第1章 緒論
1.1 選題背景
在經濟高速發展、科學技術飛速騰飛的21世紀的中國社會，如鋼鐵森林般的高樓拔地而起的城市中，飯店、銀行、商場、博物館、辦公大樓，在這些建筑中隨處都可以發現到自動門的身影。在早些年間的外國社會，自動門就得到了普及和利用，在近幾年的中國自動門就以優秀的性能本大家認為是生活和工作中不可缺少的部分，這也表明自動門技術在我國開始飛速發展。
在自動門的工作中，控制裝置是至關重要的。在最初的研發中，我們選擇使用繼電器邏輯控制系統作為控制裝置進行工作，但因其具有配置過程復雜、本身性能波動大、維修困難性高等短板而被人們逐漸放棄。PLC是在目前的自動們以及其他的自動化行業中作為最為穩定性最為優異的裝置，可編程控制器是本身出現的意義是用來滿足工業開發環境中人們的需求。在當前社會的汽車制造、石油化工、冶煉金屬、輕化工、機械工業等方面的應用具有持久的發展潛力和優秀的實用性。并且使用PLC控制的自動門在工作和生活中具有高度的穩定性和低廉的維修成本等特點。從此種種看來，隨著人們對生活品質要求的不斷提升與科技水平的提高，PLC控制系統的相關自動化產品將不斷地在市場中受到推崇。這不但可以改進和方便我們的生活，同時也能夠提高可編程控制器在自動門市場中以及其他相關的自動化行業的利用和進步，在不斷的研發和改進之中可以為我們帶來可觀的經濟效益，并且為我們的技術研發提供更多的實例。
1.2 選題意義
在我們平時的生活中，例如大型商場、飛機場、銀行進出口、醫院入口這些地方，當我們出入其中都可以看到自動門控制系統。在這些場所中安裝自動門，不僅是為了降低排耗、減少工作場所的惱人的噪音、避免風沙的侵襲，同時也可以提高建筑的進、出口的莊更具現代感，而體貼的人性化的設計是取代傳統大門的重要因素，科技是為人們服務，只有不斷的提升科技水平才能做到滿足人們不斷的需求。在選擇自動門的樣式時考慮了平移自動門、圓弧自動門、可推開式自動門、旋轉自動門這幾種，根據我實際情況的需要我選擇的品種是平移自動門。自動門之所以可以做到能使人自由進出，主要是依靠門上的感應器，當有人準備出入自動門時，感應裝置會檢測到人的運動，并將檢測到的信號傳達到控制系統，而在它接收到感應裝置發送的信號之后，會將信號傳輸到驅動裝置，之后門會開啟，在確認人被放行時，門扇閉合。科技因為人們的需求而不斷進步，而自動化產品又恰好符合人們的需求。自動門既解放了人力，同時也提高了在公眾設施中人們出入的安全性。它們的造型美觀、雅致，同時因為是PLC控制具有低成本、高穩定性、維修便利的特點，在世界的工業和建筑業中受到推崇和普及。我相信自動化產品在未來的市場具有長久的發展前景。
在當前中國工業、制造業飛速發展的時代，PLC也由此應運而生。通過對人員短時間的培訓就可以靈活運用PLC,在PLC中大部分的繼電器和連線被軟件程序取代，存儲器根據不同情況下改變數字式和開關量的邏輯控制的運行狀態,來達到掌管不同樣式的設備或監督設備的工作流程的目的。并且PLC和它有關的部件，都應該依照比較簡便的方式使控制系統融為一個整體，能夠在未來使它的性能得到提高和完善的原則進行設計的。在當前的社會下，可編程控制器在汽車、輕紡、環保、文化娛樂等各種不同領域的運用和研發都具有很高的發展和進步的潛力。并且使用PLC來控制自動門可以讓自動門的穩定性得到提高，還可以讓機器設備的平時的修理和護理更加方便，降低它的成本。
在我這次研究課題項目中，運用可編程控制器作為自動門的控制系統不但可以很有效的提升自動門的安全性、穩定性和降低經濟成本，而且隨著科技越來越進步，PLC的體積也越來越小，這也提升了所有自動化行業的技術水平，使得自動門這種產品在我們身邊變得更加高效和普及。所以,不斷的改進和完善可編程控制器控制系統的自動門,符合當前社會潮流的前進方向，能夠加快自動門行業的進程,使PLC設備的種類變得更加全面、各方面標準更嚴格、性能更優越,也能造福更多的人民群眾。
第2章 系統總體設計
2.1 設計主要內容
我設計的PLC控制的自動門主要定位于商場，而在商場中因為較大的人流量，較高的安全性和可觀的穩定性是至關重要的。針對在大型商場中考察到的情況，我們制定了自動門的設計方案，首先確定以自動與手動作為自動門的控制方式，這種控制方式的好處體現在日常的維修與保養十分的簡易和費用較低。在信號采集裝置探查到有人靠近門，而門卻沒有打開時，可編程控制器就開始向電動機傳送信號，電動機收到PLC傳遞的信號開始工作進行正轉開啟自動門。當信號采集裝置探查到并沒有人在監測范圍內且門處于打開狀態，可編程控制器就開始向電動機傳送信號，電動機反轉門扇閉合。
在本課題中控制系統是整個自動門最為關鍵的一部分，在總體設計中它分為控制和執行元件兩部分。在設計控制方式時我放棄了無線遙控模式，選擇的是自動與手動控制方式，這也是當前國內的主流。我的設計是以可編程控制器為核心，操控傳動機構達到精確的掌控自動門的打開與閉合從而達到自動門的自動化控制的目的。
2.2自動門的控制要求
(1)當有人由內到外或由外到內通過光電檢測開關K1或K2時，開門執行機構KM1動作，電動機正轉，到達開門限位開關K3位置時，電機停止運行。
(2)自動門在開門位置停留8秒后，自動進入關門過程，關門執行機構KM2被起動，電動機反轉，當門移動到關門限位開關K4位置時，電機停止運行。
(3)在關門過程中，當有人員由外到內或由內到外通過光電檢測開關K2或K1時，應立即停止關門，并自動進入開門程序。
(4)在門打開后的8秒等待時間內，若有人員由外至內或由內至外通過光電檢測開關K2或K1時，必須重新開始等待8秒，再自動進入關門過程，以保證人員安全通過。
2.3 系統總體設計
自動門控制系統包含PLC控制和動作執行元件構成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設計的自動門控制系統采用PLC為控制中心來控制傳動機構，從而控制門的開和關實現門的自動化控制。
2.3.1 PLC概述
可編輯控制器，英文Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它以微處理器為核心，集自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，它通過運行儲存在其內存中的程序，把經輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現對負載的控制。
2.3.2 具體構成
控制方式是自動門可以正常運轉的重要基礎。在自動門系統中自動控制方式雖然方便，但當發生故障的時候手動控制方式就會起到關鍵的作用，便于我們的檢查修理與日常維護保養。一個自動門的最低運行標準就是當信號檢測裝置檢測到靠近門的人時，自動門自動打開，沒有人靠近時，自動門可以及時關閉。
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圖2-1 自動門控制系統總體設計框圖
由圖2-1可知，當有人靠近自動門時感應器件會馬上進行感應,之后感應器會把信號送至PLC處，可編程控制器會分析所收到的信號向驅動裝置發出動作指令，讓驅動裝置開始運轉，在驅動裝置運轉之后自動門會因為受到傳動裝置所提供的動力進行開關。
第3章 硬件設計
3.1 硬件選型
3.1.1 PLC的選型
在當今的工業發展中，自動化處于一個被各方面矚目和需求的位置，而PLC是在自動化中備受關注的一部分，所以在我們的設計中PLC的選型是至關重要的。因為可編程控制器產品種類繁雜，不同的公司生產的產品的種類，性能和組成都有各自的特點，但歸根結底它們的工作特性和基礎構成大致一樣。其基本組成如圖3-1所示
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圖3-1 PLC結構示意圖
因為我們是為自動門選擇控制系統，沒有什么高端的額外要求。我們將
西門子公司生產的CPU 224XP型可編程控制器作為我們的首選，首先是根據我們實際情況所要求的輸出總點數是十二點到三十二點，其次西門子系列產品本身結構簡練合理，出售價格不高，體積小，非常符合我們的設計要求，CPU 224XP型可編程控制器輸出類型是繼電器輸出型，擁有十二個輸入和輸出點數，剩下的以備不時之需。
3.1.2 驅動裝置的選型
一個優秀的自動門能否保持一個良好的工作狀態，主要取決于它的驅動器。無刷直流電機本社特色是機電一體化，它本身的構成主要依靠電動機主體和驅動裝置。在性能上它超越了傳統電機，還剔除掉多余復雜的碳刷、滑環結構，把自己所需要占用的空間壓縮到最小。直流無刷電機功率密度高，耐顛簸震動，不會產生噪聲，震動小，運轉平滑、具有很強的速度調解能力，和其他電動機相比可使用時間長、不易發生故障、不需要過多精力的日常保養，還有不產生火花、直流電動機線性機械特性、很高的速度調節上下限、啟動轉矩大、工作顯性能優異等特性。在制造業、日常生活用具、工業工控、電子等方面受到大量使用，同時也是需要"輕、小、薄、低噪音、精密、高穩定性”這些場所的不二之選。再通過對性能的考察與自身的實際需求我將DIMA EAST-C3型直流無刷電機作為驅動裝置，直流無刷電機的各項技術參數如表3-1所示
表3-1 DIMA EAST-C3 型電機技術參數
3.1.3 感應器件的選型
在根據實際情況選擇感應器時，主要考慮了微波感應器和紅外感應器這兩種感應器件。微波感應器，因為具有極快的反應速度還被人們叫做微波雷達，它可以迅速檢測到物體的運動，因為它的工作效率高、反應的速度快，適合在辦公樓、商場等人們以一般速度出入的建筑設施。但它的缺點是，一旦人靜止不動，感應器無法檢測到人的存在，門扇自動閉合存在“夾人”的風險。微波傳感器的工作原理是通過不斷向外界及發射電波，當電波遇到物體時會被反彈回來，而傳感器會吧收到的電波變化傳遞給自動門，自動門根據情況進行開關。在紅外感應器處于工作狀態時，對靜止的物體和運動的物體都可以進行感知，但它的反應速度不如微博雷達。根據設計中對自動門控制系統達到的控制效果的要求和現實自動門工作狀態的的觀察選擇了微波感應器，型號是KOB W-01，它的各項指標見表3-2
表3-2 KOB W-01型微波感應器技術參數
微波感應器在自動門上的安裝位置及檢測范圍如圖3-2所示
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圖3-2 微波感應器的安裝位置及檢測范圍
3.1.4 傳動裝置
自動門傳動系統使用的設備如下所示：
- 導軌：以鋁合金為原料制作而成，在使用過程中不容易被腐蝕，不容易發生形變，造型優美，（在2.5米以下的長度）具有很好的強度，能夠為門扇的來回移動提供很好的安全保障。
- 皮帶：為門扇傳遞動力的部件。
- 吊輪：主要起承重的作用，還能使門在閉合時起到保護作用。
- 尾輪：具有根據工作需要改變皮帶狀態的功能。
3.1.5 限位開關
在本次設計中使用到了限位開關，也被叫做行程開關，他能夠放置在移動的物體上，同樣也適用于處于停止運動狀態的的物體上。這種開關主要依靠機器在運動時發生的接觸來發出控制信號。它分為接觸式和非接觸式兩種。由接點分離、閉合狀態的變化達到操控正處于工作狀態的機器設備的傳輸距離、快慢、具體方位的目的。在自動化行業中，限位開關主要被應用在建筑、港口中不同種類的傳輸機器、起重設備行程控制中。在現實生活的機械生產工作過程中，當設備到達需要停止的距離時，在生產機器上的能夠運動的部分會受到限位開關的操控。實現這種控制的原理是限位開關可以把機械信號變成電信號，這種智能化的處理是為了使生產信號免受不必要的損傷，既延長了機器的使用壽命，也減少了生產過程中不必要的損耗。而在生活中，它主要其連鎖保護的作用，運用在洗衣機的脫水和錄音、像機的倒帶中。
