车库自动门_毕业设计.doc

学校代码：10904

机械工程测试技术课程设计

车库自动门的设计

姓 名：
赵建
学 号：
201215120164
指导教师：
卢纪丽
院系(部所)：
机电工程学院
专 业：
机械设计制造及其自动化
完成日期：
2014/12/23
摘要
随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。 对车库门自动控制是今后车库向智能化发展的必然趋势。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制,对该系统进行了各方面的分析，对各方面要求的系统加以详细叙述，控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。
由于科学技术的日新月异，我们的生活发生了巨大的变化。一个智能化、自动化的社会已经开始呈现于我们的眼前，这为我们提供了非常多的便利。其中自动门就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。
为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以S7-200可编程序控制器(PLC)为核心的自动门控制系统。分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对PLC的选型及I/O点的确定进行了说明。结合PLC的运行特点,对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基础上,采用结构化的编程方法,给出了主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块的程序流程图。系统已通过硬件和软件调试,在实际中获得了应用。应用结果表明,整个系统功能完善,性能可靠。
结合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化。在此基础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及PLC控制梯形图等。本设计介绍应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。

【关键字】可编程控制器 S7-200 自动门 控制系统

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目 录
引言 4
第一章 方案设计 5
1.1功能需求分析 5
1.2自动门的结构 5
1.3控制方案 5

第二章 硬件设计 6
2.1 控制器的选型 6
2.2 驱动装置的选型 6
2.3 限位开关 6
2.4 电子锁 6

第三章 软件设计 7
3.1控制方案 7
3.2 I/0 7
3.3 PLC外围 7
3.4 程序流程图 8
3.5梯形图 9

结 论 10
致 谢 12
参考文献 13

车库自动门设计
引言
随着经济的发展，现在拥有汽车的国人越来越多，对好的车库门的需求也在不断增大，同时外国先进的车库门不断的占领中国市场，国产的车库门还处于落后状态。车库自动门性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的车库自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。本设计主要是针对别墅型车库自动门的自动开关控制而论，自动门控制装置系统有检测元件、可编程控制器（PLC）、电动机、电子锁组成。

第一章 方案设计
1.1功能需求分析
随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。车库门自动控制是今后车库向智能化发展的必然趋势。自动门在国外早已得到普遍的应用，在我国也以优异的性能逐步得到大家的认同，中国已迎来了自动们发展的黄金时期
目前自动门及其自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。运用PLC控制自动门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行车库自动门的PLC控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大PLC在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。
1.2自动门的结构
主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令、指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控制器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。
感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；
动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。
门扇行运轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。
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。
同步皮带：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。
下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。
1.3控制方案
当车到达车库门口时，用电子锁打开车库库门，电动机正传卷帘门打开。碰到上限位开关时，电动机停止转动。当汽车进入到车库里时，按下电子锁关门，电动机反转关闭卷帘门。碰到下限位开关，电动机停止反转库门关闭。
当车要出车库时，用电子锁打开车库库门，电动机正传卷帘门打开。碰到上限位开关时，电动机停止转动。当开出车库门口时，按下电子锁关门，电动机反转关闭卷帘门。碰到下限位开关，电动机停止反转库门关闭。
第二章 硬件设计
2.1控制器
PLC目前主要的品牌有：美国AB，比利时ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷 创研等。
本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。
2.2 驱动装置的选型
自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障。在本设计中是运用直流无刷电机。直流无刷电机功率密度高，噪音极小、调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择本设计选用的是亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转数800转，功500W～600W。额定电压240V DC。
2.3 限位开关
保护环节我采用限位开关，限位开关又称行程开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。
限位开关广泛应用于各类机床、起重机械以及轻工机械的行程控制。当生产机械运动到某一运动位置时，行程开关通过机械可动部分的动作，将机械信号转化为电信号，以实现对生产机械的控制，限制它们的动作和位置，借此对生产机械给以必要的保护。
2.4 电子锁
本设计采用按键式电子锁。按键式电子锁：采用键盘输入开锁密码，操作方便如果密码正确，则驱动电磁执行器开锁。如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码，最多可输入三次;如果三次都不正确，则发出警报。
第三章 软件设计
3.1控制方案
按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。如此循环运行。
3.2 I/O分配表
根据控制要求，输入输出分配表如下所示
输 入
输 出
名称
功能及作用
编号
名称
功能及作用
编号
SB1
电子锁开门
I0.0
M1
电动机正传（开门）
Q0.0
SQ1
上限位开关
I0.1
SQ2
下限位开关
I0.2
M2
电动机反转（关门）
Q0.1
SB2
电子锁关门
I0.3
表3.2输入输出分配表

3.3 PLC外部接线图

图3.3 外部接线图
3.4 程序流程图

图3.4 车库自动门控制流程图

3.5 PLC梯形图的设计

结束语
本课题研究了基于PLC的车库自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。
虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC输出端保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。
虽然现在自动门广泛地使用PLC作为控制元件，但单片机等更为便宜，所以，应该在现有的基础上开发利用单片机等控制的自动门系统。而且现有的故障诊断很不全面，应该增加主动性预防诊断，可使系统在发生故障之前，我们就可以预见故障、排除故障，使运行中的故障率降低到最低水平，保障自动门安全可靠运转。
最终，就是以信息技术为主，通过先进使用技术，提升传统自动门制造业，强化产、学、研的有效结合，尽快实现技术引进和自主创新相结合的模式，建立和完善技术开发体系，全力提升自动门制造层次和水平。

致谢
历时半载，从课程设计从选题到搜集资料，从开题报告、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在设计的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。
通过对车库自动门控制系统的软件设计，在学习与设计过程中，了解所设计工程的工艺流程，从而完成了对自动门系统的软件设计，同时，对于自动门硬件，也知道了一些周边技术，扩充了知识面，增强对工艺的理解。
我的这篇毕业设计论文的完成，本文的构思、规划设计撰写得到了同学们的悉心帮助外,最重要的是感谢指导老师卢纪丽。她无论是在室内资料整理还是在课题设计等各个方面都给予了大量的指导和帮助，令我不但完成了论文，也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，特致以深深的感谢。
其次要感谢各位专业课老师的帮助，他们为我提供了大量资料及室内实验给与指导，使论文得以顺利完成。在此对帮助过我的各位老师致以诚挚的感谢。
值此课题完成之际，谨向所有曾为我帮助和指导老师、同学和朋友们致以衷心的感谢！

参考文献
【1】 PLC技术应用 机械工业出版社 主编 廖常初
【2】PLC控制系统设计与调试 人民邮电出版社 主编 王成福
【3】例说西门子PLC S7-200 人民邮电出版社 编著 李晓宁
【4】西门子S7-200CNPLC编程技术及工程应用 电子工业出版社 作者 高正中 张仁彦 隋涛
【5】西门子S7-200从入门到实践 电子工业出版社 作者 李方园
【6】Auto CAD 2008中文版电气制图教程 化学工业出版社 作者 杨雨松
【7】机械工程测量技术基础 机械工业出版社 主编 熊诗波 黄长艺