基于PLC的商店自動(dòng)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王靜 張江亞 李煥娜

摘要：本設(shè)計(jì)的對(duì)象是一般便利店的平移自動(dòng)門。為了增強(qiáng)自動(dòng)門運(yùn)行的可靠性和安全性，首先分析了商店自動(dòng)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，然后完成了商店自動(dòng)門控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，最后對(duì)商店自動(dòng)門控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整和改善，提高了商店自動(dòng)門的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：可編程控制器;自動(dòng)門;變頻器;控制系統(tǒng)

1 研究背景

21世紀(jì)的今天，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識(shí)，也使門更加的突出了它的安全理念。它將內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境相隔開來，不妨礙人們的通行，滿足了門最基本的功能要求。另外，自動(dòng)門在通電后可以實(shí)現(xiàn)無人管理，節(jié)約了人力財(cái)力等資源，它還做到了防風(fēng)防塵，降低噪音。由于自動(dòng)門美觀的外表，更是給周圍的建筑增添了高貴典雅、華麗大方的氣息。因此，本文將采用PLC技術(shù)對(duì)商店的自動(dòng)門進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是提高自動(dòng)門的穩(wěn)定性，方便我們的各種活動(dòng)，減少勞動(dòng)力，降低金錢成本，為我們的生活增加色彩。

2 PLC概述

2.1 PLC的結(jié)構(gòu)

PLC的組成的結(jié)構(gòu)主要有CPU，存儲(chǔ)器，電源以及輸入輸出接口線路等，從組成的形式上看，一般情況下都會(huì)分為整體式或者是模塊式，不管是哪種類型的PLC，都算是總線式的開放式的結(jié)構(gòu)類型。

2.2 PLC的工作原理

PLC屬于工業(yè)型控制計(jì)算機(jī)，它執(zhí)行程序的時(shí)候可以根據(jù)反映控制需求的使用者來控制程序。PLC在工作的時(shí)候所應(yīng)用的主要是輸入、中央輸出以及周期性循環(huán)的掃描方式。使用者必須一次又一次的操作這一程序，才能使PLC的輸出響應(yīng)無論在何時(shí)都能將發(fā)生改變的信號(hào)控制在一個(gè)給定的時(shí)間內(nèi)，直到PLC停止工作或者是開關(guān)停止工作。PLC的CPU在分時(shí)操作系統(tǒng)模式下能夠處理各種事務(wù)，任何瞬間只能執(zhí)行一次：程序的執(zhí)行是在串行模式下一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行相應(yīng)組件的控制。除了執(zhí)行使用者程序之外，PLC還必須完成每個(gè)循環(huán)的內(nèi)部處理，通信處理等。一個(gè)周期可分為五個(gè)階段：

PLC具有兩種工作狀態(tài)，一種是運(yùn)行狀態(tài)（RUN），另一種是停止?fàn)顟B(tài)（STOP）。下圖為PLC的基本的工作模式：

3 控制需求分析

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟

（1）詳細(xì)的了解并且分析自動(dòng)門的工藝條件和控制要求。

（2）識(shí)別輸入輸出單元。

（3）通過I/O點(diǎn)數(shù)選擇適合的PLC類型。

（4）分配I/O點(diǎn)數(shù)和輸入輸出點(diǎn)，并準(zhǔn)備I/O分配表或I/O端子的接線圖。

（5）整個(gè)商店自動(dòng)門的主要工作是設(shè)計(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的梯形程序，根據(jù)工作的要求設(shè)計(jì)出梯形圖程序，使其看起來周密而又完整。

3.2自動(dòng)門的功能需求分析

根據(jù)自動(dòng)門入口的具體要求，本設(shè)計(jì)實(shí)施的自動(dòng)門應(yīng)具有以下功能：

（1）開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動(dòng)和自動(dòng)方式：手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式，一方面維護(hù)起來很方便，另一方面在停電的情況下能夠靠外部?jī)?chǔ)電能或者人力來控制門的正常運(yùn)行。當(dāng)信號(hào)采集裝置檢測(cè)到有人接近門口并且門沒打開或者是檢測(cè)到門周圍沒人，并且門處于關(guān)門狀態(tài)時(shí)，PLC動(dòng)作的輸出信號(hào)會(huì)反映給電動(dòng)機(jī)，以此來控制門的開關(guān)狀態(tài)。（2）防夾人光柵：如果自動(dòng)門出現(xiàn)擠壓到人或者物體時(shí)，那么可以選擇安裝防夾人光柵來達(dá)到保護(hù)人們安全的目的。（3）配置后續(xù)儲(chǔ)備電源：為了避免出現(xiàn)停電或者出現(xiàn)意外的情況，可以事先準(zhǔn)備好備用電源等充電裝置，以此保證自動(dòng)門的正常工作。

4 硬件設(shè)計(jì)

4.1 選型

（1）PLC：在選擇PLC時(shí)，除了參考性價(jià)比外，還要考慮PLC應(yīng)用范圍的可擴(kuò)展性，還有可運(yùn)作性以及投入與產(chǎn)出比的是否合理。對(duì)于這些最基本的都需要進(jìn)行一番比較，從而選出最適合的PLC型號(hào)。綜合以上的因素，在此設(shè)計(jì)中我們選擇西門子S7-200 CPU226。

（2）感應(yīng)器：對(duì)人員檢測(cè)使用的OD-001微波感應(yīng)器，為了防夾人選用的是OD--003安全傳感器（安全電眼），為了收集自動(dòng)門的速度信號(hào)選用了ED- -130U 非埋入型接近傳感器。

（3）驅(qū)動(dòng)裝置：選用的是電梯自動(dòng)門專用的型號(hào)為SBP90-60型三相交流變頻電機(jī)，它的額定電壓為三相交流電壓220V，使用的是Y型接法。

（4）變頻器：本次設(shè)計(jì)選擇的是松下VF0系列單相200V級(jí)變頻器，0.4KW容量級(jí)別帶制動(dòng)回路的BFV00042G（0.4KW/2.4A）型號(hào)。

4.2 輸入輸出接口的分配

5 軟件設(shè)計(jì)

1、物體靠近商店自動(dòng)門的時(shí)候

傳感器接收到控制器的信號(hào)，根據(jù)自動(dòng)門的現(xiàn)在的位置來控制門的動(dòng)作，一般來說有三種情況：（1）當(dāng)自動(dòng)門關(guān)閉的時(shí)候，控制器可以控制執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，因此它可以以最快的速度曲線打開自動(dòng)門。（2）如果門在打開、關(guān)閉或者半打開的時(shí)候，那么控制器可以通過當(dāng)時(shí)門所在的位置，找到一個(gè)合適的速度來控制電機(jī)打開商店自動(dòng)門。（3）當(dāng)門打開的時(shí)候，控制器通過控制來讓門保持一個(gè)門打開的狀態(tài)。

2、沒有物體接近自動(dòng)門的時(shí)候

（1）如果自動(dòng)門打開著，關(guān)閉門的時(shí)候就可以延長(zhǎng)時(shí)間來使用最快的速度曲線。（2）如果門關(guān)閉著，就需要保持門關(guān)閉的狀態(tài)。

當(dāng)有人進(jìn)入商店或者是從商店出去的時(shí)候，感應(yīng)開關(guān)接收到感應(yīng)信號(hào)，會(huì)接通，然后定時(shí)器動(dòng)作，進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)達(dá)到定時(shí)的時(shí)間之后，輸出上升脈沖的信號(hào)，傳送給中間繼電器M1.0，這時(shí)就可以控制后面程序的接通和斷開。根據(jù)實(shí)際的情況可以調(diào)節(jié)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，它的設(shè)置主要是為了防止感應(yīng)開關(guān)輸出錯(cuò)誤的感應(yīng)信號(hào)，執(zhí)行錯(cuò)誤的動(dòng)作。避免像飄落物、蚊子、蒼蠅等觸動(dòng)感應(yīng)開關(guān)的接通。

6 仿真

S7-200調(diào)試方法如下：

1、將在Step 7 MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導(dǎo)出為AWL文件。2、打開仿真軟件，點(diǎn)“配置”-“CPU型號(hào)”，然后選擇CPU 226。3、點(diǎn)“程序”-“載入程序”。4、選擇Step 7 MicroWin的版本。5、將先前導(dǎo)出的AWL文件打開。6、點(diǎn)“PLC”-“運(yùn)行”，開始調(diào)試程序。

若有人進(jìn)來，感應(yīng)器做出反應(yīng)，開門控制輸出信號(hào)，自動(dòng)門打開。

7 總結(jié)

本設(shè)計(jì)應(yīng)用PLC技術(shù)，把PLC的控制方法還有設(shè)計(jì)理念整合到自動(dòng)門的設(shè)計(jì)中，在硬件和軟件設(shè)計(jì)方面更是充分發(fā)揮了PLC的高效率，高度可靠性等優(yōu)勢(shì)，給人們帶來了方便。而且由于自動(dòng)門硬件系統(tǒng)在外部接線方面容易操作，出現(xiàn)故障也很好解決。通過對(duì)本設(shè)計(jì)的探索，能更好地深入地將PLC應(yīng)用到自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

（作者單位：河北科技學(xué)院）