平移式自动感应门的PLC设计

严莉萍

摘 要：门的作用对于人类来说非常重要，远古时期人用门来做屏蔽作用，但随着智能建筑的发展，不仅要求门有屏蔽作用，同时能够实现自动化，并能有效通行、疏散和与周围环境的协调。文章对自动门的基本结构和工作原理进行了阐述，在此基础上，对平移式自动感应门进行了硬件设计，主控制器选用S7-200 CPU224型号，传感器选用NACS83600型号微波感应器，执行机构选用LEY8010Q直流无刷静音电动门电机。通过STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行编程，包括主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块和故障诊断与报警输出模块等组成。最终完成了平移式自动感应门的设计。

关键词：智能建筑；自动感应门；S7-200 CPU224型号

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）12-0006-02

1 背景概述

门的发展历史可以追溯到古埃及，那时候门的主要作用是屏蔽，但这种作用都是被动的，需要人通过手推拉式，有时候力量重了对门的损伤很大。同时对于人流量大的公共场所，如果都要手推，对人们来说相当不方便。现代社会要求门不仅能够起到安全作用，还能有效地通行、疏散和能够与周围环境协调，随着门的不断发展，自动门作为门的高级形式，它的出现对人类文明是一次重大发展。早在20世纪20年代，美国超级市场的开放，使得自动门开始被大量地使用，1930年第一台自动门是美国史丹利公司推出的，多玛公司在1954年发明的油压式和空气式自动门，但此种装置转换效率低，速度比较难控制。随着工业革命的爆发，电气技术迅速发展，自动门已经开始转向电气式，例如红外感应自动门、微波感应自动门、刷卡自动门等。

我国在自动门的应用上起步较晚，从20世纪90年代才进入中国，前期主要是通过引入国外生产设备和技术进行制造，其主要来源是欧美国家，包括美国、意大利、德国、荷兰和日本等国家。随着市场需求的不断增大，自动门在我国飞速发展，国内已经有一批具有独立生产能力的自动门企业，截至2012年底，包括国产以及进口产品，中国自动门市场上已经有80余个品牌的门机及自动门成套设备，而各种规模的门机生产销售厂商则更以数百计，主要分布在长三角和珠三角区域，当年的生产规模达到12.8，金额达到7.2亿元。

随着现代计算机、自动化及通信技术的发展，建筑行业的自动化程度得到迅速发展，传统的建筑正在被智能化建筑取代。智能建筑是将建筑物内的设备监控系统、办公自动化系统、通信系统、多媒体音像等系统组合起来，并通过计算机网络系统统一管理，其包含多个子系统，例如安防系统、电梯管理系统、照明系统等，其中的出入口系统是智能建筑中关键系统，自动门就是出入口系统自动化产物，它对于智能建筑的发展具有重要的意义，对于自动门的稳定高效性也提出更高的要求。

2 自动门的概述及工作原理

2.1 自动门的基本概述

运用先进的感应技术，检测人或物质进入感应区域时，门就会自动开启，当人或物质远离感应区域时，门会自动关闭，这种工作方式下的门叫做自动门，其控制核心是可编程控制器，执行机构是电动机，再通过传动机构将电动机的旋转运动转化为门的移动。

自动门的种类很多，按照启闭形式可以分为：平开门、折叠门、旋转门等；按照材料分为：安全玻璃、彩色涂层钢板、木材等；按照门的结构特点可以分为：自动旋转门；卷帘式自动门；平滑自动门和提升式自动门等；按照用途可以分为：工业用自动门、车库用自动门和民用自动门等。不管其结构形式多样，但基本结构主要包括4个部分：作为被控对象的门体门框部分、动力驱动和传动部分、控制器和传感检测部分。

2.2 自动门的工作原理

本文设计的平移式自动感应门机系统主要包括机械和电气两个部分。机械部分包括：自动感应门扇行进轨道、门扇吊具走轮系统、同步皮带和下部导向系统，电气系统包括主控制器、感应探测器、电动机。

其工作过程为：当人进入感应探测器的检测范围内，感应器发出的信号传递给控制器，控制器接受到信号后，输出电机驱动信号，电机的旋转运动通过皮带和门扇吊具走轮系统转化为感应门的直线轨道运动，感应门开启；若一定时间后，感应探测器没有检测到信号，控制器控制电动机反向运行，关闭门扇；若再关闭的过程中，探测器又检测到信号，则电机正向运转，再次开启门扇。考虑到安全问题，若在关门时，门扇感应到很大的阻力，电机会正向运行。

3 自动门控制器硬件设计

本文设计的是平移式自动感应门机控制系统，该系统主要由主控制器、感应探测器、电动机、自动感应门扇行进轨道等部分组成。主控制器采用西门子公司S7-200系列中的CPU224 AC/DC/RLY型号，该控制器共24个输入、输出点：14个输入点（I0.0—I0.7、I1.0—I1.5）和10个输出点（Q0.0—Q0.7、Q10—Q1.1），其输出方式采用继电器型，输出电压既可以用24 V的直流电，也可以用220 V的交流电。输入电路采用了双向光电耦合器用于输入端子的保护，该CPU内置4 096个字节的程序存储区、2 560个字节的尔数据存储区、高速计数器、2路脉冲输出、2个模拟电位器、1个RS-485通信接口，此控制系统需要6个输入信号和2个输出信号，能够满足控制要求。

自动门感应器主要有红外和微波两种形式，红外感应器是利用红外线作为介质来测量检测物体的，只能够检测物体是否进入探测范围，但是对物体的移动不能检测出来，受湿度、烟雾和尘埃等影响较大。微波感应器是运用电磁波的多普勒效应制成的，它能检测检测到移动的物体，因为对于公共场所，人流量多且都在移动，因此，采用微波感应器更能适应现在的社会要求，同时对外界的抗干扰能力较强。

本文采用松下公司的NACS83600型号感应器，其属于微波双向非接触式传感器，其发射频率密度为5 mw/cm2，发射频率可以达到24.125 GHz，功率耗损只有2 W，使用寿命长，应用广泛。

相比于传统直流电动机，无刷直流电动机采用电子元器件代替了电刷，使得换向装置无机械接触，不容易对电刷经常换向产生损坏，同时节省材料，制造简便，因此其具有运行声音小、无火花、寿命长和速度高等优点。本文采用LEY 8010Q直流无刷静音电动门电机，该电机的额定功率为60 W，额定电压为24 V，能够满足本系统控制要求，同时能够满足节能和环保的要求。

4 软件设计

根据本控制系统要求，自动门开关控制系统有6个输入信号，门外光电检测开关为i0.0、门内光电检测开关为i0.1、开门限位开关为i0.2、关门限位开关为i0.3、手动开门按钮为i0.4和手动关门按钮i0.5，输出信号有两个，用于开门和关门控制信号。

本系统运用STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行梯形图的编程，程序采用模块化编程，主要由主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块和故障诊断与报警输出模块等组成。自动门主程序采用定时装置，程序总流程图如图1所示，定时器的时间可以根据实际要求进行调整，本文选用8 s作为定时时间，能够满足控制要求。同时考虑到自动门出现故障或在维修时，自动控制可能存在问题，设置了手动运行模式。

5 结 语

本文首先简要概括了门的历史背景以及发展趋势，从一开始的单一屏蔽作用，慢慢发展到能有效通行、疏散和与周围环境协调。随着智能建筑的发展，对自动门的稳定和高效性提出了更高的要求。因此本文在平移式自动感应门的结构和工作原理的基础上对其进行了设计，硬件上，以S7-200 CPU224为核心控制器，配以NACS83600微波型号感应器，用以信号的检测，执行机构采用LEY8010Q直流无刷静音电动门电机。软件上运用STEP 7-Micro/WIN软件对PLC进行梯形图的编程，包括主程序模块、开门子程序模块、关门子程序模块和故障诊断与报警输出模块，还包括了故障或维修下的手动模式，该系统具有较好的稳定性和效率。

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