PLC自动控制门biyesheji

摘要 门是伴随着人们的文明而诞生的 随着科学的发展 门的种类越来越 多 技术也越来越复杂 自动门从理论上理解应该是门的使用观念的延伸 是人们根据需要对门的功能的提升和完善 所以对自动门的认识应该从 人对门功能的要求开始 作为建筑物一部分的门 从最基本的意义上讲 要同时满足隔离外部环境和不妨碍人的通行这两种要求 因此门体本身 应牢固 密封 自动门是随着人们对生活条件的不断追求 科技的不断发展应运而 生的高科技产品 因此 它具备了普通门所没有的优势 雅观漂亮 而且 使用管理起来更加的安全 方便 舒适 通电后可以实现无人看管 同时 又可节约空调能源 防风 防尘 降低噪音 既方便又提高了建筑的档次 因此自动门被广泛的应用于大型商场 银行 大酒店 机场 办公大厦等 各种大型的公共场所 本文通过结合 PLC 控制系统的简介及各种普遍应用的自动门的特点 对由 PLC 作为控制系统的自动门的概况 主要分类 组成 原理 软硬件 控制系统 PLC 程序的编写等都进行了一定的介绍 关键字 自动门 PLC 控制 编程 目 录 内容摘要 1 目 录 2 前 言 4 第一章 自动门的简介 5 1 1 自动门的发展 5 1 2 自动门的分类 6 第二章 自动门的硬件系统 14 2 1 自动门的硬件组成 14 2 2 硬件的工作原理 14 2 3 自动门的系统配置 15 第三章 执行机构的设计 17 3 1 稳压电源设计 17 3 2 无刷直流电机的应用 19 第四章 自动门的软件控制系统及举例 21 4 1 控制系统流程 21 4 2 PLC 程序的编写 21 4 3 PLC 在底层电梯自动门中的应用举例 23 4 31 电梯控制门的控制要求 23 4 32 自动门控制线路及 PLC 梯形图设计 25 4 33 结语 29 第一章 自动门的简介 人类文明的产物 自动门已经经过了数十年的漫漫发展 至今为止 通过应用 PLC 控制系统及其他各种科技产品 已经具备了及其完善的控 制技术 形成了具有庞大规模的自动门家族 并且根据不同的需求制定了 一系列的标准 如 JG T 177 2005 是由中华人民共和国建设部于 2005 12 01 制定的中国自动门标准编号 标准内容主要有 规定了建筑用各种 自动门的分类 规格 代号 材料 要求 试验方法 检验规则和标志 包 装 运输 贮存 本标准适用于推拉自动门 弧形自动门 平开自动门 折 叠自动门 旋转自动门 其他自动门可参照执行 有特殊要求的自动门 还应参见其相关标准 1 1 1 1 自自动动门门的的发发展展 门和人类文明是孪生的 它伴随着人类文明的发展而跃动 数千年来 门一直作为人类社会活动的守护神 拒侵入者于门外 而作为人类社会活 动的航道 门又承载着文明 追寻着人们向往的光辉彼岸 人类对文明的渴望是无穷尽的 从古埃及到古罗马到今天的现代社会 都可以见到门迈动的足迹 往昔 门的屏障作用是被动隔离 而通道作用仅仅是保证通行 21 世纪的今天 门更加突出了安全理念 强调了有效性 有效地防范 通行 疏散 同时还突出了建筑艺术的理念 强调门与建筑以及周围环境 整体的协调 和谐 门的高级形式 自动门起源在欧美 从 1802 年 8 月 德标公司成功 设计并开发出世界第一台感应自动门 门大规模专业化生产始于 150 年 前 在不断发展和完善的过程中 涌现出大批独具规模的专业制造商 迅 速发展至今天 已经形成了种类齐全 功能完善 造工精细的自动门家族 中国早在十多年前就开始引用欧洲自动门 并把它应用在酒店 机场 购物 中心 银行 写字楼等大中型公共场所 为这些建筑增添了亮丽 时 尚的姿彩 1 1 2 2 自自动动门门的的分分类类 自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门 自动平开 门 自动旋转门 自动圆弧门 自动折叠门等 其中平开门用的场合较少 旋转门由于昂贵而且非常宠大 一般只用于有需要的高档宾馆 自动平移 门使用得最广泛 大家一般所说的自动门 感应门就是指自动平移门 自动平移门最常见的形式是自动门机及门内外两侧加雷达 当人走近 自动门时 雷达通过发射微波感应到人的存在 给控制器一个开门信号 控制器通过驱动装置将门打开 当人通过门之后 再将门关闭 另外还有红外感应形式 主要是通过红外线来感受指定范围内温度 变化 当人走进时 微波感应其器发射信号控制门的变化 微波感应器和红外感应器的区别主要是 微波感应器 又称微波雷达 对物体的移动进行反应 因而反应速度快 适用于行走速度正常的人员通 过的场所 它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动 雷达便 不再反应 自动门就会关闭 有可能出现夹人现象 红外感应器 对物体 的存在进行反应 不管人员是否移动 只要处于感应器的扫描范围内 它 都会反应 红外感应器的反应速度比微波感应器慢 第二章第二章 自自动门动门的硬件系的硬件系统统 2 2 1 1 自自动动门门的的硬硬件件组组成成 自动门的硬件根据不同的类型各有不同 此以平移型感应门为例介 绍它的硬件 主要有 自动感应门主控制器 自动感应门感应探测器 自 动感应门动力马达 自动感应门门扇行进轨道 门扇吊具走轮系统 同 步皮带 有的厂家使用三角皮带 自动感应门下部导向系统 是门扇下部 的导向与定位装置 防止门扇在运行时出现前后门体摆动 大体分为 6 部分 如 图 0 图 0 2 2 硬件的工作原理 1 自动感应门主控制器 它是自动门的指挥中心 通过内部编有指 令程序的大规模集成块 发出相应指令 指挥马达或电锁类系统工作 同 时人们通过主控器调节门扇开启速度 开启幅度等参数 2 自动感应门感应探测器 负责采集外部信号 如同人们的眼睛 当 有移动的物体进入它的工作范围时 它就给主控制器一个脉冲信号 3 自动感应门动力马达 提供开门与关门的主动力 控制门扇加速 与减速运行 4 自动感应门门扇行进轨道 就象火车的铁轨 约束门扇的吊具走 轮系统 使其按特定方向行进 5 门扇吊具走轮系统 用于吊挂活动门扇 同时在动力牵引下带动 门扇运行 6 同步皮带 有的厂家使用三角皮带 用于传输马达所产动力 牵 引门扇吊具走轮系统 7 自动感应门下部导向系统 是门扇下部的导向与定位装置 防止 门扇在运行时出现前后门体摆动 2 3 自动门的系统配置 自动门的系统配置是指根据使用要求而配备的与自动门控制器相连 的外围辅助控制装置 如开门信号源 门禁系统 安全装置 集中控制等 必须根据建筑物的使用特点 通过人员的组成 楼宇自控的系统要求等合 理配备辅助控制装置 自动门安装公司有责任在对用户系统需求的充分 了解的基础上 向用户提供合理而经济的系统配置方案 1 开门信号 自 动门的开门信号是触点信号 微波雷达和红外传感器是常用的两种信号 源 微波雷达是对物体的位移反应 因而反应速度快 适用于行走速度正 常的人员通过的场所 它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止 不动后 雷达便不再反应 自动门就会关闭 对门机有一定的保护作用 红外传感器对物体存在进行反应 不管人员移动与否 只要处于传感器的 扫描范围内 它都会反应即传出触点信号 缺点是红外传感器的反应速度 较慢 适用于有行动迟缓的人员出入的场所 另外 如果自动门接受触点 信号时间过长 控制器会认为信号输入系统出现障碍 而且自动平移门如 果保持开启时间过长 也会对电气部件产生损害 由于微波雷达和红外传 感器并不了解接近自动门的人是否真耍进门 所以有些场合更愿意使用 按键开关 按键开关可以是一个触点式的按钮 更方便的是所谓肘触开关 肘触开关很耐用 特别是它可以用胳膊肘来操作 避免了手的接触 还有 所谓脚踏开关 功能一样 但对防水的要求较高 而且脚踏的力量很大 容易使脚踏开关失效 还有一种带触点开关的拉手 当拉手被推 或在反 方向拉 到位时 向门机提供触点信号 现在的楼字自控有时会提出特殊 的要求 例如使用电话的某一分线控制开门 要达到这个要求 只要保证 信号是无源的触点信号即可 极少情况下 人们会提出天线遥控的要求 用一个无线接受器与自动门进行触点式连接 再配一个无线发射器 就可 以达到要求 不过 现在的无线电波源太多 容易导致偶然开门是一个麻 烦的问题 定时器可以自动控制门的状态 其原理是将时钟与特定的 开关电路相连 还预设定的时间将自动门处于自动开启或锁门状态 2 门禁系统统与非公共区域的自动门 如果说对自动门的性能和质量 要求最高的是在使用频率极高的大型公共区域 那么那自动门自动控制 功能要求最高的对进出人员进行选择的非公共区域 门禁系统是对入门 授权的识别 在识别或检测入门授权通过以后 向自动门的控制系统提供 开门信号 在提供开门信号之前 自动门必须处于锁门的状态 门禁系统 包括从最简单的钥匙开关 密码锁 磁卡锁 一直到复杂的体重识别系统 指纹识别系统等 但无论系统怎样复杂 最终都是给自动门提供开门的触 点信号 信号电路的屏蔽对避免由于无关信号的干扰而误开门的情况发 生非常重要 3 对自动门的要求就是解锁动作与开门动作之间的协调 应用于自动平移门的电子锁有锁皮带的电磁锁和锁门体吊挂件的电动锁 两种 后者用于重型自动平移门 自动平开门的电子锁有电磁门吸 电子 插销锁和电子开门器 电子开门器又称阴锁 作用力方向不影响门的开启 动作 不易发生误操作 还有一种带触点开关的机械锁 使锁与开关结合 锁不处于开锁状态 触点就不能接触 不可能发生误操作 4 集中控制 集中控制的概念包括集中监视自动门运行状态和集中操作多个自动门两 层含义 集中监视自动门开门关门状态可以通过位置信号翰出电路来实 现 可以采用接触式开关 当门到达一定位置 如开启位置 时 触动开关 而给出触点信号 也可以采用感应式信号发生装置 当感应器探测到门处 于某一位置时发出信号 在中控室设置相应的指示灯 就可以显示自动门 的状态 而集中操作通常指同时将多个门打开或锁住 这取决于自动门控 制器上有无相应的接线端子 第第三三章章 执执行行机机构构的的设设计计 3 3 1 1 稳稳压压电电源源设设计计 随着自动门的不断发展 被越来越多的应用于各建筑物 广泛的应用 也使其安全变的越来越重要 对电源的影响因素是多方面的 其中主要干 扰 来自噪声的影响 因此 为了提高自动门的运行稳定性 稳定的电压 和较小的波纹是重点考虑的问题 较为普遍的稳压装置是变压器 因为它 价格实惠 但有一定的弱点 对电源的稳压性能并不是很强 因此我们需 要设计稳压电源并根据无刷直流电机供电要求选择合理的电路参数 同 时需要合理设计交 流滤波器以减少电磁干扰 由于自动门工作 时间长 安全性要求高 因此从电网电源开始 就 应用了过流 过热保护以尽量避免意外发生 保护电路有多种形式 下面 是一种保护电路的框图 图 1 图 1 过压保护采用压敏电阻和瞬变电压抑制器 以防止雷击等意外事故 产生的瞬间高压 交流 EMI 滤波器主要是用来抑制共模 共差干扰 如图 图 2 所示 它主要包括两个输入端 两个输出端和一个接地端 电路包 括共模扼流圈 差模滤波电容 共模滤波电容 图 2 自动门的整流电路主要是把交变的交流电转换成稳定的直流电 使电源适合各种驱动装置 如无刷直流电机 的使用 全桥是由 4 只整流 二极管按桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成的 全桥的正 向电流有 0 5A 1A 1 5A 2A 2 5A 3A 5A 10A 20A 等多种规格 耐压 值 最高反向电压 有 25V 50V 100V 200V 300V 400V 500V 600V 800V 1000V 等多种规格 图 3 是其电路图形符号与内部电路 图 3 3 2 无刷直流电机的应用 一 目前自动门中的动力部分主要有无刷直流电机 交流变频电机及 步进电机的使用 今以无刷直流电机为例来介绍自动门系统中执行机构 的设计 下图是电机的主电路图 图 4 图 4 无刷电机需要控制器来进行控制 MC33035 无刷直流电机控制器采 用双极性模拟工艺制造 可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和 高稳定性 该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器 以及可 对传感器的温度进行补偿的参考电平 同时它还具有一个频率可编程的 锯齿波振荡器 一个误差信号放大器 一个脉冲调制器比较器 三个集电 极开路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管 MOSFET 的大 电流图腾柱式底部输出器 此外 MC33035 还有欠锁定功能 同时带有可 选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性 其典 型的电机控制功能包括开环速度 正向或反向 以及运行使能等 二 自动门控制要求 物体靠近门时传感器获得信号传给控制器 控 制器根据门当前所在位置决定门的动作 有三种情况 门处于关闭状态 控制器应驱动执行电机以最佳速度曲线打开门 门处于半开状态 控制器应根据门当前所在位置 以适当的速度 驱动执行电机开门 门处于开启状态 控制器使门保持开启状态 无物体靠近门时 如果门处于开启状态 延时适当的时间后以最佳速 度曲线关闭门 如果门处于关闭状态 维持相应的开 关门速度曲线如图 l 所示 关门时 OA 段为加速段 AB 段为稳速运行段 BC 段为减速停止 门关到位 段 开门时 CB 段为加速段 BA 段为稳速运行段 AO 段为减速 停止 门开到位 段 根据自动门控制要求 系统原理框图如 图 5 所示 开门门磁 检测 门的最大开启位置 门开后驱动电机停止工作 并防止开门过量而损坏系 统部件 闭门门磁 检测门的关闭位置 门关后驱动电机停止工作 驱动 器 扩大驱动功率以驱动 150W 的无刷直流电机 工作指示灯 a 有电源 指示灯 b 正常 故障指示灯 超过预期时间门不到位即是故障状态 图 5 第第四四章章 自自动动门门的的软软件件系系统统 4 1 控制系统流程 当门扇要完成一次开门与关门 其工作流程如下 感应探测器探测 到有人进入时 将冲信号传给主控器 主自动感应门控器判断后通知马达 运行 同时监控马达转数 以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行 马达得到一定运行电流后做正向运行 将动力传给同步带 再由同步带将 动力传给吊具系统使门扇开启 自动感应门门扇开启后由控制器作出判 断 如需关门 通知马达作反向运动 关闭门扇 自动门控制装置的硬件组成 自动门控制装置由门内光电探测开关 K1 门外光电探测开关 K2 开门到位限位开关 K3 关门到限位开关 K4 开门执行机构 KM1 使直流电动机正转 关门执行机构 KM2 使直流电动 机反转 等部件组成 光电探测开关为检测到人或物体 ON 否则为 OFF 控制要求 1 当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关 K1 或 K2 时 开门执行机构 KM1 动作 电动机正转 到达开门限位开关 K3 位置 时 电机停止运行 2 自动门在开门位置停留 8s 后 自动进入关门过程 关门执行机构 KM2 被起动 电动机反转 当门移动到关门限位开关 K4 位 置时 电机停止运行 3 在关门过程中 当有人员由外到内或由内到外通 过光电检测开关 K2 或 K1 时 应立即停止关门 并自动进入开门程序 4 在门打开后的 8s 等待时间内 若有人员由外至内或由内至外通过光电检 测开关 K2 或 K1 时 必须重新开始等待 8s 后 再自动进入关门过程 以 保证人员安全通过 4 2 PLC 程序的编写 当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时 探测开关都会 产生一个信号输入到控制器 对这两个的输入信号 PLC 控制器通过处理 后发送信号到驱动器 通过电机动作实现门开关 PLC 还接收来自两个附 加开关的输入信号 一个检测门行程的上限 另一个检测门行程的下限 梯形图如下 图 6 图 6 I O 分配中 002 和 0003 都是引入的常闭的行程开关接点 另外 超 声开关对应 0000 光电开关对应 0001 门行程上限检测开关对应 002 升 门对应 0500 降门对应 0501 编码表 图 7 图 7 动作过程 由梯形图可见 来自超声开关的输入信号 输入 0000 与检测门行程上限的行程开关信号 输入 0002 这是一个常闭开关 相 与 输入 0000 号导通时 PLC 机输出一个信号 输出 0500 去启动电动机把 门打开 当门升到上限位置时 限位开关 0002 号由常闭变为断开 从而 停止输出 0500 信号 使电动机停止拖动门的上升 与此同时 来自光电 开关的输入信号 输入 0001 送到一个下降沿微分电路 此电路由 DIFD 指 令编程 其结果是使分配给 DIFD 指令的内部辅助继电器 1000 仅在一个 0200LD0000 0201OR0500 0202AND0002 0203OUT0500 0204LD0001 0205FUN141000 0206LD1000 0207OR0501 0208AND0003 0209OUT0501 扫描周期内在输入 0001 的下降沿导通 内部辅助继电器在 1 000 与检测 行程下限的行程开关相 与 因而 当内部辅助继电器 1000 导通时 在一 次扫描剧期内 与 条件成立 在此期间 输出 0501 导通 接通电动机 使 库门落下 当门落到 F 限位置时 限位开关 0003 号由常例变为断开 使 电动机停止拖动门的下降 再检测到有车辆临门时 叉重复开始的动作 第第四四章章 4 4 3 3 P PL LC C 在在底底层层电电梯梯自自动动门门中中的的应应用用举举例例 电梯自动门的电气设计是电梯的重要组成部分 本文以 3 层 3 站集 选低楼层电梯为例 介绍 PLC 在自动门中应用的设计 4 4 3 31 1 电梯控制门的控制要求 电梯自动门分为电梯自动门分为轿厢门和厅门 轿厢门封住轿厢的 出入口 它由装在轿厢顶上的自动开门机构带动 厅门封住井道的出入 口 由轿厢门带动 因此又称为被动门 由于轿厢门和厅门总是联动的 所以开 关门是指两门的同时开或关动作 自动门的电气控制包括拖动装 置和开关门逻辑控制线路两部分 在传统控制方法上 拖动装置由直流电 机 分压电阻和继电器线路构成 它可控制门电机的正反转及调节门的 速度 如 图 10 所示其中 JKM 为开门继电器 JGM 为关门继电器关门时 JGM 闭合 JKM 释放 电阻 R1 与 R3 构成分压线路 图 3 1 电机起动时的工作电压为 R3 上的分压 随着门的运动 当 1GM 被 压动时 分压减少 速度降低 当 2GM 被压动时 分压再度减少 门以 更低速度闭合 至最后撞到关门极限开关 ST1 后 J GM 释放 电机停止 开门时 J KM 吸合 J GM 释放 电机转向与关门相反 R1 与 R2 构成 分压 门运动至调定位置 使 3GM 闭合 门速度减低 直至撞到开门极 限开关 ST2 后 J KM 释放 电机停止 开关门逻辑控制的形式多样 有 继电器控制 PLC 控制和微型机板控制等方式 其控制目的是 在各种 情况下使 J KM 或 J GM 得电 从而实现开门 关门动作 在设计中一般应 满足下列几点要求 1 电气联锁 厅门 轿门关好后电梯才能运行 J KM J GM 也应互锁 2 自动开关门 电梯平层后应自动开门 如果门 打开一段时间 5 10 秒 仍无人乘梯或呼叫 门将自动关闭 3 手 动指令开关门 乘客在轿厢内按下开门按键时应开门 按下关门按键时 应关门 4 安全防夹 即门在关闭过程中碰撞或夹住障碍物时 应立即 打开 5 本层开门 电梯停层时 如有人在当前层呼叫 电梯应开门 迎接乘客 4 4 3 32 2 自动门控制线路及 PLC 梯形图设计 三层三站集选电梯的控制系统原理图如 图 11 所示 该电梯采用西 门子 6ES7 216 PLC 24 输入 16 输出 为控制器 由于此处仅介绍开 关门的 PLC 控制部分 因此图中只画出与门动作有关的输入 输出信号 图 8 例如 与门控制有关的输入信号有 开 关门极限行程开关 安全防 夹开关 与安全触板联动 轿厢内开 关门按键 各楼层呼叫键和内选键 位置磁感应开关等 门控制输出信号有 开门继电器 J KM 关门继电器 J GM 指示灯等 PLC 输入 输出信号名称及地址定义如表所示 在 PLC 的内部寄存器中 还定义若干辅助继电器和定时器 如定义 M010 作为 开门条件成立 记忆单元 M014 作为电梯运行标志位 T313 为开门 关门转换延时用定时器 它使 J KM 和 J GM 按顺序分时动作 以实现互 锁 T314 为电梯平层后延时开门用定时器 T315 为无人乘梯时自动延 时 5 10s 关门定时器 下面是 PLC 输入 输出点及内部继电器 Plc 输入指令 指令系统输入地址信号含义 ST1I0 0 轿门开门极开关 ST2I0 1 轿门关门极限开关 ST3I0 2 轿门防夹安全开关 SB1I0 3 轿