自動開關(guān)門的設(shè)計

湯麗亞

摘 要：是基于PLC對某酒店大廳自動開關(guān)門控制系統(tǒng)進行設(shè)計與實現(xiàn)。該自動控制系統(tǒng)可以實時感應(yīng)人員的進出，實現(xiàn)自動開關(guān)門。采用主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC，實現(xiàn)自動開關(guān)門流程控制。

關(guān)鍵詞：PLC；光電開關(guān)；限位；接觸器

隨著科技的發(fā)展，人們的生活、工作等各方面都盡量要求實現(xiàn)自動控制，以節(jié)省人力、物力。PLC以其成本低廉、可靠性高、編程簡單易學(xué)等優(yōu)勢，始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場。

本文介紹了一種基于PLC控制的酒店大廳自動開關(guān)門控制系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可實現(xiàn)當(dāng)人員需要出、入時自動開、關(guān)門；在關(guān)門過程中感應(yīng)人員靠近時，立即停止關(guān)門并自動進入開門程序；在門打開后的等待時間內(nèi)，若有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外時，必須重新開始等待，再自動進入關(guān)門過程，以保證人員的安全通過。

一、自動開關(guān)門基本工作原理

1.自動感應(yīng)門機的基本工作原理

平移式自動感應(yīng)門機組由以下部件組成：（1）主控制器：自動感應(yīng)門的核心，通過內(nèi)部編程指令指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時可以通過主控器調(diào)節(jié)門的開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。（2）感應(yīng)探測器：負責(zé)采集外部信號，就像一雙眼睛，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)有人員進入探測范圍，就會給主控制器一個脈沖信號。（3）動力馬達：提供開、關(guān)門的主動力，控制自動感應(yīng)門的加、減速運行。（4）自動感應(yīng)門扇行進軌道：如同高鐵的鐵軌作用，限制門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按指定方向行進。（5）門扇吊具走輪系統(tǒng)：可掛活動門扇，使門扇在動力牽引下自動運行。（6）同步皮帶：用于傳輸動力馬達所產(chǎn)生的動力，牽引自動感應(yīng)門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是自動門扇底部的導(dǎo)向與定位裝置，可防止門扇運行時出現(xiàn)擺動。

自動感應(yīng)門門扇要完成一次開、關(guān)門工作流程如下：感應(yīng)探測器感應(yīng)到有人員進入探測范圍，將脈沖信號發(fā)給主控制器；主控制器判斷后命令馬達運行，同時監(jiān)控動力馬達轉(zhuǎn)數(shù)，以達到控制馬達在一定時候加速和減速；動力馬達靠運行電流做正向運行，帶動同步帶，再由同步帶控制吊具系統(tǒng)使自動門扇開啟；自動門扇打開后再由主控制器作出判斷是否需要關(guān)門，從而控制動力馬達反轉(zhuǎn)，進入自動關(guān)門控制。

二、自動開關(guān)門的硬件設(shè)計

1.主機選型

根據(jù)控制要求可知門內(nèi)光電探測開關(guān)K1，門外光電探測開關(guān)K2，開門到位限位開關(guān)K3，關(guān)門到位限位開關(guān)K4，都是輸入觸點，所以共設(shè)開關(guān)量輸入點4個。另外，該系統(tǒng)還有開門執(zhí)行機構(gòu)KM1，（使直流電動機正轉(zhuǎn)），關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2（使直流電動機反轉(zhuǎn)），短接啟動電阻接觸器KM3等都是輸出觸點，所以設(shè)開關(guān)量輸出點3個。PLC選用輸入電源為24VDC，輸出電源24VDC，選擇輸出口器件類型為Relay即繼電器的PLC。對于本設(shè)計來說不需要擴展單元與模擬量單元，本人基于個人喜好，并從功能、價格方面考慮，最終選定主機型號為CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC。

2.I/O端口分配

I/O端口分配是PLC設(shè)計的首要條件，分配后才能進行軟件設(shè)計編程；而外部接線圖也必須在I/O端口確定以后才能繪制。

本自動控制系統(tǒng)I/O分配如下：

（1）輸入端口

門內(nèi)光電探測開關(guān)K1-I0.2，門外光電探測開關(guān)K2-I0.1，開門到位限位開關(guān)K3-I0.3，關(guān)門到位限位開關(guān)K4-I0.4，過載保護開關(guān)SB5-I0.5，緊急停車開關(guān)SB6-I0.6，啟動停止按鈕SB7-I0.7，手動開門按鈕SB10-I1.0，手動關(guān)門按鈕SB11-I1.1。

（2）輸出端口

開門執(zhí)行機構(gòu)KM1-Q0.0，關(guān)門執(zhí)行機構(gòu)KM2-Q0.1，短接啟動電阻接觸器KM3-Q0.2。

3.電氣原理圖

硬件系統(tǒng)主要包括PLC及外圍線路的設(shè)計、電氣線路的設(shè)計和抗干擾措施的設(shè)計等。選定PLC主機及擴展模塊（如需要的話）和分配I/O端口后，硬件設(shè)計的主要內(nèi)容就是電氣控制原理圖的設(shè)計、電氣控制元件的選擇和控制柜的設(shè)計。電氣控制原理圖包括主電路和控制電路。控制電路由PLC的I/O接線、自動控制和手動控制按鈕的連接等，有時還需電氣原理圖中標(biāo)上期間代碼或另附安裝圖、端子接線圖等，在控制柜安裝時供客戶參考。電氣元件主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開關(guān)、傳感器、保護電器、接觸器、指示燈和電磁閥等。

三、自動開關(guān)門的軟件設(shè)計

1.流程分析

要實現(xiàn)自動控制首先要自動檢測部件：光電檢測開關(guān)、限位開關(guān)、超載保護開關(guān)、直流電機。

整個工作過程實現(xiàn)：電機正轉(zhuǎn)（開門），電機反轉(zhuǎn)（關(guān)門）。

（1）當(dāng)有人員出/入進入光電檢測開關(guān)檢測范圍時，開關(guān)閉合有電流通過（注意由于光電檢測開關(guān)是脈沖觸發(fā)需加上自鎖），由于開門限位開關(guān)未被碰觸時是閉合的，從而線圈通電，電動機正轉(zhuǎn)，直到碰觸開門限位開關(guān)后，電動機停止。

（2）當(dāng)自動門開到限位位置時啟動定時器，延時8秒后，自動進入關(guān)門程序，電動機反轉(zhuǎn)，當(dāng)門碰到關(guān)門限位開關(guān)時，電動機停止。

（3）如在關(guān)門過程中，有人員需要出/入時，光電檢測開關(guān)感應(yīng)發(fā)出信號，從而停止關(guān)門，并自動進入開門程序。

（4）門打開后需要進行8秒等待，以保證人員安全通過，此時若有人員出/入，則光電檢測開關(guān)發(fā)出信號，定時器重新開始等待8秒，8秒后再自動進入關(guān)門程序。

（5）考慮到自動門會出現(xiàn)故障或維修等情況，除有自動控制外還增加了手動控制開關(guān)。

2.指令程序

通過對本項目的設(shè)計，深入探究了S7-200的編程技術(shù)，完成了自動開關(guān)門控制要求，為類似控制系統(tǒng)的實現(xiàn)積累了經(jīng)驗。在整個過程中我盡量考慮到現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種情況，在設(shè)計程序時編入控制過程，但系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)越性和獨創(chuàng)性，則有待今后進一步深入研究與改進。希望廣大技術(shù)人員和專家多多指教。

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[4]陳麗.PLC控制系統(tǒng)編程與實現(xiàn).中國鐵道出版社，2010.

編輯 段麗君