基于PLC的自動門禁系統(tǒng)設計開題報告

題目：基于PLC的自動門禁系統(tǒng)設計一、前言1.課題研究的目的和意義：門是伴隨著人們的文明而誕生的，隨著科學的發(fā)展,門的種類越來越多,技術也越來越復雜。自動門從理論上理解應該是門的使用觀念的延伸,是人們根據(jù)需要對門的功能的提升和完善。所以對自動門的認識應該從人對門功能的要求開始。作為建筑物一部分的門，從最基本的意義上講，要同時滿足隔離外部環(huán)境和不妨礙人的通行這兩種要求。因此門體本身應牢固、密封。自動門是隨著人們對生活條件的不斷追求、科技的不斷發(fā)展應運而生的高科技產品，因此,它具備了普通門所沒有的優(yōu)勢:雅觀漂亮，而且使用管理起來更加的安全、方便、舒適,通電后可以實現(xiàn)無人看管，同時又可節(jié)約空調能源、防塵、降低噪音,既方便又提高了建筑的檔次。因此自動門被廣泛的應用于大型商場、銀行、大酒店、機場、辦公大廈等各種大型的公共場所[1]。本文通過結合PLC控制系統(tǒng)的簡介及各種普遍應用的自動門的特點,對由PLC作為控制系統(tǒng)的自動門的概況、主要分類、組成、原理、軟硬件控制系統(tǒng)PLC程序的編寫等都進行了一定的介紹。2.自動門國內外發(fā)展現(xiàn)狀：2.1.國外自動門發(fā)展情況自動門起源于上世紀30年代的美國，隨著超級市場的興起而得到應用，1930年世界上第一樘自動門記載于《紐約時報》。其后日本和歐洲發(fā)展迅速。在世界各國中，日本使用推拉門數(shù)里最大，一是日本的歷史習慣，自古以來普通建筑物都使用推拉門;二是日本治安情況良好;三是日本對自動推拉門相關技術研究比較完善。日本的沿街建筑物出入口70%以上使用自動推拉門，一般商店即使只要十幾平方米也都廣泛采用。公共建筑物使用率更加廣泛，日本關西機場共使用自動門500多樘，在世界各國的機場建設中使用臺數(shù)占第一位。然而日本自動旋轉門的使用里不多，總使用里不足1000樘。歐洲是自動旋轉門使用里最多的地區(qū)之一，一方面是由于地理氣候方面的原因和生活習慣，同時也因為建筑物的雄渾氣質和寬闊余綽的風格，最重要的是因為電氣控制感應，變頻技術產品和制造工藝先進，促使自動旋轉門技術成熟應用。以荷蘭、德國、法國、瑞典為代表，產生了自動旋轉門的世界品牌。2.2.我國自動門發(fā)展情況中國的自動門是從20世紀70年代后期開始使用的，當時的一些中日友好合作建筑工程如:中日青年友好交流中心、中日友好醫(yī)院和北京飯店新樓項目由日方要求整體進口日本的自動門，自此開始了中國的自動門發(fā)展的源頭。中國最早使用的旋轉自動門差不多同時從日本和歐洲進口。因此，最初的自動門全部是泊來品，伴隨著中國改革開放的進程，世界各國知名品牌自動門進入中國，并在中國設立當?shù)胤ㄈ恕?0世紀80年代，歐洲的知名品牌自動門通過香港進入大陸市場。自動門進入中國初期，自控技術在中國的應用只是開端，由于門扇可以智能感應而自動啟閉運行，其神奇之處很快吸引了中國商業(yè)人才的高度關注。隨著科技進步，自控技術日益普及，國內的一些軍工企業(yè)開始學習研制自主自動門產品，并建廠生產自動門，形成了不同規(guī)模的民族品牌。這些品牌數(shù)里雖然不大，但積累了豐富的經驗。由于當時國內自主品牌太過弱小，無論是技術能力還是企業(yè)實力都無法與國外大品牌相抗衡，最終只剩下極個別的廠家，通過不斷研發(fā)自己的獨特技術，存留并壯大。90年代后期到現(xiàn)在，國外品牌紛紛以獨資、合資、設立工廠和辦事處等方式在國內開辦業(yè)務，而國內自主品牌經歷了初期慘烈的競爭后重新組合，在全國各地形成了“百家爭鳴”的局目前幾乎占據(jù)了國內市場的四分之三。從技術水平上，國內自動門水平與其發(fā)展歷程極為相似，從初期仿制低質到技術引進、消化吸收再創(chuàng)新。目前，一些國內領軍企業(yè)已掌握了核心技術，擁有了先進加工制造設備，產品也更加完善[2]。

3.自動門的分類

自動門根據(jù)使用的場合及功能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉門、自動圓弧門、自動折疊門等,其中平開門用的場合較少,旋轉門由于昂貴而且非常寵大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛,大家一般所說的自動門、感應門就是指自動平移門。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內外兩側加雷達，當人走近自動門時，雷達通過發(fā)射微波感應到人的存在給控制器一個開門信號，控制器通過驅動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。另外還有紅外感應形式，主要是通過紅外線來感受指定范圍內溫度變化，當人走進時，微波感應其器發(fā)射信號控制門的變化。微波感應器和紅外感應器的區(qū)別主要是:微波感應器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應，因而反應速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應，自動門就會關閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應器,對物體的存在進行反應，不管人員是否移動，只要處于感應器的掃描范圍內，它都會反應。紅外感應器的反應速度比微波感應器慢[3]。根據(jù)一些不同的要求，某些廠家在生產自動門的時候會增加一些個性功能,以方便管理和維護。如福州蔚藍電子有限公司自動門，它具備以下特點:（1）自動門微波感應器對物體的運動進行反應，靈敏度可調,性能穩(wěn)定!

（2）自動門加密遙控器聚多功能為一體，對感應門進行加密，可以避免工程上出現(xiàn)的賴帳,呆帳，等現(xiàn)象從而有效保護經銷商的利益,同時可以實現(xiàn)遙控開門、常開、上鎖、開鎖;具有連接讀卡機、指紋、出門按扭、電鎖等外圍設備的功能。（3）安全光線可以有效克服感應探頭感應不到的盲區(qū)，從而使感應門更安全。（4）自助銀行刷卡機整體一機設計，ABS電鍍外殼堅固耐用方便安裝，可搭配任何銀行提款卡使用，無卡片容量限制,進口合金磁頭靈敏度高、超耐磨、高抗400或低抗3000e磁卡均可使用;適用于自助銀行。（5）自動門微波模塊、踢腳開光、ID卡密碼機、遙控收發(fā)模塊、電動車報警器、伸縮門電子顯示屏、摩托車報警器[4]。

4.自動門在列車上的應用隨著近年來鐵路客運量的不斷增大,人們對列車本身的要求也在不斷提高，面列車車門作為列車車身利用率最高的部分,也是與旅客最息息相關的部分,面臨著嚴峻的挑戰(zhàn),自動門大有替代傳統(tǒng)手動車門的趨勢。目前，國內各個列車制造廠商都在積極進行產品研發(fā),并相繼有新產品投產。這里,我們簡要介紹一種新的列車自動門技術[5]。4.1功能要求其功能要求要滿足:按下開門按細，門自動打開。開門速度控制在710mm行程上3.5±0.5秒完成。開門過程中門若受阻擋,應立即停止,1-2秒后繼續(xù)開門,直至完全打開。門開到最大位置,延遲10±0.5秒后自動關門。關門速度為瞞行程上6.5±0.5秒內完成。關門過程中若受到阻擋,且門所處的位置小于滿行程的98%時應立即開門,并再次延時10±0.5秒后自動關門。門運行至滿行程的80%時,自動減至原速度的一半繼續(xù)運行。在門完全關閉或完全開啟時,若有外力拉動門扇,其行程大于等于滿行程的5%時,門應做出相應的開啟或關閉動作[3]。4.2防擠壓原理

列車自動門的防擠壓功能一般可以通過力傳感器對單片機動作來實現(xiàn),但這種設計需要額外的硬件,結構比較復雜,成本也相對較高，這里不準備采用。我們知道,在對電機轉速閉環(huán)控制的條件下,關門過程中遇到障礙物時,電機速度降低，驅動電流會增大，控制器就可以利用這點來判別門是否受到阻擋。這時，防擠壓程度可以通過電機的驅動電流變化程度來反映，這樣，我們就可以設置一個閥值。當電流變化超過這一設定值時,門控器發(fā)出信號,電機由正轉變?yōu)榉崔D,門即由關門動作轉為開門,防擠壓功能實現(xiàn)。這樣的設計雖然略微增加了軟件部分的工作量,但避免了硬件方案的缺點,是可行的[4]。

4.3行程位置的確定

我們沒有采用任何傳感器來確定門的具體位置,而是由無刷直流電機正反轉以及控制器對轉速脈沖的計數(shù)來確定門的具體位移，判別它是否位于滿行程的80%.98%或是移動了滿行程的5%。我們可以知道一個脈沖作用內門的行整值,就可以知道一個滿行程需要多少脈沖,這種通過計數(shù)脈沖確定門的行程位置的方法實際證明是有效的[3]。5.PLC控制系統(tǒng)簡介

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,建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?、可靠性高、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點，是當代工業(yè)生產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，因此被廣泛地引用于自動門系統(tǒng)中[5]。

5.2PLC的概述

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經過四年的調查工作，于1980

年正式將可編程序控制器命名為PCProgrammable

Controller,但為了與個人計算PC(Personal

Computer)相區(qū)別，常將可編程序控制器簡稱為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，用于控制機器或生產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2稿，并在1987年的第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。它采用可編制程序的存儲器,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和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘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?！鄙鲜龅亩x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”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置［4］。

5.3PLC在自動門中的應用

通過PLC控制系統(tǒng)作為中央處理器，來宏觀整體調控自動門中各硬件設施協(xié)調工作，來完成自動打開和關閉大門。使用紅外感應器或微波發(fā)射器來感應外界的物體，當有人進如了感應范圍之感應器通過感應到人的到來，會產生一個信號，通過PLC

的模擬/數(shù)字輸入后，部分輸入PLC。玻璃門的打開或關閉由電機控制來完成，目前少數(shù)由交流變頻電機或無刷直流電機來實現(xiàn)。但更多的使用步進電機來實現(xiàn)。步進電機作為可靠性好，控制簡單，價格低廉的動力裝置已經被廣泛的應用于自動門。一個以PIC為控制器，統(tǒng)一控制傳感器、步進電機，通過機械直線運動單元驅動玻璃門的PLC自動門控制系統(tǒng)［9］。

目前一些廠家PIE供應商都提供可直接控制步進電機運動的定位控制單元，可直接控制步進電機，通過編程完成單軸，兩軸插補運動。直線運動系統(tǒng)設計師習慣上自行設計包括軸承、滾珠絲杠副、同步齒形帶等。設計時非常簡單，零件可直接選用，但裝配時有較高的要求。因此，國際上出現(xiàn)了一些機械直線運動控制單元，將滾珠絲杠副、同步齒形帶、軸承等安裝在一個密閉的長殼體內，并安裝有一個滑動模塊。生產商預先調整好精度、預緊力等，該單元安裝有限位開關，并提供安裝法蘭，供電機、編碼器安裝用。用戶按傳動行程、受力情況等直接選用，直接安裝在基礎上即可步進電機與機械直線運動單元連接，建立一個直線運動軸，“零點”“終點”分別為玻璃門全開、全閉時的位置。如果無人進出，玻璃門關閉。傳感器一旦給PIC信號，PLC通過定位控制單元立刻控制步進電機中斷當前運動，回零位。開始速度逐漸提高，在即將閉合時，速度逐漸減為零。而當門在關閉的過程時，一且有人通過，應立即停止動作，轉入開門過程。PIC通過定位控制單元進行速度調節(jié)非常方便。一旦無人進出，傳感器無信號發(fā)出，PIC控制步進電機中斷當前運動,向終點運動，速度控制如前。6.自動門未來發(fā)展方向(1)智能化，多功能：今后的還將進一步提高智能化程度，如自動檢測開關門行程位置，自動適應門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用等。（2）免維護：采取多種措施，減少使用過程中的維護工作。（3）多樣化：將會有各種各樣不同外觀和功能的產品，滿足用戶的不同需要。（4）高安全性：隨著用戶安全意識的提高，安全性將是用戶非常注重的一項指標，也將是一項基本要求。二、課題的研究目標、內容和擬解決的關鍵問題1.1.研究目標設計基于PLC的自動門禁系統(tǒng)。1.2.研究內容通過查閱相關資料和綜合運用所學知識，開展創(chuàng)新設計，完成整體方案設計；并進行相關計算校核和，最終完成三維模型的設計和制圖。1.3.擬解決的關鍵問題自動門禁系統(tǒng)是在自動門的基礎上添加一系列的模塊來增加自動門的功能，通過對各類傳感器的使用來豐富自動門的作用。作為系統(tǒng)重要部件的自動門和密碼鎖，所以本課題的關鍵問題將是自動門的機械結構設計和密碼鎖程序的編寫。這項工作是本課題設計的重中之重。三、設計方案的確定1.設計方案：（1）調查研究、查閱文獻和搜集資料。（2）閱讀和翻譯與課題內容有關的外文資料。（3）撰寫文獻綜述。（4）完成三維圖的設計與繪制。（5）撰寫畢業(yè)論文。2.技術路線：總體方案設計關鍵部件的初步設計關鍵部件的相關計算和仿真總體設計和三維制圖。3.方法和工具：CAD，proE，Excel軟件。四、階段性設計計劃周次工作內容檢查方式第七學期18、19周，第八學期1~2英文文獻翻譯的定稿、撰寫開題報告初稿批閱英文文獻翻譯檢查開題報告初稿3-5總體方案設計檢查設計方案6-8關鍵部件的初步設計隨時檢查進度報告9-11關鍵部件的相關計算和仿真隨時檢查進度報告12-14總體設計和三維制圖隨時檢查進度報告15~16整理論文及其它答辯材料隨時檢查進度報告和答辯材料，評閱答辯材料五、參考文獻[1]姚衛(wèi)豐.基于PLC控制的自動門系統(tǒng).[J].自動化與儀表,2002,6:64-65.[2]戴建國.我國自動門行業(yè)現(xiàn)狀調研報告［J］.中國建筑金屬結構，2014.[3]俞竹青,金衛(wèi)東.機電一體化系統(tǒng)設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.[4]范永勝,王珉.電器控制與PLC應用[M].北京:中國電力出版社,2004.[5]竇東陽,趙英凱,何毅.一種列車自動門的設計[J].科技與創(chuàng)新雜志,2007.[6]孫平.可編程控制器原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2003.[7]劉四妹.PLC技術在自動門控制系統(tǒng)中的應用[J].電工技術,2009,11:32-33.[8]鞏云鵬,田萬祿.

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