李 岳

（信陽供電公司，信陽 464000）

0 引言

自動門的控制裝置決定了它的性能，好的控制裝置則會帶來優(yōu)良的性能，反之性能則會低劣。自動門的控制系統(tǒng)早期主要是采用繼電器的邏輯控制，這種控制系統(tǒng)由于體積比較大、安裝較繁瑣、運行不穩(wěn)定、不利于維護等缺點，已經(jīng)逐漸的被淘汰。現(xiàn)在自動門及相關(guān)的自動化的行業(yè)運行最穩(wěn)定的就是建立在PLC（可編程控制器）上的控制裝置[1]，PLC作為一種數(shù)字化運算及操作的電子裝置其主要是為了應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它具有高可靠性、很強的抗干擾能力、完善的功能、適用性較強、設(shè)計及建造相應(yīng)的控制系統(tǒng)其工作量比較小、便于維護及改造、低能耗、重量較輕、體積較小等優(yōu)點。由此可以看出，基于PLC實現(xiàn)自動門的控制在可靠性上能夠得到很高的保障且易于維護。

1 總體方案的設(shè)計

本文所使用的PLC選擇的是FX2N-32M型PLC；傳感裝置選擇的是微波感應(yīng)器[2]；變頻裝置選擇的是FR-540系列的變頻器；傳動裝置利用的就是皮帶的傳動，從而帶動門的運動；驅(qū)動裝置選用的是直流無刷電動機型號為45BLDC系列。

通過傳感器裝置檢測是否有人在門前，如果有人則將相應(yīng)的信號進行轉(zhuǎn)換然后以開關(guān)量形式將信號傳送給PLC，之后PLC根據(jù)信號進行判斷從而發(fā)出相應(yīng)的控制信號使得變頻裝置完成變換的開和關(guān)的速度，在驅(qū)動及傳動裝置運動下使得門進行相應(yīng)的動作。

此外，在實際的應(yīng)用中還必須加入一些其他的功能上的自動門的性能更加的友好。首先就是能夠?qū)崿F(xiàn)門開關(guān)的手自一體的方式的轉(zhuǎn)換，即門的控制上要有手動方式的控制和自動方式的控制，完成的裝置即是手自方式的轉(zhuǎn)換開關(guān)；其次就是提醒的功能，在自動門進行開啟及關(guān)閉的動作時，必須要給予人們以注意提醒，所以要加入相應(yīng)的蜂鳴器用來對人們進行提醒；最后就是在自動門關(guān)閉的時候有時會出現(xiàn)夾人的現(xiàn)象，所以要在門的兩側(cè)安裝相應(yīng)的傳感器以防夾人。其電路控制部分的總體設(shè)計的方案如圖1所示。

圖1 總體方案設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計

2.1 傳感裝置部分

現(xiàn)在自動門的行業(yè)所使用的傳感裝置即對信號進行采集動作的感應(yīng)的開關(guān)主要采用的微波感應(yīng)的裝置、觸摸式的感應(yīng)裝置、接近式的感應(yīng)裝置、紅外遙感的裝置等，其運用的場合主要是根據(jù)功能和性能上差異進行具體的應(yīng)用，實現(xiàn)自動門的相應(yīng)的控制系統(tǒng)的構(gòu)成。作為自動門的電控部分的主要的部位，它在性能上表現(xiàn)的優(yōu)良與否直接的影響于整個自動門系統(tǒng)運行的性能及安全的穩(wěn)定可靠與否。本設(shè)計中所使用的傳感裝置主要采用的是型號為WB-3004的微波感應(yīng)裝置，生產(chǎn)于上海的晶圓微電子公司。主要是對物體的運動完成相應(yīng)的反應(yīng)，這種感應(yīng)裝置的反應(yīng)的速度非常的快，而且無論外界的環(huán)境怎么變化都不會受其影響。

2.2 變頻裝置

基于自動門在實際工作條件下的需要，對門的開和關(guān)實現(xiàn)速度上的變換，采用型號為FR-540的變頻器作為實現(xiàn)這一功能的裝置。其主要的優(yōu)點有：安裝比較靈活、便于接線以及設(shè)置頻率時操作較簡單等。

2.3 驅(qū)動及傳動裝置

作為保障自動門能否進行良好的工作，驅(qū)動裝置的選擇顯得很重要。本設(shè)計中電動機的速度是通過變頻裝置產(chǎn)生的三段的速度完成相應(yīng)的調(diào)節(jié)的[3]，從而達到對自動門進行驅(qū)動的目的?；诖?，所以要選擇在特性上（絕緣電阻、過壓保護、接地及絕緣的介電的強度）能夠滿足國家關(guān)于安全方面所制定的標準規(guī)定且噪音較小、功率的密度高以及調(diào)速性能好，故本設(shè)計采用了亞坦電機控制有限公司所生產(chǎn)的系列為45BLDC的直流無刷式電動機[4]，無論是交流電動機的優(yōu)點，比如簡單的結(jié)構(gòu)、易于維護、可靠的運行狀態(tài)等，還是直流電動機的優(yōu)點，比如寬調(diào)速范圍、機械特性線性化、大啟動轉(zhuǎn)矩、高效運行等，它都具備。在要求安靜、可靠、體積小、重量輕、精密等場合應(yīng)用廣泛。其額定的扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)分別是0.036N·M和4000r，功率范圍在15-100W，額定工作電壓為24Vdc。

傳動裝置采用機械式的皮帶傳動，通過皮帶滑輪的連接完成自動門的開啟和關(guān)閉動作。

2.4 PLC控制部分

本文所設(shè)計的自動門的控制系統(tǒng)作為一個小型的控制系統(tǒng)，在實現(xiàn)其相應(yīng)的控制要求以及可擴展和操作性的同時，再結(jié)合其經(jīng)濟性進行考慮，選擇一個性價比較合適的PLC。所以本設(shè)計采用了FX2N系列中型號為FX2N-32M的PLC。從而實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)的自動化的控制。三菱電機公司所生產(chǎn)的型號為FX2N-32M的PLC由于具有非常快的程式執(zhí)行、在標準的包容上實現(xiàn)了最大化、通信的功能進行了全面的補充、電源的差異性適配都能兼容以及能夠在特殊功能的模塊上滿足大量的單個性所需。也因此，其強大的靈活性以及控制能力使得在自動化控制上被廣泛采用。

3 PLC控制設(shè)計

3.1 工作的過程分析

按照本設(shè)計的控制及安全上的要求，設(shè)計完成的主要工作流程如下。

1）當啟動的按鈕被按下時，傳感裝置開始檢測門前是否有人，如果有人則直流無刷電動機開始正向轉(zhuǎn)動，通過傳動裝置帶動自動門完成開啟的動作。

2）當門被完全的打開后，行程開關(guān)被打開，這時自動門即動作停止，開始進行延時，延時時間為8s。當延時時間到達之后，如果此時傳感裝置又檢測到門前有人，則繼續(xù)進行下一個8s的時間延時。

3）當完成了8s的時間延時之后，此時傳感器也沒有檢測到有人的信號，則直流無刷電動機開始反向的轉(zhuǎn)動通過傳動裝置執(zhí)行關(guān)門的工作。在進行關(guān)門的工作過程中，如果此時傳感器又檢測到門前有人，這時關(guān)門的工作被中斷重新執(zhí)行開門的工作。

4）由于自動門的工作不能保證完全的可靠，在實際的工作中有可能出現(xiàn)一些不必要的麻煩。所以在自動的方式下增加設(shè)置一個手動的方式，即設(shè)置一個手自動的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

圖2 工作流程圖

上述的自動門完成的一個工作的過程具體的如圖2所示。

3.2 梯形圖的設(shè)計

本設(shè)計運用三菱FX的PLC編程軟件WIN-C完成梯形圖的順序控制程序的編寫，相應(yīng)的梯形圖如圖3所示。

圖3 順序控制梯形圖

4 電控部分調(diào)試

圖5中的KA1、2是兩個繼電器主要完成的功能就是微波感應(yīng)裝置對采集信號的響應(yīng)；SQ1、2門是否到底的行程開關(guān)，分別表示的開門是否到底和關(guān)門關(guān)門是否到底；SQ3、4是速度轉(zhuǎn)換的行程開關(guān)，表示的是開門減速和關(guān)門減速。在進行模擬的調(diào)試的過程中，由于條件的制約，因此對于信號的采集所使用的微波感應(yīng)裝置以及行程開關(guān)都由相應(yīng)的一些按鈕進行替代（門的內(nèi)、外感應(yīng)信號的控制按鈕BG1、2，門的開和關(guān)的到底按鈕 BG3、4）。

圖5 外圍電路圖

電路連接完成后，將編程軟件編寫好的程序下載到實驗器中。然后開始進行試驗。將啟動的按鈕按下，因為本設(shè)計中加入了手動和自動的控制方式，所以接下來分別具體觀察手動/自動方式下的直流無刷電動機的如何進行轉(zhuǎn)動的，從而帶動門的開啟和關(guān)閉。

1）手動方式：當SF10開關(guān)按鈕被按下時，直流無刷電動機開始正向轉(zhuǎn)動即門的工作狀態(tài)進入到開啟狀態(tài)；當SF11開關(guān)按鈕被按下時，直流無刷電動機開始反向轉(zhuǎn)動即門的工作狀態(tài)進入到關(guān)閉狀態(tài)。

2）自動方式：當BG1或者BG2即控制感應(yīng)信號的按鈕被按下時，表明檢測到人信號，直流無刷電動機開始正向轉(zhuǎn)動，門進入到開啟的狀態(tài)，此時將開門到底的行程開關(guān)即BG3按鈕按下，此時直流無刷電動機轉(zhuǎn)動停止；由于此時門已經(jīng)完全被打開，則開始進行時間為8s的延時動作，同樣這時候再將BG1或者BG2即控制感應(yīng)信號的按鈕被按下，則重新開始8s時間延時；當完成8s時間延時后，直流無刷電動機開始反向轉(zhuǎn)動，此時門進行關(guān)閉的工作，這時又使得BG1或者BG2被按下，直流無刷電動機進行正向轉(zhuǎn)動。

圖4 電路控制原理圖

通過模擬的調(diào)試，之前設(shè)計的功能以及相應(yīng)的動作都能得以正常實現(xiàn)，其運行的安全可靠性較高。

5 結(jié)束語

本文所研究的基于PLC的自動門的電控部分的設(shè)計，雖然滿足了一些使用的功能，但是在實際的應(yīng)用中必須將各個裝置的技術(shù)參數(shù)進行詳細的分析研究，保證電源的供給不間斷、系統(tǒng)的接地保護等，使得整個系統(tǒng)在性能上其運行的安全可靠性更高，防止一些不必要的后果發(fā)生。因此，系統(tǒng)的安全可靠仍然是一個有現(xiàn)實意義的研究課題。

[1] 張春秋, 可編程序控制器(PLC)在自動門上的應(yīng)用[J]. 中國科技信息., 2009(05).

[2] 趙克裕, 許福永. 微波原理與技術(shù)[M]. 北京高等教育出版社, 2006.

[3] 王靜, 基于PLC的自動門電路設(shè)計[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011(07).

[4] 孫康嶺, 楊兆偉, 張曄, 基于PLC的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機電工程, 2010(11).