自动开关门的设计

汤丽亚

摘 要：是基于PLC对某酒店大厅自动开关门控制系统进行设计与实现。该自动控制系统可以实时感应人员的进出，实现自动开关门。采用主机型号为CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC，实现自动开关门流程控制。

关键词：PLC；光电开关；限位；接触器

随着科技的发展，人们的生活、工作等各方面都尽量要求实现自动控制，以节省人力、物力。PLC以其成本低廉、可靠性高、编程简单易学等优势，始终处于工业自动化控制领域的主战场。

本文介绍了一种基于PLC控制的酒店大厅自动开关门控制系统的设计。该系统可实现当人员需要出、入时自动开、关门；在关门过程中感应人员靠近时，立即停止关门并自动进入开门程序；在门打开后的等待时间内，若有人员由外到内或由内到外时，必须重新开始等待，再自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。

一、自动开关门基本工作原理

1.自动感应门机的基本工作原理

平移式自动感应门机组由以下部件组成：（1）主控制器：自动感应门的核心，通过内部编程指令指挥马达或电锁类系统工作；同时可以通过主控器调节门的开启速度、开启幅度等参数。（2）感应探测器：负责采集外部信号，就像一双眼睛，当它发现有人员进入探测范围，就会给主控制器一个脉冲信号。（3）动力马达：提供开、关门的主动力，控制自动感应门的加、减速运行。（4）自动感应门扇行进轨道：如同高铁的铁轨作用，限制门扇的吊具走轮系统，使其按指定方向行进。（5）门扇吊具走轮系统：可挂活动门扇，使门扇在动力牵引下自动运行。（6）同步皮带：用于传输动力马达所产生的动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。（7）下部导向系统：是自动门扇底部的导向与定位装置，可防止门扇运行时出现摆动。

自动感应门门扇要完成一次开、关门工作流程如下：感应探测器感应到有人员进入探测范围，将脉冲信号发给主控制器；主控制器判断后命令马达运行，同时监控动力马达转数，以达到控制马达在一定时候加速和减速；动力马达靠运行电流做正向运行，带动同步带，再由同步带控制吊具系统使自动门扇开启；自动门扇打开后再由主控制器作出判断是否需要关门，从而控制动力马达反转，进入自动关门控制。

二、自动开关门的硬件设计

1.主机选型

根据控制要求可知门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，都是输入触点，所以共设开关量输入点4个。另外，该系统还有开门执行机构KM1，（使直流电动机正转），关门执行机构KM2（使直流电动机反转），短接启动电阻接触器KM3等都是输出触点，所以设开关量输出点3个。PLC选用输入电源为24VDC，输出电源24VDC，选择输出口器件类型为Relay即继电器的PLC。对于本设计来说不需要扩展单元与模拟量单元，本人基于个人喜好，并从功能、价格方面考虑，最终选定主机型号为CPU221/DC/DC/Relay的S7-200系列PLC。

2.I/O端口分配

I/O端口分配是PLC设计的首要条件，分配后才能进行软件设计编程；而外部接线图也必须在I/O端口确定以后才能绘制。

本自动控制系统I/O分配如下：

（1）输入端口

门内光电探测开关K1-I0.2，门外光电探测开关K2-I0.1，开门到位限位开关K3-I0.3，关门到位限位开关K4-I0.4，过载保护开关SB5-I0.5，紧急停车开关SB6-I0.6，启动停止按钮SB7-I0.7，手动开门按钮SB10-I1.0，手动关门按钮SB11-I1.1。

（2）输出端口

开门执行机构KM1-Q0.0，关门执行机构KM2-Q0.1，短接启动电阻接触器KM3-Q0.2。

3.电气原理图

硬件系统主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。选定PLC主机及扩展模块（如需要的話）和分配I/O端口后，硬件设计的主要内容就是电气控制原理图的设计、电气控制元件的选择和控制柜的设计。电气控制原理图包括主电路和控制电路。控制电路由PLC的I/O接线、自动控制和手动控制按钮的连接等，有时还需电气原理图中标上期间代码或另附安装图、端子接线图等，在控制柜安装时供客户参考。电气元件主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。

三、自动开关门的软件设计

1.流程分析

要实现自动控制首先要自动检测部件：光电检测开关、限位开关、超载保护开关、直流电机。

整个工作过程实现：电机正转（开门），电机反转（关门）。

（1）当有人员出/入进入光电检测开关检测范围时，开关闭合有电流通过（注意由于光电检测开关是脉冲触发需加上自锁），由于开门限位开关未被碰触时是闭合的，从而线圈通电，电动机正转，直到碰触开门限位开关后，电动机停止。

（2）当自动门开到限位位置时启动定时器，延时8秒后，自动进入关门程序，电动机反转，当门碰到关门限位开关时，电动机停止。

（3）如在关门过程中，有人员需要出/入时，光电检测开关感应发出信号，从而停止关门，并自动进入开门程序。

（4）门打开后需要进行8秒等待，以保证人员安全通过，此时若有人员出/入，则光电检测开关发出信号，定时器重新开始等待8秒，8秒后再自动进入关门程序。

（5）考虑到自动门会出现故障或维修等情况，除有自动控制外还增加了手动控制开关。

2.指令程序

通过对本项目的设计，深入探究了S7-200的编程技术，完成了自动开关门控制要求，为类似控制系统的实现积累了经验。在整个过程中我尽量考虑到现场可能出现的各种情况，在设计程序时编入控制过程，但系统设计的优越性和独创性，则有待今后进一步深入研究与改进。希望广大技术人员和专家多多指教。

参考文献：

[1]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆大学出版社，2001.

[2]方承远.工厂电气控制技术.2版.北京机械工业出版社，2000.

[3]黄净.电气控制与可编程序控制器.1版.机械工业出版社，2009.

[4]陈丽.PLC控制系统编程与实现.中国铁道出版社，2010.

编辑 段丽君