基于PLC的自動(dòng)平移門設(shè)計(jì)

陶佳

摘 要：該文介紹了一種基于PLC的自動(dòng)平移門設(shè)計(jì)，從功能需求和技術(shù)參數(shù)出發(fā)，經(jīng)過合理地優(yōu)化控制系統(tǒng)工作流程，在確保安全的前提下，提出通過PLC和變頻器控制三相交流變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)門的平移控制，對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明。經(jīng)過仿真和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，該系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單、軟件設(shè)計(jì)合理，具有良好的實(shí)用性和可靠性，能滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 自動(dòng)門

中圖分類號(hào)：TU22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（a）-0055-04

自動(dòng)門的使用在人們的生活當(dāng)中越來越廣泛，其中自動(dòng)平移門運(yùn)用的最多，平時(shí)我們所說的平移門、感應(yīng)門一般就是指自動(dòng)平移門。基于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門安裝及維護(hù)都比較復(fù)雜[1]，目前已很少使用，而該文介紹的基于PLC控制的自動(dòng)門系統(tǒng)采用兩開控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便、能耗低等特點(diǎn)，能滿足各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)采用可編程控制器（PLC）和控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式，通過傳感器采集外部信號(hào)并給PLC一個(gè)脈沖信號(hào)，以PLC作為控制中心，負(fù)責(zé)電機(jī)和電鎖類系統(tǒng)工作，并控制門扇開啟速度和開啟幅度等參數(shù)，運(yùn)行過程中，通過行程開關(guān)判斷自動(dòng)門所在位置，發(fā)出信號(hào)控制自動(dòng)門行進(jìn)速度。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便，可靠性高，可以在確保自動(dòng)門穩(wěn)定性的前提下滿足其基本要求。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先考慮了自動(dòng)平移門多用于公共場(chǎng)合，為保證安全性[2]，門體玻璃材質(zhì)使用鋼化玻璃，然后考慮其具體參數(shù)，如門體高度、單扇門開啟寬度、最快開門速度、常速關(guān)門速度、減速關(guān)門速度等，并確定開啟保持時(shí)間可調(diào)。

該設(shè)計(jì)中的具體參數(shù)如表1所示。

由于公共場(chǎng)所人流量大，為了保證安全性需求，在該系統(tǒng)中配備了防夾人光柵、后備電源等輔助裝置。

2.1 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)軌、滑輪及傳動(dòng)皮帶作為自動(dòng)門的基本傳動(dòng)部件，每一個(gè)活動(dòng)扇由4個(gè)滑輪來懸掛、驅(qū)動(dòng)，從而避免啟動(dòng)、剎車過程中前后輪的壓力不均，在水平和垂直兩個(gè)方向減少了活動(dòng)扇的擺動(dòng)和震動(dòng)，這樣就能大幅度降低運(yùn)行噪聲。

設(shè)計(jì)中采用了水平雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)，使活動(dòng)扇重心處于雙層水平導(dǎo)軌的兩個(gè)支撐點(diǎn)之間，形成雙層“正懸掛”。導(dǎo)軌朝下的開口兩側(cè)配以毛刷形成密封，有效避免積塵造成的磨損影響。這種結(jié)構(gòu)不僅有效地緩解了動(dòng)態(tài)“側(cè)擺”的弊病，同時(shí)也在一定程度上解決了活動(dòng)扇“掉扇”等安全問題，而且大大減少了滑輪的動(dòng)態(tài)磨損，這種設(shè)計(jì)不僅能有效解決導(dǎo)軌、傳動(dòng)及電氣組件的安裝固定等關(guān)鍵問題，而且能保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及安全。

2.2 硬件選型

（1）驅(qū)動(dòng)裝置：自動(dòng)門的電機(jī)選擇主要考慮絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，基于以上因素，最終該設(shè)計(jì)中采用了符合以上要求的電梯自動(dòng)門專用三相交流變頻電機(jī)，型號(hào)為SBP90-60型，它具有噪聲低、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，額定電壓為三相交流220 V，采用Y型接法，可通過改變輸入三相交流電的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（2）可編程控制器（PLC）的選型：該設(shè)計(jì)中采用西門子S7-200（cpu226）系列小型PLC來實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制，西門子S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種小型PLC，它結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性良好、指令功能強(qiáng)大，具備良好的性價(jià)比[3]，可以滿足該設(shè)計(jì)的要求。

（3）變頻器：考慮到該設(shè)計(jì)中電壓、電流和容量匹配的需要，采用了松下VF0系列單相200 V級(jí)變頻器，由于其0.2 kW容量級(jí)別的型號(hào)不帶制動(dòng)回路和制動(dòng)電阻，所以該設(shè)計(jì)最終選取了0.4 kW容量級(jí)別帶制動(dòng)回路的BFV00042G（0.4 kW/2.4 A）型號(hào)變頻器。

考慮自動(dòng)門系統(tǒng)具有如下速度要求。

高速啟動(dòng)（行程開關(guān)1）→中速運(yùn)行（行程開關(guān)2）→低速運(yùn)行（行程開關(guān)2）→停止（限位下限開關(guān)）。

根據(jù)開門或者關(guān)門的距離和時(shí)間要求，算出加速、中速和減速線的線速度，并計(jì)算出相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p（1-s），再計(jì)算出相應(yīng)的設(shè)定頻率值，最后參照變頻器的設(shè)置手冊(cè)進(jìn)行設(shè)定，按設(shè)計(jì)要求設(shè)定好變頻器三速控制的頻率。

（4）自動(dòng)感應(yīng)開關(guān)的選擇：在自動(dòng)門的人員檢測(cè)上運(yùn)用OD—001型微波感應(yīng)器及OD—003型安全傳感器來防止夾人，自動(dòng)門的速度信號(hào)采集上運(yùn)用了ED—130U型非埋入型接近傳感器。

2.3 系統(tǒng)接線

自動(dòng)門采用AC220V電壓供電，分別給PLC、變頻器和線圈及24 V電源開關(guān)供電，并提供接地保護(hù)，系統(tǒng)供電電源如圖2所示。

PLC端子連接如圖3所示。

2.4 I/O分配

PLC的I/O分配如表2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)自動(dòng)門的控制和安全要求，PLC控制程序有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，并設(shè)有異常停止控制，自動(dòng)門控制流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語

該文利用PLC與變頻器控制三相交流變頻電機(jī)來控制自動(dòng)門，實(shí)現(xiàn)了通過手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式，完成對(duì)自動(dòng)門的開關(guān)控制。在軟件設(shè)計(jì)中使動(dòng)作步序互鎖，確保系統(tǒng)防止發(fā)生誤操作，保證了自動(dòng)門的安全運(yùn)行。通過多次的軟件仿真和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)門系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，速度控制平滑流暢，自動(dòng)平移門控制系統(tǒng)可保持可靠穩(wěn)定的長(zhǎng)期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 司慧玲.基于PLC的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2013（24）：47-48.

[2] 張蕾.基于PLC與MCGS自動(dòng)門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2017（2）：37-40.

[3] 阮友德.電氣控制與PLC教程[M].人民郵電出版社，2006.