基于PLC的商店自动门控制系统设计

王静 张江亚 李焕娜

摘要：本设计的对象是一般便利店的平移自动门。为了增强自动门运行的可靠性和安全性，首先分析了商店自动门系统的设计要求，然后完成了商店自动门控制系统的硬件及软件设计，最后对商店自动门控制系统进行了调整和改善，提高了商店自动门的安全性和可靠性。

关键词：可编程控制器;自动门;变频器;控制系统

1 研究背景

21世纪的今天，随着经济的发展，自动门的普及和应用，改变了人们的防护意识，也使门更加的突出了它的安全理念。它将内部环境与外部环境相隔开来，不妨碍人们的通行，满足了门最基本的功能要求。另外，自动门在通电后可以实现无人管理，节约了人力财力等资源，它还做到了防风防尘，降低噪音。由于自动门美观的外表，更是给周围的建筑增添了高贵典雅、华丽大方的气息。因此，本文将采用PLC技术对商店的自动门进行设计，目的是提高自动门的稳定性，方便我们的各种活动，减少劳动力，降低金钱成本，为我们的生活增加色彩。

2 PLC概述

2.1 PLC的结构

PLC的组成的结构主要有CPU，存储器，电源以及输入输出接口线路等，从组成的形式上看，一般情况下都会分为整体式或者是模块式，不管是哪种类型的PLC，都算是总线式的开放式的结构类型。

2.2 PLC的工作原理

PLC属于工业型控制计算机，它执行程序的时候可以根据反映控制需求的使用者来控制程序。PLC在工作的時候所应用的主要是输入、中央输出以及周期性循环的扫描方式。使用者必须一次又一次的操作这一程序，才能使PLC的输出响应无论在何时都能将发生改变的信号控制在一个给定的时间内，直到PLC停止工作或者是开关停止工作。PLC的CPU在分时操作系统模式下能够处理各种事务，任何瞬间只能执行一次：程序的执行是在串行模式下一个接一个地执行相应组件的控制。除了执行使用者程序之外，PLC还必须完成每个循环的内部处理，通信处理等。一个周期可分为五个阶段：

PLC具有两种工作状态，一种是运行状态（RUN），另一种是停止状态（STOP）。下图为PLC的基本的工作模式：

3 控制需求分析

3.1 系统设计的基本步骤

（1）详细的了解并且分析自动门的工艺条件和控制要求。

（2）识别输入输出单元。

（3）通过I/O点数选择适合的PLC类型。

（4）分配I/O点数和输入输出点，并准备I/O分配表或I/O端子的接线图。

（5）整个商店自动门的主要工作是设计自动门系统的梯形程序，根据工作的要求设计出梯形图程序，使其看起来周密而又完整。

3.2自动门的功能需求分析

根据自动门入口的具体要求，本设计实施的自动门应具有以下功能：

（1）开门和关门控制应有手动和自动方式：手动和自动两种方式，一方面维护起来很方便，另一方面在停电的情况下能够靠外部储电能或者人力来控制门的正常运行。当信号采集装置检测到有人接近门口并且门没打开或者是检测到门周围没人，并且门处于关门状态时，PLC动作的输出信号会反映给电动机，以此来控制门的开关状态。（2）防夹人光栅：如果自动门出现挤压到人或者物体时，那么可以选择安装防夹人光栅来达到保护人们安全的目的。（3）配置后续储备电源：为了避免出现停电或者出现意外的情况，可以事先准备好备用电源等充电装置，以此保证自动门的正常工作。

4 硬件设计

4.1 选型

（1）PLC：在选择PLC时，除了参考性价比外，还要考虑PLC应用范围的可扩展性，还有可运作性以及投入与产出比的是否合理。对于这些最基本的都需要进行一番比较，从而选出最适合的PLC型号。综合以上的因素，在此设计中我们选择西门子S7-200 CPU226。

（2）感应器：对人员检测使用的OD-001微波感应器，为了防夹人选用的是OD--003安全传感器（安全电眼），为了收集自动门的速度信号选用了ED- -130U 非埋入型接近传感器。

（3）驱动装置：选用的是电梯自动门专用的型号为SBP90-60型三相交流变频电机，它的额定电压为三相交流电压220V，使用的是Y型接法。

（4）变频器：本次设计选择的是松下VF0系列单相200V级变频器，0.4KW容量级别带制动回路的BFV00042G（0.4KW/2.4A）型号。

4.2 输入输出接口的分配

5 软件设计

1、物体靠近商店自动门的时候

传感器接收到控制器的信号，根据自动门的现在的位置来控制门的动作，一般来说有三种情况：（1）当自动门关闭的时候，控制器可以控制执行电动机，因此它可以以最快的速度曲线打开自动门。（2）如果门在打开、关闭或者半打开的时候，那么控制器可以通过当时门所在的位置，找到一个合适的速度来控制电机打开商店自动门。（3）当门打开的时候，控制器通过控制来让门保持一个门打开的状态。

2、没有物体接近自动门的时候

（1）如果自动门打开着，关闭门的时候就可以延长时间来使用最快的速度曲线。（2）如果门关闭着，就需要保持门关闭的状态。

当有人进入商店或者是从商店出去的时候，感应开关接收到感应信号，会接通，然后定时器动作，进行定时，当达到定时的时间之后，输出上升脉冲的信号，传送给中间继电器M1.0，这时就可以控制后面程序的接通和断开。根据实际的情况可以调节定时器的定时时间，它的设置主要是为了防止感应开关输出错误的感应信号，执行错误的动作。避免像飘落物、蚊子、苍蝇等触动感应开关的接通。

6 仿真

S7-200调试方法如下：

1、将在Step 7 MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件。2、打开仿真软件，点“配置”-“CPU型号”，然后选择CPU 226。3、点“程序”-“载入程序”。4、选择Step 7 MicroWin的版本。5、将先前导出的AWL文件打开。6、点“PLC”-“运行”，开始调试程序。

若有人进来，感应器做出反应，开门控制输出信号，自动门打开。

7 总结

本设计应用PLC技术，把PLC的控制方法还有设计理念整合到自动门的设计中，在硬件和软件设计方面更是充分发挥了PLC的高效率，高度可靠性等优势，给人们带来了方便。而且由于自动门硬件系统在外部接线方面容易操作，出现故障也很好解决。通过对本设计的探索，能更好地深入地将PLC应用到自动控制系统中。

（作者单位：河北科技学院）