基于PLC自動控制門裝置設(shè)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(wěn)定性、改變控制簡單及強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，所以在自動門開關(guān)控制應(yīng)用中獲得廣泛的使用。該文基于PLC設(shè)計了動感應(yīng)門的自動控制門系統(tǒng)，利用PLC設(shè)計軟硬件電路及控制程序，滿足了感應(yīng)自動門的快捷、控制簡單的要求，具有自動開關(guān)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(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC），感應(yīng)功能，高效

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

自動感應(yīng)門依據(jù)其功能可以分為：自動平移感應(yīng)門、自動平開感應(yīng)門、自動旋轉(zhuǎn)門等，由于使用功能單一，目前，平開門比較少用，而旋轉(zhuǎn)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(yīng)門是目前人們主要使用的設(shè)備。

本文設(shè)計的是車庫門口的自動控制卷簾感應(yīng)門，采用主電機(jī)拖動卷簾運(yùn)動。電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行時，通過接觸器S B 1開啟卷簾門，電機(jī)反轉(zhuǎn)時，利用接觸器S B 2關(guān)門。 通過超聲波探測器的開關(guān)S A 1檢測人（車）是否進(jìn)入到超聲波感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，從而產(chǎn)生感應(yīng)輸出信號（S01=ON），并利用其啟動中間接觸器C1，使電機(jī)M正轉(zhuǎn)，完成開門功能。利用光電感應(yīng)開關(guān)S02，完成否有物體穿過的檢測功能。當(dāng)行車或者行人通過時，感應(yīng)光束使光電開關(guān)S02動作，產(chǎn)生電脈沖信號，從而啟動中間接觸器C2，啟動電機(jī)M反向啟動，完成關(guān)門功能。同時利用行程開關(guān)K1和K2來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停止功能。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理

自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)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(shè)計的自動門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來控制傳動機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動控制。當(dāng)有車進(jìn)入超聲波范圍后，卷簾門自動上升（電動機(jī)正轉(zhuǎn)），直到達(dá)到上限位后關(guān)閉電動機(jī)正轉(zhuǎn)系統(tǒng)，門下有光電感應(yīng)裝置，當(dāng)車輛到達(dá)門下，擋住紅外線時，啟動卷簾門下降開關(guān)（電動機(jī)反轉(zhuǎn)），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(dá)到下限位才關(guān)閉電動機(jī)反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。為了防止特殊情況出現(xiàn)，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(dá)下線位自動關(guān)閉。

自動控制門系統(tǒng)是由主控制器（PLC）（它是自動感應(yīng)門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮整個系統(tǒng)工作，通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，開實(shí)現(xiàn)自動門的開門和關(guān)門）、感應(yīng)探測器（超聲波感應(yīng)、光電感應(yīng)）（負(fù)責(zé)采集外部信號，當(dāng)有移動的物體進(jìn)入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號）、電動機(jī)（提供開門和關(guān)門的主動力）、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)（卷簾門）。該系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖1所示：

圖1 自動控制門裝置系統(tǒng)圖

1.2 系統(tǒng)變量定義及分配表

按照原理分析易知：該P(yáng)LC控制系統(tǒng)需要7個輸入，兩個輸出。由于該控制系統(tǒng)控制規(guī)模不大，控制程序比較簡單，充分考慮到控制規(guī)模、內(nèi)存大小、功能要求并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、安全、高校等因素，再加上課上所學(xué)，我們在最終選擇西門子系列的控制模塊。

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

1.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計

根據(jù)I/O口的分配及地址編碼表及S7-200的特點(diǎn)做出該P(yáng)LC控制系統(tǒng)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(guān)，I0.3與I0.4為限位開關(guān)，I0.1與I0.2為信號開關(guān)，I0.6與I0.7為手動開關(guān)，通電后將會跟隨程序進(jìn)行控制；輸出接燈模擬電動機(jī)正反轉(zhuǎn)，接通電源，可執(zhí)行輸出控制。

1.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計

由于是自動控制門，非人工看守，自然可能出現(xiàn)意外事情，系統(tǒng)中就加了手動控制裝置，當(dāng)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(guān)閉就手動開關(guān)讓門下降。

門上升下降到一定位置就要關(guān)閉電動機(jī)，就設(shè)計了限位開關(guān)，行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)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(tǒng)設(shè)計

根據(jù)自動門的工作原理，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，并防止意外發(fā)生，我們設(shè)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(dāng)打開啟動按鈕后，超聲波進(jìn)行掃描，當(dāng)有信號到達(dá)，就驅(qū)動卷簾門上升（電動機(jī)正轉(zhuǎn)），直到達(dá)到上限位電動機(jī)停轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)信號檢測，給下降一個觸發(fā)，但并不影響電動機(jī)轉(zhuǎn)動，直到超聲波檢測不到信號時，啟動卷簾門 下降（電動機(jī)反轉(zhuǎn)），直到達(dá)到下限位電動機(jī)停轉(zhuǎn)。為防止出現(xiàn)故障，設(shè)立了手動開關(guān)門裝置，可以跳過信號檢測裝置，防止出現(xiàn)意外。

控制梯形圖設(shè)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(yīng)，走出超聲波范圍，觸動電動機(jī)反轉(zhuǎn)，直到到達(dá)下限位，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。

手動使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，沒有自鎖，跳過正轉(zhuǎn)機(jī)械、電氣互鎖，直接驅(qū)動簾卷門下降，若手一直觸碰開關(guān)，卷簾門持續(xù)下降到到達(dá)下限位，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，門關(guān)好；當(dāng)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(guān)，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，簾卷門保持在最高位。

3 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)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(jī)與PLC設(shè)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(jī)中打開編程軟件，輸入該自動售貨機(jī)的相關(guān)梯形圖，然后進(jìn)行保存、綜合、編譯、9調(diào)試、修改等過程確定無誤后，下載至PLC中，最后進(jìn)行硬件調(diào)試，在PLC的操作臺上進(jìn)行，一邊調(diào)試一邊觀察試驗臺，看是否可以按我們事先預(yù)計的效果運(yùn)行。

現(xiàn)象一：按下按鈕SB1，當(dāng)撥上開關(guān)SA1，指示燈L1點(diǎn)亮；

現(xiàn)象二：一定時間摁下按鈕SB2，指示L1燈熄滅；

現(xiàn)象三：撥上開關(guān)SA2，一段時間后撥下開關(guān)SA2，一段時間后撥下開關(guān)

SA1，指示燈L2點(diǎn)亮；

現(xiàn)象四：一定時間摁下按鈕SB5，指示L2燈熄滅；

現(xiàn)象五：按下按鈕SB3，指示燈L1點(diǎn)亮；

現(xiàn)象六：按下按鈕SB4，指示燈L2點(diǎn)亮。

4 總結(jié)

本文基于PLC的可編程邏輯控制理論，設(shè)計了車庫自動感應(yīng)門的軟硬件設(shè)計。不僅理論上解決了自動感應(yīng)門的可行性，同時利用模擬調(diào)試完成了設(shè)計所需功能，基本上可以運(yùn)用與實(shí)際，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要更多的是考慮該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的綜合集成能力，需要通過在實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)問題并及時改進(jìn)。本系統(tǒng)目前還未實(shí)現(xiàn)智能化，需要更多的先進(jìn)的技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)智能化的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何獻(xiàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)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(xué)出版社，1999.

[3] 鄧星鐘.機(jī)電傳動控制[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001.

[4] 韓戰(zhàn)濤.S7-200PLC編程與工程實(shí)例詳解[M].北京：電子工業(yè)出本社，2013.

[5] 張曉峰.電氣與PLC控制技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：高等教育出版社，2013.

[6] 許繆.工廠電氣控制設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[7] 石玉珍.電氣制圖及圖形符號國家標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].上海：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[8] 姜培剛，蓋玉先.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[9] 張海根.機(jī)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(xué)出版社，2000.