基于plc的自动门机械部分设计(编辑修改稿)

基于plc的自动门机械部分设计(编辑修改稿)内容摘要：

论 ............................................................... 44 致 谢 ............................................................... 45 参考文献 .............................................................. 46 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 1 页 第 1 章 绪论 课题研究的背景、目的与意义 自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。 自动门是应用先进的感应技术，通过可编程序控制 机电执行机构使门体自动启闭的一种门系统。 它给人以亲切大方的感觉同时又能够营造奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的门面和 高格调的设计，使得其立于建筑大潮的最前端。 建筑大厦在既要保证进出 人流要求的同时又要保证室内空气的良好循环以及安静优雅的环境，这是建筑师遇到的一大问题，直到自动门的出现，它为这种问题提供了有效的解决方案，它能够有效的防风、防尘和隔绝噪音。 它最大的优点是“可以永远开门又可以永远关门”，对于行人来说，门总是开着的，而对于建筑物来说，门又是永远关着的。 因自动门具有这方面的优势，使得自动门在门系列的方向发 展具有良好的前景。 自动门根据使用的场合和功能结构方面的不同可以分为：平移自动门、平开自动门、旋转自动门、折叠自动门、圆弧自动门等。 其中平移自动门的使用最为广泛，大家平时一般说的自动门和感应门指的就是平移自动门，即为平滑自动门。 自动门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外的红外线装置，当人或其它活动目标进入传感器工作范围时，传感器检测到人或者其它活动目标后给控制器传送开门新号，街道开门信号后便会控制门扇自动开启；当人或其它活动目标离开感应区时，传感器检测到人或者其它活动目标消失， 门扇会自动关闭。 这一切的运行过程全部采用自动控制，这样既方便又提高了建组物的档次。 使得平移门在市场上逐渐普及。 自动门的简介 自动门的种类很多，结构型式不同，但其基本结构主要有三大部分，即门体门框部分，驱动和传动部分、控制和传感器部分。 门体是自动门的主要部件，由于各类门体的平面特征和立体特征，因而门体的构成方法有两种，即平面构成法和立体构成法。 平面构成法是将构成门体形状要素按照 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 2 页 一定规律和原则创造成二维空间的平面形体；而立体构成法的设计构成是形体，不像平面设计构成的是形状。 而自动门的驱动装置由电动机和减速器或电动机和液压系统组成，按照控制装置的指令驱使驱动装置按指令工作，带动门体开、关。 从驱动装置到门体的运动，中间是传动机构，减速器就是传动机构的一部分。 现在减速器和电机大部分已经连成一体，成为减速电机，这样能够使设备简化，容易做到标准化，小型化。 除了减速器外，还有其它传动机构，根据设计需要，传动机构可以是齿轮传动、链条传动，也可以是高效的带传动。 控制器是由一个微型计算机为主题的控制装置，它接受检测传感器信号，让驱动装置工作，完成门体的启闭。 传感器则是自动检测人体或通过人工 操作将检测信号传递到控制器的器件或装置。 目前国内自动门的发张呈现以下特点： 1）厂家多，规模小 5～ 6 年来， 自动门在国内得到了快速的发展。 据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有 50 多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。 从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。 近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产 厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。 4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。 其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。 同时，由于价格过低， 也使产品持续发展和改进受到限制。 由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产， 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 3 页 对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。 因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。 在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，《自动门》标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州 市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等 5 家单位参与了此标准的编制工作。 20xx 年 4 月 2 日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。 经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。 经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势： * 智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。 还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。 * 免维护：采取多种措施 ，减少使用过程中的维护工作。 * 多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。 * 高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。 控制系统的简介 控制系统的确定 在自动门的设计中，使用不同的控制系统则对机械零部件的设计也有不同的要求甚至是选用不同的机械零件，同时这也决定着控制系统硬件的如何选择。 控制系统可以采用的主要有单片机控制、 PLC 控制或者是计算机控制，这些控制方式中计算机控制功能无疑是最强大的，但是对于功能要求并不 复杂的自动门来说显然比较大材小用，本次设计的自动门主要采用的是 PLC 作为控制系统，因为 它具有寿命长、高稳定性、维修方便且对环境具有很强的适应性 等优点，相比与单片机，它更具有优势。 所以本次设计主要是建立在以 PLC 为控制基础上进行的。 下面对 PLC 做下简要介绍。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 4 页 PLC的功能 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类 ： 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电 器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。 从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行 机构，现在一般使用专用的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。 作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。 过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。 数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 5 页 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制的发展 ，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。 新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC控制的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 2 .通用性强，控制程序可变，使用方便 ，适应面广 ，容易掌握 、重量轻、功耗低、维护方便 PLC的基本工作原理 PLC 采用 “ 顺序扫描，不断循环 ” 的工作方式 1．每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。 2．输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执 行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。 只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5．扫描周期的长短由三条决定。 （ 1） CPU 执行指令的速度（ 2）指令本身占有的时间（ 3）指令条数，现在的 PLC 扫描速度都是非常快的。 6．由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入 /输出滞后的现象，即输入 /输出响应延迟。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 6 页 第 2 章 总体方案的设计 设计任务 以平滑自动门为设计对象，完成以 PLC 为基础的自动门机 械零部件的设计。 设计场合 本文以某营业厅自动门为例，完成 以 PLC 为控制器的自动门机械零部件的设计，设计的对象是按照洞口宽度为 4m 高度为 3m的洞口尺寸进行设计，这种规格尺寸主要适用与小人流的场合。 在营业厅自动门正上方里外各安装一个红外 探测开关，当有人欲进入时，红外 探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。 PLC 获取到该输入信号，启动电机，将门打开。 当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动 门停止动作。 等待一时间段后，自动门自动合上。 在闭合过程中，如红外探测开关检测 有人要进入或出去时，自动门停止闭合，并立刻打开。 为了保障门的安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门 碰撞。 设计规格 名称 尺寸（ mm） 洞口高度 3000 洞口宽度 4000 固定门扇高度 2100 固定门扇宽度 950 活动门扇高度 2100 活动门扇宽度 900 门扇厚度 10 门扇运行速度 开门方式 平开 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 7 页 平开自动门的工作原理 首先，平移式 自动门 组由以下部件组成： （ 1） 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；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、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； （ 3） 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 ；（ 4） 门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行 进、滑动 ；（ 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。