基于PLC自動門電控部分設計

李 岳

（信陽供電公司，信陽 464000）

0 引言

自動門的控制裝置決定了它的性能，好的控制裝置則會帶來優良的性能，反之性能則會低劣。自動門的控制系統早期主要是采用繼電器的邏輯控制，這種控制系統由于體積比較大、安裝較繁瑣、運行不穩定、不利于維護等缺點，已經逐漸的被淘汰。現在自動門及相關的自動化的行業運行最穩定的就是建立在PLC（可編程控制器）上的控制裝置[1]，PLC作為一種數字化運算及操作的電子裝置其主要是為了應用于工業環境，它具有高可靠性、很強的抗干擾能力、完善的功能、適用性較強、設計及建造相應的控制系統其工作量比較小、便于維護及改造、低能耗、重量較輕、體積較小等優點。由此可以看出，基于PLC實現自動門的控制在可靠性上能夠得到很高的保障且易于維護。

1 總體方案的設計

本文所使用的PLC選擇的是FX2N-32M型PLC；傳感裝置選擇的是微波感應器[2]；變頻裝置選擇的是FR-540系列的變頻器；傳動裝置利用的就是皮帶的傳動，從而帶動門的運動；驅動裝置選用的是直流無刷電動機型號為45BLDC系列。

通過傳感器裝置檢測是否有人在門前，如果有人則將相應的信號進行轉換然后以開關量形式將信號傳送給PLC，之后PLC根據信號進行判斷從而發出相應的控制信號使得變頻裝置完成變換的開和關的速度，在驅動及傳動裝置運動下使得門進行相應的動作。

此外，在實際的應用中還必須加入一些其他的功能上的自動門的性能更加的友好。首先就是能夠實現門開關的手自一體的方式的轉換，即門的控制上要有手動方式的控制和自動方式的控制，完成的裝置即是手自方式的轉換開關；其次就是提醒的功能，在自動門進行開啟及關閉的動作時，必須要給予人們以注意提醒，所以要加入相應的蜂鳴器用來對人們進行提醒；最后就是在自動門關閉的時候有時會出現夾人的現象，所以要在門的兩側安裝相應的傳感器以防夾人。其電路控制部分的總體設計的方案如圖1所示。

圖1 總體方案設計的結構框圖

2 硬件設計

2.1 傳感裝置部分

現在自動門的行業所使用的傳感裝置即對信號進行采集動作的感應的開關主要采用的微波感應的裝置、觸摸式的感應裝置、接近式的感應裝置、紅外遙感的裝置等，其運用的場合主要是根據功能和性能上差異進行具體的應用，實現自動門的相應的控制系統的構成。作為自動門的電控部分的主要的部位，它在性能上表現的優良與否直接的影響于整個自動門系統運行的性能及安全的穩定可靠與否。本設計中所使用的傳感裝置主要采用的是型號為WB-3004的微波感應裝置，生產于上海的晶圓微電子公司。主要是對物體的運動完成相應的反應，這種感應裝置的反應的速度非常的快，而且無論外界的環境怎么變化都不會受其影響。

2.2 變頻裝置

基于自動門在實際工作條件下的需要，對門的開和關實現速度上的變換，采用型號為FR-540的變頻器作為實現這一功能的裝置。其主要的優點有：安裝比較靈活、便于接線以及設置頻率時操作較簡單等。

2.3 驅動及傳動裝置

作為保障自動門能否進行良好的工作，驅動裝置的選擇顯得很重要。本設計中電動機的速度是通過變頻裝置產生的三段的速度完成相應的調節的[3]，從而達到對自動門進行驅動的目的。基于此，所以要選擇在特性上（絕緣電阻、過壓保護、接地及絕緣的介電的強度）能夠滿足國家關于安全方面所制定的標準規定且噪音較小、功率的密度高以及調速性能好，故本設計采用了亞坦電機控制有限公司所生產的系列為45BLDC的直流無刷式電動機[4]，無論是交流電動機的優點，比如簡單的結構、易于維護、可靠的運行狀態等，還是直流電動機的優點，比如寬調速范圍、機械特性線性化、大啟動轉矩、高效運行等，它都具備。在要求安靜、可靠、體積小、重量輕、精密等場合應用廣泛。其額定的扭矩和轉數分別是0.036N·M和4000r，功率范圍在15-100W，額定工作電壓為24Vdc。

傳動裝置采用機械式的皮帶傳動，通過皮帶滑輪的連接完成自動門的開啟和關閉動作。

2.4 PLC控制部分

本文所設計的自動門的控制系統作為一個小型的控制系統，在實現其相應的控制要求以及可擴展和操作性的同時，再結合其經濟性進行考慮，選擇一個性價比較合適的PLC。所以本設計采用了FX2N系列中型號為FX2N-32M的PLC。從而實現對于整個系統的自動化的控制。三菱電機公司所生產的型號為FX2N-32M的PLC由于具有非常快的程式執行、在標準的包容上實現了最大化、通信的功能進行了全面的補充、電源的差異性適配都能兼容以及能夠在特殊功能的模塊上滿足大量的單個性所需。也因此，其強大的靈活性以及控制能力使得在自動化控制上被廣泛采用。

3 PLC控制設計

3.1 工作的過程分析

按照本設計的控制及安全上的要求，設計完成的主要工作流程如下。

1）當啟動的按鈕被按下時，傳感裝置開始檢測門前是否有人，如果有人則直流無刷電動機開始正向轉動，通過傳動裝置帶動自動門完成開啟的動作。

2）當門被完全的打開后，行程開關被打開，這時自動門即動作停止，開始進行延時，延時時間為8s。當延時時間到達之后，如果此時傳感裝置又檢測到門前有人，則繼續進行下一個8s的時間延時。

3）當完成了8s的時間延時之后，此時傳感器也沒有檢測到有人的信號，則直流無刷電動機開始反向的轉動通過傳動裝置執行關門的工作。在進行關門的工作過程中，如果此時傳感器又檢測到門前有人，這時關門的工作被中斷重新執行開門的工作。

4）由于自動門的工作不能保證完全的可靠，在實際的工作中有可能出現一些不必要的麻煩。所以在自動的方式下增加設置一個手動的方式，即設置一個手自動的轉換開關。

圖2 工作流程圖

上述的自動門完成的一個工作的過程具體的如圖2所示。

3.2 梯形圖的設計

本設計運用三菱FX的PLC編程軟件WIN-C完成梯形圖的順序控制程序的編寫，相應的梯形圖如圖3所示。

圖3 順序控制梯形圖

4 電控部分調試

圖5中的KA1、2是兩個繼電器主要完成的功能就是微波感應裝置對采集信號的響應；SQ1、2門是否到底的行程開關，分別表示的開門是否到底和關門關門是否到底；SQ3、4是速度轉換的行程開關，表示的是開門減速和關門減速。在進行模擬的調試的過程中，由于條件的制約，因此對于信號的采集所使用的微波感應裝置以及行程開關都由相應的一些按鈕進行替代（門的內、外感應信號的控制按鈕BG1、2，門的開和關的到底按鈕 BG3、4）。

圖5 外圍電路圖

電路連接完成后，將編程軟件編寫好的程序下載到實驗器中。然后開始進行試驗。將啟動的按鈕按下，因為本設計中加入了手動和自動的控制方式，所以接下來分別具體觀察手動/自動方式下的直流無刷電動機的如何進行轉動的，從而帶動門的開啟和關閉。

1）手動方式：當SF10開關按鈕被按下時，直流無刷電動機開始正向轉動即門的工作狀態進入到開啟狀態；當SF11開關按鈕被按下時，直流無刷電動機開始反向轉動即門的工作狀態進入到關閉狀態。

2）自動方式：當BG1或者BG2即控制感應信號的按鈕被按下時，表明檢測到人信號，直流無刷電動機開始正向轉動，門進入到開啟的狀態，此時將開門到底的行程開關即BG3按鈕按下，此時直流無刷電動機轉動停止；由于此時門已經完全被打開，則開始進行時間為8s的延時動作，同樣這時候再將BG1或者BG2即控制感應信號的按鈕被按下，則重新開始8s時間延時；當完成8s時間延時后，直流無刷電動機開始反向轉動，此時門進行關閉的工作，這時又使得BG1或者BG2被按下，直流無刷電動機進行正向轉動。

圖4 電路控制原理圖

通過模擬的調試，之前設計的功能以及相應的動作都能得以正常實現，其運行的安全可靠性較高。

5 結束語

本文所研究的基于PLC的自動門的電控部分的設計，雖然滿足了一些使用的功能，但是在實際的應用中必須將各個裝置的技術參數進行詳細的分析研究，保證電源的供給不間斷、系統的接地保護等，使得整個系統在性能上其運行的安全可靠性更高，防止一些不必要的后果發生。因此，系統的安全可靠仍然是一個有現實意義的研究課題。

[1] 張春秋, 可編程序控制器(PLC)在自動門上的應用[J]. 中國科技信息., 2009(05).

[2] 趙克裕, 許福永. 微波原理與技術[M]. 北京高等教育出版社, 2006.

[3] 王靜, 基于PLC的自動門電路設計[J]. 數字技術與應用,2011(07).

[4] 孫康嶺, 楊兆偉, 張曄, 基于PLC的自動門控制系統設計[J].機電工程, 2010(11).