基于plc的自动旋转门控制系统设计

基于plc的自动旋转门控制系统设计内容摘要：

电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。 (3)控制系统 ： 由 单片机 、变频器、功能开关组成。 (4)检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 (5)安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。 胶条恢复正常，门扉则自动转动。 每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。 胶条恢复正常，门扉则自动转动 [1 5 ]。 (1)框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。 立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。 采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉 8 门三面安装密封毛条与地 面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态。 门扉玻璃采用（ 3+3）夹胶玻璃或 6MM 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（ 4+4）夹胶玻璃，安全可靠。 (2)驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。 (3)控制系统：由可编程控制器 P LC、变频器、功能开关组成。 (4)检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 (5)安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即 马上停止运转。 胶条恢复正常，门扉则自动转动。 每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。 胶条恢复正常，门扉则自动转动。 三翼旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。 中心门轴的上方安装电动机及其他电气 控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。 在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量生产，不适于单件设计。 综合两种方案进行比较，可以看出第二种方案在具体设计中更具有 实用性，完善性。 故选择第二种方案。 旋转门控制 方案 的确定 通过分析可知本设计是 利用可编程控制器（ P LC） 、 变频器 传感器 等构成三翼 自动 旋转 门 的 控制系统 [4 ]。 根据控制原理和设计要求确定了系统的结构框图 如图 22 所示。 红外传感器作用是检测是否有行人通行；红外防夹传感器和防夹接近开关用来检测是否有人被夹；定位接近开关用来检测门翼是否停在定位位置；防碰撞传感器用来检测是否有人被碰或被撞；主控芯片用来判断传感器传来的各种信号并经过判断做出相应控制动作；变频器接收控制信号对电动机进行调速。 另外还有运行状态指 9 示 灯和过载报警等等。 旋转门控制系统 实现 了对 门的自动启停 、 自动定位 、速度调节、安全智能 和夜间闭锁等功能。 红 外 传 感 信 号西 门 子S 7 2 0 0P L C防 夹 传 感 信 号防 碰 、 撞 信 号定 位 信 号锁 门 信 号调 速 按 钮闭 锁 信 号状 态 指示 灯M3 ～变 频 器过 载 警 铃 图 22 控制原理框图 10 第 3 章 主控芯片选择及辅助电路设计 主控芯片 的 选型 PLC 的简要介绍 PLC 的定义：可编程控制器（ P rogrammable Controller）简称PC，但个人计算机（ P ersonal Computer）也简称 PC。 为了区别，人们仍习惯称可编程控制器为 可编程逻辑控制器 P LC（ Programmable Logical Controller）。 国际电工委员会（ International Electrical C ommittee）于 1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义： 可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关的外围设备都应该 按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展 其功能的原则而设计 [5 ]。 可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器 P LC（ Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能 [1 6 ]。 PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。 根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。 控制器和被控对象连接方便。 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计 算机技术的发展，到 70 年代中期以后， P LC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 P LC 已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能 [1 7 ]。 11 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。 P LC 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，充分利用微处理器的优点。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。 另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。 特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得广泛的应用，与机器人、 CAD/C AM 一起，被 称为现代工业控制的三大支柱。 可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用 [1 8 ]。 由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。 PLC 的选型 通过分析 可知， 所需 的控制的电气元器件有按钮开关和指示灯等。 具体如表 31 所示。 通过对旋转门控制要求的分析， P LC 控制输入信号有 22 个，输出接点共 8 个。 按照预留 15%20%的接点数来计算，输入接点至少要 30 个，输出接点至少要 10 个。 本系统是个简单控制系统，按一般经验来估算，同时由上段对I/O 接点的分析主要有：开关量输入字节数： 30 15=450 开关量输出字节数： 10 8=80 系统推断定时器 /计数器字节数： 8 1=8 总计大约需要 538 个字节数容量。 加上预留 30%，有 1K 的程序容量足够了。 12 由以上 可得 ，同 时兼 顾经 济性 原则。 在 常用 的 P LC 产品 中SIMATICS7200 系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的 P LC。 在此系列 P LC 中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了 P LC 的应用领域。 本系统选择了 SIMATICS7200 型 P LC，参 数见表 32。 由 P LC型号主回路电压 AC（ 100～ 240） V；输入端参数为电压 DC24V，电流 5/7mA；继电器输出端电压 AC150V， DC30V 以内 [6 ]。 表 31 控制系统电气元件表 序号 符号 名称 型号 规格 1 SB1 停止按钮开关 LAY8 DC24V 2 SB2 停止按钮开关 LAY8 DC24V 3 SB3 高速按钮开关 LAY8 DC24V 4 SB4 高速按钮开关 LAY8 DC24V 5 SB5 中速按钮 开关 LAY8 DC24V 6 SB6 中速按钮 开关 LAY8 DC24V 7 SB7 残疾按钮开关 LAY8 DC24V 8 SB8 残疾按钮开关 LAY8 DC24V 9 SA1 急停开关 LW22 DC24V 10 SA2 电磁锁 D4JL DC24V 11 FR1 热继电器 JR20 12 LAMP 报警指示灯 XD8 DC24V 13 LAMP 常速指示灯 XD8 DC24V 14 LAMP 高速指示灯 XD8 DC24V 15 LAMP 低速指示灯 XD8 DC24V 16 BELL 过载报警铃 NFM1/22L AC150V~220 V 13 表 32 PLC 性能参数表 性能指标 S7200CPU226 程序存储容量 4096B 数据存储容量 2560B I/O 点数 128 位 指令类型 149 种指令 基本指令执行时间 ~ 扩展 I/O 模块数量 7 块 记时 /记数区 256 记时器 /记数器 PLC 的 I/O 点分配 输入输出口及端口的保护及分配 ： P LC 输入口电压定额一般为接有直流 24V， 有一些输入口是不接电源输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源。 当输入口端连接电感类设备时 ,为了防 止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏 ,应在感性元件两端加接保护元件。 对于直流电源 ,应并接续流二极管 ,对于交流电路应并接阻容电路。 阻容电路中电阻可取 51~ 120 欧 ,电容可以取~。 电容的额定电压应大于电源的峰值电源 ,续流二极管可以选 1A 的管子 ,其额定电压应大于电源电压的 3 倍。 对 P LC 输入端电阻分析，自带电阻为 3k 欧 ,对于 DC24V 的电流为标准电流，对输入口保护不需做特别处理。 输出为直流感性负载时，需在负载两端并联续流二极管或齐纳二极管加以抑制。 查有关资料时，在直流感性负载输出时可选电流 为 1A 左右的二极管，电阻约为 50 欧左右。 本系统中输出口选交流电源，电阻取 65 欧。 根据实现功能和设计要求，对 P LC 的 I/O 点进行分配。 输入点分配表见表 33 输出点分配表见 表 34。 详细接线图 如 图 31 所示。 14 表 33 输入地址分配表 输入地址 对应的外部设配 急停按钮 残疾按钮 停止按钮 常速按钮 高速按钮 电磁 锁钥 直流制动接近开关 防夹接近开关 1 红外线传感器 1 防撞传感器 1 防碰传感器 1 红外 防夹传感器 1 变频过载报警输入 锁门接近开关 防夹接近开关 2 红外线传感器 2 红外线传感器 3 红外线传感器 4 防撞传感器 2 防碰传感器 2 防碰传感器 3 红外防夹传感器 2 15 KA1KA2KA3KA4KA5KA6KA7KA8KA9KA 1 0KA 1 1KA 1 2KA 1 3KA 1 4KA 1 5SAS B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 6S B 7S B 8S B 9急停锁匙I 2. 6I 1. 4KA 2 2KM 2 3I 0. 5I 0. 0I 0. 2I 0. 4I 0. 3I 0. 1I 0. 6I 0. 7I 1. 6I 1. 5I 1. 3I 2. 5I 1. 2I 2. 3I 2. 4I 1. 1I 2. 2I 1. 0I 1. 7I 2. 0I 2. 11M 2M1L2L3LQ 0. 0Q 0. 2Q 0. 5Q 0. 3Q 0. 4Q 0. 6Q 0. 7Q 0. 1KA 1 6KA 1 7KA 1 8KA 1 9KA 2 0L1NGNDK A 21D Z 6 1S I M AT I C S 7 2 0 0C P U 2 2 6ML++ 24 V高速按钮中速按钮停止按钮残疾按钮过载过热接近开关接近开关接近开关红外信号红外信号接近开关红外防夹红外防夹碰撞信号碰撞信号红外信号红外信号碰撞信号碰撞信号碰撞信号NFM 1/2 2L过载报警Q 1. 0Q 1. 1Q 1. 2Q 1. 3正常状态高速状态低速状态 图 31 PLC 的 I/O 口电路 16 表 34 输出地址分配表 输出地址 信号内容 上电及报警信号 电磁锁控制继电器 电动 机启 停（ 变频 器 智 能端 子 FW D） 速度控制（变频器职能端子 X2） 速度控制（。