基于PLC的机库门分控系统设计

方 德

（武昌工学院 智能制造学院 电气工程及其自动化专业，湖北 武汉 430065）

交通便利的今天，各类大小型机场蜂拥于这个时代，飞机作为最便捷的交通工具之一，无疑是时代的烙印。但对于机场的机库门，又是一大技术难题。机库门虽然具有庞大且厚重的外部结构，但也需要开启灵活，保温耐用，采光好，密封效果好，不畏寒冷和安全性高等特点。传统的开关门方法不仅效率低下、操作难度大、精确度低，随着时间的推移甚至还存在很大的安全隐患，一般难以达到控制要求。针对上述问题，我们设计了一个可以分别控制多个机库门的机库门分控系统，最大限度地实现机场的门控需求。该系统对所有机库门进行集中控制，可调节动作速度和精度；操作难度低；还具有很高的安全性，保证了机库和人员的安全。随着当今社会交通运输的不断发展，该机库分控系统存在着很大的发展前景。

1 总体设计方案

最近几年，随着物流行业和旅游业的大力发展，国家对航空航天领域尤为重视，所以机库门作用更显重要，目的也是在保证国家财产的安全。机库门分控系统对机场的6扇机库门进行控制。每扇机库门均可单独控制并配备运行状态显示功能，6扇机库门还可以集中控制并分别显示运行状态。机库门的运转采用变频调速，可减少对机库门的损耗，延长大型机库门的使用寿命。最后还配置有急停、报警、指示灯等安全保障系统。

1.1 系统设计要求及选择

（1）基于PLC为核心实现分控功能。PLC控制的选择基于其可靠性高，抗干扰能力强。可靠性能高是电气控制设备的关键性能。PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺，内部具有较强的抗干扰能力。本项目选择台达公司生产系列PLC，其产品通用性强，控制程序可变，功能强大，适应面广，编程容易，并且设备平均无故障工作时间可达几万小时，本项目也可采用一些更大型的PLC来获得更大的使用寿命。PLC作为通用工业计算机，面向广大工控设备，在未来的维修和升级等问题上将更容易解决。

（2）实现每扇机库门控的单独控制。采用分控制系统能提高整个系统的运行效率。从控制的功能上，分控制系统响应速度快，可通过并行控制来实现快速响应，相较于分级控制大大减少冗余等待时间。分控制系统也具有可靠性高和较好的抗干扰优点，子系统的故障将不会影响到整个系统的运行，并且可以通过子系统间相互诊断和快速设备故障排查。对于整个系统采取模块化的处理，使系统容易实现通用化和系统化，在未来可以通过扩展I/O口来实现系统的更新，并且模块化的系统可以实现系统数据资源共享等优点。在经济方面，分控制系统可以运用低价的PLC来实现高性能的控制系统。

（3）要求每扇机库门控在启动时都配备运行状态显示。在模块化的控制系统中，无需单独对某一扇门操作，在总控制台中操作即可。但也要保证安全进行实时监控，保证每一次的控制都在正常进行。建立设备运行状态检测和故障诊断是必要的，在每一次异常运行和故障记录能够帮助进行系统和设备环境的故障排查，及时地修复从而保障财产和人身安全。

（4）遇到特殊问题的时候有急停装置和报警功能。急停和报警装置能有效地保证安全，在传感器和限位开关的配合下，系统运行将能够更加精准，同时也提高了系统应对紧急情况的灵活性。

（5）最后要将六扇机库门控系统进行集中控制，保障系统的灵敏性和易操作性。集中总控制是实现系统模块化的关键一步，在总控制台的控制下，各个子系统将有序进行。当然，最重要也是要保证总控制PLC的正常运行，总控PLC的故障将影响所有子系统。

1.2 总设计结构

该分控系统，通过多个PLC实现由主控制系统再到分控制系统。主控制系统可对六扇机库门进行集中控制，发送信号到分控制系统。分控制系统对目标机库门进行独立操作控制，通过变频器调节电机运行参数，达到自动运行功能。

整个系统将建立一个模块化运行控制，通过按键的控制，让每一扇门运作。整体的控制能把控多扇门可操作性的同时提高效率。每扇门也可单独成为一个子系统，受到相应的控制并且能够应对自身的突发状况，门与门之间的联动将互不影响，多门联动过程中，在一扇门出现紧急状况停止时，另一扇门将不会受到影响并继续运作。变频器属于子控制系统的一部分，通过分控PLC来调节子系统所控制的电机的运转速度。系统总体设计结构如图1所示。

图1 系统总体设计结构图

1.3 机库门技术指标要求

（1）门洞高度：5 m专用小门；

（2）门扇宽度：6 m*40 m；

（3）门扇厚度：200 mm；

（4）门扇重量：40～90 kg/mm；

（5）门扇轨距为门扇厚：80～250 mm；

（6）地轨：20～45 kg/m；

（7）门扇电功率：1.5～3 kW。

2 电气原理及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分配见表1。可选择单门控制或6门联动控制，并且通过状态显示器来显示控制情况。开关为点动上升沿信号，按下开关按钮，指示灯亮起，机库门将处于准备运行状态，受到门控信号的控制。再次按下开关按钮，指示灯熄灭，机库门即处于静止状态，不受开关的控制。

表1 主控制回路I/O分配表

主回路电气原理图如图2所示，电柜原理图如图3所示。

图2 主回路电气原理图

图3 主回路电柜原理图

2.2 分控制回路的I/O分配

分控制回路I/O分配见表2。当外部条件1、2都满足，变频器能正常运转，允许动作，按下开关，电机开始转动，机库门开始运作，当触碰到减速限位时，电机开始反转减速，当机库门完全打开，触碰到开关限位时，电机急停关闭运转。此外还添加了一个时间保护装置，当减速运转过程中出现开关限位故障或者门由于特殊事故无法完全开关时，或到达正常开关门时间却还未检测到限位信号时，将会给出时间信号时，使得电机停止运转。机库门的关闭工作原理同开门原理相似，在任意一个动作过程中，都可按下急停按钮使得动作停止，以应对特殊情况。

表2 分控制回路I/O分配表

分控制回路电气原理图如图4所示。

图4 分控制回路电气原理图

2.3 PLC外部连接电路

机库门主要是一个控制系统，外部电路也较为简单，主要通过分控PLC的输出与变频器相连接，变频器再与电机相连接，输出信号控制变频器使得电机正转、反转、停止和点动控制。

通过对变频器的参数设置，可以控制机库门的转动速度，以达到控制要求。通过变频控制的一大好处是可以根据不同情况改变速度，节约能源，减轻在机库门运行过程中的损耗。变频器的电气连接图如图5所示。

图5 变频器的电气连接图

3 6扇机库门的控制软件设计

本项目采用台达PLC编程软件WPLSoft，分别对主控PLC和分控PLC编写程序，总的逻辑过程是：首先判断是否处于联动模式，在联动状态下按下启动按钮，所有机库门将同时动作。若不处于联动模式，则需进一步选择需要控制的机库门，单独控制启停。在动作过程中若出现紧急情况可以按下急停按钮，再次按下启动按钮，机库门继续动作直至完全打开或关闭，电机停止运转。机库门控制的具体流程如图6所示。

图6 6扇机库门的控制流程图

4 结束语

相比较于一般机库门，基于PLC的控制能实现对6扇机库门的集中控制和单独控，首先实现了控制方便，提高运行效率。其次还采用变频调速，通过对运行状态的分析进行速度调节，在很大程度上减少了机库门的运行损耗，保证了机库门能长时间地安全运行。机库门控制系统由多个PLC联动控制，同时也存在多个外部信号传输口，可以进一步对该系统进行拓展，例如增加控制数量和连接通信设备，对机库门进行远距离操作和监控，随着智能化的发展，在未来可实现多样化的控制，该系统也能不断被优化来适应时代的发展。未来随着航空航天技术的不断发展，货物运输、交通出行和军事应用等多方面需求的不断增长，该技术将会迎来更好的市场和前景。