自動開關門的設計

2015-05-30 13:05:20湯麗亞

新課程學習·下 2015年4期

湯麗亞

摘要：是基于PLC對某酒店大廳自動開關門控制系統進行設計與實現。該自動控制系統可以實時感應人員的進出，實現自動開關門。采用主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC，實現自動開關門流程控制。

關鍵詞：PLC；光電開關；限位；接觸器

隨著科技的發展，人們的生活、工作等各方面都盡量要求實現自動控制，以節省人力、物力。PLC以其成本低廉、可靠性高、編程簡單易學等優勢，始終處于工業自動化控制領域的主戰場。

本文介紹了一種基于PLC控制的酒店大廳自動開關門控制系統的設計。該系統可實現當人員需要出、入時自動開、關門；在關門過程中感應人員靠近時，立即停止關門并自動進入開門程序；在門打開后的等待時間內，若有人員由外到內或由內到外時，必須重新開始等待，再自動進入關門過程，以保證人員的安全通過。

一、自動開關門基本工作原理

1.自動感應門機的基本工作原理

平移式自動感應門機組由以下部件組成：（1）主控制器：自動感應門的核心，通過內部編程指令指揮馬達或電鎖類系統工作；同時可以通過主控器調節門的開啟速度、開啟幅度等參數。（2）感應探測器：負責采集外部信號，就像一雙眼睛，當它發現有人員進入探測范圍，就會給主控制器一個脈沖信號。（3）動力馬達：提供開、關門的主動力，控制自動感應門的加、減速運行。（4）自動感應門扇行進軌道：如同高鐵的鐵軌作用，限制門扇的吊具走輪系統，使其按指定方向行進。（5）門扇吊具走輪系統：可掛活動門扇，使門扇在動力牽引下自動運行。（6）同步皮帶：用于傳輸動力馬達所產生的動力，牽引自動感應門扇吊具走輪系統。（7）下部導向系統：是自動門扇底部的導向與定位裝置，可防止門扇運行時出現擺動。

自動感應門門扇要完成一次開、關門工作流程如下：感應探測器感應到有人員進入探測范圍，將脈沖信號發給主控制器；主控制器判斷后命令馬達運行，同時監控動力馬達轉數，以達到控制馬達在一定時候加速和減速；動力馬達靠運行電流做正向運行，帶動同步帶，再由同步帶控制吊具系統使自動門扇開啟；自動門扇打開后再由主控制器作出判斷是否需要關門，從而控制動力馬達反轉，進入自動關門控制。

二、自動開關門的硬件設計

1.主機選型

根據控制要求可知門內光電探測開關K1，門外光電探測開關K2，開門到位限位開關K3，關門到位限位開關K4，都是輸入觸點，所以共設開關量輸入點4個。另外，該系統還有開門執行機構KM1，（使直流電動機正轉），關門執行機構KM2（使直流電動機反轉），短接啟動電阻接觸器KM3等都是輸出觸點，所以設開關量輸出點3個。PLC選用輸入電源為24VDC，輸出電源24VDC，選擇輸出口器件類型為Relay即繼電器的PLC。對于本設計來說不需要擴展單元與模擬量單元，本人基于個人喜好，并從功能、價格方面考慮，最終選定主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC。

2.I/O端口分配

I/O端口分配是PLC設計的首要條件，分配后才能進行軟件設計編程；而外部接線圖也必須在I/O端口確定以后才能繪制。

本自動控制系統I/O分配如下：

（1）輸入端口

門內光電探測開關K1-I0.2，門外光電探測開關K2-I0.1，開門到位限位開關K3-I0.3，關門到位限位開關K4-I0.4，過載保護開關SB5-I0.5，緊急停車開關SB6-I0.6，啟動停止按鈕SB7-I0.7，手動開門按鈕SB10-I1.0，手動關門按鈕SB11-I1.1。

（2）輸出端口

開門執行機構KM1-Q0.0，關門執行機構KM2-Q0.1，短接啟動電阻接觸器KM3-Q0.2。

3.電氣原理圖

硬件系統主要包括PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計和抗干擾措施的設計等。選定PLC主機及擴展模塊（如需要的話）和分配I/O端口后，硬件設計的主要內容就是電氣控制原理圖的設計、電氣控制元件的選擇和控制柜的設計。電氣控制原理圖包括主電路和控制電路。控制電路由PLC的I/O接線、自動控制和手動控制按鈕的連接等，有時還需電氣原理圖中標上期間代碼或另附安裝圖、端子接線圖等，在控制柜安裝時供客戶參考。電氣元件主要是根據控制要求選擇按鈕、開關、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。

三、自動開關門的軟件設計

1.流程分析

要實現自動控制首先要自動檢測部件：光電檢測開關、限位開關、超載保護開關、直流電機。

整個工作過程實現：電機正轉（開門），電機反轉（關門）。

（1）當有人員出/入進入光電檢測開關檢測范圍時，開關閉合有電流通過（注意由于光電檢測開關是脈沖觸發需加上自鎖），由于開門限位開關未被碰觸時是閉合的，從而線圈通電，電動機正轉，直到碰觸開門限位開關后，電動機停止。

（2）當自動門開到限位位置時啟動定時器，延時8秒后，自動進入關門程序，電動機反轉，當門碰到關門限位開關時，電動機停止。

（3）如在關門過程中，有人員需要出/入時，光電檢測開關感應發出信號，從而停止關門，并自動進入開門程序。

（4）門打開后需要進行8秒等待，以保證人員安全通過，此時若有人員出/入，則光電檢測開關發出信號，定時器重新開始等待8秒，8秒后再自動進入關門程序。

（5）考慮到自動門會出現故障或維修等情況，除有自動控制外還增加了手動控制開關。

2.指令程序

通過對本項目的設計，深入探究了S7-200的編程技術，完成了自動開關門控制要求，為類似控制系統的實現積累了經驗。在整個過程中我盡量考慮到現場可能出現的各種情況，在設計程序時編入控制過程，但系統設計的優越性和獨創性，則有待今后進一步深入研究與改進。希望廣大技術人員和專家多多指教。

參考文獻：