基于PLC的機庫門分控系統設計

方 德

（武昌工學院 智能制造學院 電氣工程及其自動化專業，湖北 武漢 430065）

交通便利的今天，各類大小型機場蜂擁于這個時代，飛機作為最便捷的交通工具之一，無疑是時代的烙印。但對于機場的機庫門，又是一大技術難題。機庫門雖然具有龐大且厚重的外部結構，但也需要開啟靈活，保溫耐用，采光好，密封效果好，不畏寒冷和安全性高等特點。傳統的開關門方法不僅效率低下、操作難度大、精確度低，隨著時間的推移甚至還存在很大的安全隱患，一般難以達到控制要求。針對上述問題，我們設計了一個可以分別控制多個機庫門的機庫門分控系統，最大限度地實現機場的門控需求。該系統對所有機庫門進行集中控制，可調節動作速度和精度；操作難度低；還具有很高的安全性，保證了機庫和人員的安全。隨著當今社會交通運輸的不斷發展，該機庫分控系統存在著很大的發展前景。

1 總體設計方案

最近幾年，隨著物流行業和旅游業的大力發展，國家對航空航天領域尤為重視，所以機庫門作用更顯重要，目的也是在保證國家財產的安全。機庫門分控系統對機場的6扇機庫門進行控制。每扇機庫門均可單獨控制并配備運行狀態顯示功能，6扇機庫門還可以集中控制并分別顯示運行狀態。機庫門的運轉采用變頻調速，可減少對機庫門的損耗，延長大型機庫門的使用壽命。最后還配置有急停、報警、指示燈等安全保障系統。

1.1 系統設計要求及選擇

（1）基于PLC為核心實現分控功能。PLC控制的選擇基于其可靠性高，抗干擾能力強。可靠性能高是電氣控制設備的關鍵性能。PLC采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝，內部具有較強的抗干擾能力。本項目選擇臺達公司生產系列PLC，其產品通用性強，控制程序可變，功能強大，適應面廣，編程容易，并且設備平均無故障工作時間可達幾萬小時，本項目也可采用一些更大型的PLC來獲得更大的使用壽命。PLC作為通用工業計算機，面向廣大工控設備，在未來的維修和升級等問題上將更容易解決。

（2）實現每扇機庫門控的單獨控制。采用分控制系統能提高整個系統的運行效率。從控制的功能上，分控制系統響應速度快，可通過并行控制來實現快速響應，相較于分級控制大大減少冗余等待時間。分控制系統也具有可靠性高和較好的抗干擾優點，子系統的故障將不會影響到整個系統的運行，并且可以通過子系統間相互診斷和快速設備故障排查。對于整個系統采取模塊化的處理，使系統容易實現通用化和系統化，在未來可以通過擴展I/O口來實現系統的更新，并且模塊化的系統可以實現系統數據資源共享等優點。在經濟方面，分控制系統可以運用低價的PLC來實現高性能的控制系統。

（3）要求每扇機庫門控在啟動時都配備運行狀態顯示。在模塊化的控制系統中，無需單獨對某一扇門操作，在總控制臺中操作即可。但也要保證安全進行實時監控，保證每一次的控制都在正常進行。建立設備運行狀態檢測和故障診斷是必要的，在每一次異常運行和故障記錄能夠幫助進行系統和設備環境的故障排查，及時地修復從而保障財產和人身安全。

（4）遇到特殊問題的時候有急停裝置和報警功能。急停和報警裝置能有效地保證安全，在傳感器和限位開關的配合下，系統運行將能夠更加精準，同時也提高了系統應對緊急情況的靈活性。

（5）最后要將六扇機庫門控系統進行集中控制，保障系統的靈敏性和易操作性。集中總控制是實現系統模塊化的關鍵一步，在總控制臺的控制下，各個子系統將有序進行。當然，最重要也是要保證總控制PLC的正常運行，總控PLC的故障將影響所有子系統。

1.2 總設計結構

該分控系統，通過多個PLC實現由主控制系統再到分控制系統。主控制系統可對六扇機庫門進行集中控制，發送信號到分控制系統。分控制系統對目標機庫門進行獨立操作控制，通過變頻器調節電機運行參數，達到自動運行功能。

整個系統將建立一個模塊化運行控制，通過按鍵的控制，讓每一扇門運作。整體的控制能把控多扇門可操作性的同時提高效率。每扇門也可單獨成為一個子系統，受到相應的控制并且能夠應對自身的突發狀況，門與門之間的聯動將互不影響，多門聯動過程中，在一扇門出現緊急狀況停止時，另一扇門將不會受到影響并繼續運作。變頻器屬于子控制系統的一部分，通過分控PLC來調節子系統所控制的電機的運轉速度。系統總體設計結構如圖1所示。

圖1 系統總體設計結構圖

1.3 機庫門技術指標要求

（1）門洞高度：5 m專用小門；

（2）門扇寬度：6 m*40 m；

（3）門扇厚度：200 mm；

（4）門扇重量：40～90 kg/mm；

（5）門扇軌距為門扇厚：80～250 mm；

（6）地軌：20～45 kg/m；

（7）門扇電功率：1.5～3 kW。

2 電氣原理及PLC的I/O分配

2.1 主控制回路的I/O分配

主控制回路的I/O分配見表1。可選擇單門控制或6門聯動控制，并且通過狀態顯示器來顯示控制情況。開關為點動上升沿信號，按下開關按鈕，指示燈亮起，機庫門將處于準備運行狀態，受到門控信號的控制。再次按下開關按鈕，指示燈熄滅，機庫門即處于靜止狀態，不受開關的控制。

表1 主控制回路I/O分配表

主回路電氣原理圖如圖2所示，電柜原理圖如圖3所示。

圖2 主回路電氣原理圖

圖3 主回路電柜原理圖

2.2 分控制回路的I/O分配

分控制回路I/O分配見表2。當外部條件1、2都滿足，變頻器能正常運轉，允許動作，按下開關，電機開始轉動，機庫門開始運作，當觸碰到減速限位時，電機開始反轉減速，當機庫門完全打開，觸碰到開關限位時，電機急停關閉運轉。此外還添加了一個時間保護裝置，當減速運轉過程中出現開關限位故障或者門由于特殊事故無法完全開關時，或到達正常開關門時間卻還未檢測到限位信號時，將會給出時間信號時，使得電機停止運轉。機庫門的關閉工作原理同開門原理相似，在任意一個動作過程中，都可按下急停按鈕使得動作停止，以應對特殊情況。

表2 分控制回路I/O分配表

分控制回路電氣原理圖如圖4所示。

圖4 分控制回路電氣原理圖

2.3 PLC外部連接電路

機庫門主要是一個控制系統，外部電路也較為簡單，主要通過分控PLC的輸出與變頻器相連接，變頻器再與電機相連接，輸出信號控制變頻器使得電機正轉、反轉、停止和點動控制。

通過對變頻器的參數設置，可以控制機庫門的轉動速度，以達到控制要求。通過變頻控制的一大好處是可以根據不同情況改變速度，節約能源，減輕在機庫門運行過程中的損耗。變頻器的電氣連接圖如圖5所示。

圖5 變頻器的電氣連接圖

3 6扇機庫門的控制軟件設計

本項目采用臺達PLC編程軟件WPLSoft，分別對主控PLC和分控PLC編寫程序，總的邏輯過程是：首先判斷是否處于聯動模式，在聯動狀態下按下啟動按鈕，所有機庫門將同時動作。若不處于聯動模式，則需進一步選擇需要控制的機庫門，單獨控制啟停。在動作過程中若出現緊急情況可以按下急停按鈕，再次按下啟動按鈕，機庫門繼續動作直至完全打開或關閉，電機停止運轉。機庫門控制的具體流程如圖6所示。

圖6 6扇機庫門的控制流程圖

4 結束語

相比較于一般機庫門，基于PLC的控制能實現對6扇機庫門的集中控制和單獨控，首先實現了控制方便，提高運行效率。其次還采用變頻調速，通過對運行狀態的分析進行速度調節，在很大程度上減少了機庫門的運行損耗，保證了機庫門能長時間地安全運行。機庫門控制系統由多個PLC聯動控制，同時也存在多個外部信號傳輸口，可以進一步對該系統進行拓展，例如增加控制數量和連接通信設備，對機庫門進行遠距離操作和監控，隨著智能化的發展，在未來可實現多樣化的控制，該系統也能不斷被優化來適應時代的發展。未來隨著航空航天技術的不斷發展，貨物運輸、交通出行和軍事應用等多方面需求的不斷增長，該技術將會迎來更好的市場和前景。