嚴(yán)莉萍

摘 要：門的作用對于人類來說非常重要，遠古時期人用門來做屏蔽作用，但隨著智能建筑的發(fā)展，不僅要求門有屏蔽作用，同時能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，并能有效通行、疏散和與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)。文章對自動門的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對平移式自動感應(yīng)門進行了硬件設(shè)計，主控制器選用S7-200 CPU224型號，傳感器選用NACS83600型號微波感應(yīng)器，執(zhí)行機構(gòu)選用LEY8010Q直流無刷靜音電動門電機。通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊等組成。最終完成了平移式自動感應(yīng)門的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：智能建筑；自動感應(yīng)門；S7-200 CPU224型號

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）12-0006-02

1 背景概述

門的發(fā)展歷史可以追溯到古埃及，那時候門的主要作用是屏蔽，但這種作用都是被動的，需要人通過手推拉式，有時候力量重了對門的損傷很大。同時對于人流量大的公共場所，如果都要手推，對人們來說相當(dāng)不方便?，F(xiàn)代社會要求門不僅能夠起到安全作用，還能有效地通行、疏散和能夠與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，隨著門的不斷發(fā)展，自動門作為門的高級形式，它的出現(xiàn)對人類文明是一次重大發(fā)展。早在20世紀(jì)20年代，美國超級市場的開放，使得自動門開始被大量地使用，1930年第一臺自動門是美國史丹利公司推出的，多瑪公司在1954年發(fā)明的油壓式和空氣式自動門，但此種裝置轉(zhuǎn)換效率低，速度比較難控制。隨著工業(yè)革命的爆發(fā)，電氣技術(shù)迅速發(fā)展，自動門已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向電氣式，例如紅外感應(yīng)自動門、微波感應(yīng)自動門、刷卡自動門等。

我國在自動門的應(yīng)用上起步較晚，從20世紀(jì)90年代才進入中國，前期主要是通過引入國外生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)進行制造，其主要來源是歐美國家，包括美國、意大利、德國、荷蘭和日本等國家。隨著市場需求的不斷增大，自動門在我國飛速發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)有一批具有獨立生產(chǎn)能力的自動門企業(yè)，截至2012年底，包括國產(chǎn)以及進口產(chǎn)品，中國自動門市場上已經(jīng)有80余個品牌的門機及自動門成套設(shè)備，而各種規(guī)模的門機生產(chǎn)銷售廠商則更以數(shù)百計，主要分布在長三角和珠三角區(qū)域，當(dāng)年的生產(chǎn)規(guī)模達到12.8，金額達到7.2億元。

隨著現(xiàn)代計算機、自動化及通信技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)的自動化程度得到迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑正在被智能化建筑取代。智能建筑是將建筑物內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、多媒體音像等系統(tǒng)組合起來，并通過計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一管理，其包含多個子系統(tǒng)，例如安防系統(tǒng)、電梯管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，其中的出入口系統(tǒng)是智能建筑中關(guān)鍵系統(tǒng)，自動門就是出入口系統(tǒng)自動化產(chǎn)物，它對于智能建筑的發(fā)展具有重要的意義，對于自動門的穩(wěn)定高效性也提出更高的要求。

2 自動門的概述及工作原理

2.1 自動門的基本概述

運用先進的感應(yīng)技術(shù)，檢測人或物質(zhì)進入感應(yīng)區(qū)域時，門就會自動開啟，當(dāng)人或物質(zhì)遠離感應(yīng)區(qū)域時，門會自動關(guān)閉，這種工作方式下的門叫做自動門，其控制核心是可編程控制器，執(zhí)行機構(gòu)是電動機，再通過傳動機構(gòu)將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為門的移動。

自動門的種類很多，按照啟閉形式可以分為：平開門、折疊門、旋轉(zhuǎn)門等；按照材料分為：安全玻璃、彩色涂層鋼板、木材等；按照門的結(jié)構(gòu)特點可以分為：自動旋轉(zhuǎn)門；卷簾式自動門；平滑自動門和提升式自動門等；按照用途可以分為：工業(yè)用自動門、車庫用自動門和民用自動門等。不管其結(jié)構(gòu)形式多樣，但基本結(jié)構(gòu)主要包括4個部分：作為被控對象的門體門框部分、動力驅(qū)動和傳動部分、控制器和傳感檢測部分。

2.2 自動門的工作原理

本文設(shè)計的平移式自動感應(yīng)門機系統(tǒng)主要包括機械和電氣兩個部分。機械部分包括：自動感應(yīng)門扇行進軌道、門扇吊具走輪系統(tǒng)、同步皮帶和下部導(dǎo)向系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)包括主控制器、感應(yīng)探測器、電動機。

其工作過程為：當(dāng)人進入感應(yīng)探測器的檢測范圍內(nèi)，感應(yīng)器發(fā)出的信號傳遞給控制器，控制器接受到信號后，輸出電機驅(qū)動信號，電機的旋轉(zhuǎn)運動通過皮帶和門扇吊具走輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)門的直線軌道運動，感應(yīng)門開啟；若一定時間后，感應(yīng)探測器沒有檢測到信號，控制器控制電動機反向運行，關(guān)閉門扇；若再關(guān)閉的過程中，探測器又檢測到信號，則電機正向運轉(zhuǎn)，再次開啟門扇?？紤]到安全問題，若在關(guān)門時，門扇感應(yīng)到很大的阻力，電機會正向運行。

3 自動門控制器硬件設(shè)計

本文設(shè)計的是平移式自動感應(yīng)門機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由主控制器、感應(yīng)探測器、電動機、自動感應(yīng)門扇行進軌道等部分組成。主控制器采用西門子公司S7-200系列中的CPU224 AC/DC/RLY型號，該控制器共24個輸入、輸出點：14個輸入點（I0.0—I0.7、I1.0—I1.5）和10個輸出點（Q0.0—Q0.7、Q10—Q1.1），其輸出方式采用繼電器型，輸出電壓既可以用24 V的直流電，也可以用220 V的交流電。輸入電路采用了雙向光電耦合器用于輸入端子的保護，該CPU內(nèi)置4 096個字節(jié)的程序存儲區(qū)、2 560個字節(jié)的爾數(shù)據(jù)存儲區(qū)、高速計數(shù)器、2路脈沖輸出、2個模擬電位器、1個RS-485通信接口，此控制系統(tǒng)需要6個輸入信號和2個輸出信號，能夠滿足控制要求。

自動門感應(yīng)器主要有紅外和微波兩種形式，紅外感應(yīng)器是利用紅外線作為介質(zhì)來測量檢測物體的，只能夠檢測物體是否進入探測范圍，但是對物體的移動不能檢測出來，受濕度、煙霧和塵埃等影響較大。微波感應(yīng)器是運用電磁波的多普勒效應(yīng)制成的，它能檢測檢測到移動的物體，因為對于公共場所，人流量多且都在移動，因此，采用微波感應(yīng)器更能適應(yīng)現(xiàn)在的社會要求，同時對外界的抗干擾能力較強。

本文采用松下公司的NACS83600型號感應(yīng)器，其屬于微波雙向非接觸式傳感器，其發(fā)射頻率密度為5 mw/cm2，發(fā)射頻率可以達到24.125 GHz，功率耗損只有2 W，使用壽命長，應(yīng)用廣泛。

相比于傳統(tǒng)直流電動機，無刷直流電動機采用電子元器件代替了電刷，使得換向裝置無機械接觸，不容易對電刷經(jīng)常換向產(chǎn)生損壞，同時節(jié)省材料，制造簡便，因此其具有運行聲音小、無火花、壽命長和速度高等優(yōu)點。本文采用LEY 8010Q直流無刷靜音電動門電機，該電機的額定功率為60 W，額定電壓為24 V，能夠滿足本系統(tǒng)控制要求，同時能夠滿足節(jié)能和環(huán)保的要求。

4 軟件設(shè)計

根據(jù)本控制系統(tǒng)要求，自動門開關(guān)控制系統(tǒng)有6個輸入信號，門外光電檢測開關(guān)為i0.0、門內(nèi)光電檢測開關(guān)為i0.1、開門限位開關(guān)為i0.2、關(guān)門限位開關(guān)為i0.3、手動開門按鈕為i0.4和手動關(guān)門按鈕i0.5，輸出信號有兩個，用于開門和關(guān)門控制信號。

本系統(tǒng)運用STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行梯形圖的編程，程序采用模塊化編程，主要由主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊等組成。自動門主程序采用定時裝置，程序總流程圖如圖1所示，定時器的時間可以根據(jù)實際要求進行調(diào)整，本文選用8 s作為定時時間，能夠滿足控制要求。同時考慮到自動門出現(xiàn)故障或在維修時，自動控制可能存在問題，設(shè)置了手動運行模式。

5 結(jié) 語

本文首先簡要概括了門的歷史背景以及發(fā)展趨勢，從一開始的單一屏蔽作用，慢慢發(fā)展到能有效通行、疏散和與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。隨著智能建筑的發(fā)展，對自動門的穩(wěn)定和高效性提出了更高的要求。因此本文在平移式自動感應(yīng)門的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上對其進行了設(shè)計，硬件上，以S7-200 CPU224為核心控制器，配以NACS83600微波型號感應(yīng)器，用以信號的檢測，執(zhí)行機構(gòu)采用LEY8010Q直流無刷靜音電動門電機。軟件上運用STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行梯形圖的編程，包括主程序模塊、開門子程序模塊、關(guān)門子程序模塊和故障診斷與報警輸出模塊，還包括了故障或維修下的手動模式，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和效率。

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