平移式自動感應門的PLC設計

嚴莉萍

摘 要：門的作用對于人類來說非常重要，遠古時期人用門來做屏蔽作用，但隨著智能建筑的發展，不僅要求門有屏蔽作用，同時能夠實現自動化，并能有效通行、疏散和與周圍環境的協調。文章對自動門的基本結構和工作原理進行了闡述，在此基礎上，對平移式自動感應門進行了硬件設計，主控制器選用S7-200 CPU224型號，傳感器選用NACS83600型號微波感應器，執行機構選用LEY8010Q直流無刷靜音電動門電機。通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊等組成。最終完成了平移式自動感應門的設計。

關鍵詞：智能建筑；自動感應門；S7-200 CPU224型號

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）12-0006-02

1 背景概述

門的發展歷史可以追溯到古埃及，那時候門的主要作用是屏蔽，但這種作用都是被動的，需要人通過手推拉式，有時候力量重了對門的損傷很大。同時對于人流量大的公共場所，如果都要手推，對人們來說相當不方便。現代社會要求門不僅能夠起到安全作用，還能有效地通行、疏散和能夠與周圍環境協調，隨著門的不斷發展，自動門作為門的高級形式，它的出現對人類文明是一次重大發展。早在20世紀20年代，美國超級市場的開放，使得自動門開始被大量地使用，1930年第一臺自動門是美國史丹利公司推出的，多瑪公司在1954年發明的油壓式和空氣式自動門，但此種裝置轉換效率低，速度比較難控制。隨著工業革命的爆發，電氣技術迅速發展，自動門已經開始轉向電氣式，例如紅外感應自動門、微波感應自動門、刷卡自動門等。

我國在自動門的應用上起步較晚，從20世紀90年代才進入中國，前期主要是通過引入國外生產設備和技術進行制造，其主要來源是歐美國家，包括美國、意大利、德國、荷蘭和日本等國家。隨著市場需求的不斷增大，自動門在我國飛速發展，國內已經有一批具有獨立生產能力的自動門企業，截至2012年底，包括國產以及進口產品，中國自動門市場上已經有80余個品牌的門機及自動門成套設備，而各種規模的門機生產銷售廠商則更以數百計，主要分布在長三角和珠三角區域，當年的生產規模達到12.8，金額達到7.2億元。

隨著現代計算機、自動化及通信技術的發展，建筑行業的自動化程度得到迅速發展，傳統的建筑正在被智能化建筑取代。智能建筑是將建筑物內的設備監控系統、辦公自動化系統、通信系統、多媒體音像等系統組合起來，并通過計算機網絡系統統一管理，其包含多個子系統，例如安防系統、電梯管理系統、照明系統等，其中的出入口系統是智能建筑中關鍵系統，自動門就是出入口系統自動化產物，它對于智能建筑的發展具有重要的意義，對于自動門的穩定高效性也提出更高的要求。

2 自動門的概述及工作原理

2.1 自動門的基本概述

運用先進的感應技術，檢測人或物質進入感應區域時，門就會自動開啟，當人或物質遠離感應區域時，門會自動關閉，這種工作方式下的門叫做自動門，其控制核心是可編程控制器，執行機構是電動機，再通過傳動機構將電動機的旋轉運動轉化為門的移動。

自動門的種類很多，按照啟閉形式可以分為：平開門、折疊門、旋轉門等；按照材料分為：安全玻璃、彩色涂層鋼板、木材等；按照門的結構特點可以分為：自動旋轉門；卷簾式自動門；平滑自動門和提升式自動門等；按照用途可以分為：工業用自動門、車庫用自動門和民用自動門等。不管其結構形式多樣，但基本結構主要包括4個部分：作為被控對象的門體門框部分、動力驅動和傳動部分、控制器和傳感檢測部分。

2.2 自動門的工作原理

本文設計的平移式自動感應門機系統主要包括機械和電氣兩個部分。機械部分包括：自動感應門扇行進軌道、門扇吊具走輪系統、同步皮帶和下部導向系統，電氣系統包括主控制器、感應探測器、電動機。

其工作過程為：當人進入感應探測器的檢測范圍內，感應器發出的信號傳遞給控制器，控制器接受到信號后，輸出電機驅動信號，電機的旋轉運動通過皮帶和門扇吊具走輪系統轉化為感應門的直線軌道運動，感應門開啟；若一定時間后，感應探測器沒有檢測到信號，控制器控制電動機反向運行，關閉門扇；若再關閉的過程中，探測器又檢測到信號，則電機正向運轉，再次開啟門扇。考慮到安全問題，若在關門時，門扇感應到很大的阻力，電機會正向運行。

3 自動門控制器硬件設計

本文設計的是平移式自動感應門機控制系統，該系統主要由主控制器、感應探測器、電動機、自動感應門扇行進軌道等部分組成。主控制器采用西門子公司S7-200系列中的CPU224 AC/DC/RLY型號，該控制器共24個輸入、輸出點：14個輸入點（I0.0—I0.7、I1.0—I1.5）和10個輸出點（Q0.0—Q0.7、Q10—Q1.1），其輸出方式采用繼電器型，輸出電壓既可以用24 V的直流電，也可以用220 V的交流電。輸入電路采用了雙向光電耦合器用于輸入端子的保護，該CPU內置4 096個字節的程序存儲區、2 560個字節的爾數據存儲區、高速計數器、2路脈沖輸出、2個模擬電位器、1個RS-485通信接口，此控制系統需要6個輸入信號和2個輸出信號，能夠滿足控制要求。

自動門感應器主要有紅外和微波兩種形式，紅外感應器是利用紅外線作為介質來測量檢測物體的，只能夠檢測物體是否進入探測范圍，但是對物體的移動不能檢測出來，受濕度、煙霧和塵埃等影響較大。微波感應器是運用電磁波的多普勒效應制成的，它能檢測檢測到移動的物體，因為對于公共場所，人流量多且都在移動，因此，采用微波感應器更能適應現在的社會要求，同時對外界的抗干擾能力較強。

本文采用松下公司的NACS83600型號感應器，其屬于微波雙向非接觸式傳感器，其發射頻率密度為5 mw/cm2，發射頻率可以達到24.125 GHz，功率耗損只有2 W，使用壽命長，應用廣泛。

相比于傳統直流電動機，無刷直流電動機采用電子元器件代替了電刷，使得換向裝置無機械接觸，不容易對電刷經常換向產生損壞，同時節省材料，制造簡便，因此其具有運行聲音小、無火花、壽命長和速度高等優點。本文采用LEY 8010Q直流無刷靜音電動門電機，該電機的額定功率為60 W，額定電壓為24 V，能夠滿足本系統控制要求，同時能夠滿足節能和環保的要求。

4 軟件設計

根據本控制系統要求，自動門開關控制系統有6個輸入信號，門外光電檢測開關為i0.0、門內光電檢測開關為i0.1、開門限位開關為i0.2、關門限位開關為i0.3、手動開門按鈕為i0.4和手動關門按鈕i0.5，輸出信號有兩個，用于開門和關門控制信號。

本系統運用STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行梯形圖的編程，程序采用模塊化編程，主要由主程序模塊、開門子程序模塊、關門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊等組成。自動門主程序采用定時裝置，程序總流程圖如圖1所示，定時器的時間可以根據實際要求進行調整，本文選用8 s作為定時時間，能夠滿足控制要求。同時考慮到自動門出現故障或在維修時，自動控制可能存在問題，設置了手動運行模式。

5 結 語

本文首先簡要概括了門的歷史背景以及發展趨勢，從一開始的單一屏蔽作用，慢慢發展到能有效通行、疏散和與周圍環境協調。隨著智能建筑的發展，對自動門的穩定和高效性提出了更高的要求。因此本文在平移式自動感應門的結構和工作原理的基礎上對其進行了設計，硬件上，以S7-200 CPU224為核心控制器，配以NACS83600微波型號感應器，用以信號的檢測，執行機構采用LEY8010Q直流無刷靜音電動門電機。軟件上運用STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行梯形圖的編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊，還包括了故障或維修下的手動模式，該系統具有較好的穩定性和效率。

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