自动门PLC控制新版系统

摘要伴随自动化技术快速发展，智能控制已经成为自动控制系统中最常见一个控制方法。因为编程控制器（PLC）含有较强对环境适应能力和较高稳定性，使得在自动门控制系统中PLC应用也愈加普遍。本文经过分析自动门控制系统工作原理和工作步骤，利用西门子S7-200可编程控制器对自动门系统进行控制，经过传感器对其进行检测，实现了自动门PLC控制系统由信号检测、降压起动、延时等候到反转关门全过程。本设计关键工作原理是经过信号感应探测器检测有没有些人或物体经过，并将检测到信号转换成自动门PLC控制系统开关量信号，并传输给PLC，PLC控制系统依据开关信号来控制电动机正转和反转，从而实现开门和关门过程。关键词：S7-200PLC；自动门；传感器；开关量信号AbstractWiththerapiddevelopmentofautomationtechnology，intelligentcontrolhasbecomeoneofthemostcommonintheautomaticcontrolsystemcontrolmode．Becausetheprogrammablecontroller(PLC)hasstrongadaptabilitytotheenvironmentandhighstability，andmakestheapplicationofPLCinautomaticcontrolsystemisalsomorecommon．Inthisarticle，throughanalyzingtheworkingprincipleandworkingprocessofautomaticdoorcontrolsystem，usingtheSiemensS7-200programmablecontrollertocontrolautomaticdoorsystem，throughthesensortodetect，implementstheautomaticPLCcontrolsystemconsistsofsignaldetection，step-downstarting，thedelaywaitingfortothewholeprocessofinversionisclosed．Workingprincipleofthisdesignismainlythroughthesignalsensingdetectormayhavenoorobject，andthedetectedsignalisconvertedintoautomaticPLCcontrolsystemoftheswitchsignal，andtransfertoPLC，PLCcontrolsystembasedonswitchsignaltocontroltheforwardandinversionofthemotor，soastorealizetheopeningandclosingprocess．Keywords:S7-200PLC；Automaticdoor；Thesensor；On-offsignal目录TOC\o"1-3"\h\u26281绪论 186151.1课题研究背景及意义 1312211.2中国外发展现实状况 1314451.3课题关键内容 2274652自动门PLC控制系统总体设计 3203212.1设计步骤 358042.2自动门控制系统功效需求分析 3272032.3自动门PLC控制系统具体组成 498672.4PLC基础结构 4292422.5PLC工作原理 5236892.6自动门控制系统PLC选择 722343自动门PLC控制系统硬件设计 823613.1电气控制系统主电路设计 8259063.2电气控制系统控制电路设计 9130153.3自动门PLC控制系统设计通常方法 11305723.4可编程控制器I/O分配 11272834自动门PLC控制系统软件设计 13128304.1软件设计通常方法 1334344.2程序步骤图 13263484.3梯形图设计 13216734.4故障分析 1610073结论 1731618参考文件 1831367附录 191绪论1.1课题研究背景及意义在二十一世纪今天，门不仅强调了安全性，而且还突出了实用性和美化性，从理论上了解，自动门应该是对门使用观念一个扩展，是大家在生产和生活中对门功效完善和提升。自动门在150年前开始进入专业化大规模生产，而且在不停完善和提升过程当中，涌现出了一大批初具规模专业制造商。自动门除了能够美化出、入口环境外，同时又能够节省空调能源，而且在降低噪音、防风、防尘方面也有独特作用，在通电后还能够实现自动开门和关门，既方便了人员进出，又使建筑档次得到了较大提升，所以在中国外建筑市场上快速得到普及，同时也几乎成为了银行、酒店、写字楼等场所门面装修所不可少一项配置。自动门形式最常见是将信号感应探测器安装在自动门门内外两侧，当人或物体靠近自动门时，感应探测器能检测到信号，并给控制系统发出一个开门信号，控制电动机正转开门，当人或物体经过门以后，再将门关闭。因为自动门PLC控制系统开、关门信号是触点信号，使用信号源能够是红外传感器或微波雷达。红外传感器工作原理是反应物体存在，缺点是反应速度较慢，不管人或物体是否移动，只须处于红外传感器扫描范围内，它全部能作出反应并产生触点信号，使电机正转开门。微波雷达工作原理是反应物体位移，所以反应速度很快，适合安装在行走速度正常人员经过场所，它尤其之处是假如在门周围人员不想进门或出门而静止不动时，微波雷达将不再产生信号，自动门会自动关上，所以能够对门机起保护作用。1.2中国外发展现实状况进入九十年代以来，伴随社会进步和电子技术发展，自动化技术已经取得了较大进步，自动门在生产生活中也得到了最广泛使用。依据使用场所及用途差异，还能够将自动门分为自动旋转门、平移门、平开门等，自动旋转门因为价格昂贵而且体积较大，通常只使用于高级生活服务特区及大型娱乐会所。自动平移门用最为普遍，这种门特点是结构简单、轻易控制，而且维护方便。自动平开门因为门体重量和体积差异也会对自动门控制系统提出不一样要求，所以使用场所较少。自动门控制方法多个多样，其中控制器控制可分为继电器接触器控制和智能控制器控制。继电器接触器控制是经过按钮、继电器和接触器来控制，而智能控制器控制是经过控制自动化配置运行来控制，它含有较高稳定性，而且安全、可靠，所以大部分生产厂商逐步淘汰继电器接触器逻辑控制而改用智能控制器作为自动门控制装置。而在选择自动门智能控制器时，又可将其主控制器分为可编程控制器（PLC）控制和微电脑控制器控制。PLC控制特点是稳定性高、维修方便等，现在很多大型场所自动门全部是用PLC来控制。微电脑控制器控制特点是安装轻易、体积小等，现在也有一部分厂家选择此种方法生产自动门。1.3课题关键内容（1）经过分析自动门PLC控制系统工作过程，选择适宜PLC控制器，确定I/O点。（2）设计出自动门PLC控制系统主电路模块、开门和关门控制模块。（3）采取梯形图对其系统进行程序编制，并结合PLC运行特点对控制系统工作步骤作合理优化。

2自动门PLC控制系统总体设计2.1设计步骤（1）认真分析和了解自动门PLC控制系统控制部件和控制要求。（2）依据自动门PLC控制系统基础要求和功效分析系统所需I/O设备。常常使用输入设备有按钮开关、主令开关、行程开关等，常常使用输出设备有指示灯、接触器、继电器等。（3）确定输入/输出点数并选择适合PLC型号。（4）分配PLC输入/输出点，编制出PLC外部端子I/O分配表或I/O硬件接线图。（5）依据自动门控制系统要求画出系统主电路和控制电路。（6）依据自动门PLC控制系统设计要求编制出完整梯形图程序，这是自动门PLC控制系统设计最关键部分。2.2自动门控制系统功效需求分析依据自动门出入口情况对PLC控制系统具体要求，此次所设计自动门应该含有以下功效：（1）手动/自动转换方法为了避免紧急情况和维修方便，自动门应能够实现手动和自动转换。能够由手动/自动转换开关来控制自动门手动和自动开、关门方法转换。当手动/自动转换开关断开时，手动控制失效，进行自动控制，由信号感应探测器来检测是否有些人或物靠近门而且门还未打开，或检测到已无人或物靠近门而且门还未关闭，并由PLC动作输出信号来控制电动机正转（开门）或反转（关门）。当手动/自动转换开关闭合时，自动控制失效，进行手动控制。（2）防夹人功效为了避免自动门产生夹人事件，应在门内外两侧安装防夹人信号感应探测器，来避免停留在门周围人被门夹住。开门或关门时电动机降压开启电动机开启时，因为起动电流过大，所以要采取降低电动机定子绕组电压措施来预防起动电流过大而损坏电动机，并在一段时间后使电动机恢复全压运行。常见降压起动方法有Y/Δ降压开启、自耦变压器降压起动、软开启器降压和定子绕组串电阻降压起动。2.3自动门PLC控制系统具体组成自动门PLC控制系统组成框图以下图2.1所表示。图2.1自动门PLC控制系统组成框图当感应探测器检测到人体或物体靠近自动门时，将信号传输给可编程控制器（PLC），然后PLC依据检测到信号发出控制指令，使驱动装置动作，并经过传动装置使自动门动作。2.4PLC基础结构可编程控制器（PLC）是由中央处理器（CPU）、存放器、输入/输出模块、编程器、电源等部分组成，PLC结构框图图2.2所表示。图2.2 PLC结构框图PLC关键组成部分及功效以下表2.1所表示。

表2.1 PLC关键组成部分及其功效PLC系统组成功效中央处理单元（CPU）CPU通常由控制器、运算器和寄存器组成，关键完成下列工作：编程器等输入设备输入程序和数据由CPU进行存放和接收。用扫描方法经过输入/输出部件接收现场信号，并存入数据存放器或输入映像寄存器中。诊疗PLC内部程序中语法错误和工作故障等。PLC进入运行状态后，实施用户程序，存放对应内部控制信号，完成多种数据传输和处理，以完成用户指令要求多种操作。响应多种外围设备请求。存放器存放器关键功效是存放数据和程序。程序是PLC操作依据，数据是PLC操作对象。在PLC中，存放器是保留工作数据、用户数据和系统程序器件。输入/输出模块输入/输出模块是PLC和外围设备连接部件。输入模块作用是将输入信号转换为CPU能够接收和处理信号，并对其进行隔离、放大、滤波和电平转换等。输出模块作用是将CPU输出信号转换成驱动控制对象实施机构控制信号并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部电路和外部实施元件。电源PLC电源部件是将交流电转换成直流电源装置，并向PLC提供所需高质量直流电源。为确保PLC工作可靠，通常采取是开关型稳压电源，其特点是体积小、抗干扰性能好、效率高、电压范围宽、重量轻。编程器编程器是用户和PLC对话窗口，是编制、调试、监护用户程序关键设备，经过通信接口和CPU连接。用户经过编程器编写控制程序，并经过编程器接口将程序写入PLC。2.5PLC工作原理（1）PLC工作方法和运行框图可编程控制器（PLC）是依据集中输入和输出、周期性循环扫描方法进行运行。可编程控制器（PLC）从第一条用户程序指令开始实施，并按次序逐条地实施直到结束，然后再返回第一条指令并开始新一轮指令扫描。PLC就是这么循环反复扫描实施。PLC运行全过程可用图2.3所表示PLC运行框图来表示。图2.3 PLC运行框图

（2）PLC扫描工作过程可编程控制器是在其系统软件支持下按循环扫描原理运行，它运行过程就是周期性循环扫描过程，每一个扫描周期均可分为输入采样、程序实施和输出刷新3个阶段，PLC工作过程图2.4所表示。图2.4 PLC工作过程2.6自动门控制系统PLC选择经过对自动门控制系统估算，本设计I/O点数为输入11点，输出4点。综合以上原因，本系统PLC型号是采取智能控制器为稳定性良好德国西门子企业生产S7-200小型PLC来实现整个自动门PLC控制系统，西门子S7-200参数以下表2.2所表示。表2.2西门子S7-200参数关键性能（1）模拟量I/O点数为2输入和1输出共3个。（2）数字量I/O点数为14输入和10输出共24个。（3）扩展模块可连接7个。（4）最大可扩展至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。其它性能（1）20K字节数据和程序存放空间。（2）独立100KHZ高速计数器6个。（3）100KHZ高速脉冲输出2个。（4）RS485编程/通讯口2个，含有自由方法通讯能力、MPI和PPI通讯协议。特点还新增了如位控特征、自整定PID功效、内置模拟量I/O、诊疗LED、线性斜坡脉冲指令、数据统计及配方功效等。

3自动门PLC控制系统硬件设计3.1电气控制系统主电路设计主电路由接触器KM1主触点和接触器KM2主触点来控制电动机正反转，接触器KM3主触点将电动机定子绕组接成三角形，接触器KM4主触点将电动机定子绕组接成星形，电动机可实现星形—三角形降压开启。星形—三角形降压开启只能用于正常运行时定子绕组为三角形连接三相异步电动机，而且定子绕组应有6个接线端子。开启时将定子绕组接成星形，待电动机转速升到一定程度时，再改为三角形连接，使电动机正常运行。星形—三角形降压开启优点在于星形连接时起动电流只是原来三角形接法，起动电流特征好、价格廉价、结构简单。缺点是起动转矩也对应下降为原来三角形接法，转矩特征差。热继电器FR对电动机M作过载保护，熔断器FU1作短路保护和严重过载保护。自动门控制系统主电路原理图以下图3.1所表示。图3.1 自动门控制系统主电路原理图3.2电气控制系统控制电路设计当手动/自动转换开关SA1闭合时，中间继电器KA1线圈得电，实现手动控制。当手动开门开关SB4闭合时，KM1线圈得电并自锁，电动机M正转开门，直到开门极限，当手动关门开关SB5闭合时，KM2线圈得电并自锁，电动机M反转关门，直到关门极限。当手动/自动转换开关SA1断开时，中间继电器KA1线圈立即断电，所以触点立即复位实现自动控制。当有些人或物体由内到外或由外到内经过感应探测器时，能使门外感应探测器SB1或门内感应探测器SB2闭合，中间继电器KA2线圈得电，常开触点立即闭合，常闭触点立即断开，并使KM1线圈得电并自锁，在主电路主触点KM1闭合，电动机M正转，实现开门动作，直到抵达开门极限。当门机抵达开门限位开关SQ1位置时，SQ1常闭触点立即断开，常开触点立即闭合，使KM1线圈立即断电，电动机M停止运行。若此时门外感应探测器SB1或门内感应探测器SB2无信号，则通电延时继电器KT1线圈得电，延时等候8秒。若在延时8秒内门外感应探测器SB1或门内感应探测器SB2又检测到人或物体经过信号，则通电延时继电器KT1线圈立即断电，并重新等候。延时等候8秒后通电延时继电器KT1常开触点闭合，接触器线圈KM2得电并自锁，在主电路主触点KM2闭合，电动机M反转，实现关门动作，若在关门时内门外感应探测器SB1或门内感应探测器SB2又检测到人或物体经过信号，则KM2立即失电，KM1重新得电，重新实施开门动作。在门外感应探测器开关SB1或门内感应探测器开关SB2两端并联上防夹人感应探测器开关SB3，若防夹人感应探测器SB3检测到信号，则电动机M立即实施正转开门动作，确保人员安全经过，避免出现夹人事故。电动机M开启时，KM1或KM2线圈得电，常开触点KM1或KM2闭合，线圈KM4得电，并使主触点KM4闭合，电动机定子绕组呈星形连接，此时通电延时继电器KT2得电，延时3秒后通电延时常开触点KT2立即闭合，使KM3线圈得电并自锁，主触点KM3闭合，常闭触点立即断开使KM4和KT2线圈失电，电动机定子绕组呈三角形连接，使电动机M在额电电压下正常运行。电动机运行到开门限位开关SQ1或关门限位开关SQ2时，电动机采取速度继电器控制反接电气制动使电动机加速停止转动，当电动机转速在100以下时，认为电动机已停止转动，则速度继电器动合触点KS断开，电动机制动结束。假如在自动门闭合或打开时出现意外情况，能在自动门内外多点进行控制，手动断开门外启停开关SA2或门内启停开关SA3，使控制电路立即断电，电动机停止转动。为了避免电动机出现短路故障，控制部分正转控制线圈KM1和反转控制线圈KM2采取双方常闭触点实现电气联锁。自动门PLC控制系统控制电路图以下图3.2所表示。图3.2 自动门PLC控制系统控制电路图

3.3自动门PLC控制系统设计通常方法输入、输出点配置和地址分配时应该注意问题。（1）分别集中配置全部按钮和限位开关，同类型设备占用输出点地址放在一起。（2）按次序定义输入点、输出点地址号。（3）假如有多出输入或输出点，可将每一个输入模块或输出模块输入点全部分配给一台机器或设备。（4）有噪声输入模块尽可能插在远离CPU模块插槽内，相互相关输出模块输出地址号应连写。3.4可编程控制器I/O分配依据自动门PLC控制系统要求，确定PLCI/O分配表，如表3.1所表示。表3.1I/O分配表类型设备PLC端子号输入端热继电器开关FRI0.0门外感应探测器SB1I0.1门内感应探测器SB2I0.2防夹人感应探测器SB3I0.3手动开门SB4I0.4手动关门SB5I0.5开门限位开关SQ1I1.1关门限位开关SQ2I1.2手动/自动开关SA1I1.3门外启停开关SA2I1.4门内启停开关SA3I1.5速度继电器开关KSI1.6输出端开门KM1Q0.1关门KM2Q0.2电动机三角形形连接KM3Q0.3电动机星形连接KM4Q0.4PLC外部端子I/O分配表直观表示方法是I/O配置图，它能够清楚表示PLC外部端子接线情况。PLC外部端子I/O硬件接线图图3.3所表示。图3.3 PLC外部端子I/O硬件接线图

4自动门PLC控制系统软件设计4.1软件设计通常方法（1）依据控制系统基础要求，确定控制系统运行方法，如自动、手动、连续和单步等，和应该完成动作次序、动作条件等；还要确定全部控制系统参数（时间、计数、模拟量精度等）。（2）对于较为复杂控制系统，应先绘制出控制系统控制步骤图，并依据步骤图进行程序设计。（3）依据控制系统要求设计出完整梯形图程序。（4）对程序进行修改、模拟调试直到能够满足控制系统要求为止。4.2程序步骤图PLC工作方法是次序扫描、不停循环过程，所以即使是次序程序也会反复实施，其各个部分实施是否由对应条件来控制，条件满足则实施，不然进行等候，直到条件满足为止。依据自动门PLC控制系统控制要求，设计自动门PLC控制系统步骤图图4.1所表示。图4.1 自动门PLC控制系统步骤图4.3梯形图设计依据PLCI/O分配表，设计自动门PLC控制系统梯形图，调用2个S7-200系列PLC中辅助继电器M0.1和M0.2起到中间状态暂存作用，并采取定时精度为100ms定时器T37和T38分别延时8s和3s。依据自动门PLC控制系统工作原理和工作过程画出自动门PLC控制系统梯形图图4.2所表示。图4.2 自动门PLC控制系统梯形图梯形图对应指令表以下。

LD I0.0 AN Q0.1A I1.4 = Q0.2 AI1.5 LRDLPS LD T38LD M0.2 O Q0.3OQ0.1 ALDAM0.1 LD Q0.1LDI0.4 O Q0.2O Q0.1 ALDA M0.1 = Q0.3OLD LRDAN I1.1 LD Q0.1LD I1.2 O Q0.2A I1.6 ALDOLD AN Q0.3AN Q0.2 = Q0.4= Q0.1 TON T38，30LRD LRDLD T37 A I1.3O Q0.2 = M0.1ALD LRDAN M0.1 A I1.1AN M0.2 AN M0.2LD I0.5 TON T37，80O Q0.2 LPPA M0.1 LD I0.1OLD O I0.2AN I1.2 O I0.3LD I1.1 ALDA I1.6 =M0.2OLD4.4故障分析系统常见故障和处理方法如表4.1所表示。表4.1 常见故障机处理方法故障现象故障诊疗处理方法接触器或继电器衔铁噪声大1.短路环脱落1.重新安装或更换短路环2.电源电压过低2.检验线圈电压，是否将380V线圈误用于220V场所或电源电压过低3.弹簧反作用力过大3.调整或更换弹簧接触器或继电器线圈过热或烧损1.电源电压不符1.检验电源电压，并检验是否误将220V线圈用于380V场所2.动作频率过高2.降低线圈动作频率3.线圈受潮3.烘干线圈或更换线圈低压断路器手动合分闸失灵1.触头熔焊1.清洗和修理触头，必需时更换触头2.机械故障2.排除机械故障3.三相主触头不一样时3.调整触头使其同时熔断器过热1.熔断器接触不良1.排除熔断器生锈、松动、脏污等接触不良现象2.负载电流过大2.检验负载及电源电压，使电流恢复至正常值三相电动机运行中有异常声响1.电源故障1.排除缺相或三相不平衡、电压过低情况2.绕组故障2.排除绕组局部短路、断路等故障3.变形、缺油或松动3.洗轴承、清理风道、调整气隙、充油、校正变形、正确装配等PLC输入全部断开（动作指示灯灭）可能是输入回路故障更换单元PLC动作正确但指示灯灭可能是LED损坏更换LED

结论本设计基础上达成了设计要求，将可编程控制器（PLC）应用到自动门控制系统中，研究了PLC在自动门控制系统设计原理和设计方法，并关键研究了自动门PLC控