基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：PLC憑借其高穩(wěn)定性與對(duì)環(huán)境較強(qiáng)的適應(yīng)能力，使得其在自動(dòng)門控制裝置領(lǐng)域中應(yīng)用日益廣泛。本文圍繞自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)展開探究。首先對(duì)PLC系統(tǒng)的概念作簡(jiǎn)要的介紹，再探討其硬件及軟件的設(shè)計(jì)過程，以供參考。

關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)門控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

前言

利用PLC控制自動(dòng)門具有較高的可靠性和穩(wěn)定性、便于維修等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)行自動(dòng)門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有很好的發(fā)展前景。

1.PLC概念

可編程控制器，英文Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC，PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器，它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運(yùn)行儲(chǔ)存在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。

2.自動(dòng)門控制系統(tǒng)的整體方案

2.1設(shè)計(jì)流程

（1）深入了解和分析自動(dòng)門的控制要求和控制部件。

（2）確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。

（3）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。

（4）分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。

（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。

（6）將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。

（7）自動(dòng)門系統(tǒng)的整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。

2.2自動(dòng)門的功能需求分析

本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需要有安全性和可靠性。根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)由以下功能：

2.2.1開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動(dòng)和自動(dòng)方式

為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)開門方式由手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，門可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開門失效，由感應(yīng)器檢測(cè)到有人接近門口且門未打開或者檢測(cè)到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)開門或者關(guān)門。

2.2.2緊急停止

當(dāng)自動(dòng)門出現(xiàn)夾人現(xiàn)象時(shí)，可閉合緊急停止開關(guān)，自動(dòng)門自動(dòng)進(jìn)入開門過程。PLC控制和執(zhí)行元件構(gòu)成是自動(dòng)門控制系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成。采用自動(dòng)和手動(dòng)控制方式，此種控制模式為自動(dòng)門的主要控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。

2.2.3自動(dòng)門的控制要求

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制首先要具備一下功能部件：微波檢測(cè)開關(guān)，限位開關(guān)，超載要實(shí)現(xiàn)電機(jī)正保護(hù)開關(guān)。先確定電機(jī)與門扇軌道組成的系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)—開門，電機(jī)反轉(zhuǎn)—關(guān)門。

首先按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)傳感器檢測(cè)到能有人體通過信號(hào)時(shí)，開關(guān)上有電流通過，（光電檢測(cè)開關(guān)是脈沖觸發(fā)需對(duì)其自鎖）所以線圈上有電流通過，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門執(zhí)行開門過程。

門完全打開之后，使開門限位開關(guān)由閉合到斷開，此時(shí)自動(dòng)門停止，延時(shí)8秒。若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測(cè)到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行8秒延時(shí)。

當(dāng)8秒的延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程。

2.3自動(dòng)門具體構(gòu)成

自動(dòng)門系統(tǒng)的具體組成如下圖：

圖1自動(dòng)門系統(tǒng)組成

由上圖可知，當(dāng)感應(yīng)器件檢測(cè)到人體或物體信號(hào)時(shí)將信號(hào)傳給PLC，PLC根據(jù)已經(jīng)采集的信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，是驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)自動(dòng)門的運(yùn)行。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1可編程控制器的選型

在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需要的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估計(jì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器的容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3.2驅(qū)動(dòng)裝置的選型

自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障。結(jié)合安全穩(wěn)定的考慮，在本設(shè)計(jì)中選用天津某公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機(jī)，此電機(jī)噪音極小、調(diào)速性能好，即具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

3.3感應(yīng)器件的選型

目前自動(dòng)門行業(yè)運(yùn)用的感應(yīng)器件主要有微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器等。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場(chǎng)所。結(jié)合本課題的實(shí)際需要在設(shè)計(jì)自動(dòng)門的人員檢測(cè)上運(yùn)用微波雷達(dá)傳感器為自動(dòng)門感應(yīng)器。

4.軟件工作過程的設(shè)計(jì)分析

根據(jù)本設(shè)計(jì)和安全要求，所設(shè)計(jì)的程序按照下列流程運(yùn)行，已達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)，主要的工作流程如下：

首先按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)傳感器檢測(cè)到能有人體信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正傳，帶動(dòng)自動(dòng)門執(zhí)行開門過程。

當(dāng)門完全打開之后，使開門限位開關(guān)打開，此時(shí)自動(dòng)門停止，進(jìn)行8秒延時(shí)。若此時(shí)感應(yīng)器重新檢測(cè)到有人體信號(hào)時(shí)，則在重新進(jìn)行8秒延時(shí)

當(dāng)8秒的延時(shí)完畢后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)執(zhí)行關(guān)門過程。在關(guān)門過程中，傳感器重新檢測(cè)到人體信號(hào)時(shí)，此時(shí)中斷關(guān)門轉(zhuǎn)向開門過程。

考慮到自動(dòng)門若出現(xiàn)故障時(shí)，使用自動(dòng)控制系統(tǒng)有所不適，于是設(shè)置手動(dòng)開門和手動(dòng)關(guān)門。

5.總結(jié)語

本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，利用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的控制系統(tǒng)。通過對(duì)PLC概念的介紹，再進(jìn)行合理的軟硬件設(shè)計(jì)，提高了自動(dòng)門的可靠運(yùn)行。改善了自動(dòng)門的舒適感，并節(jié)約了電能。給人們帶來了極大的方便。用可編程控制器對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行控制的同時(shí)實(shí)施實(shí)時(shí)故障監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確可靠，實(shí)時(shí)性好，便于維修。

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