【文章內容簡介】 動門，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，自動門技術的領域每年都在增加。當初，用供給建筑物用電源進行電動機的速度控制很難，只好進行油壓、空壓速度控制，轉換但因能源利用效率很低，然而伴隨著電氣控制的技術發(fā)展，現(xiàn)在電氣控制技術已經(jīng)成熟，直接控制電動機的電氣式自動門逐漸成為主流。例如：各種用可識別控制的自動專用門，如：感應自動門 (紅外感應 ,微波感應 ,觸摸感應 ,腳踏感應 )、刷卡自動門等。 利 用腳踏板、光電束等作用以電力、氣壓或液壓為動力自動啟閉門扇的系統(tǒng)。公元 1 世紀 ,希臘人希羅建造的自動打開廟門的裝置是最早利用氣壓和液壓為動力的自動門。如圖所示，祭壇點火使 1 的空氣膨脹，水流入 2，利用水的重量使軸 3 轉動 ,將門打開。祭壇滅火，門即自動關閉?，F(xiàn)代自動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。②光電束式：在門的附近設置光束發(fā)射裝置和光電傳感裝置。③按鈕方式：用手按類似開關的按鈕使門扇打開。自動門以滑動、鉸鏈或折疊等方式啟閉門扇。為了防盜，必須同時裝有特殊的設備，例如家庭用的自動門就需要 裝設來人識別裝置或電視監(jiān)視器等，對家庭以外的人員進行嚴格限制。自動門在商場、賓館、飯店、機場、車站、銀行等場合已得到廣泛應用。 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文） 4 自動門的組成及 分類 自動門的組成 主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令、指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控制器調節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。 感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號； 動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制門扇加速與減速運行 。 門扇行運軌道：就像火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向進行。門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。 同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。 下部導向系統(tǒng)：是門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。 自動門的 分類 自動門主要有 :旋轉自動門、 弧形自動門 、平滑自 動門、 平開自動門 、折疊自動門、重疊自動門、醫(yī)用自動門、卷閘自動門、車庫自動門、特種自動門。 如圖 ： 弧形自動門 雙重平移自動門 雙扇平移自動門 圖 11 自動門分類 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文） 5 本章小結 本章主要介紹了自動門控制系統(tǒng)的研究意義與背景、自動門的介紹與起源、自動門的組成及分類。主要是對自動門的發(fā)展歷史以及其基本概念有一個 大致的了解，為下面的設計打下一個基礎。 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（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上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術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、計數(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姟⒖煽啃愿?、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點，是當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設備。由于 PLC 在自動化控制中的種種優(yōu)勢，因此被廣泛的引用于 自動門系統(tǒng)中。 PLC 的 簡介 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會（ NEMA）經(jīng)過四年的調查工作，于 1980 年正式將可編程序控制器命名為 PC（ Programmable Controller），但為了與個人計算機 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器、數(shù)字的或模擬的輸入∕輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能，用于控制器或產(chǎn)生過程的自動化控 制裝置。 1982 年，國際電工委員會（ International Electrical Committee， IEC）頒布了 PLC 標準草案第一稿， 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)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序控制器的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易 于擴展其功能的原則而設計?！? 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎，結合計算機技術、自動控制技術和通信技術，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?？飘厴I(yè)設計（論文） 7 PLC 的主要功能及特點 PLC 的主要功能 這是 PLC 應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(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。 /計數(shù)控制 PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設定；對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。 4．步進控制 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 步進控制功能。 在機械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。 大部分 PLC 都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進行算術運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些 PLC 還可以進行浮點運算和函數(shù)運算。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的特點 ，抗干擾能力強 ，功能完善，適用性強 ，深受工程技術人員歡迎 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文） 8 、建造工作量小，維護方便，容易改造 ，重量輕，能耗低 PLC 的組成與基本結構 PLC 是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物，從廣義上講， PLC 也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般計算機具有更強的與工業(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)控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統(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)由主機系統(tǒng)（如 圖 ）、輸入 /輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設備組成。 圖 21 PLC硬件主機系統(tǒng)圖 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其工作原理與計算機控制系統(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。一個掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個階段： 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文） 9 這是第一個集中批處理過程， PLC 按順序逐個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，在當前的掃描周期內，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個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，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個差異對一般工程應用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時 的。 是第二個集中批處理過程，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，每一次運算的中間結果都立即寫入元件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結果，也不是馬上去驅動外部負載，而是將其結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 設置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應。 在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 這是第三個集中批處理過程，當 CPU 對全部用戶程序掃描結束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載。 本章小結 本章主要介紹了 PLC 的基本 概念、 PLC 的主要功能及特點、 PLC 的組成與基本結構、 PLC 的工作原理四個方面的內容。通過對 PLC 的了解，掌握其基本功能，將其運用到自動門控制系統(tǒng)中去。 湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文） 10 第 三 章 自動門的執(zhí)行機構的設計 本章主要是 在上一章的基礎上 對自動門的執(zhí)行機構進行設計， 執(zhí)行機構主要分為有穩(wěn)壓電源設計、直流無刷電動機的應用這兩大部分，同時能夠通過這個設計對穩(wěn)壓電源的設計及無刷直流電動機有更深的了解。 穩(wěn)壓電源設計 隨著自動門的不斷發(fā)展，被越來越多的應用于各建筑物，廣泛的應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，為了提高自動門的運行穩(wěn)定性，穩(wěn)定的電壓和較小的波紋是重點考慮 的問題。較為普遍的穩(wěn)壓裝置是變壓器，因為它價格實惠，但有一定的弱點，對于電源的穩(wěn)壓性能并不是很強。因此我們需要設計穩(wěn)壓電源并根據(jù)無刷直流電機供電要求選擇合理的電路參數(shù)，同時需要合理設計交流濾波器以減少電磁干擾。 由于自動門工作時間長、安全性要求高，因此從電網(wǎng)電源開始，就應用了過流、過熱保護以盡量避免意外發(fā)生。保護電路有多種形式，下面是一種保護電路的框圖 （圖 ） 。 圖 31 保護電路框圖 過壓保護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，它主要包括兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，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過流 、 過熱的保護電路湖南工業(yè)大學?？飘厴I(yè)設計（論文）