提示功能

當(dāng)自動門開啟和關(guān)閉時，PLC輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來往行人注意。

3、防夾人功能

為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。

自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)，實現(xiàn)門的自動化控制。

在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點：

1、深入了解和分析自動門的工藝條件和控制要求。

2、確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。

3、根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。

4、分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。

5、設(shè)計自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。

6、將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善，整體調(diào)試直至調(diào)試成功。

在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：

1、自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。

2、所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。

3、電機：驅(qū)動電機采用380V三相異步電動機。

4、導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護方面的特點。

5、滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。

6、皮帶：采用齒形皮帶, 齒形皮帶的齒形截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高了使用壽命。

本設(shè)計運用PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)三相異步電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便、可靠性高，三相異步電機具有效率高、維護成本低的特點。 。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：

圖3.1  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

可編程控制器（Programmable  Controller）簡稱PC，但個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC，為了區(qū)別，人們?nèi)粤?xí)慣稱可編程控制器為PLC（Programmable Logical Controller）。

國際電工委員會（International Electrical Committee）于1987年頒布了可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)及其定義：“可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計”。

可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）可靠性高，抗干擾能力強

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性

PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、汽車、采礦、水泥、機械制造、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等行業(yè)。概括起來主要有以下幾個方面：

（1）開關(guān)邏輯和順序邏輯

（2）模擬量控制

（3）運動控制

（4）數(shù)據(jù)處理

（5）通信與聯(lián)網(wǎng)

從第一臺PLC問世至今，其發(fā)展經(jīng)歷了實用化階段、成熟階段和加速發(fā)展階段。PLC主要在以下幾個方面得到了不斷發(fā)展：

（1）小型PLC產(chǎn)品性能提高、結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化

（2）大型PLC功能不斷完善

（3）強化聯(lián)網(wǎng)通信能力

（4）I/0模塊分散化、智能化

（5）編程語言標(biāo)準(zhǔn)化

（6）控制算法不斷增加

（7）迅速與其他工業(yè)產(chǎn)品整合

（8）進一步向開放型發(fā)展

伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。在21世紀(jì)，PLC將會有更大的發(fā)展空間。

根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。

（1）控制功能

PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。

（2）編程功能

離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。

五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

（3）診斷功能

PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。

本課題的設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32M小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制，如圖3.2所示。

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三菱FX2N-32M具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。

自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中是運用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來自動調(diào)節(jié)電機的速度，以達到驅(qū)動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)主流控制方式。

根據(jù)自動門的需要，變頻器選型時要確定以下幾點：

1、變頻器與負(fù)載的匹配問題

（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本課題所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。

（2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機的最大起動電流為Y形接法為0.37A，△形接法為0.64A，本設(shè)計中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機的Y形接法的最大起動電流。

（3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生，本課題所用電機的最初起動轉(zhuǎn)矩為1.4Nm，在選型中要考慮。

2、在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。

圖3.5  三菱FR-540變頻器

綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR－500系列中的FR-540變頻器（如圖3.5所示）作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器。

三菱FR-540變頻器具有以下優(yōu)點：

(1) 接線簡單，可運用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。

(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。　　

(3) 頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本課題自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設(shè)置。

目前自動門行業(yè)的運用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。

本課題的實際需要在設(shè)計的自動門的人員檢測上運用紅外感應(yīng)器

在防夾人感應(yīng)器的選擇上本設(shè)計選用WS-210微型紅外安全光線，可避免外界光線干擾。在門下行關(guān)閉時,當(dāng)有人或車經(jīng)過安全光線時,門體會自動停止下行,并自動上行以起到安全作用。　

自動門的速度信號采集上運用了ED-130U非埋入型接近傳感器，這種傳感器的特點是能檢測所有的金屬，最大檢測距離為20mm，檢測距離調(diào)節(jié)方便，安裝簡單。

I/O分配表是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動門的控制系統(tǒng)的要求，確定了PLC的I/O分配表，在表3.2中列出。

表3.2  I/O分配表

本課題設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的控制連接電路主要包括自動門控制系統(tǒng)連接電路、自動門I/O接線電路，詳細(xì)的接線方式分別在附表A和附錄表B中列出。

PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖（Sequential function chart）、梯形圖（Ladder diagram）、功能塊圖（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（Structured text）。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。

梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。

梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：

（1）與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；

（2）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；

（3）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；

梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。

2、對可編程控制器CPU的寫入/讀出

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圖4.3  可編程控制器CPU的寫入/讀出示意圖

3、監(jiān)視功能，監(jiān)視功能包括回路監(jiān)視，軟元件同時監(jiān)視，軟元件登陸監(jiān)視機能。此功能對于自動門的控制系統(tǒng)在查找故障的時候是非常重要的。

4、模擬調(diào)試功能，把制作好的可編程控制器程序模擬寫入可編程控制器的CPU內(nèi)，測試此程序能否正常運轉(zhuǎn)。次功能對于在完成自動門程序的時候進行程序的檢查是很重要的。

5、PC診斷功能，因為會見現(xiàn)在的錯誤狀態(tài)或是故障履歷表示出來，可以在短時間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)。對于自動門系統(tǒng)以后的故障查找是很重要的一項功能。

根據(jù)本課題的控制要求和安全要求，所設(shè)計的程序按照圖4.4所示的流程運行，以達到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計。

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圖4.4  系統(tǒng)設(shè)計流程圖

本系統(tǒng)運用GX Developer 8.0編程軟件進行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過程中遵循以下編程規(guī)則：

（1）每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。

（2）梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點）。

（3）線圈不能直接接在左邊母線上。

（4）在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)避免。

（5）在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“流動”這個“流”在梯形圖中單方向流動——即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。

根據(jù)以上規(guī)則和PLC的編程方法和思路編寫了本課題設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)的梯形圖程序，具體梯形圖程序在附錄中列出。

1、傳輸設(shè)置

要將GX Developer8.0中已編制好的程序下載到PLC，必須先進行網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)置。先將PLC與計算機的串口互連，然后單擊[在線]-[傳輸設(shè)置]，可以進入[傳輸設(shè)置]對話框，進行FX2n PLC設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)傳輸參數(shù)設(shè)定，可以進行PLC和計算機的串口通信口及通信方式的設(shè)定，可以進行其他網(wǎng)絡(luò)站點的設(shè)定，還可以實現(xiàn)通信測試。

2、梯形圖寫入PLC

單擊[在線]-[PLC寫入]，就可以打開“PLC寫入”對話框，進行相關(guān)設(shè)置并執(zhí)行，就可將GX Developer中已編好的程序?qū)懭隤LC，如圖5.1所示。

選中要下載到PLC的內(nèi)容，單擊[執(zhí)行]就可以將寫好的梯形圖程序下載到PLC的CPU中。

3、使用GX Simulator6c進行模擬

本課題進行了模擬的在線聯(lián)機調(diào)試，目的在于確定整個系統(tǒng)的程序，在調(diào)試中，程序的變動，包括功能的增減、變化是難免的。程序是否好用，最終要通過調(diào)試才能使程序進一步完善和最終的確定。首先在PLC面板上將PLC設(shè)置為RUN位置，此時PLC開始運行。然后接好控制箱連線，根據(jù)I/O分配表中的輸入輸出所對應(yīng)的開關(guān)進行調(diào)試。記錄如表5.1。

完成以下的基本調(diào)試，整個系統(tǒng)的調(diào)試工作基本完成了，最后的工作就是調(diào)試結(jié)果的分析。

表5.1  PLC調(diào)試記錄

本文設(shè)計的主要是采用計算機技術(shù)，通信技術(shù)，自動控制技術(shù)，傳感器技術(shù)和PLC技術(shù)，通過自動門類型的選擇，自動門硬件的設(shè)計，自動門軟件的設(shè)計，從而對自動門控制系統(tǒng)進行設(shè)計和調(diào)試仿真。在本課題的調(diào)試過程中，預(yù)先設(shè)計的功能和動作都能正常實現(xiàn)，具有較高的可靠性，維修方便等特點，本課題所設(shè)計的自動門是針對商場，在編寫程序過程中加強了自動門的安全性，針對商場的實際情況增加了防夾人的設(shè)計，程序中也加強了自動門的安全性以及門的故障提示功能。因此，本課題解決了某商場要求自動門要有極高的穩(wěn)定性，且成本不能太高的要求，是一個比較適合此類場合運用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。

通過本次畢業(yè)設(shè)計，我初步試著用自己所學(xué)的專業(yè)知識，設(shè)計出程序和硬件系統(tǒng)，進一步理解了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，提高了PLC梯形圖的編程能力，掌握了PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試技巧，更加熟悉了GX Developer8.0編程軟件及GX-Simulator6c仿真軟件的應(yīng)用。雖然在這其中自己提高了很多，但同時這也讓我明白自身知識的貧乏，很多方面還需要加強努力；體會到網(wǎng)絡(luò)資源的豐富，找資料也需要技術(shù)，開拓了眼界，并為以后查找資料墊定了基礎(chǔ)。

[1]胡學(xué)林. 可編程控制應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[2]廖常初. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2004.

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[11]劉偉強等. 變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

在論文即將完成之際，我首先要向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的導(dǎo)師老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意!

史老師傾注了大量的心血，他兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人的優(yōu)秀品質(zhì)給我留下非常深刻的印象。從論文的選題、設(shè)計方案的制定、直至論文的撰寫，均得到了史老師的親切關(guān)懷與悉心指導(dǎo)，花費了他大量的時間與精力。史老師敏銳的洞察力、淵博的學(xué)識、高度的責(zé)任感令我深受裨益。最后我還要向我的父母及家人表示最深摯的謝意，本人能夠完成學(xué)業(yè)離不開他們多年來的支持和幫助。在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！

                                                            陳啟曉

                                                     二零一六年五月

附錄

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