自动门装置的PLC控制

1、摘 要 随着电子技术的发展，PLC 不断的更新，PLC 控制已成为自动控制中最常见 的方式之一。自动门就是自动控制应用的以典型例子，由于可编程控制器具有很 好的处理自动门开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式， 因此，自动门的生产商家很多都运用 PLC 来做门的控制器。目前自动门在日常生 活中用越来越广泛。PLC 控制具有较高的可靠性、稳定性、维修方便等优点。 本文是关于自动门控制系统的设计，自动门系统主要由可编程控制器（PLC） 、 感应器件、驱动装置和传动装置组成。主要工作原理是感应器件将检测到的人体 或物体信号传送到 PLC，PLC 再综合收到的自动门状态信号作出判断，而

2、后发出 控制信号，使驱动装置运行，在通过传动装置带动门的动作。 关键词：自动门；PLC；感应器件；驱动装置 目 录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 课程设计的方案.2 2.1 系统组成总体结构 .2 2.2 实现功能 .2 第 3 章 硬件设计.4 3.1 自动门控制装置的硬件组成 .4 3.2 PLC 的基本结构 .4 3.3 PLC 的 I/O 分配 .5 3.4 自动门的控制装置结构 .7 3.4 光电开关.8 3.5 限位开关 .8 3.6 电动机的正反转.9 第 4 章 软件设计.11 4.1 程序流程图 .11 4.2 梯形图 .12 第 5 章 课程设计总结.14 参考文献.1

3、5 第 1 章 绪论 在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、 商场、写字楼，自动门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧 的感应开关来感应人的出入，当人走进自动门是感应开关感应到人的存在，给控 制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过之后，再将门关上。 由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来人员进出方便、节约 空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅 的气息。 为了适应这种形式的发展，世界各国 PLC 生产厂家纷纷给自己的产品增加了 通信及联网的功能，现在即使是微型和小型的 PLC 也都具有了网络

4、通信接口。特 别是现场总线技术成为工业自动化成为热点应用的今天，更要求 PLC 必须具备能 和标准现场总线联网的功能，开放性和多功能的网络通信要求成为了 PLC 的必备 条件。S7-200PLC 强大、廉价的网络通信功能是其在现在的工业自动化领域得到 广泛应用的重要原因。 可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC 容 易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程 序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置， 专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在

5、其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式 的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的 继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接 线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的 优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制， 不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简 单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。 用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易

6、的用户程 序的编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 早期的自动控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、 不易维修等缺点已逐渐被淘汰。本课题主要介绍运用 PLC 为控制器的自动门控制 系统的设计。PLC 控制自动门由于具有故障低、可靠性高、维修方便等优点，因 而得到广泛应用。 第 2 章 课程设计的方案 2.1 系统组成总体结构 经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动 控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，电流保护开关，手动 开关，直流电机。并由以上部件组成能实现电机正转开门，电机反转关 门的系统。 图 2.1 自动门控

7、制系统的结构图 2.2 实现功能 1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过 （光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有 电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。 2）当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器 8 秒后，自动进入关门 过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，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，应立 即停止关门，并自动进入开门程序。 4）在门打开后的 8 秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电 P L C 光电检测开关 限位开关 手动开关 电动机正 反转

8、电流保护开 关 自动门开关 门 检测开关时，必须重新开始等待 8 秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全 通过。 5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定的问题， 最后决定加增手动开门和关门开关。 第 3 章 硬件设计 3.1 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）以及 S7-200 系列的 CPU224PLC 等部 件组成。 3.2 PLC 的基本结构 S7-200 是一种小型的可编程序

9、控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、 监测及控制的自动化。它有极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握与操作； 强劲的通讯能力以及丰富的扩展模块等特点。S7-200 系列的强大功能使其无论在 独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的 性能/价格比。 CPU 模块：CPU 模块主要由微处理器 CPU 芯片和存储器组成，在 PLC 控制 系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地收集输入信号，执行用户程 序，刷新系统的输出，存储器用来储存程序和数据。 I/O 模块：输入模块和输出模块简称 I/O 模块，它们是系统的眼耳，手脚，是 联系外部现场设备

10、和 CPU 模块的桥梁。输出模块用来接受和采集信号。开关量 输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号码开关、限位开关、光电开关、 压力继电器等的开关量信号；模拟输入模块用来接受一些如电位器压力信号、测 速发电机和各种连续变送器提供的连续变化和模拟量电流电压信号；开关量输出 模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示器和报警装置等输出 设备；模拟量输出模块用来控制调节变频器等执行装置。 编程器：变频器用来生成用户程序，并用它来进行编辑、检查、修改和监视 用户程序的执行情况。 电源：PLC 一般使用 AC220V 和 DC24V 电源，内部的开关电源为各模块提 供不同等的直流电源。本系

11、统 PLC 使用 AC220V 电源。 可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）存储器、输入和输出（I/O）接口 电路、电源、外设接口、I/O（输入输出）扩展接口组成。 图. 的硬件结构图 目前 S7-200 系列 PLC 主要有 CPU221、CPU222、CPU224 和 CPU226 四种。 档次最低的是 CPU221，其数字量输入点数有 6 点，数字量输出点数有 4 点，是 控制规模最小的 PLC。档次最高的应属 CPU226，CPU226 集成了 24 点输入/16 点输出，共有 40 个数字量 I/O。可连接七个扩展模块，最大扩展至 248 点数字量 I/O 点或 35 路模拟量

12、I/O。本次设计选用的是 CPU224。 3.3 PLC 的 I/O 分配 开关量 I/O 扩展模块当 CPU 的 I/O 点数不够用或需要进行特殊功能的控制时,就 要进行 I/O 扩展,I/O 扩展包括 I/O 点数的扩展和功能模块的扩展。通常开关量 I/O 模块产品分 3 种类型:输入模块,输出模块以及输入/输出模块。为了保证 PLC 的工 作可靠性,在输入模块中都采用提高可靠性的技术措施。由于 PLC 要控制的对象 有多种,因此输出模块也应根据负载进行选择,有直流输出块,交流输出模块和交直 流输出模块。按照输出开关器件种类不同又分为 3 种：继电器输出型,晶体管输出 型和双向晶闸管输出型

13、。这三种输出方式中,从输出响应速度来看，晶体管输出型 最快，继电器输出型最差，晶闸管输出型居中；若从与外部电路安全隔离角度看,继 编程器 存储器 扩 展接 口 扩 展单 元 外 部 设 备 接 口 输 出 接 口 输 入 接 口 输 出 设 备 按钮 触点 开关 计 算 机 电源 电器输出型最好。 表 3.1 PLC 各型号 CPU 分配表 型号输入点输出点可带扩展模块数 S7-200CPU221640 S7-200CPU22286 2 个扩展模块 S7-200CPU2242410 7 个扩展模块 S7-200CPU224XP2416 7 个扩展模块 S7-200CPU2262416 7 个扩

14、展模块 表 3.2 PLC 控制系统的地址分配表： I0.1 门外光检测电开关 I0.2 门内光检测电开关 I0.3 开门限位开关 I0.4 关门限位开关 I0.5 过电流保护开关 I0.6 手动开门 I0.7 手动关门I0.0 启动停止 I1.1 切换开关 Q0.0 电机正转 Q0.1 电机反转 图 3.2 的输入输出接线图 3.4 自动门的控制装置结构 首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成： （1） 主控制器：它是自 动感应门的指挥中心，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） 感应探测

15、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） 动力马达： 提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 （4） 自动 感应门扇行进轨道：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，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。 （7） 下部导向系统：是自动感应门门 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。 当自动感应 门门扇要完成一次开门与关门，其工作

16、流程如下： 感应探测器探测到有人进入 时，将脉冲信号传给主控器，主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自动感应门扇开启； 自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运 动，关闭自动感应门。 图.3 自动门的结构图 3.4 光电开关 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束 的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属， 所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光

17、信 号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 常用光电开关按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。 对射式检测距 离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距 离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远， 适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。 由于本系统的检测距离较 近，所以可采用反射式光电开关。 图 3.4 光电开关结构图 3.5 限位开关 限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等， 简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物 时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合

18、的接点分断或者断开的接点闭合。由开 关接点开、合状态的改变去控制电路和机。 限位开关分工作限位开关和极限限位开关，工作限位开关是用来给出机构动 作到位信号的。极限限位开关是防止机构动作超出设计范围而发生事故的。工作 限位开关安装在机构需要改变工况的位置，开关动作后，给出信号，进行别的相 关动作。极限限位开关安装在机构动作的最远端，用来保护机构动作过大出现机 构损坏。 本系统采用的是 AZ8 系列限位开关。AZ8 系列限位开关(行程开关)是一种 低成本的检测元件，适合于许多种狭小的安装环境。开关坚固耐用，并有多种操 作头可选，适合多种应用。拆下外壳，内部的触点块的正面和侧面都完全暴露在 外，这对

19、安装接线非常有利，开关底部柔软的电缆护套使安装接线更方便。 图3.5 AZ8系列限位开关 3.6 电动机的正反转 由课程设计要求知，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开门 执行机构动作，电动机正转，到达开门限位开关时，电机停止运行；自动门在开 门位置停留 8s 后，自动进入关门过程，关门执行机构起动，电动机反转。 .电动机正反转电路图 第 4 章 软件设计 4.1 程序流程图 开始 若，有信 号 若，有信 号 延时 若，有信 号 开门 关门 打开停止 结束 打开停止 图.程序流程图 4.2 梯形图 图 4.3 电动机正反转梯形图 控制过程： 1、首先按下启动按钮使 I0.0 闭合，使

20、中间继电器 M0.0 线圈得电，M0.0 常 开触点闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时，I0.1 或 I0.2 闭合，Q0.0 线圈 通电。因光电开关的触发方式是脉冲触发，所以需要自锁。当 Q0.0 线圈通电时 Q0.0 的常开触点闭合，电动机正转，执行开门过程。 2、当门扇完全打开时，开门限位开关 I0.3 打开，Q0,0 线圈断电，电动机停 止转动。 3、当门扇停止移动时，由于开门限位开关的常闭变成常开，故使敞开闭合， 需进行 8 秒的延时，若此时外检测开关或内检测开关 I0.1 或 I0.2 有信号，则使 T37 重新延时。 4、当 8 秒的延时完毕后 T37 线圈通电，关门限位开关

21、闭合，所以使 Q0.1 通 电并自锁，Q0.1 的常开触点闭合，电动机反转，执行关门过程。 5、在关门过程中，若外检测开关或内检测开关 I0.1 或 I0.2 有信号，又使 Q0.0 通电，由于在关门过程中 Q0.0 常闭，此时打开并中断关门过程，执行开门 过程。 6、自动开门若出现故障时，使用自动控制系统有所不适，按下自动与手动 切换开关使 I1.1 闭合，中间继电器 M0.1 线圈得电自锁，则 M0.1 常开触点闭合， 此时按下手动开门开关使 I0.6 得电闭合，Q0.0 得电，电机正传，执行开门过程。 按下手动关门开关使 I0.7 闭合，Q0.0 失电，Q0.1 得电，电机反转，执行关门过 程。 第 5 章 课程设计总结