基于PLC自动控制门装置设计

唐诗 刘伟 沈国杰 王丽芳

摘要：可编程控制器（PLC）因具有很好的稳定性、改变控制简单及强大的数字处理功能，所以在自动门开关控制应用中获得广泛的使用。该文基于PLC设计了动感应门的自动控制门系统，利用PLC设计软硬件电路及控制程序，满足了感应自动门的快捷、控制简单的要求，具有自动开关门及安全防夹人功能、主要来满足人流密集场所对自动门的要求。

关键词：可编程控制器（PLC），感应功能，高效

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0202-02

自动感应门依据其功能可以分为：自动平移感应门、自动平开感应门、自动旋转门等，由于使用功能單一，目前，平开门比较少用，而旋转门由于造价昂贵，并且占地面积大，多在高档场所使用，所以，综上可知自动平移感应门是目前人们主要使用的设备。

本文设计的是车库门口的自动控制卷帘感应门，采用主电机拖动卷帘运动。电机正转运行时，通过接触器S B 1开启卷帘门，电机反转时，利用接触器S B 2关门。 通过超声波探测器的开关S A 1检测人（车）是否进入到超声波感应区域内，从而产生感应输出信号（S01=ON），并利用其启动中间接触器C1，使电机M正转，完成开门功能。利用光电感应开关S02，完成否有物体穿过的检测功能。当行车或者行人通过时，感应光束使光电开关S02动作，产生电脉冲信号，从而启动中间接触器C2，启动电机M反向启动，完成关门功能。同时利用行程开关K1和K2来实现电机的停止功能。

1 系统总体方案设计

1.1 系统硬件配置及组成原理

自动门控制系统包含PLC控制和动作执行元件构成。采用自动和手动电动控制方式，此种控制方式为目前大多自动门控制方式，本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动控制。当有车进入超声波范围后，卷帘门自动上升（电动机正转），直到达到上限位后关闭电动机正转系统，门下有光电感应装置，当车辆到达门下，挡住红外线时，启动卷帘门下降开关（电动机反转），但是卷帘门此时并不下降，而是检测到车辆开出超声波范围后，才正式开启下降，直到达到下限位才关闭电动机反转系统。为了防止特殊情况出现，也可手动使卷帘门上升和下降，在下降过程中防止夹到车辆，可以手动使门上升，知道上限位；门没有下降时，可以手动使门下降，直到你想停的位置，若到达下线位自动关闭。

自动控制门系统是由主控制器（PLC）（它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥整个系统工作，通过控制电机的正反转和停止，开实现自动门的开门和关门）、感应探测器（超声波感应、光电感应）（负责采集外部信号，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号）、电动机（提供开门和关门的主动力）、开门执行机构（卷帘门）。该系统设计框图如下图1所示：

图1 自动控制门装置系统图

1.2 系统变量定义及分配表

按照原理分析易知：该PLC控制系统需要7个输入，两个输出。由于该控制系统控制规模不大，控制程序比较简单，充分考虑到控制规模、内存大小、功能要求并结合经济、安全、高校等因素，再加上课上所学，我们在最终选择西门子系列的控制模块。

根据西门子S7-200的模块及I/O接口组成确定该控制系统的I/O口的分配及地址编码，如表1所示。

1.3 系统接线图设计

根据I/O口的分配及地址编码表及S7-200的特点做出该PLC控制系统的I/O口外部接线图，如图2所示。

由外部接线图可以看出，I0.0与I0.5为按钮开关，I0.3与I0.4为限位开关，I0.1与I0.2为信号开关，I0.6与I0.7为手动开关，通电后将会跟随程序进行控制；输出接灯模拟电动机正反转，接通电源，可执行输出控制。

1.4 系统可靠性设计

由于是自动控制门，非人工看守，自然可能出现意外事情，系统中就加了手动控制装置，当卷帘门下降过程中夹到人或车，就要手动紧急让卷帘门上升，若要紧急让门关闭就手动开关让门下降。

门上升下降到一定位置就要关闭电动机，就设计了限位开关，行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

2 控制系统设计

根据自动门的工作原理，为了实现预定的功能，并防止意外发生，我们设计了一下流程图来概述整个过程，如图3所示。

存在整体的启动和停止按钮，当打开启动按钮后，超声波进行扫描，当有信号到达，就驱动卷帘门上升（电动机正转），直到达到上限位电动机停转，光电感应信号检测，给下降一个触发，但并不影响电动机转动，直到超声波检测不到信号时，启动卷帘门 下降（电动机反转），直到达到下限位电动机停转。为防止出现故障，设立了手动开关门装置，可以跳过信号检测装置，防止出现意外。

控制梯形图设计：

检测到车辆压线，形成自锁，直到车辆或者人走过光电感应，走出超声波范围，触动电动机反转，直到到达下限位，电动机停转。

手动使电动机反转，没有自锁，跳过正转机械、电气互锁，直接驱动帘卷门下降，若手一直触碰开关，卷帘门持续下降到到达下限位，电动机停转，门关好；当不再要求卷帘门下降时可松手，卷帘门再次上升，直到触碰到限位开关，电动机停转，帘卷门保持在最高位。

3 系统调试及结果分析

首先在PLC试验台上连接好本试验中要用到的输入/输出接口，然后连接计算机与PLC设备之间的通讯线，连接好之后各自都接通电源。接着在计算机中打开编程软件，输入该自动售货机的相关梯形图，然后进行保存、综合、编译、9调试、修改等过程确定无误后，下载至PLC中，最后进行硬件调试，在PLC的操作台上进行，一边调试一边观察试验台，看是否可以按我们事先预计的效果运行。

现象一：按下按钮SB1，当拨上开关SA1，指示灯L1点亮；

现象二：一定时间摁下按钮SB2，指示L1灯熄灭；

现象三：拨上开关SA2，一段时间后拨下开关SA2，一段时间后拨下开关

SA1，指示灯L2点亮；

现象四：一定时间摁下按钮SB5，指示L2灯熄灭；

现象五：按下按钮SB3，指示灯L1点亮；

现象六：按下按钮SB4，指示灯L2点亮。

4 总结

本文基于PLC的可编程逻辑控制理论，设计了车库自动感应门的软硬件设计。不仅理论上解决了自动感应门的可行性，同时利用模拟调试完成了设计所需功能，基本上可以运用与实际，但在实际应用中，需要更多的是考慮该系统与其它系统的综合集成能力，需要通过在实际的工作中发现问题并及时改进。本系统目前还未实现智能化，需要更多的先进的技术，最终实现智能化的需求。

参考文献：

[1] 何献忠.可编程控制器应用技术[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2] 钟肇新，王灏.可编程控制器入门教程[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[3] 邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

[4] 韩战涛.S7-200PLC编程与工程实例详解[M].北京：电子工业出本社，2013.

[5] 张晓峰.电气与PLC控制技术及应用 [M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] 许缪.工厂电气控制设备[M].北京：机械工业出版社，1999.

[7] 石玉珍.电气制图及图形符号国家标准汇编[M].上海：中国标准出版社，1989.

[8] 姜培刚，盖玉先.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[9] 张海根.机电传动控制[M].北京：高等教育出版社，2001.

[10] 何存兴，张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉：华中科技大学出版社，2000.