基于PLC自动门电控部分设计.pdf

． 基于P L C自动门电控部分设计 Bas e d on PL C aut om a t i c d oor s el ec t r i cal par t d es i gn 李岳 LI Yu e 信阳供电公司，信阳4 6 4 0 0 0 摘要本文所介绍的自动门的电控部分的设计主要是由传感器装置、变频装置、传动及驱动装置、 P L C 可编程控制器等几个部分构成。该电路控制的实现的原理是通过传感器装置检测是 否有人并将相应的信号进行转换然后将开关量形式的信号传送给P L C，之后P L O 根据信号进 行判断从而发出相应的控制信号使得变频装置完成变换开和关的速度，在驱动及传动装置运 动下使得门动作。 关键词传感器；变频装置 ；驱动装置；P L C 中国分类号 T P2 7 3 文献标识码 A D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J i s s n ． 1 0 0 9 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 9 上 ． 4 8 0 引言 自动门的控制装置 决定了它 的性能 ，好的控 制装置则会带来优 良的性能 ，反之性能则会低劣。 自动 门的控制 系统早期主要是采用继 电器的逻辑 控制 ，这种控制 系统 由于体积比较大 、安装较繁 琐、运行不稳定 、不利于 维护等缺点 ，已经逐渐 的被淘汰。现在 自动门及相关 的 自动化的行业运 行最稳定的就是建立在 P L C 可编程控制器 上的 控制装置 J ，P L C作为一种数字化 运算及操作的 电子装置其主 要是为 了应用于工业环境 ，它具有 高可靠性、很 强的抗干扰能力、完善 的功能、适 用性较强、设计及建造相应的控制 系统其工作量 比较 小、便 于维护 及 改造 、低能 耗、重量较轻 、 体积较小等优点。由此可以看 出，基于 P L C实现 自动 门的控制 在可靠性上能够得 到很高 的保障且 易于 维护 。 1 总体方案的设计 本 文 所 使 用 的 P L C选 择 的是 F X2 N一 3 2 M 型 P L C；传感装置选择的是微波感应器 ；变频装置 选择 的是 F R ． 5 4 0系列 的变频器 ；传动装置利用的 就是皮带的传动 ，从而带动 门的运动 ；驱动装置 选用的是直流无刷电动机型号为 4 5 B L DC系列。 通过传感器装置检测是否有人在门前，如果 有人则将相应的信号进行转换然后以开关量形式 将信号传送给 P L C，之后 P L C根据信号进行判断 从而发 出相应的控制信号使得变频装置 完成变换 的开和关的速度 ，在驱动及传动装置运动下使得 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 t o 9 上 ～0 1 4 4 0 4 门进行相应的动作。 此外 ，在实际的应用 中还必须加入一些其他 的功能上 的 自动 门的性能更加的友好 。首先就是 能够 实现 门开关 的手 自一体的方式的转换 ，即 门 的控制上要有手动方式的控制和 自动方式的控制， 完成的装置 即是手 自方式的转换开关 ；其次就是 提醒的功能 ，在 自动门进行开启及关 闭的动作时， 必须要给予人们 以注意提醒，所 以要加入相应的 蜂鸣器 用来对人们进行提醒 ；最后就是在 自动 门 关闭的时候 有时会 出现夹人的现象，所 以要在 门 的两侧安装 相应 的传感器 以防夹人。其 电路控制 部分的总体设计的方案如图 l 所示。 ＼ 广 _1器信号 采集 r ＼广 一 二二 P LC 崮 自 动 臣 二 f J 二二压 困 二二 图1 总体方案设计的结构框图 2 硬件设计 2 ． 1传感装置部分 现在 自动门的行业所使用的传感装置即对信号 进行采集动作的感应的开关主要采用的微波感应的 装置、触摸式的感应装置、接近式的感应装置、红 收稿日期2 0 1 2 - 0 7 - 2 1 作者简介李岳 1 9 8 2 一，女，河南渑池人，工程师，硕士 ，研究方向为能源和信息。 [ 1 4 4 | 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 一 g 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 生 訇 化 外遥感的装置等 ，其运用的场合主要是根据功能和 性能上差异进行具体的应用 ，实现 自动门的相应的 控制系统的构成。作为 自动门的电控部分的主要的 部位 ，它在性能上表现的优 良与否直接的影响于整 个 自动 门系统运行的性能及安全 的稳定可靠与否。 本设计 中所使用的传感装置主要采用的是型号为 WB 一 3 0 0 4的微 波感应装置 ，生产于上海 的晶圆微 电子公 司。主要是对物体 的运动 完成相应的反应 ， 这种感应装置的反应的速度非常的快 ，而且无论外 界的环境怎么变化都不会受其影响。 2 ． 2 变频装置 基于 自动 门在实际工作条件下的需要 ，对 门 的开和关实现速度上的变换 ，采用型号为 F R- 5 4 0 的变频器作为实现这一功能的装置。其主要的优 点有安装比较灵活、便于接线以及设置频率时 操作较简单等。 2 ． 3 驱动及传动装置 作为保障自动 门能否进行 良好的工作 ，驱动装 置的选择显得很重要。本设计中电动机的速度是通 过变频装置产生的三段的速度完成相应的调节的[ 3 J ， 从而达到对 自动门进行驱动的目的。基于此，所以 要选择在特性上 绝缘电阻、过压保护、接地及绝 缘的介电的强度 能够满足国家关于安全方面所制 定的标准规定且噪音较小、功率的密度高以及调速 性能好，故本设计采用了亚坦电机控制有限公司所 生产的系列为 4 5 B L DC的直流无刷式 电动机 [ 4 1 ，无 论是交流电动机的优点，比如简单的结构、易于维 护、可靠的运行状态等，还是直流电动机 的优点， 比如宽调速范 围、机械特性线性化、大启动转矩、 高效运行等，它都具备。在要求安静、可靠、体积 小、重量轻、精密等场合应用广泛。其额定的扭矩 和转数分别是 0 ． 0 3 6 N‘ M 和 4 0 0 0 r ，功率范围在 1 5 1 0 0 W，额定工作电压为 2 4 V d c 。 传动装置采用机 械式的皮带传动 ，通过皮带 滑轮的连接完成自动 门的开启和关闭动作 。 2 ． 4 P L C控制部分 本文所设计的 自动 门的控制 系统作为一个小 型的控制系统 ，在实现其 相应的控制要求 以及可 扩展和操作性的同时 ，再结合其经济性进行考虑， 选择一个性价 比较合适的 P L C。所 以本设计采用 了 F X 2 N 系列 中型 号为 F X2 N一 3 2 M 的 P L C。从而 实现对于整个 系统 的自动化的控制。三菱 电机公 司所生产的型号为 F X 2 N一 3 2 M 的 P L C由于具有非 常快的程式执行、在标准的包容上实现 了最大化、 通信的功能进行了全面的补充、电源的差异性适 配都能兼容以及能够在特殊功能的模块上满足大 量 的单个性所需。也 因此，其 强大 的灵活性 以及 控制能力使得在 自动化控制上被广泛采用。 3 P L C 控制设计 3 ． 1工作的过程分析 按照本设计 的控制及安全上的要求 ，设计完 成的主要工作流程如下。 1 当启动 的按钮被按 下时 ，传感装置开始检 测门前是否有人 ，如果 有人则直流无刷电动机开 始正 向转动 ，通过传动 装置带动 自动 门完成开启 的动作。 2 当门被 完全 的打开 后，行程 开关被打开 ， 这时 自动 门即动作停止 ，开始进行延时 ，延时时 间为 8 s 。当延时时间到达之后 ，如果此时传感装 置又检测到门前有人 ，则继续进行下一个 8 s 的时 间延 时 。 3 当完成了 8 s 的时 间延时之后，此时传感器 也没有检测到有人 的信号 ，则直流无刷 电动机 开 始反向的转动通过传动装置执行关 门的工作。在 进行关门的工作过程 中，如果此时传感器又检测 到门前有人 ，这时关门的工作被 中断重新执行开 门的工作。 4 由于 自动 门的工作不 能保证完全 的可靠 ， 在实 际的工作 中有 可能 出现一些 不必要的麻 烦。 图2 工作流程 图 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 - 9 上 1 1 4 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铷l 匐 化 所 以在 自动 的方 式下增加设置 一个手动 的方式， 即设置一个手自动的转换开关 。 上述的 自动 门完成的一个工作 的过程具体的 如图 2所示。 3 ．2梯形图的设计 本设计运用三菱 F X的 P L C编程软件 WI N C 完成梯形图的顺序控制程序 的编写 ，相应的梯形 图如图 3所示。 图3 顺序控制梯形图 4 电控部分调试 图 5中的 K A1 、2是两个继 电器主要 完成的 功能就是微波感应装置对采集信号的响应 ； S Q1 、 2门是否到底的行程开关，分别表示的开门是否到 底和关门关 门是否到底； S Q3 、4是速度转换的行 程开关 ，表 示的是开 门减速和关门减速。在进行 模拟的调试的过程中，由于条件的制约 ，因此对 于信号的采集所使用 的微波感应装置 以及行程开 关都 由相应的一些按钮进行替代 门的内、外感 X 0 Y 0 K M1 r - ] ‘ 一 X 1 U ． 。 x 2 Y l K M 2 厂] ／； 2- X 3 p L C U 。 x 4 Y 2 K M3 厂] 。 X 5 U C o M C o MO l I I l I r 图5外围电路图 应信号的控制按钮 B G1 、2 ，门的开和关的到底按 钮 B G 3 、4 。 电路连接完成后，将编程软件编写好的程序 下载到实验器中。然后开始进行试验。将启动的 按钮按下，因为本设 计中加入了手动和 自动的控 制方式，所以接下来分别具体观察手动 ／ 自动方式 下的直流 无刷 电动机的如何进行转动的，从而带 动门的开启和关 闭。 1 手动方式 当 S F 1 0开关按钮被按下时 ，直 流无刷电动机开始正向转动即门的工作状态进入 到开启状态；当 S F 1 1 开关按钮被按下时，直流无 刷电动机 开始反 向转动即门的工作状 态进入到关 闭状 态 。 2 自动方式 当 B G1 或者 B G 2即控制 感应 信号的按钮 被按下时 ，表明检测到人信号 ，直流 无刷 电动机开始正 向转动 ，门进入到开启的状态 ， 此时将开 门到底 的行程开关即 B G3按钮按下 ，此 时直流无刷电动机转动停止 ；由于此时门已经完 全被打开 ，则开始进行时间为 8 s 的延时动作 ，同 样这时候再将 B G1 或者 B G2即控制感应信号的按 钮被按下，则重新开始 8 s 时间延时 ；当完成 8 s 时 间延时后，直流无刷 电动机开始反 向转动 ，此时 ／ 厂 L I ,M 1 ／ U l k s 制 l 、 ，1 l l_』LR j LR l KAI 、lKA4 ,-q FUI l 鲁 厂1 l l so QS KMl K1 K2 7 SQ1 KA4 - -- _ ● -_ __ _一 j 、 、 K M 1 ＼ K M2 1 ．．． 一 ] L ] [ ] [ ] l_ { K A l K A 2 K Ml K A 3 K A 4 } 1 1 4 6 1 第3 4 卷第9 期2 0 1 2 9 上 图4 电路控制原理图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务I 匐 似 门进行关闭的工作 ，这时又使得 BG1 或者 B G2被 按下 ，直流无刷电动机进行正向转动。 通 过模拟 的调试 ，之前设计 的功能 以及相应 的动作都 能得 以正常实现，其运行的安全可靠性 较高。 5 结束语 本文所研究的基于 P L C的自动门的电控部分 的设计，虽然满足了一些使用的功能，但是在实际 的应用中必须将各个装置的技术参数进行详细的分 析研究，保证电源的供给不问断、系统的接地保护 等，使得整个系统在性能上其运行的安全可靠性更 高，防止一些不必要的后果发生。因此，系统的安 全可靠仍然是一个有现实意义的研究课题。 参考文献 【 1 ]张春秋， 可编程序控制器 P L C 在自动门上的应用【 J 1 ． 中 国科技信 息． ， 2 0 0 9 0 5 ． 【 2 】赵克裕， 许 福永． 微 波原理 与技术【 M] ． 北京高等教育 出 版社， 2 0 0 6 ． 【 3 】王静， 基于P L C的 自动门 电路设计 [ J 1 ． 数 字技术与应用， 2 01 1 0 7 ． 【 4 】孙康岭， 杨兆伟， 张哗， 基于P L C 的自动门控制系统设计【 J ] ． 机电工程， 2 0 1 0 1 1 ． 每岛‘ ． 矗‘ 蠢- ． 盎● 岛‘ ＆‘ {盎● 岛- 意‘ 翕‘ 南‘ 岛‘ 翕‘ 矗‘ 翕● 盎‘ 翕‘{竞 翕● 竞‘ 岛‘ 翕‘ 【 上接第 1 4 1 页】 3 ．2组合业务场景设计 组合业务场景的性能测试 与 We b应用程序实 际运行情 况最为接近。它需建立在单一业务场景 测试均较正常的基础上 ，把 We b应用程序的各个 业务模块按访问比例进行测试。 组合业务场景设计需要做的工作有 1 确定各 个业务模块的访问比例 ； 2 根据访问比例分配虚拟 用户的比例 ，尽可能地模拟真实用户常见的场景。 通常 ，组合业务场景测试的效果有 1 发现 业务模块的交互 问题通常 ，经过单一业务场景 测试后 ，各模块的独立运行基本都是正常的。但 由于各业务模块 间或多或少的耦合关系 ，可能会 在同时进行测试时 ，发现新的问题 。2 尽早发现 综合性能问题 综合性能 问题主要指 We b应用程 序整体的性能 问题 ，综合性能 问题多在组合业务 场景测试 中被发现。3 模拟真实用户负载的组合 业务场景测试是考察服务器运行状况的常用方法 通常依据该 测试 的结果 ，对服务器硬件情况进行 评价，评估是否需要升级硬件或使用集群。 组合业务场景可以包含 以下两方面的内容 1 对有耦合的业务模块进行组合业务场景 测试 主 要测试在多用户并发条件下 ，一些存在耦合的业 务模块是否正常运行。2 模拟真实用户场景模 拟一些典型场景进行测试 ，需先确定各个业务模 块的访问比例。 3 ． 3 面向目标的场景设计 面向 目标场景的性能测试，是指一些 目标明确 的，一般在需求分析阶段就可以确定期望 We b应 用程序能够达到的性能指标。针对这些指标都要 设置测试场景来验证 We b应用程序是否达到要求。 面向 目标的场景设计的关键是明确需求 ，主要参考 需求文档，把属于性能方面的需求提取出来。面向 目标的场景中的性能指标通常有响应时间、最大 同 时在线人数等 ，如 “ We b应用程序可以支持 5 0个 并发用户 ” 、“ 系统响应时间不得高于 5秒”等。 4 结束语 总结和完善 We b应用程序性能测试模型 ，包 括 We b应用程序访问过程模型、We b应用程序性 能指标和 We b应用程序性 能测试场景设计模型。 其中， We b应用程序访 问过程模型描述 了哪请求生 命周期 ，研 究了访 问过程 中各步骤对 响应时间的 影 响，创新地提 出了普遍受忽视 的客户端脚本执 行时 间对性能 的影响。We b应用程序性能指标主 要研 究了响应时 间、吞吐率和资源利用率，探讨 了用户 负载与它们的关系，并浅析了三个指标之 间的关 系。性能测试场景设计模型包括单一业务 场景设计 、组合业务场景设计和面向 目标的场景 设计 。 参考文献 【 l 】顾静娴， 许蕾， 徐宝文． 基于组件We b 应用程序的覆盖率 准 则和测试 需求约简[ J 】 ． 东南大学学报 英文版 ，2 0 1 0 ， 2 6 1 ． 【 2 】刘龙霞， 吴军华． 基 于UML 活动 图的We b 应用测试用例 生成【 J ] ． 江南大学学报 自然科学版 ， 2 0 1 1 ， 1 0 3 ． [ 3 】徐 海卫， 曾潇 ． 机电一体化协 同设计平台研究【 J ] ． 制造业 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 2 1 1 ． 第3 4 卷第g 期2 0 1 2 9 上 [ 1 4 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m