自动门装置的PLC控制.docx
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自动门装置的PLC控制
摘要
为了增强自动门运行的可靠性,提出了一种以S7-200可编程序控制器（PLC）为核心的自动门控制系统。
分析了该控制系统的工作原理,描述了系统的硬件组成,介绍了人体感应探测、自动门运行位置检测、门运行障碍检测等控制电路的工作过程,对PLC的选型及I/O点的确定进行了说明。
结合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化。
在此基础上,采用结构化的编程方法,给出了主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块的程序流程图。
系统已通过硬件和软件调试,在实际中获得了应用。
应用结果表明,整个系统功能完善,性能可靠。
综合PLC的运行特点，对控制系统的工作流程作了合理的优化。
在此基础上，给出了控制系统软件设计的程序流程图、顺序功能图、外部端子接线图及PLC控制梯形图等。
本设计介绍应用可编程控制器取代传统的继电器、接触器控制系统，实现自动门控制的过程。
关键字：
可编程控制器；S7-200；自动门；控制系统
第1章绪论
随着科技的不断发展，各种各样的自动门应运而生，但由于PLC技术的不断完善，自动门大多采用PLC系统来进行集中控制。
因此自动门的发展一个是在硬件设施上的完善，另一个就是PLC控制系统的不断发展。
自动门尤其是高级自动门的造价不菲，目前多应用于大型商场、银行、大酒店、机场、办公大厦等各种大型的公共场所。
自动门虽然作为高科技产品，但仍会有一些安全隐患存在，如果关门过程控制不当，容易对人们造成挤伤，碰伤，所以自动门在稳定性上还需要不断的突破。
影响自动门不稳定因素的原因是多方面的，但主要是噪声、电磁场的干扰，他导致电源电压便的不稳定是一个重要方面，它对安全产生很大的影响，因此，设计系统时考虑执行部分的输送电压稳定是一个应该重视的问题。
由于中国的自动门技术起步较晚，掌握的技术相对稚嫩。
虽然从事自动门行业的厂家很多，但真正掌握成熟技术的却很少。
因此多是代理一些国外的自动门。
由于这些因素，未来自动门的发展应该朝着精简化、安全化去努力，使自动门的使用更普遍，安全性更有保障。
目前在各种建筑物中应用比较广泛的主要是平移形感应自动门，这种自动门主要是通过红外探头来感应是否有人靠近，红外探头主要是对产生热量的物体有感应，当人靠近是时，红外感应到人的存在，就会发送信号到控制部分，控制部分接收到信号通过处理后发送信号到驱动部分，通过电机执行动作完成开门动作。
但这种技术存在着一些弊端，它会对一些高温的物体产生误操作。
第2章设计方案选择
2.1概述
本课题主要介绍运用PLC为控制器的自动门控制系统的设计，所有产品的开发都要讲究实用本课题开发的产品对许多场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发还是使用者来说都是最好的。
此系统的设计既满足了自动门的基本要求，还可以保证自动门的稳定性。
本课题的研究将使产品成本下降，效益提高。
因此是一个比较实用且经济的产品
2.2系统组成
设计是基于PLC的控制系统，当感应器件检测到人体或物体信号传给PLC，PLC根据已经采集的信号发出控制信号，驱动装置运行，通过传动装置带动自动门的运行。
其系统具体组成如2.1图所示。
2.1自动门系统的组成框图
第3章硬件设计
3.1自动感应门的基本工作原理
首先，平移式自动感应门由以下部件组成：
（1）主控器：
它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。
（2）感应探测器：
负责采集外部信号，如同人的眼睛，当有移动物体进入它的工作范围时，它就给主控器一个脉冲信号。
（3）无刷直流电动机：
提供开门与关门的主动力，控制自动感应门的速度。
（4）自动感应门扇行进轨道：
就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定的方向行进。
（5）门扇吊具走轮系统：
用于吊挂活动门扇，同时在动力的牵引下带动门扇运行。
（6）同步皮带：
用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。
（7）下部导向系统：
是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现门体摆动。
自动感应门门扇完成一次开门与关门，其工作流程如下：
感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。
马达得到一定运行电流后做出正向运行，将动力传给同步皮带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门门扇开启；自动感应门门扇开启后由控制器做出判断，若需关闭自动感应门，通知马达做相反运动，关闭自动感应门。
3.2限位开关的工作原理
行程开关又称为限位开关，用于控制机械设备的行程及保护。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装有生产的机械部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。
3.3光电开关的工作原理
它是光电接近开关的简称，是利用被测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通所要接通的电路，从而检测物体的有无。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可检测。
光电开关将输入电流在发射器上转化为光信号射出，接受器再根据接受到的光线强弱或有无目标物体进行探测。
3.4PLC的选择
本设计采用德国西门子公司生产的CPU224小型PLC来实现整个系统的控制。
西门子S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型可编程控制器，开始被称为CPU21X，后被称为CPU22X。
其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。
在此设计中我们选择S7-200CPU224，它具有14输入/10输出，I/O共计24点。
存储容量大，有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数处理能力。
西门子S7-200CPU224如下图（图3.1）
图3.1S7-200CPU224图
表3.1S7200的参数表
主要性能
集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点
其他性能
20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHZ），2个100KHZ的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议，MPI通讯协议和自由方式通讯能力
特点
本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等
3.5自动门的硬件部分
主要是从以下几个方面进行硬件设计：
驱动装置的选型、感应器件的选型、自动门控制系统I/O地址的分配。
3.5.1驱动装置选型
自动门的驱动装置是自动门能否良好工作的保障，在本设计中是运用直流无刷电机。
直流无刷电动机功率密度高，噪音极小，调速性能好，即具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机的线性机械特性、调速范围宽、启动转矩大、运行效率高等诸多优点。
是应用于“轻、小、薄、安静、精密、可靠”等场合的最佳选择。
本设计选用亚坦电机控制有限公司生产的45BLDC系列直流无刷电机，电机直径φ45，额定转数4000转，额定转矩0.036N.m，功率15W-100W，额定电压24VDC。
3.5.2感应器选型
目前，自动门行业运用的感应器件主要由微波感应器、红外线感应器等。
（1）微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所。
微波感应器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线作感应系统，以微处理器作控制。
微波感应器的特点：
是以10.525GHz微波频率发射、接收。
其探测方式具体有以下优点：
非接触探测和不受温度、湿度、噪音影响。
（2）红外感应器，是对物体的存在进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应，另外，红外感应器的反应速度比微波感应器慢。
根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中，感应器是自动门系统的重要部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，结合本设计要求，选用上海安达门业装饰有限公司的微波自动门感应器WB-3004
3.5.3自动门系统I/O地址的分配情况
输入/输出信号在PLC接线端子的地址分配是进行PLC控制系统设计基础。
对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图来安装控制柜。
I/O地址分配是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现成接线和调试的重要依据。
PLC控制系统的I/O地址分配如下表3.2：
表3.2I/O地址分配表
I0.1
门外检测电开关K1
I0.2
门内检测电开关K2
I0.3
开门限位开关K3
I0.4
关门限位开关K4
I0.7
过电流保护开关
I0.5
手动开门
I0.0
启动停止KA
I0.6
手动关门
Q0.0
电机正转
Q0.1
电机反转
3.6PLC控制输入输出接线
图3.2PLC控制输入输出接线
第4章软件设计
4.1控制系统流程设计
当门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如图4.1所示：
4.1程序流程图
框图说明如下:
（1）当有人有内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
（2）自动门在开门位置停留8s后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被启动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
（4）在门打开后的8s等待时间内，若有人员由外到内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8s后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
4.2PLC梯形图的设计
图4.2自动门开门梯形图
图4.3自动门运行梯形图
图4.4自动门关门梯形图
图4.5自动门开门语句表
图4.6自动门运行及关门语句表
4.3过程分析
1.首先按下启动按钮使I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。
由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0线圈通电，有原理分析可知光电检测开关的触发方式是脉冲触发所以需要自锁。
当Q0.0线圈通电时Q0.0闭合，此时电动机正转带动自动门扇移动，执行开门过程。
2.当门扇完全打开时，使开门限位开关I0.3打开，Q0.0线圈断电.电动机停止转动。
3.当门扇停止移动时，由于开门限位开关的长闭变成长开，故使长开闭合。
进行8秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关I0.1或I0.2有信号，则使T0重新延时。
4.当8秒的延时完毕后T0线圈通电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1通电并自锁，电机反转执行关门过程。
5.在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1,I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0长闭，此时打开并中断关门过程，转向开门过程。
6.在此控制过程中，为了保证其安全性设置过载保护和紧急停车。
7.考虑到主动门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，于是设置手动开门和手动关门。
第5章总结与体会
本文研究了基于PLC的自动门控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。
不仅在理论上论证了该系统实施的可行性，而且在实验中进行了模拟调试。
虽说调试后本系统的整体设计能够达到实际要求，但在实际应用中还应结合实际情况，考虑各部分的容量及其技术参数，供电电源的设计、系统接地问题、电缆设计与铺设、PLC输出保护等问题，已使系统达到安全可靠的工作，所以要想交付用户使用，必须得通过现场调试。
这就又给我们提出了更高层次的问题，毕竟一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。
现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要正增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。
参考文献
[1]黎虎,游有鹏.基于PLC和变频器的直线电机驱动门控制系统.电机技术,2008,4:
22
[2]刘四妹.PLC技术在自动门控制系统中的应用.电工技术,2009,11:
32
[3]王改堂,王孟效.PLC在自动门中的应用.科技资讯,2006,8:
18
[4]熊芝耀,蒋文科等.基于PLC控制的四开平移自动门.实验室研究与探,2006,12:
15
[5]姚卫丰.基于PLC控制的自动门系统.自动化与仪表,2002,6:
64
[6]张春秋.可编程序控制器在自动门上的应用.中国科技信息,2009,5:
133
[7]靳松.三菱FX2N在自动门控制中的应用.科技创新导报,2009,10:
114
[8]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版,2008,3.9
[9]何衍庆主编,何一平.常用PLC应用手册.电子工业出版社,2008.3.7
[10]李凤阁,佟为明.电气控制与可编程控制器应用技术.北京机械工业出版社,2007.12.25
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