基于PLC自動控制門裝置設計

唐詩 劉偉 沈國杰 王麗芳

摘要：可編程控制器（PLC）因具有很好的穩定性、改變控制簡單及強大的數字處理功能，所以在自動門開關控制應用中獲得廣泛的使用。該文基于PLC設計了動感應門的自動控制門系統，利用PLC設計軟硬件電路及控制程序，滿足了感應自動門的快捷、控制簡單的要求，具有自動開關門及安全防夾人功能、主要來滿足人流密集場所對自動門的要求。

關鍵詞：可編程控制器（PLC），感應功能，高效

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）04-0202-02

自動感應門依據其功能可以分為：自動平移感應門、自動平開感應門、自動旋轉門等，由于使用功能單一，目前，平開門比較少用，而旋轉門由于造價昂貴，并且占地面積大，多在高檔場所使用，所以，綜上可知自動平移感應門是目前人們主要使用的設備。

本文設計的是車庫門口的自動控制卷簾感應門，采用主電機拖動卷簾運動。電機正轉運行時，通過接觸器S B 1開啟卷簾門，電機反轉時，利用接觸器S B 2關門。 通過超聲波探測器的開關S A 1檢測人（車）是否進入到超聲波感應區域內，從而產生感應輸出信號（S01=ON），并利用其啟動中間接觸器C1，使電機M正轉，完成開門功能。利用光電感應開關S02，完成否有物體穿過的檢測功能。當行車或者行人通過時，感應光束使光電開關S02動作，產生電脈沖信號，從而啟動中間接觸器C2，啟動電機M反向啟動，完成關門功能。同時利用行程開關K1和K2來實現電機的停止功能。

1 系統總體方案設計

1.1 系統硬件配置及組成原理

自動門控制系統包含PLC控制和動作執行元件構成。采用自動和手動電動控制方式，此種控制方式為目前大多自動門控制方式，本課題所設計的自動門控制系統采用PLC為控制中心來控制傳動機構從而控制門的開和關實現門的自動控制。當有車進入超聲波范圍后，卷簾門自動上升（電動機正轉），直到達到上限位后關閉電動機正轉系統，門下有光電感應裝置，當車輛到達門下，擋住紅外線時，啟動卷簾門下降開關（電動機反轉），但是卷簾門此時并不下降，而是檢測到車輛開出超聲波范圍后，才正式開啟下降，直到達到下限位才關閉電動機反轉系統。為了防止特殊情況出現，也可手動使卷簾門上升和下降，在下降過程中防止夾到車輛，可以手動使門上升，知道上限位；門沒有下降時，可以手動使門下降，直到你想停的位置，若到達下線位自動關閉。

自動控制門系統是由主控制器（PLC）（它是自動感應門的指揮中心，通過內部編有指令程序的大規模集成塊，發出相應指令，指揮整個系統工作，通過控制電機的正反轉和停止，開實現自動門的開門和關門）、感應探測器（超聲波感應、光電感應）（負責采集外部信號，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號）、電動機（提供開門和關門的主動力）、開門執行機構（卷簾門）。該系統設計框圖如下圖1所示：

圖1 自動控制門裝置系統圖

1.2 系統變量定義及分配表

按照原理分析易知：該PLC控制系統需要7個輸入，兩個輸出。由于該控制系統控制規模不大，控制程序比較簡單，充分考慮到控制規模、內存大小、功能要求并結合經濟、安全、高校等因素，再加上課上所學，我們在最終選擇西門子系列的控制模塊。

根據西門子S7-200的模塊及I/O接口組成確定該控制系統的I/O口的分配及地址編碼，如表1所示。

1.3 系統接線圖設計

根據I/O口的分配及地址編碼表及S7-200的特點做出該PLC控制系統的I/O口外部接線圖，如圖2所示。

由外部接線圖可以看出，I0.0與I0.5為按鈕開關，I0.3與I0.4為限位開關，I0.1與I0.2為信號開關，I0.6與I0.7為手動開關，通電后將會跟隨程序進行控制；輸出接燈模擬電動機正反轉，接通電源，可執行輸出控制。

1.4 系統可靠性設計

由于是自動控制門，非人工看守，自然可能出現意外事情，系統中就加了手動控制裝置，當卷簾門下降過程中夾到人或車，就要手動緊急讓卷簾門上升，若要緊急讓門關閉就手動開關讓門下降。

門上升下降到一定位置就要關閉電動機，就設計了限位開關，行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。

2 控制系統設計

根據自動門的工作原理，為了實現預定的功能，并防止意外發生，我們設計了一下流程圖來概述整個過程，如圖3所示。

存在整體的啟動和停止按鈕，當打開啟動按鈕后，超聲波進行掃描，當有信號到達，就驅動卷簾門上升（電動機正轉），直到達到上限位電動機停轉，光電感應信號檢測，給下降一個觸發，但并不影響電動機轉動，直到超聲波檢測不到信號時，啟動卷簾門 下降（電動機反轉），直到達到下限位電動機停轉。為防止出現故障，設立了手動開關門裝置，可以跳過信號檢測裝置，防止出現意外。

控制梯形圖設計：

檢測到車輛壓線，形成自鎖，直到車輛或者人走過光電感應，走出超聲波范圍，觸動電動機反轉，直到到達下限位，電動機停轉。

手動使電動機反轉，沒有自鎖，跳過正轉機械、電氣互鎖，直接驅動簾卷門下降，若手一直觸碰開關，卷簾門持續下降到到達下限位，電動機停轉，門關好；當不再要求卷簾門下降時可松手，卷簾門再次上升，直到觸碰到限位開關，電動機停轉，簾卷門保持在最高位。

3 系統調試及結果分析

首先在PLC試驗臺上連接好本試驗中要用到的輸入/輸出接口，然后連接計算機與PLC設備之間的通訊線，連接好之后各自都接通電源。接著在計算機中打開編程軟件，輸入該自動售貨機的相關梯形圖，然后進行保存、綜合、編譯、9調試、修改等過程確定無誤后，下載至PLC中，最后進行硬件調試，在PLC的操作臺上進行，一邊調試一邊觀察試驗臺，看是否可以按我們事先預計的效果運行。

現象一：按下按鈕SB1，當撥上開關SA1，指示燈L1點亮；

現象二：一定時間摁下按鈕SB2，指示L1燈熄滅；

現象三：撥上開關SA2，一段時間后撥下開關SA2，一段時間后撥下開關

SA1，指示燈L2點亮；

現象四：一定時間摁下按鈕SB5，指示L2燈熄滅；

現象五：按下按鈕SB3，指示燈L1點亮；

現象六：按下按鈕SB4，指示燈L2點亮。

4 總結

本文基于PLC的可編程邏輯控制理論，設計了車庫自動感應門的軟硬件設計。不僅理論上解決了自動感應門的可行性，同時利用模擬調試完成了設計所需功能，基本上可以運用與實際，但在實際應用中，需要更多的是考慮該系統與其它系統的綜合集成能力，需要通過在實際的工作中發現問題并及時改進。本系統目前還未實現智能化，需要更多的先進的技術，最終實現智能化的需求。

參考文獻：

[1] 何獻忠.可編程控制器應用技術[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2] 鐘肇新，王灝.可編程控制器入門教程[M].廣州：華南理工大學出版社，1999.

[3] 鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2001.

[4] 韓戰濤.S7-200PLC編程與工程實例詳解[M].北京：電子工業出本社，2013.

[5] 張曉峰.電氣與PLC控制技術及應用 [M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] 許繆.工廠電氣控制設備[M].北京：機械工業出版社，1999.

[7] 石玉珍.電氣制圖及圖形符號國家標準匯編[M].上海：中國標準出版社，1989.

[8] 姜培剛，蓋玉先.機電一體化系統設計[M].北京：機械工業出版社，2004.

[9] 張海根.機電傳動控制[M].北京：高等教育出版社，2001.

[10] 何存興，張鐵華.液壓傳動與氣壓傳動[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.