【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)門，新建大樓的正門也開始使用了。到了 1962年，電氣式 已 開始出現(xiàn)，之后伴隨著城市的建設(shè)，自動(dòng)門技術(shù)的領(lǐng)域每年都在增加。當(dāng)初，用供給建筑物用電源進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制很難，只好進(jìn)行油壓、空壓速度控制，轉(zhuǎn)換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術(shù)已經(jīng)成熟，直接控制電動(dòng)機(jī)的電氣式自動(dòng)門逐漸成為主流。例如：各種用可識(shí)別控制的自動(dòng)專用門，如：感應(yīng)自動(dòng)門 (紅外感應(yīng) ,微波感應(yīng) ,觸摸感應(yīng) ,腳踏感應(yīng) )、刷卡自動(dòng)門等。 利 用腳踏板、光電束等作用以電力、氣壓或液壓為動(dòng)力自動(dòng)啟閉門扇的系統(tǒng)。公元 1 世紀(jì) ,希臘人希羅建造的自動(dòng)打開廟門的裝置是最早利用氣壓和液壓為動(dòng)力的自動(dòng)門。如圖所示，祭壇點(diǎn)火使 1 的空氣膨脹，水流入 2，利用水的重量使軸 3 轉(zhuǎn)動(dòng) ,將門打開。祭壇滅火，門即自動(dòng)關(guān)閉?，F(xiàn)代自動(dòng)門的操作主要有三種方。①腳踏板式：在踏板之下裝有壓力開關(guān)。②光電束式：在門的附近設(shè)置光束發(fā)射裝置和光電傳感裝置。③按鈕方式：用手按類似開關(guān)的按鈕使門扇打開。自動(dòng)門以滑動(dòng)、鉸鏈或折疊等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時(shí)裝有特殊的設(shè)備，例如家庭用的自動(dòng)門就需要 裝設(shè)來人識(shí)別裝置或電視監(jiān)視器等，對家庭以外的人員進(jìn)行嚴(yán)格限制。自動(dòng)門在商場、賓館、飯店、機(jī)場、車站、銀行等場合已得到廣泛應(yīng)用。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 自動(dòng)門的組成及 分類 自動(dòng)門的組成 主控制器：它是自動(dòng)門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令、指揮馬達(dá)或電鎖類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過主控制器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 感應(yīng)探測器：負(fù)責(zé)采集外部信號，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號； 動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行 。 門扇行運(yùn)軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進(jìn)行。門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行。 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。 下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng)。 自動(dòng)門的 分類 自動(dòng)門主要有 :旋轉(zhuǎn)自動(dòng)門、 弧形自動(dòng)門 、平滑自 動(dòng)門、 平開自動(dòng)門 、折疊自動(dòng)門、重疊自動(dòng)門、醫(yī)用自動(dòng)門、卷閘自動(dòng)門、車庫自動(dòng)門、特種自動(dòng)門。 如圖 ： 弧形自動(dòng)門 雙重平移自動(dòng)門 雙扇平移自動(dòng)門 圖 11 自動(dòng)門分類 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 本章小結(jié) 本章主要介紹了自動(dòng)門控制系統(tǒng)的研究意義與背景、自動(dòng)門的介紹與起源、自動(dòng)門的組成及分類。主要是對自動(dòng)門的發(fā)展歷史以及其基本概念有一個(gè) 大致的了解，為下面的設(shè)計(jì)打下一個(gè)基礎(chǔ)。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 二 章 PLC 的介紹及選擇 可編程控制器（ Programmable Controller 簡稱 PLC）。 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的主要手段和重要的自動(dòng)化控制設(shè)備。由于 PLC 在自動(dòng)化控制中的種種優(yōu)勢，因此被廣泛的引用于 自動(dòng)門系統(tǒng)中。 PLC 的 簡介 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(huì)（ NEMA）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于 1980 年正式將可編程序控制器命名為 PC（ Programmable Controller），但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程控制器簡稱為 PLC，并給 PLC 作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字的或模擬的輸入∕輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過程的自動(dòng)化控 制裝置。 1982 年，國際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee， IEC）頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985 年提交了第二稿，并在 1987 年的 3 稿中對 PLC作了如下的定義：“ PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序控制器的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易 于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。” 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程是一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 PLC 的主要功能及特點(diǎn) PLC 的主要功能 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。 （ A/D 和 D/A 控制） 在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去， PLC 長于邏輯運(yùn)算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分 PLC 產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。 /計(jì)數(shù)控制 PLC 具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計(jì)數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。 4．步進(jìn)控制 PLC 為用戶提供了一定數(shù)量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成 步進(jìn)控制功能。 在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。 大部分 PLC 都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些 PLC 還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的特點(diǎn) ，抗干擾能力強(qiáng) ，功能完善，適用性強(qiáng) ，深受工程技術(shù)人員歡迎 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ，重量輕，能耗低 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC 是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講， PLC 也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此， PLC 是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同， 也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 PLC 的硬件系統(tǒng) PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如 圖 ）、輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 圖 21 PLC硬件主機(jī)系統(tǒng)圖 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式， CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個(gè)階段： 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 這是第一個(gè)集中批處理過程， PLC 按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線， CPU 順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴(yán)格上說每個(gè)信號被采集的時(shí)間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個(gè)差異對一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí) 的。 是第二個(gè)集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從 PLC 的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量 I/O 指令和不 設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。 在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 這是第三個(gè)集中批處理過程，當(dāng) CPU 對全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 PLC 的基本 概念、 PLC 的主要功能及特點(diǎn)、 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu)、 PLC 的工作原理四個(gè)方面的內(nèi)容。通過對 PLC 的了解，掌握其基本功能，將其運(yùn)用到自動(dòng)門控制系統(tǒng)中去。 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 三 章 自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本章主要是 在上一章的基礎(chǔ)上 對自動(dòng)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為有穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)、直流無刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用這兩大部分，同時(shí)能夠通過這個(gè)設(shè)計(jì)對穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及無刷直流電動(dòng)機(jī)有更深的了解。 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 隨著自動(dòng)門的不斷發(fā)展，被越來越多的應(yīng)用于各建筑物，廣泛的應(yīng)用也使其安全變的越來越重要。對電源的影響因素是多方面的，其中主要干擾，來自噪聲的影響。因此，為了提高自動(dòng)門的運(yùn)行穩(wěn)定性，穩(wěn)定的電壓和較小的波紋是重點(diǎn)考慮 的問題。較為普遍的穩(wěn)壓裝置是變壓器，因?yàn)樗鼉r(jià)格實(shí)惠，但有一定的弱點(diǎn)，對于電源的穩(wěn)壓性能并不是很強(qiáng)。因此我們需要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源并根據(jù)無刷直流電機(jī)供電要求選擇合理的電路參數(shù)，同時(shí)需要合理設(shè)計(jì)交流濾波器以減少電磁干擾。 由于自動(dòng)門工作時(shí)間長、安全性要求高，因此從電網(wǎng)電源開始，就應(yīng)用了過流、過熱保護(hù)以盡量避免意外發(fā)生。保護(hù)電路有多種形式，下面是一種保護(hù)電路的框圖 （圖 ） 。 圖 31 保護(hù)電路框圖 過壓保護(hù)采用壓敏電阻和瞬變電壓抑制器，以防止雷擊等意外事故產(chǎn)生的瞬間高壓。交流 EMI 濾波器主要是用來抑制共模、共差 干擾。如 圖（ 圖 ） 所示，它主要包括兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，電路包括共模扼流圈、濾波電容、共模濾波電容。 交流 EM I 濾波器整流電路變壓器二次濾波過壓保護(hù)過流 、 過熱的保護(hù)電路湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）