基于PLC控制的自动门气动系统设计

基于基于 PLCPLC 控制的自动门气动系统设计控制的自动门气动系统设计 摘要摘要 本文介绍了一种自动门 分析了其结构组成 工作原理 并设计了其气压驱动系统 其控制系统采 用PLC控制 对控制系统分别进行了软件和硬件两方面的设计 实践表明 采用PLC控制系统较传统继电器 接触器控制系统 具有可靠性高 控制灵活 更改容易等优点 关键词关键词 自动门 PLC 控制系统 气压传动 中图分类号中图分类号 S223 2 TP391 41 文献标识码 A automaticautomatic door sdoor s pneumaticpneumatic systemsystem designdesign byby PLCPLC controlcontrol An Aiqin1 Wang Yushun2 Nie Yongfang1 Pang Minghua1 1 He nan Colloge of Science and Technology 2 Shangxi Agricultural University Abstract This paper introduces a kind of automatic door analyzes its structure working principle and design the pneumatic drive system The control system adopts PLC control for the control system the software and hardware design of the two aspects Practice shows that the PLC control system than traditional relays contact device control system and has high reliability and flexibility change easy control etc Key words Automatic door PLC control system pneumatic transmission 引言引言 自动门就是能通过感应自动开闭的门 其将人或其他物体接近门的动作识别为开门 信号的控制单元 并通过驱动系统将门开启 在人或其他物体离开后再将门自动关闭 并 对开启和关闭的过程实现自动控制的系统 自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置 早期的自动门控制系统采用继电器逻辑装置 这造成安装繁琐 体积大 不稳定 不易维 修 易出故障等缺点已逐渐被淘汰 目前自 动门的控制装置大多采用可编程控制器 PLC PLC 采用可以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行顺序运算 逻辑运算 算术运算 计数和计时等操作的指令 控制 各种类型的机械运动或自动化生产过程生产 过程 PLC 可靠性非常高 抗干扰能力特备 强 功能也日趋完善 适用性很强 系统的 设计 制造工作量较小 维护方便 调试简 单 容易进行创新改造 体积很小 重量轻 能耗低等 这也特点使 PLC 在现代社会得到 更加广泛的应用 1 1自动门介绍自动门介绍 1 11 1 自动门的工作原理分析自动门的工作原理分析 1 自动控制方式 当光电传感器检测到有人或其他物体接 近门口且门未打开或者检测到已无人接近门 口且门未关闭时 PLC 输出信号控制气缸活 塞伸出或者保持活塞伸出状态 从而使门处 在开启状态 当光电传感器未检测到信号时 活塞缩回 使门处在关闭状态 2 手动控制方式 当光电传感器发生故障 未检测到信号时可 以按手动开启按钮来实现门的开启 人通过 门后 按手动关闭按钮后门自动闭合 1 21 2 自动门的结构分析自动门的结构分析 采用齿条与齿轮结合的传动方式来实现 门的自动开启与闭合 具体方式为 当光电 传感器感应到信号时 将信号传给 PLC 通 过 PLC 控制二位四通电磁阀换向 从而使气 缸伸出 推动齿条平行移动 再由齿条带动 齿轮转动 当气缸完全伸出时 使自动门完 全打开 门开启时间为 10 秒 10 秒之后 若光电传感器未检测到信号 气缸开始缩回 缩回至最大位置时 从而实现门的关闭 若光电传感器出现故障 人只需按下手 动按钮来控制二位四通电磁阀换向 从而控 制门的开闭 这一过程门的开闭方式与传感 器控制门的开闭方式完全一下所以不再重述 自动门的结构简图如图 1 所示 图 1 自动门的结构示意图 1 31 3 自动门动作顺序自动门动作顺序 自动门动作流程如图 2 所示 图 2 自动门动作流程示意图 1 41 4 气动系统设计气动系统设计 自动门自动开闭气动系统主要由以下几 部分组成 1 气泵 气源装置 为系统提供压缩空气 2 气缸 执行元件 将压缩空气的压力能转变为 机械能 3 单向二位四通电磁换向阀 控制元件 控制压缩空气流的流动方向 以便使执气缸完成预定运动规律 4 光电传感器 感应元件 通过感应来传递信号给 PLC 5 可编程控制器 PLC 控制换向阀的换向 从而控制气缸有规 律的运动 根据自动门自动开闭系统的组成 功能 和控制要求 设计自动门气动系统原理图 如图 3 所示 其中双作用气缸的活塞杆与齿 条联接 来推动门的开闭 通过调节单向节 流阀来控制流量 从而控制门的开闭速度 通过电磁换向阀换向控制气缸的运动 从而 控制门的开闭 图 3 自动门气动原理示意图 2控制系统软件设计控制系统软件设计 2 12 1 自动门的控制要求自动门的控制要求 自动门气动控制系统的要求 1 自动开闭 1 当有人员通过自动门 光电传感器 SE1 检测到信号时 电磁阀换向 气缸的活 塞伸出 从而推动门的开启 2 自动门在开门位置停留 10 秒后 当光 电传感器 SE1 未检查到信号时 电磁阀复位 气缸缩回 从而进入自动关门过程 3 在关门过程中 若有人员通过自动门 时 光电传感器 SE1 检测到信号时 门立即 停止关闭 并处在开启状态从而使人安全通 过自动门 4 在门打开后的 10 秒等待时间内 若有人 员通过自动门时 光电传感器 SE1 检测到信 号 须重新开始等待 10 秒后 再自动进入关 门过程 以保证人员安全通过 2 手动开闭 若光电传感器 SE1 出现故障无法感应信 号实现电磁阀换向时 人员通过自动门时可 以按下手动按钮 SB1 使电磁阀换向 从而使 自动门开启 通过自动门后 按下手动按钮 SB2 使电磁阀复位 从而使自动门关闭 这 手动的过程中 门的开闭仍然是通过 PLC 控 制的 2 22 2 PLCPLC 选型及选型及 I OI O 分配分配 本文选择松下电工 FP0 系列 PLC FP0 是 日本松下电工株式会社继小型机 FP1 系列之 后又开放的小型 PLC 产品 它集 CPU I O 通信等诸多功能模块与一体 具有体积小 功能强和性能价格比高等特点 适用单机 小规模控制 在机床 纺织 电梯控制等领 域得到了广泛的应用 特别适合在我国的中 小企业推广应用 其特点如下 1 超小型尺寸 具有世界上最小的安 装面积 宽 25mm 高 90mm 长 60mm 2 轻松扩展 扩展单元可直接连接到 控制单元上 不需任何电缆 3 从 I O 10 点到最大 I O 128 点的选 择空间 4 拥有广泛的应用领域 控制系统有自动门手动开启按钮 1 个 自动门手动关闭按钮 1 个 1 个光电传感器 1 个继电器 PLC 需要 3 个输入点和 1 个输出 点 根据系统的 I O 点数要求 选择 FP0 系 列 PLC 的 C32 型主机 其输入点数为 16 输 出点数为 16 满足控制要求 故不需要对控 制单元进行扩展 PLC 的 I O 点分配如表 1 所示 表 1 PLC 的 I O 点分配 PLC 点名称 连接外部设备 功能说明 X0 手动开启按钮 SB1 手动开启 X1 手动关闭按钮 SB2 手动关闭 X2 光电传感器 SE1 自动开闭 2 32 3 控制系统程序控制系统程序 梯形图是 PLC 常用的编程语言 采用梯 形图对气动机械手的控制系统进行编程 实 现其控制要求 编写机械手控制系统的 PLC 梯形图程序 如图 4 所示 图 4 PLC 程序梯形图 3 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 3 13 1 传感器的选择传感器的选择 在这次设计中所采用的是传感器是光电 传感器 光电传感器是各种光电检测系统中 实现光电转换的关键元件 它是把光信号转 变成为电信号的器件 光电检测方法具有精 度高 反应快 非接触等优点 而且可测参 数多 传感器的结构简单 形式灵活多样 因此 光电式传感器在检测和控制中应用非 常广泛 自动门的自动开闭气动系统采用光 电传感器来检测信号的有无 其接线方法如 图 5 所示 图 5 光电传感器接线 3 23 2 PLCPLC 的硬件接线的硬件接线 此次自动门的设计采用了自动开闭气动 系统 改变了以往自动门的复杂编程设计 简单实用 可用于各种场合 PLC 的编程比 以往自动门的 PLC 编程要简单 容易理解 便于调试 绘制 PLC 的硬件接线图 如图 6 所示 P LC 220V Y 0 220V X 0 X 1 X 2 24D C 24D C K M S B 1 S B 2 S E 1 220 240V C O M C O M 1 图 6 PLC 的硬件接线 4 结结 论论 基于可编程控制器 PLC 控制的自动门 由于故障率低 可靠性高 维修调试方便等 优点 因而得到广泛的应用 自动门自动控 制系统以松下 PLC 为核心元件 作信号的处 理工作 而感应部分 采用光电传感器 实 现人或 物体进出时的信号转换装置 另外在实现门 的开与关的方面 不再采用以往采用电机正 反转来控制门的开闭 而是采用气压传动来 控制门的开闭 以实现该功能 因为气压元 件在生活中非常容易购买 且价格适宜 同 时也便于维护 非常适合广泛生产应用 并 且可以就地取材 空气 参考文献 1 黎虎 基于 PLC 和变频器的直线电机驱动门控制系统 J 电机技术 2008 4 2 左建民 液压与气压传动 第四版 M 北京 机械工业出版社 2011 3 田勇 高长银 液压与气压传动技术及应用 M 北京 电子工业出