基于PLC、变频器与触摸屏的“自动门控制系统”综合实训课题的研究

【摘 要】随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制几乎扩展到了所有的控制领域。其中PLC以其具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点；变频器以其变频调速性能好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高的优点；触摸屏以其坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流的许多优点，都被广泛地应用在各个领域。在各职业院校，都开设了PLC、变频器和触摸屏等应用技术课程。本文所设计的自动门控制系统是集PLC、变频器、触摸屏和传感器等应用技术为一体的综合课题，文中详细介绍了该自动门控制系统的电路设计、PLC程序的编写、变频器参数的设置和触摸屏的组态。基于PLC、变频器控制的自动门系统稳定，满足实际应用的要求，加入触摸屏组态的应用，系统更易操作，作为教学课题，学生容易理解，更有兴趣学习。

【关键词】自动门 PLC 变频器 触摸屏 实训课题

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）01－0018－02

一、引 言

在经济飞速发展的当今社会，高楼耸立的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼、车库等，自动门已是随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的传感器来感应人或车辆的出入，当人走近自动门时传感器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来进出方便，而且可以节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更能让门显得大方美观。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。PLC控制自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。因此选择自动门作为典型综合实训课题来巩固学生对PLC、变频器技术、触摸屏等应用技术的学习。因为本课题应用到了MCGS组态嵌入式的触摸屏，能够很形象地展现实际的工作过程，能够引起学生的学习兴趣，学生愿意、主动地去完成相应的任务。所以通过本课题的实训，既能综合巩固学生所学的专业知识，达到训练学生实际设计能力的目的，也能用于实际生产，实训效果较好。

二、自动门控制系统的介绍

门的打开和关闭通过变频器控制电机M实现，电机M正转为开门，电机M反转为关门，系统示意图如图1所示。

控制功能要求如下：

（1）当系统通电后必须按下系统上电按钮变频器才能接通电源。

（2）当自动门处于关闭时按下系统运行启动按钮系统才开始工作。

（3）在系统工作后有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，自动门快速打开，当门压到SQ2后自动门减速并变为慢速，到达限位开关SQ1时自动门停止运行。

（4）自动门在开门位置停留5s后，自动进入关门过程，自动门快速关闭，当门压到SQ3后，自动门减速并变为慢速，到达限位开关SQ4时，自动门停止运行。

（5）若在关门过程中，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，应立即停止关门，并自动转为开门过程。

（6）在门打开后的5s等待时间内，当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，必须重新计时5s，在进入关门过程，以保证人员安全通过。

（7）当自动门处于关闭时按下系统停止按钮，系统停止运行并切断变频器电源。

（8）有必要的电气保护及连锁。

（9）变频器参数设置要求：高速位6Hz，低速为3Hz，加减速时间分别设为3s和2s。

（10）触摸屏的编制要求：①触摸屏第一页上方显示“自动门控制系统的运行监视”、日期、时间；②第一页面设置上电、开门和关门指示灯。制作一个自动门的模拟动画，其中SQ1、SQ2、SQ3、SQ4能够显示相应动作；③第一页面下方设置转换键“进入主控”，进入第二页；④在第二页上方显示“自动门控制系统的运行控制”、日期、时间；⑤第二页面设置上电按钮、启动按钮、停止按钮、门内和门外传感器，上电、启动、门内、门外指示灯，并制作一个自动门的模拟动画，其中SQ1、SQ2、SQ3、SQ4能够实现控制相应动作；⑥第二页的右下角设置页面转换键“返回”，用以返回第一页。

三、自动门控制系统的设计

1．控制系统程序分析

分析控制要求，系统设有上电按钮、运行启动按钮和系统停止按钮，门内、门外设有两个光电传感器用于探测有无进出门信号，门的运行轨道上设有四个位置开关用于判断门所在的位置，共有九个信号作为PLC输入信号。变频器的电源受一个交流接触器控制，交流接触器由PLC根据上电按钮信号输出控制信号，变频器的正转、反转以及快速、慢速都受PLC给出的信号控制，所以需五个PLC输出信号。

根据控制要求，触摸屏对系统具有主控功能，为了不占用PLC的输入端口，触摸屏上的控制信号对应的软元件分配如表1所示。

2．控制系统软件设计

（1）PLC的I/O分配（如表2所示）

（2）程序设计

在编写程序时，要考虑触摸屏上的触摸信号和显示信号，为了不占用PLC的I/O，可选用软元件M。

（3）变频器的参数设置

变频器参数设置要求：高速位6Hz，低速为3Hz，加减速时间分别设为3s和2s。

（4）系统电路图设计（如图2所示）

（5）触摸屏的组态

新建工程后在用户窗口创建两个窗口，命名为：监视窗口和运行窗口，然后对各窗口按要求分别进行组态。

1）对监视窗口组态，如图3所示。

2）对主控窗口组态，如图4所示。

四、结束语

本课题现已作为我校电气自动化技师班级的技师阶段的综合应用实训课题运用教学过程中，因为本课题应用到了MCGS组态嵌入式的触摸屏，能够很形象的展现实际的工作工程，能够引起学生的学习兴趣，学生愿意、主动地去完成相应的任务。本课题集PLC、继电－接触控制、变频器技术、触摸屏和传感器技术知识为一体，所以通过本课题的实训，既能综合巩固学生所学的专业知识，达到训练学生实际设计能力的目的，也能用于实际生产，实训效果较好。

参考文献

1 程子华.PLC原理与编程实例分析［M］.北京：国防工业出版社，2007

2 钟肇新.可编程控制器原理与应用［M］.广州：华南理工大学出版社，2003