基于PLC的旋转门控制系统设计

1、引言随着计算机、网络、通信技术的发展，各种方便生活的自动控制系统逐步进人了人们的生活。基于plc的自动控制系统具有抗干扰能力强，可靠性高，体积小，设计、使用和维护方便等优点。在商场、公共建筑、银行、医院等人口，使用plc技术控制自动门已得到广泛应用关键词： plc 自动门 软件控制硬件设计变频器容量选择计算变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。 表5.1 电机参数表 电动机型号额定功率（w）额定电流（a）额定电压（v）效率（%）功率因素电机转动惯量 飞轮的转动惯量y881-45501.51380730.762.20.

2、00180.6驱动一台电动机对于连续运转的变频器必须同时满足下列3项计算公式： 满足负载输出/kva： 式(5.1) 满足电动机容量/kva： 式(5.2) 满足电动机电流/a： 式（5.3) k是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对pwm控制方式的变频器，k约为1.051.1。指定变频器的启动加速时间变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，一般利用失速防止功能，以避免变频器跳闸，但同时也加长了加减速时间。如果生产设备对加速时间有特殊要求时，必须事先核实编破器的容量

3、是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下： 式(5.4) 指定变频器的减速时间为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。在电压星变频器中，一般都在直流中间回路的电容器两端并联上制动三极管和制动电阻。当直流中间回路的电压升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。制动电阻的选择方法：计算制动力矩 式(5.5) 计算制动电阻的阻值 在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内

4、部也将有20%的铜损被转换为制动力矩。考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。 式(5.6) 式中： 制动电阻直流电路电压/v 对200v级变频器, =380v 对400v级变频器, =760v制动转矩/()电动机额定转矩/()减速开始速度/()上式中，如果，则没必要加制动电阻。放电电路由制动三极管和制动电阻串联而成，因此，制动三极管本身允许通过电流就是放电电路的最大允许值。所以制动电阻的最小值。由上可见，制动电阻的阻值应由来决定。有的变频器生产厂家在产品目录中。给出制动电阻最小值的参考值，可供用户在选择制动电阻时参考。计算制动电阻平均消耗的功率/kw如前所述，电动机额定转距的20%

5、制动转距由电动机内部损失产生，所以可以按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率： 式(5.7) =(5.76-0.22.2)1440 =0.802由于三翼自动旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。又因为三翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。因而可以选用通用的变频器，只要所选用的变频器满足一般环境下使用即可。根据以上的计算的数据，选用佳灵jp6c-t9-0.75。 控制系统驱动控制原理电气控制系统接线方案 图5.1 控制系统接线图传感器设置方案 红外线被动式感应器安装于旋转门的进口和出口华盖上，每处各安装两个红外传感器，接近开关用于防夹位置区域设定，直流制动封门及锁门定位。

6、plc系统控制分析及地址分配设计节点分析及机型的选择 通过对旋转门控制要求的分析，plc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。本系统为个简单控制系统，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：3015=450开关量输出字节数：108=80系统推断定时器/计数器字节数：81=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。由以上可得，同时兼顾经济性原则。 plc产品中omron系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型plc。在此系列plc中

7、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plc的应用领域。本系统选择了com1-cpu11-e型plc。由plc型号主回路电压ac（100240）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。故本系统选用直流输出方式。 表5.3 plc性能参数表性能指标com1-cpu11-e程序存储容量3.2kb数据存储容量1kbi/o电数128位指令类型117种指令基本指令执行时间0.5us1.5us扩展i/o模块数量7块记时/记数区512记时器/记数器开关的选择 本控制系统为plc控制，各种开关的容量要求不高，普通的开关足已，

8、主要考虑输入参数要求。对急停、stop、middle、high、残疾开关，选择普通按钮开关la系。middl、high、残疾、开关为la2，急停开关为la2（红色），stop关为la2-a红色（十字型）。电源的选择 plc自带的输入口电源一般为直流24v。输入口每一点的电流定额一般为7ma,这个电流是输入口短接时产生的最大电流(端口本身纯存在阻抗)熔断器的选择 为了保护电路（短路保护）需要有熔断器fu,选择的依据是熔体的额定电流ir大于线路工作电流i（i=2a），所以选择rl1-15，熔体额定电流等级为4。整流器的选择 为降低电压的波动对控制系统的不良影响，选择把交流变为低压直流供电。因此，选

9、择型号为zba-10/24型整流器，它的输入电压为交流220v，输出电压为直流024v，额定电流10a。输出模块的确定 输出模块的任务是将plc内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号输入输出口及端口的保护及分配 plc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

10、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。 图5.2 plc接线图软件设计plc控制系统程序设计当电源打开时，要设置plc的上电程序，由于西门子plc系统有专门的特殊内部继电器sm0.1来对上电作出反应，用内部继电器m0.0来对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；急停程序设计 由于急停采用转换开关sa1进行外部输入，连接plc的输入映响寄存器i0.0，用内部继电器m0.1来对相关信号进行中转输出。程序设计如下； 过载程序设计 由于变频器过载输出连接plc输入映像器i1.4，用内部继电器m0.2对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；过热程序设计 由于电机常时间进行，可能

11、带来电机过热，所以在电机上连接热继电器fr1，当电机过热时热继电器闭合通过plc的输入映像i2.6进行信号输入，用内部继电器m0.3对相关信号进行处理输出，则程序设计如下； 指示灯闪烁定时期设计 当plc上电后，指示灯亮输出，而当急停按下，变频器过载，电机过热时，指示灯就闪烁已示警告，设指示灯的闪烁时间为0.5s，则需要用两个以100ms为基数定时器t37和t38来实现。具体程序设计如下； 程序解释：当plc的内部扫描信号过来时t37就开始记时，0.5秒后t37的常开触头闭合，只要t38常开触头不断开使t37复位，则t37常开一直闭合。当过载、过热、急停内部继电器有信号时使相应触点闭合，导致t

12、38开始记时，0.5秒后t38常开触点断开使t37复位，同时常开t37复位，至使t38常闭触点复位，而使t37又开始记时，0.5秒后又响应，周而复始。其中t38的作用是使t37循环计时0.5秒。报警上电输出程序设计 当变频器过载，过热，急停按下时用相应内部继电器常开触点进行设计，并上一个定时器t37来实现相关功能，用输出映像继电器q0.0来实现plc内部信号输出接口。则程序设计如下；程序解释：当上电时，常开内部继电器触点sm0.1就一直闭合，只要一发生上述问题，相应的常开内部继电器就断开，使指示灯熄灭，然后根据常开定时器触点t37来间隔接通q0.0，使输出达到指示灯的闪烁。变频器过载复位定时程

13、序设计 由于变频器可能出现瞬时的过载而不是长期过载，那样的我们就不用使变频器复位，防止导致错误反应。因此，我们设置变频器发生过载3秒后才对变频器实行复位操作，这3秒的时间用来判断变频器是真的过载还是假的过载。这里采用基波为100ms的接通定时器t50来实现。程序设计如下；程序解释：当过载信号来临时，常开触点m0.2闭合接通t50，其中t39常闭触点是复位输出信号定时器，用来对t50进行复位操作。复位输出时 由于变频器的复位开关需要有一定的接触时间才能真正接通产生复位信号，因此当有复位信号输出后，定时器就开始计时，用基数为100ms的定时器t39来实现，定时时间为0.5秒。程序设计如下；复位输出

14、信号设计。用输出映像寄存器q0.7对plc处理的信号输出与外界连接，为了有持续信号输出应采用q0.7常开触点进行自锁设置，同时当复位时间延时到了断开其q0.7的输出。程序设计如下；程序解释：当过载延时常开触点t50，3秒后闭合后，就接通q0.7，而同时自锁，由q0.7常开触点闭合使定时器t39接通，则0.5秒后常闭定时器t39断开，从而使q0.7停止输出红外线启动传感器停止输入定时程序设计 由于红外线传感器检测有人时就一直有信号输入，则电机就应该开始转动，而当人进入时，电机也应该带动门转动，设红外线无信号输入时电机仍能转动15秒。用基波为100ms的定时器t40来实现定时。而四个启动传感器分别

15、接输入映像寄存器i1.0、i1.7、i2.0、i2.1用其常闭触点来实现。则程序设计如下；防夹传感器输入程序设计 由于要判断是否已有夹人现象发生，则需要用防夹传感器来判断是否已碰到人，又需要一部接近开关来判断门翼是否处于防夹区域，当两个信号都有输入时，则说明已有夹人现象发生，则同一门口的防夹传感器的接近开关用串联方式连接起来。四部传感器分别接plc输入映像寄存器为i1.3、i0.7、i1.5、i1.6。采用门口防夹传感器并联输入，只要有一个门口的防夹传感器有信号输入时就使plc发出内部信号指令，用内部继电器m1.5对其信号中转，程序设计如下；防碰撞传感器输入程序设计 由于安装有四个防碰传感器，

16、分别接入plc的输入映像寄存器为i1.1、i1.2、i2.2、i2.3，当有一个防碰传感器发出信号时就使plc的内部继电器发出信号指令，用内部继电器m6.0来实现plc信号中转。传感器信号输入用并联方式实现，则程序设计如下；高、中、残疾速度输入程序设计 由高、中、残疾速度输入采用的是点动开关，则在程序输入时应加入串入微分平操作指令，以铺捉点动闭合的上升沿过程，三个按扭并联进行信号输入，有一个信号时就产生一个指令信号。三个按扭分别接入映像器为i0.1、i0.3、i0.4用内部继电器m1.1来实现指令的中转。则程序设计如下；程序解释：当任意按扭按下时，就产生一个内部继电器m1.1的信号，如i0.1

17、常开触点一闭合，在闭合瞬间的上升沿过程中，使m1.1输出信号。残疾按扭输入时定时程序设计 由残疾人进入时，门转动较慢，且经过门的时间较长，所以在程序设计时应注意残疾人经过时的专门定时程序。当残疾人按扭有输入时，就启动定时器开始定时30秒后让电机恢复原来的状态。则计如下；残疾人输入程序设计 当外界按扭按下时，在这个上升沿的过程中产生plc内部继电器输出，当残疾输入定时30秒到了后就自动断开其输出。由于输出是一个较长的过程，则应设计自锁程序。残疾按扭外界输入接plc输入映像器i0.1，同时使用m3.0来实现指令信号中转。则程序设计如下；程序解释：当i0.1闭合时，在这个上升沿的过程中使m3.0产生

18、信号输出同时常开触点m3.0闭合形成自锁，使m3.0一直有输出，当30秒定时到了以后，常开触点t42断开，使m3.0停止输出。暂停（stop）输入程序设计 stop按扭是实现临时的停转功能，当stop按下后，必须用高、中、残疾按扭才能恢复门翼的转动。所以，程序设计中应串联一个变速输入时的常闭触点以方便恢复正常状态。同时由于暂停输出是一个较长的过程，也应有自锁设计。stop按扭接输入映像器i0.2，同时stop是按扭开关，应注意捕捉其按下瞬间的上升沿过程，同时采用内部继电器m1.2才实现信号的中转输出，则程序设计如下；程序解释：当i0.2瞬间闭合的上升沿过程中m1.2产生输出，同时m1.2常开触

19、点闭合产生自锁，直到变速常闭触点断开时，使stop输出停止。急停、防夹、暂停定时程序设计 为了防止急停、防夹、暂停时受到偶然因素产生输出，而不是真正的相关紧急情况发生，则应设计一个定时程序来鉴别输入信号的真伪，采用输入后等待0.3秒后响应相关指令的方式来实现，采用基数为100ms的接通定时t41来实现定时，同时三个信号的输入采用并联方式连接，则程序设计如下；程序解释：当m1.2、m1.5、m0.1中的任一个触点闭合，就启动定时器t41实现定时。直流制动输出定时程序设计 当发生防夹、急停、暂停和直流制动按扭有输入的紧急情况时，就要输出制动，同时当门没有精确停位后也要采用直流制动防止门的惯性转矩使

20、门继续转动。而直流制动是一个时间过程输出才有效应，则对其输出定时为0.5秒，采用基数为100ms的定时器t43来实现，三个传感器采用并联输入。则程序设计如下；程序解释：当常开触点t41、m1.3、m1.4任意一个闭合时，就启动定时器。无人来才响应直流制动开关定时程序设计 当红外线没有感应到人的时候，说明此时已确定无人进入了。再通过一个中转定时器来响应制动按扭的输入，此定时器时间设定无关紧要，只是一个中转作用，设其定时为0.4秒。采用基数为100ms的定时器t44来实现。同时应串联上一个确无人时的信号输入，则前面的一个红外线检测无人时的定时常开触点串联。其中，无疑是最好的选择，则程序设计如下；直

21、流制动开关输入程序设计 当外部直流制动按扭有输入时，同时再加上无人进出时才能确定直流制动的输出。由于外部直流制动按扭是瞬时接触开关，则应捕捉其按下时的上升沿过程，同时应注意串联无人来时的中转触点，以及自锁和定时直流制动输出触点的连接。采用plc内部继电器m1.3来实现中转指令。则程序设计如下；程序解释：当直流制动开关闭合瞬间，同时又没有人进出时，即i0.6闭合，同时常开触点t44也闭合，响应制动m1.3产生输出，同时常开触点m1.3闭合使其自锁。当直动时间到了时，常闭触点t43断开停止制动输出。机械锁停位不准确时输入程序设计 当钥匙、锁门、接近开关不符合时说明机械停位不准确。任需要让门转动以保

22、证下次停位准确，同时应保证此时门没有输出直流制动信号，也应注意实现自锁功能。采用plc内部继电器m7.0来实现。则程序设计如下；程序解释：当钥匙i0.5输入时，接近开关i1.5没有输入时，常闭触点i1.5以及常开触点i1.5就接通m7.0，使其产生输出,同时使常开触点m7.0产生自锁，而此时有制动信号则不能自锁，常闭触点t43断开使m7.0不能产生一个长期有效信号。门精确停位时锁门程序设计 当机械锁停位不准确时，无输出时,同时接近开关又闭合的瞬时，说明门停位已准确。 注意应捕捉的信号和谐一致的瞬时上升沿过程，同时钥匙也此时扭动开关，则说明此时已能上锁了，还应注意自锁的实现。采用plc内部继电器

23、m1.4来实现准确锁门的信号输出，则程序设计如下；程序的解释：当常开触点m7.0无输出时，同时钥匙和接近开关的常开触点又同时闭合的瞬时使m1.4产生锁门的信号输出，同时常开触点m1.4闭合产生自锁效应。红外线检测有人时，残疾人时30秒停转，高，中转速时15秒停转的程序设计。当红外线检测有人时启动电，直到无人时让电机15秒后停转。当变速输入时实现电机转动，同时实现残疾按扭的优先功能，而当直流制动开关启用时要保证电机的停转，所以应串联一个直流制动启用信号。同时由于各种信号的输入都有可能是瞬时信号，要保证电机的转动需要一个持续的信号，则还应在程序设计中设置互锁。采用plc内部继电器m1.0来实现。则

24、设计如下；高速速度控制程序设计 当高速按扭输入时，同时加上变速输入信号串联，实现同时输入时则使高速信号输出。由于高速输入是瞬间信号，则应捕捉住上升沿过程，同时应该注意任意信号的自锁货互锁。同时在自锁路中应串联上高速输入时间设定，以保证高速运转时间限制后恢复原状态。采用plc内部继电器m0.5来实现信号的输出中转。则程序设计如下；程序解释：当高速输入常开触点i0.4闭合时，再加上变速输入常开触点m1.0闭合，则在使m5.0启动输出信号，同时常开触点m5.0闭合自锁。此时如有残疾输入和中速输入时其常闭触点m3.0，i0.3断开使m5.0停止信号输出。自锁时，如果定时器常闭触点t4015秒后断开，其

25、保持了高速运转15秒。同时也实现残疾优先功能。机械锁位置准确，直接上电磁锁的机械输出程序设计 当钥匙和锁门接近开关同时有效时,且电机已经停止运转才能产生锁门信号输出.三个信号应该采用串联方式进行信号输入来控制锁门输出。采用输出映像寄存器q0.1来实现。则程序设计如下；电机起停控制程序设计 当红外线检测有人时，和门没有精确停位任需要再转时以及变速，残疾输入时都应启动电机。采用相关触点的常开触点并联实现。同时当电机过热，变频器过载，急停，锁门，门精确停位上锁，防夹暂停，发生碰撞时都应该停止电机的运行。所以采用相关信号的常闭触点的串联来实现停止电机的运行。采用plc的输出映像寄存器q0.2来实现电机起停信号输出，则设计如下；程序解释：当常开触点m1.0，m7.0任意一个闭合时就启用q0.2让电机运转，而串联其中的常闭触点只要一个断开就停止q0.2信号输出，