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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：基于PLC的自动卷帘门控制系统的设计
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 工程管理
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年4月26日
由于自动卷帘门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。本文是关于自动卷帘门控制系统的设计，自动卷帘门系统主要由PLC（PLC）、感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理为：感应器件实时检测门前的人体或物体信号，并将检测到的信号传送给PLC，PLC将接收到的自动卷帘门的状态信号加以处理并作出判断，然后发出相应的控制信号，控制驱动装置的运行，最后通过传动装置带动卷帘门完成指令动作。
关键词：自动卷帘门；PLC；感应器件；驱动装置
目 录
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 课题的背景
自动卷帘门已经随处可见。它的工作方式是通过门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进自动卷帘门是感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开[1]。当人通过之后，再将门关上。由于自动卷帘门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。自动卷帘门性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动卷帘门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动卷帘门及其自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
目前PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动卷帘门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行自动卷帘门的PLC控制系统设计，可以推动自动卷帘门行业的发展，扩大PLC在自动卷帘门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值[2]。自动卷帘门在国外早就得到了普遍应用，在国内也逐渐得到了大家的认可，已经迎来了自动卷帘门发展的黄金时期。早期自动卷帘门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已被逐渐淘汰。
1.1.2 课题的意义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、和算数运算等操作指令，并能通过数字式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点[3]。目前，PLC在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动卷帘门具有较高的可靠性，维修方便等优点。
自动卷帘门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动卷帘门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装烦琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动卷帘门及其自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称PLC），PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动卷帘门具有较高的可靠性，维修方便等特点，因此，进行自动卷帘门的PLC控制系统设计，可以推动自动卷帘门行业的发展，扩大PLC在自动卷帘门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。
本课题的自动卷帘门设计运用PLC做控制器能大大提高自动卷帘门的稳定性和经济性，对于整个自动卷帘门行业是一次技术革新，提高了自动卷帘门的使用率，因此，进行自动卷帘门的PLC控制系统的设计，可以推动自动卷帘门行业的发展，扩大PLC在自动卷帘门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外自动卷帘门控制系统发展现状
在国外，进入90年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动卷帘门的重要部分。在现代人们生活中自动卷帘门可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。自动平移门最常见的形式是自动卷帘门内外两侧加感应器，当人走近自动卷帘门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。自动卷帘门的控制方法很多，从控制器的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制，即通过运用现代自动化设备来控制，它具有稳定性高，安全等优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动卷帘门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制控制的自动卷帘门所淘汰。
快速卷帘门在欧美、日本等发达工业国家早已普及多年。特别是生产型企业，车间与车间之间必定有快速卷门。如果是是食品、医药类的企业，那是政府强制规定的，必须要用快速卷门隔离，防止产品受到二次污染。国外自动卷帘门的起步早、发展快。上世纪90年代以来，随着自动化技术快速全面的发展，在国外自动卷帘门技术已经相当成熟，取得了较高的成绩，这也使得自动卷帘门技术应用于各种场合。自动化技术的发展是自动卷帘门系统的基础[4]。现实生活中自动卷帘门的应用不仅给人们的出行带来了便利而且节约了大量的空间能源，有效减少了噪音、粉尘等。自动卷帘门也使出入口显得更加高档，出入也更加快捷。因此自动卷帘门在国外应用于各种有需求的场合，并且发展迅速，有良好的前景。
1.2.2 我国自动卷帘门控制系统发展现状
自动卷帘门产品尽管已经进入市场成熟期，但从总的要求看，尚不够成熟和完善，在技术开发和产品定位上仍依靠市场的自然导向为主。国家建设部在2004后6月组建了自动卷帘门、车库门标准化技术委员会，对全行业进行规范、指导和服务，但要把纯自然状态下的行业发展模式进行规范到位，必然会遇到一些亟待解决的问题：
（1）知识产权保护力度太弱。一批假冒伪劣厂家刚被淘汰出局，随之又有一批卷土而来，大有“野火烧不尽”之势，而正规动作的品牌企业面对这种不正当的竞争却又不得不疲于应对，可谓深受其害。从总体上来讲，国人对知识产权的保护意识本身就不强，在实际动作中又缺少相应的技术和政策支持，导致大批正规企业辛辛苦苦投入大量资金、精心研发的新产品，刚一问世，仿冒伪劣产品就蜂拥而至充斥市场，以低廉的价格与之竞争，同时，鱼目混珠的劣质产品，也令消费者无法分辨，无所适从。这不仅使正规投入研发的企业蒙受损失，也直接损害了消费者利益，扰乱了市场秩序。
（2）缺少产品标准和技术规范。由于自动卷帘门产品面市仅十几年的时间，技术工作的基础才刚刚建立，要制定产品标准和技术标准尚缺乏足够的技术准备和足够的调研及数据准备。可以说，建设部自动卷帘门车库门标准化技术委员会的成立和运行，为制定这些标准和技术规范创造了有利条件，但要真正落到实处还需要行业内同仁们的积极参与支持和配合。
（3）自动卷帘门产品的长期发展目标定位不够清晰。现阶段各生产厂家大多都是各自为战，摸着石头过河，对于在什么时候要达到一个什么样的标准没有一个统一、明确的认定。这必然导致企业目光短浅和盲目开发，不仅是资源上的浪费，而且极易错失行业发展的最佳时机。
（4）恶性竞争。竞争本来是市场经济的应有之义，但它又犹如一柄双刃剑，市场秩序和环境不规范时，若运用得不当，就会出现恶性竞争，导致厂家和消费者双方受害。特别是在市场资源有限的情况下，僧多粥少，一份订单有十几个厂家去竞争的案例屡见不鲜[5]。为了各自的眼前利益最终就会演变为价格竞争，因为它迎合了现阶段经济尚不充裕的国人消费需求。而低价竞争又必然导致一些企业在降低制造成本上大做文章，随之而来的就是原材料以次充好，偷工减料，服务水平降低，产品品质和质量下降，最终受害的还是消费者。
1.3 本文的主要内容
本文研究的是PLC在自动卷帘门控制系统中的应用。
全文共分为五章，各章内容简介如下：
第一章，绪论。简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容。
第二章，PLC简介。简述了PLC的定义、功能特点、结构及工作原理。
第三章，基于PLC的自动卷帘门控制系统的设计与实现。介绍了本设计的系统控制原理，系统主要部件的组成，系统的控制要求，自动卷帘门控制系统的方案设计与论证，自动卷帘门控制系统的硬件选型（PLC的选型，电动机的分析与选型，光电开关的分析与选型，接近开关的分析与选型），I/O点及地址的分配和电气控制原理图。
第四章，本章介绍了自动卷帘门系统控制程序的设计。介绍了系统控制流程图，PLC程序的设计及系统调试。
第五章，结论。对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。
2.1 自动卷帘门控制系统的生产工艺概述
自动卷帘门最常见的形式就是在自动卷帘门的内外两侧安装感应探测器，感应探测器探测到有人或物体进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知动力电机运行，电机将动力传给吊具系统使门扇开启，碰到行程开关电机停止转动；门扇开启后一段时间由控制器作出判断，如需关门，通知电机反向运动，关闭门扇。控制系统结构如下图2.1所示。
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图2.1 控制系统结构图
2.2 自动卷帘门控制系统控制需求分析
（1）当有人或物由内到外或由外到内通过时，感应探测器检测到信号，开门执行机构执行动作，电机正转，到达开门限位位置时，电机停止运行。
（2）自动卷帘门在开门位置停留15秒后，自动卷帘门进入关门过程，关门执行机构被启动，电机反转，当门移动到关门限位时，电机停止运行。
（3）当关门过程中，当有人或物由外到内或由内到外通过时，感应探测器检测到信号，应立即停止关门，并自动进入开门程序，以保证人或物安全通过。
根据对自动卷帘门的具体要求，本课题所设计的自动卷帘门应具有以下功能：
1.开门和关门控制应具有手动和自动方式
为了便于维护，自动卷帘门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门且门未关闭，PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。
2.蜂鸣器的提示功能
当自动卷帘门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。
3.防夹人功能
为了杜绝自动卷帘门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住。
自动卷帘门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动点动控制方式，此种控制模式为目前大多自动卷帘门的控制方式。本课题所设计的自动卷帘门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关，实现门的自动化控制。
2.3 总体设计方案
2.3.1 自动卷帘门方案的分析与论证
为实现自动卷帘门的控制要求，本控制系统采用PLC作为主控制器来调节直流减速电机实现控制门扇开启和关闭，电机结构简单，成本低，控制方便。
由于自动卷帘门的门扇是用窗帘布做成的，重量不够，而且还会左右晃动，所以门框内的两侧固定了两条轨道，防止门扇的晃动，另外用刚好长度的铁片捏在布的下方，即有下垂的重量，又有接近开关所需感应的铁片。
因为PLC的输出电压是24V，所以所选的电动机也应是24V的直流减速电动机和两个24V的继电器作为负载。
2.3.2 自动卷帘门控制方案的确定
（1）开门和关门控制应有手动和自动方式
为了便于维护，自动卷帘门应具有手动和自动方式。当信号采集装置检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门口且门未关闭，PLC动作输出信号开控制点动机正转或者反转来开门或者关门。
（2）紧急停止
当自动卷帘门出现夹人现象时，可闭合紧急停止开关，自动卷帘门自动进入开门过程。
自动卷帘门控制系统包含PLC控制和执行元件构成。采用自动和手动控制方式，此种控制模式为目前大多自动卷帘门的控制方式。本课题所设计的自动卷帘门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。
