王靜 張江亞 李煥娜

摘要：本設(shè)計的對象是一般便利店的平移自動門。為了增強自動門運行的可靠性和安全性，首先分析了商店自動門系統(tǒng)的設(shè)計要求，然后完成了商店自動門控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計，最后對商店自動門控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整和改善，提高了商店自動門的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：可編程控制器;自動門;變頻器;控制系統(tǒng)

1 研究背景

21世紀(jì)的今天，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，也使門更加的突出了它的安全理念。它將內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境相隔開來，不妨礙人們的通行，滿足了門最基本的功能要求。另外，自動門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，節(jié)約了人力財力等資源，它還做到了防風(fēng)防塵，降低噪音。由于自動門美觀的外表，更是給周圍的建筑增添了高貴典雅、華麗大方的氣息。因此，本文將采用PLC技術(shù)對商店的自動門進(jìn)行設(shè)計，目的是提高自動門的穩(wěn)定性，方便我們的各種活動，減少勞動力，降低金錢成本，為我們的生活增加色彩。

2 PLC概述

2.1 PLC的結(jié)構(gòu)

PLC的組成的結(jié)構(gòu)主要有CPU，存儲器，電源以及輸入輸出接口線路等，從組成的形式上看，一般情況下都會分為整體式或者是模塊式，不管是哪種類型的PLC，都算是總線式的開放式的結(jié)構(gòu)類型。

2.2 PLC的工作原理

PLC屬于工業(yè)型控制計算機，它執(zhí)行程序的時候可以根據(jù)反映控制需求的使用者來控制程序。PLC在工作的時候所應(yīng)用的主要是輸入、中央輸出以及周期性循環(huán)的掃描方式。使用者必須一次又一次的操作這一程序，才能使PLC的輸出響應(yīng)無論在何時都能將發(fā)生改變的信號控制在一個給定的時間內(nèi)，直到PLC停止工作或者是開關(guān)停止工作。PLC的CPU在分時操作系統(tǒng)模式下能夠處理各種事務(wù)，任何瞬間只能執(zhí)行一次：程序的執(zhí)行是在串行模式下一個接一個地執(zhí)行相應(yīng)組件的控制。除了執(zhí)行使用者程序之外，PLC還必須完成每個循環(huán)的內(nèi)部處理，通信處理等。一個周期可分為五個階段：

PLC具有兩種工作狀態(tài)，一種是運行狀態(tài)（RUN），另一種是停止?fàn)顟B(tài)（STOP）。下圖為PLC的基本的工作模式：

3 控制需求分析

3.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟

（1）詳細(xì)的了解并且分析自動門的工藝條件和控制要求。

（2）識別輸入輸出單元。

（3）通過I/O點數(shù)選擇適合的PLC類型。

（4）分配I/O點數(shù)和輸入輸出點，并準(zhǔn)備I/O分配表或I/O端子的接線圖。

（5）整個商店自動門的主要工作是設(shè)計自動門系統(tǒng)的梯形程序，根據(jù)工作的要求設(shè)計出梯形圖程序，使其看起來周密而又完整。

3.2自動門的功能需求分析

根據(jù)自動門入口的具體要求，本設(shè)計實施的自動門應(yīng)具有以下功能：

（1）開門和關(guān)門控制應(yīng)有手動和自動方式：手動和自動兩種方式，一方面維護(hù)起來很方便，另一方面在停電的情況下能夠靠外部儲電能或者人力來控制門的正常運行。當(dāng)信號采集裝置檢測到有人接近門口并且門沒打開或者是檢測到門周圍沒人，并且門處于關(guān)門狀態(tài)時，PLC動作的輸出信號會反映給電動機，以此來控制門的開關(guān)狀態(tài)。（2）防夾人光柵：如果自動門出現(xiàn)擠壓到人或者物體時，那么可以選擇安裝防夾人光柵來達(dá)到保護(hù)人們安全的目的。（3）配置后續(xù)儲備電源：為了避免出現(xiàn)停電或者出現(xiàn)意外的情況，可以事先準(zhǔn)備好備用電源等充電裝置，以此保證自動門的正常工作。

4 硬件設(shè)計

4.1 選型

（1）PLC：在選擇PLC時，除了參考性價比外，還要考慮PLC應(yīng)用范圍的可擴展性，還有可運作性以及投入與產(chǎn)出比的是否合理。對于這些最基本的都需要進(jìn)行一番比較，從而選出最適合的PLC型號。綜合以上的因素，在此設(shè)計中我們選擇西門子S7-200 CPU226。

（2）感應(yīng)器：對人員檢測使用的OD-001微波感應(yīng)器，為了防夾人選用的是OD--003安全傳感器（安全電眼），為了收集自動門的速度信號選用了ED- -130U 非埋入型接近傳感器。

（3）驅(qū)動裝置：選用的是電梯自動門專用的型號為SBP90-60型三相交流變頻電機，它的額定電壓為三相交流電壓220V，使用的是Y型接法。

（4）變頻器：本次設(shè)計選擇的是松下VF0系列單相200V級變頻器，0.4KW容量級別帶制動回路的BFV00042G（0.4KW/2.4A）型號。

4.2 輸入輸出接口的分配

5 軟件設(shè)計

1、物體靠近商店自動門的時候

傳感器接收到控制器的信號，根據(jù)自動門的現(xiàn)在的位置來控制門的動作，一般來說有三種情況：（1）當(dāng)自動門關(guān)閉的時候，控制器可以控制執(zhí)行電動機，因此它可以以最快的速度曲線打開自動門。（2）如果門在打開、關(guān)閉或者半打開的時候，那么控制器可以通過當(dāng)時門所在的位置，找到一個合適的速度來控制電機打開商店自動門。（3）當(dāng)門打開的時候，控制器通過控制來讓門保持一個門打開的狀態(tài)。

2、沒有物體接近自動門的時候

（1）如果自動門打開著，關(guān)閉門的時候就可以延長時間來使用最快的速度曲線。（2）如果門關(guān)閉著，就需要保持門關(guān)閉的狀態(tài)。

當(dāng)有人進(jìn)入商店或者是從商店出去的時候，感應(yīng)開關(guān)接收到感應(yīng)信號，會接通，然后定時器動作，進(jìn)行定時，當(dāng)達(dá)到定時的時間之后，輸出上升脈沖的信號，傳送給中間繼電器M1.0，這時就可以控制后面程序的接通和斷開。根據(jù)實際的情況可以調(diào)節(jié)定時器的定時時間，它的設(shè)置主要是為了防止感應(yīng)開關(guān)輸出錯誤的感應(yīng)信號，執(zhí)行錯誤的動作。避免像飄落物、蚊子、蒼蠅等觸動感應(yīng)開關(guān)的接通。

6 仿真

S7-200調(diào)試方法如下：

1、將在Step 7 MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導(dǎo)出為AWL文件。2、打開仿真軟件，點“配置”-“CPU型號”，然后選擇CPU 226。3、點“程序”-“載入程序”。4、選擇Step 7 MicroWin的版本。5、將先前導(dǎo)出的AWL文件打開。6、點“PLC”-“運行”，開始調(diào)試程序。

若有人進(jìn)來，感應(yīng)器做出反應(yīng)，開門控制輸出信號，自動門打開。

7 總結(jié)

本設(shè)計應(yīng)用PLC技術(shù)，把PLC的控制方法還有設(shè)計理念整合到自動門的設(shè)計中，在硬件和軟件設(shè)計方面更是充分發(fā)揮了PLC的高效率，高度可靠性等優(yōu)勢，給人們帶來了方便。而且由于自動門硬件系統(tǒng)在外部接線方面容易操作，出現(xiàn)故障也很好解決。通過對本設(shè)計的探索，能更好地深入地將PLC應(yīng)用到自動控制系統(tǒng)中。

（作者單位：河北科技學(xué)院）