基于西门子PLC自动旋转门毕业设计.doc

目 录
第一部分 设计任务与调研………………………………………………………
第二部分 设计说明………………………………………………………………………
第三部分 设计成果……………………………………………………
第四部分 结束语…………………………………………………………………………
第五部分 致谢…………………………………………………………………………
第六部分 参考文献…………………………………………………………………

第一部分 设计任务与调研

1.1 背景
旋转门自动旋转门发展史：旋转门按照驱动方式分可分为电动旋转门和手动旋转门两种。旋转门是19世纪末期由塞都伯利·凡坎尼尔在美国注册的专利，凡坎尼尔先生最初的专利包括：两翼门、三翼门、四翼门、和五翼门。旋转门是用来防止直接的气流将不良气味、声音、灰尘和泥土带进建筑物内。他的注册商标是“永远敞开-永远关闭”。大楼内上升的空气在底层入口处造成直接和楼房的高度成正比的压力。尽管楼房本身也造成风力和气压，有大量气流和地面风，旋转门运转起来仍然毫不费力、轻巧自如，因为向里推门的气压和向外推门的气压式相等的。　　在20世纪20年代的意大利，曾制作过几扇两翼门，当时两翼门被设计成双向开启的摆动。后来，一家瑞典的旋转门制造商又推出了一种新的两翼门，他们在原设计的基础上增添了电动机和展台。当时也有了三翼门和四翼门。三翼旋转门在机场和旅馆已十分常见，较小的门适合手提行李通过，直径4.2~5.4m的旋转门更方便行李车的进出。四翼门的使用效能更高，来往人流的通过量更大。一个直径2m的四翼旋转门在10r/min的转速时，人们在正常步行速度下，每小时可以双向通过10X4X60=2400（人）。四翼旋转门在办公楼和酒店等场所使用最为广泛。五翼门至今没有得到发展，仍无销路。在原始专利中提出了两种特殊用途的设计：一种是门体可向侧边移动；另一种是“破门而出”环形强。这些设计在今天的可折叠门风行之前就已经很流行了。门体侧边移动式和折叠式结合为一体的门，使旋转门的直通开启性增加了将近50%，为保证在建筑物出现火灾时，旋转门仍然作为进出建筑物的快速通道，保证危险状况下人员能从建筑物内逃出，旋转门的门扇设计成可折叠的，使每一个单个的门扇受压时，能在旋转的相反方向松开或旋转一个角度，形成通道。目前，世界上许多国家或地区已将地区已将这一项性能要求列入安全法规。　　
在20世纪40年代，旋转门增加了转速控制，使门的转速按要求得到控制。随着工业化、自动化的发展，各种自动门化旋转门、具备读卡识别安全性能的旋转门、具有各种安全保护传感器的自动门以及许多特殊用途的旋转门都加入了最初手动四翼门系列之中，使其不断发展，才有了现在的自动旋转门。（源于百度百科）　

1.2 本课题研究的目的和意义
PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入输出，来控制各种类型的机械或生产过程。PLC系统具有实时性、可靠性高、系统配置简单灵活、丰富的I/O卡件、控制系统采用模块式结构、价格优势、安装简单，维修方便、体积小，能耗低等优点。自动旋转门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。同时对于自动旋转门的控制系统也有了更高的要求。自动旋转门的控制更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防范、通行、疏散，同时还融合了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体得协调、和谐。结合到PLC与自动旋转门本课题研究的是自动旋转门PLC控制，利用PLC控制，使得自动旋转门在各个场合下运作更简化、更稳定，更快的推广了自动旋转门的使用，并减少经济损耗，也扩大了PLC控制在自动化行业中的应用。
1.3自动旋转门系统的方案设计
1、 框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用夹胶玻璃，安全可靠。门体结构简图如图2-1所示。
2.、驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。
3、控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。
4、检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。
5、安全系统：防夹功能 当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间(防夹区)进入旋转门，则门立即自动停转以防夹伤人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。

第二部分 设计说明

2.1主要设计内容
设计以西门子PLC为核心的自动旋转门控制系统。合理选择CPU的型号，分配地址，设计电路并能够具体实现如下功能：
1、变速功能 旋转门设有中速，高速两种旋转速度，以适应正常运转和紧急疏散对转速的不同要求。
2、自动转停功能 来人时自动启动，并以正常转速动转，15s后无人进出，则自动停转。
3、防夹功能 当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间(防夹区)进入旋转门，则门立即自动停转以防夹伤人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。
4、锁门功能 采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙既可完成自动锁门工作
5、急停功能 当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。
2.2 PLC概述
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。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其内存中的程序，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，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，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。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门内外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。基本构成为：
(1)电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
(2)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
(3)存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
(4)输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
(5)功能模块
如计数、定位等功能模块。
(6) 通信模块
西门子s7 200性能特点：
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。
CPU单元设计
集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。
不同的设备类型
CPU 221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
本机数字量输入/输出点
CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。
本机模拟最输入/输出点
CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。
中断输入
允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
高速计数器
CPU 221/222：4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器
CPU 224/224XP/226：6个高速计数器（30KHz），具有CPU 221/222相同的功能。
CPU 222/224/224XP/226
可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
2.3变频器参数功能表
序号
变频器参数
出厂值
设定值
功能说明
1
P0304
230
380
电动机的额定电压（380）
2
P0305
3.25
0.35
电动机的额定电流（0.35A）
3
P0307
0.75
0.06
电动机的额定功率（60W）
4
P0310
50.00
50.00
电动机的额定频率（50Hz）
5
P0311
0
1430
电动机的额定转速（1430r/min）
6
P1000
2
3
固定频率设定
7
P1080
0
0
电动机的最小频率设定
8
P1082
50
50.00
电动机的最大频率（50Hz）
9
P1120
10
5
斜坡上升时间（5S）
10
P1121
10
0.5
斜坡下降时间（0.5S）
11
P0700
2
2
选择命令源（由端子排输入）
12
P0701
1
17
固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）
13
P702
12
17
固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）
14
P703
9
17
固定频率设定（二进制编码选择+ON命令）
15
P1001
0.00
20
固定频率1
16
P1002
5.00
50
固定频率2

2.4 I/O分配表

输入
外部设备
I0.0
启动
I0.1
红外传感器（检测有无人）
I0.2
高速开关
I0.3
低速开关
I0.4
感应防撞开关
I0.5
停止
I0.6
急停

输出
外部设备
Q0.0
低速
Q0.1
高速
Q0.3
急停

外部接线图

注意：变频器复位
变频器设置前应该进行复位处理
1. 设定P0010=30
2. 设定P0970=1
变频器上显示“---------”后为完成复位。

2.5 传感器选型
传感器
传感器，对其定义为能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换成。能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
红外传感器
红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用红外线技术能够实现车辆测速、探测等研究。红外线应用速度测量领域时，最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰。外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。针对此问题，这里提出一种红外线测速传感器设计方案，该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段加速度提供技术支持，可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等工业生产中需要测量速度的环节。
红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线，该光线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集，对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取。

流程图

第三部分 设计成果
3模拟仿真及调试

1、启动

2、低速（检测有人）

3、高速运转（有人）
4、防撞区检测有人，停止
5、无人，15S后停止

第四部分 结束语

本设计利用PLC取代继电器和变频器等设计了针对三翼自动旋转门的控制系统。设计中根据系统的设计方案，确定了控制原理，给出了结构框图。针对每个环节进行具体设计，对PLC、变频器、传感器进行选型。系统通过PLC对各种传感器的连接，对控制信号进行检测和分析，并利用变频调速，实现对自动旋转门的控制。
通过本次毕业设计达到了预期的目的，对PLC应用有了深入的理解，得到了很好的锻炼，大大提升了理论知识在实践中的应用能力。同时，由于对变频器及传感器类型及参数不甚了解，有待加强学习了解。

第五部分 致谢

随着毕业设计的完成，算是给自己的大学生涯画上了一个句号，不管圆满与否，这几年的大学经历已成为自己一生的印记。
在毕业设计完成的过程中，老师给予我悉心的指导和建议，她为人随和，教学严谨，给我提供了大量的相关信息以及支持。当完成初稿后，老师从百忙之中抽出时间，仔细阅读设计初稿，并及时给出许多珍贵的修改意见，正是老师负责与鼓励，我的毕业设计才能够顺利完成，在此表示感谢！还有我的同学，同样也给了我不少帮助，对于她们的帮助表示诚挚的谢意！

第六部分 参考文献

[1]自动化技术综合应用[M].赵永君天津：天津大学出版社，2007.
[2]自动控制技术与应用[M].于长官.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社, 2007.48-187.
[3]自动控制系统[M].李先允.上海：高等教育出版社，2003,7.
[4]自动控制原理[M].张爱民.北京：清华大学出版社，2006,3.
[5]现代电气控制及PLC应用技术[M].王永华.北京：北京航空航天大学出版社，2008,3.
[6]PLC在自动旋转门中的应用[J].曾毅.数字化期刊，2001,08(6)：59-61.