基于PLC自動(dòng)控制門裝置設(shè)計(jì)

唐詩(shī) 劉偉 沈國(guó)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(jiǎn)單及強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，所以在自動(dòng)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(jì)了動(dòng)感應(yīng)門的自動(dòng)控制門系統(tǒng)，利用PLC設(shè)計(jì)軟硬件電路及控制程序，滿足了感應(yīng)自動(dòng)門的快捷、控制簡(jiǎn)單的要求，具有自動(dòng)開關(guān)門及安全防夾人功能、主要來(lái)滿足人流密集場(chǎng)所對(duì)自動(dòng)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(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）04-0202-02

自動(dòng)感應(yīng)門依據(jù)其功能可以分為：自動(dòng)平移感應(yīng)門、自動(dòng)平開感應(yīng)門、自動(dòng)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(jià)昂貴，并且占地面積大，多在高檔場(chǎng)所使用，所以，綜上可知自動(dòng)平移感應(yīng)門是目前人們主要使用的設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)的是車庫(kù)門口的自動(dòng)控制卷簾感應(yīng)門，采用主電機(jī)拖動(dòng)卷簾運(yùn)動(dòng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)接觸器S B 1開啟卷簾門，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，利用接觸器S B 2關(guān)門。 通過(guò)超聲波探測(cè)器的開關(guān)S A 1檢測(cè)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(hào)（S01=ON），并利用其啟動(dòng)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(guò)的檢測(cè)功能。當(dāng)行車或者行人通過(guò)時(shí)，感應(yīng)光束使光電開關(guān)S02動(dòng)作，產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，從而啟動(dòng)中間接觸器C2，啟動(dòng)電機(jī)M反向啟動(dòng)，完成關(guān)門功能。同時(shí)利用行程開關(guān)K1和K2來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停止功能。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理

自動(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)電動(dòng)控制方式，此種控制方式為目前大多自動(dòng)門控制方式，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)控制。當(dāng)有車進(jìn)入超聲波范圍后，卷簾門自動(dòng)上升（電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)），直到達(dá)到上限位后關(guān)閉電動(dòng)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(shí)，啟動(dòng)卷簾門下降開關(guān)（電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)），但是卷簾門此時(shí)并不下降，而是檢測(cè)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(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)系統(tǒng)。為了防止特殊情況出現(xiàn)，也可手動(dòng)使卷簾門上升和下降，在下降過(guò)程中防止夾到車輛，可以手動(dòng)使門上升，知道上限位；門沒有下降時(shí)，可以手動(dòng)使門下降，直到你想停的位置，若到達(dá)下線位自動(dòng)關(guān)閉。

自動(dòng)控制門系統(tǒng)是由主控制器（PLC）（它是自動(dòng)感應(yīng)門的指揮中心，通過(guò)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(gè)系統(tǒng)工作，通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，開實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的開門和關(guān)門）、感應(yīng)探測(cè)器（超聲波感應(yīng)、光電感應(yīng)）（負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)）、電動(dòng)機(jī)（提供開門和關(guān)門的主動(dòng)力）、開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)（卷簾門）。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示：

圖1 自動(dòng)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(gè)輸入，兩個(gè)輸出。由于該控制系統(tǒng)控制規(guī)模不大，控制程序比較簡(jiǎn)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?cè)谧罱K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(jì)

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(hào)開關(guān)，I0.6與I0.7為手動(dòng)開關(guān)，通電后將會(huì)跟隨程序進(jìn)行控制；輸出接燈模擬電動(dòng)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(jì)

由于是自動(dòng)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(dòng)控制裝置，當(dāng)卷簾門下降過(guò)程中夾到人或車，就要手動(dòng)緊急讓卷簾門上升，若要緊急讓門關(guān)閉就手動(dòng)開關(guān)讓門下降。

門上升下降到一定位置就要關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，就設(shè)計(jì)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(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)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(dòng)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(jì)

根據(jù)自動(dòng)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?cè)O(shè)計(jì)了一下流程圖來(lái)概述整個(gè)過(guò)程，如圖3所示。

存在整體的啟動(dòng)和停止按鈕，當(dāng)打開啟動(dòng)按鈕后，超聲波進(jìn)行掃描，當(dāng)有信號(hào)到達(dá)，就驅(qū)動(dòng)卷簾門上升（電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)），直到達(dá)到上限位電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，光電感應(yīng)信號(hào)檢測(cè)，給下降一個(gè)觸發(fā)，但并不影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到超聲波檢測(cè)不到信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)卷簾門 下降（電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)），直到達(dá)到下限位電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。為防止出現(xiàn)故障，設(shè)立了手動(dòng)開關(guān)門裝置，可以跳過(guò)信號(hào)檢測(cè)裝置，防止出現(xiàn)意外。

控制梯形圖設(shè)計(jì)：

檢測(cè)到車輛壓線，形成自鎖，直到車輛或者人走過(guò)光電感應(yīng)，走出超聲波范圍，觸動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，直到到達(dá)下限位，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

手動(dòng)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，沒有自鎖，跳過(guò)正轉(zhuǎn)機(jī)械、電氣互鎖，直接驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，門關(guān)好；當(dāng)不再要求卷簾門下降時(shí)可松手，卷簾門再次上升，直到觸碰到限位開關(guān)，電動(dòng)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(yàn)臺(tái)上連接好本試驗(yàn)中要用到的輸入/輸出接口，然后連接計(jì)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(jì)算機(jī)中打開編程軟件，輸入該自動(dòng)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(guò)程確定無(wú)誤后，下載至PLC中，最后進(jìn)行硬件調(diào)試，在PLC的操作臺(tái)上進(jìn)行，一邊調(diào)試一邊觀察試驗(yàn)臺(tái)，看是否可以按我們事先預(yù)計(jì)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(shí)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(shí)間后撥下開關(guān)SA2，一段時(shí)間后撥下開關(guān)

SA1，指示燈L2點(diǎn)亮；

現(xiàn)象四：一定時(shí)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(jì)了車庫(kù)自動(dòng)感應(yīng)門的軟硬件設(shè)計(jì)。不僅理論上解決了自動(dòng)感應(yīng)門的可行性，同時(shí)利用模擬調(diào)試完成了設(shè)計(jì)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(guò)在實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)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。

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