平移式自動(dòng)感應(yīng)門的PLC設(shè)計(jì)

嚴(yán)莉萍

摘 要：門的作用對(duì)于人類來(lái)說(shuō)非常重要，遠(yuǎn)古時(shí)期人用門來(lái)做屏蔽作用，但隨著智能建筑的發(fā)展，不僅要求門有屏蔽作用，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，并能有效通行、疏散和與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)。文章對(duì)自動(dòng)門的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)平移式自動(dòng)感應(yīng)門進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，主控制器選用S7-200 CPU224型號(hào)，傳感器選用NACS83600型號(hào)微波感應(yīng)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用LEY8010Q直流無(wú)刷靜音電動(dòng)門電機(jī)。通過(guò)STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報(bào)警輸出模塊等組成。最終完成了平移式自動(dòng)感應(yīng)門的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能建筑；自動(dòng)感應(yīng)門；S7-200 CPU224型號(hào)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）12-0006-02

1 背景概述

門的發(fā)展歷史可以追溯到古埃及，那時(shí)候門的主要作用是屏蔽，但這種作用都是被動(dòng)的，需要人通過(guò)手推拉式，有時(shí)候力量重了對(duì)門的損傷很大。同時(shí)對(duì)于人流量大的公共場(chǎng)所，如果都要手推，對(duì)人們來(lái)說(shuō)相當(dāng)不方便?，F(xiàn)代社會(huì)要求門不僅能夠起到安全作用，還能有效地通行、疏散和能夠與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，隨著門的不斷發(fā)展，自動(dòng)門作為門的高級(jí)形式，它的出現(xiàn)對(duì)人類文明是一次重大發(fā)展。早在20世紀(jì)20年代，美國(guó)超級(jí)市場(chǎng)的開放，使得自動(dòng)門開始被大量地使用，1930年第一臺(tái)自動(dòng)門是美國(guó)史丹利公司推出的，多瑪公司在1954年發(fā)明的油壓式和空氣式自動(dòng)門，但此種裝置轉(zhuǎn)換效率低，速度比較難控制。隨著工業(yè)革命的爆發(fā)，電氣技術(shù)迅速發(fā)展，自動(dòng)門已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向電氣式，例如紅外感應(yīng)自動(dòng)門、微波感應(yīng)自動(dòng)門、刷卡自動(dòng)門等。

我國(guó)在自動(dòng)門的應(yīng)用上起步較晚，從20世紀(jì)90年代才進(jìn)入中國(guó)，前期主要是通過(guò)引入國(guó)外生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行制造，其主要來(lái)源是歐美國(guó)家，包括美國(guó)、意大利、德國(guó)、荷蘭和日本等國(guó)家。隨著市場(chǎng)需求的不斷增大，自動(dòng)門在我國(guó)飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一批具有獨(dú)立生產(chǎn)能力的自動(dòng)門企業(yè)，截至2012年底，包括國(guó)產(chǎn)以及進(jìn)口產(chǎn)品，中國(guó)自動(dòng)門市場(chǎng)上已經(jīng)有80余個(gè)品牌的門機(jī)及自動(dòng)門成套設(shè)備，而各種規(guī)模的門機(jī)生產(chǎn)銷售廠商則更以數(shù)百計(jì)，主要分布在長(zhǎng)三角和珠三角區(qū)域，當(dāng)年的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到12.8，金額達(dá)到7.2億元。

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化及通信技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)的自動(dòng)化程度得到迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑正在被智能化建筑取代。智能建筑是將建筑物內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、多媒體音像等系統(tǒng)組合起來(lái)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一管理，其包含多個(gè)子系統(tǒng)，例如安防系統(tǒng)、電梯管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，其中的出入口系統(tǒng)是智能建筑中關(guān)鍵系統(tǒng)，自動(dòng)門就是出入口系統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)物，它對(duì)于智能建筑的發(fā)展具有重要的意義，對(duì)于自動(dòng)門的穩(wěn)定高效性也提出更高的要求。

2 自動(dòng)門的概述及工作原理

2.1 自動(dòng)門的基本概述

運(yùn)用先進(jìn)的感應(yīng)技術(shù)，檢測(cè)人或物質(zhì)進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域時(shí)，門就會(huì)自動(dòng)開啟，當(dāng)人或物質(zhì)遠(yuǎn)離感應(yīng)區(qū)域時(shí)，門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，這種工作方式下的門叫做自動(dòng)門，其控制核心是可編程控制器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)，再通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為門的移動(dòng)。

自動(dòng)門的種類很多，按照啟閉形式可以分為：平開門、折疊門、旋轉(zhuǎn)門等；按照材料分為：安全玻璃、彩色涂層鋼板、木材等；按照門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以分為：自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門；卷簾式自動(dòng)門；平滑自動(dòng)門和提升式自動(dòng)門等；按照用途可以分為：工業(yè)用自動(dòng)門、車庫(kù)用自動(dòng)門和民用自動(dòng)門等。不管其結(jié)構(gòu)形式多樣，但基本結(jié)構(gòu)主要包括4個(gè)部分：作為被控對(duì)象的門體門框部分、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)部分、控制器和傳感檢測(cè)部分。

2.2 自動(dòng)門的工作原理

本文設(shè)計(jì)的平移式自動(dòng)感應(yīng)門機(jī)系統(tǒng)主要包括機(jī)械和電氣兩個(gè)部分。機(jī)械部分包括：自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道、門扇吊具走輪系統(tǒng)、同步皮帶和下部導(dǎo)向系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)包括主控制器、感應(yīng)探測(cè)器、電動(dòng)機(jī)。

其工作過(guò)程為：當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)探測(cè)器的檢測(cè)范圍內(nèi)，感應(yīng)器發(fā)出的信號(hào)傳遞給控制器，控制器接受到信號(hào)后，輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)皮帶和門扇吊具走輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)門的直線軌道運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)門開啟；若一定時(shí)間后，感應(yīng)探測(cè)器沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)，控制器控制電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行，關(guān)閉門扇；若再關(guān)閉的過(guò)程中，探測(cè)器又檢測(cè)到信號(hào)，則電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，再次開啟門扇?？紤]到安全問(wèn)題，若在關(guān)門時(shí)，門扇感應(yīng)到很大的阻力，電機(jī)會(huì)正向運(yùn)行。

3 自動(dòng)門控制器硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的是平移式自動(dòng)感應(yīng)門機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由主控制器、感應(yīng)探測(cè)器、電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)感應(yīng)門扇行進(jìn)軌道等部分組成。主控制器采用西門子公司S7-200系列中的CPU224 AC/DC/RLY型號(hào)，該控制器共24個(gè)輸入、輸出點(diǎn)：14個(gè)輸入點(diǎn)（I0.0—I0.7、I1.0—I1.5）和10個(gè)輸出點(diǎn)（Q0.0—Q0.7、Q10—Q1.1），其輸出方式采用繼電器型，輸出電壓既可以用24 V的直流電，也可以用220 V的交流電。輸入電路采用了雙向光電耦合器用于輸入端子的保護(hù)，該CPU內(nèi)置4 096個(gè)字節(jié)的程序存儲(chǔ)區(qū)、2 560個(gè)字節(jié)的爾數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、高速計(jì)數(shù)器、2路脈沖輸出、2個(gè)模擬電位器、1個(gè)RS-485通信接口，此控制系統(tǒng)需要6個(gè)輸入信號(hào)和2個(gè)輸出信號(hào)，能夠滿足控制要求。

自動(dòng)門感應(yīng)器主要有紅外和微波兩種形式，紅外感應(yīng)器是利用紅外線作為介質(zhì)來(lái)測(cè)量檢測(cè)物體的，只能夠檢測(cè)物體是否進(jìn)入探測(cè)范圍，但是對(duì)物體的移動(dòng)不能檢測(cè)出來(lái)，受濕度、煙霧和塵埃等影響較大。微波感應(yīng)器是運(yùn)用電磁波的多普勒效應(yīng)制成的，它能檢測(cè)檢測(cè)到移動(dòng)的物體，因?yàn)閷?duì)于公共場(chǎng)所，人流量多且都在移動(dòng)，因此，采用微波感應(yīng)器更能適應(yīng)現(xiàn)在的社會(huì)要求，同時(shí)對(duì)外界的抗干擾能力較強(qiáng)。

本文采用松下公司的NACS83600型號(hào)感應(yīng)器，其屬于微波雙向非接觸式傳感器，其發(fā)射頻率密度為5 mw/cm2，發(fā)射頻率可以達(dá)到24.125 GHz，功率耗損只有2 W，使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用廣泛。

相比于傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)采用電子元器件代替了電刷，使得換向裝置無(wú)機(jī)械接觸，不容易對(duì)電刷經(jīng)常換向產(chǎn)生損壞，同時(shí)節(jié)省材料，制造簡(jiǎn)便，因此其具有運(yùn)行聲音小、無(wú)火花、壽命長(zhǎng)和速度高等優(yōu)點(diǎn)。本文采用LEY 8010Q直流無(wú)刷靜音電動(dòng)門電機(jī)，該電機(jī)的額定功率為60 W，額定電壓為24 V，能夠滿足本系統(tǒng)控制要求，同時(shí)能夠滿足節(jié)能和環(huán)保的要求。

4 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)本控制系統(tǒng)要求，自動(dòng)門開關(guān)控制系統(tǒng)有6個(gè)輸入信號(hào)，門外光電檢測(cè)開關(guān)為i0.0、門內(nèi)光電檢測(cè)開關(guān)為i0.1、開門限位開關(guān)為i0.2、關(guān)門限位開關(guān)為i0.3、手動(dòng)開門按鈕為i0.4和手動(dòng)關(guān)門按鈕i0.5，輸出信號(hào)有兩個(gè)，用于開門和關(guān)門控制信號(hào)。

本系統(tǒng)運(yùn)用STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖的編程，程序采用模塊化編程，主要由主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報(bào)警輸出模塊等組成。自動(dòng)門主程序采用定時(shí)裝置，程序總流程圖如圖1所示，定時(shí)器的時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行調(diào)整，本文選用8 s作為定時(shí)時(shí)間，能夠滿足控制要求。同時(shí)考慮到自動(dòng)門出現(xiàn)故障或在維修時(shí)，自動(dòng)控制可能存在問(wèn)題，設(shè)置了手動(dòng)運(yùn)行模式。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文首先簡(jiǎn)要概括了門的歷史背景以及發(fā)展趨勢(shì)，從一開始的單一屏蔽作用，慢慢發(fā)展到能有效通行、疏散和與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。隨著智能建筑的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)門的穩(wěn)定和高效性提出了更高的要求。因此本文在平移式自動(dòng)感應(yīng)門的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)，硬件上，以S7-200 CPU224為核心控制器，配以NACS83600微波型號(hào)感應(yīng)器，用以信號(hào)的檢測(cè)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用LEY8010Q直流無(wú)刷靜音電動(dòng)門電機(jī)。軟件上運(yùn)用STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行梯形圖的編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報(bào)警輸出模塊，還包括了故障或維修下的手動(dòng)模式，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和效率。

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