道闸系统设计方案（基于plc控制的小区自动道闸系统设计）

威哥 2023-06-11 22:58:15 776

道闸系统设计方案（基于plc控制的小区自动道闸系统设计）（1）控制开关道闸需要自动控制和手动控制兼备本设计是应用在商场入口的自动道闸，需要高安全性和高可靠性。3.自动道闸控制系统总体方案设计从自动道闸的功能需求、控制要求、系统组成、机械传动等方面系统介绍了自动道闸控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。3.1自动道闸的功能需求分析

摘要：本论文设计用可编成控制器和变频器控制的自动道闸控制系统为基础，并采取用两个感应探测器（分别安装在道闸内和道闸外）和数个开关及传感器作为该系统的输入设备，靠变频器用来对道闸的开关速度进行调整，并且分析了该控制系统的工作原理和系统硬件组成，分析了自动道闸运行位置检测、人体感应探测、运行障碍检测等控制电路的工作过程，PLC的选择、变频器的选型、I/O点的确定以及自动道闸的运行过程等各方面也作出了详细的说明。关键词：自动道闸；可控制程序设计器；梯形图；变频控制

1.引言随着科技发展，PLC也一代一代不断的替换，PLC控制已成为当今的主流。其中一个最典型的例子就是自动道闸，早期的自动控制系统主要是使用逻辑控制的方法，通过继电器完成工作，但是因为继电器控制系统存在安装起来较为繁琐、占用空间大、运行起来不稳定、同时不易维修等缺点，容易造成在使用过程中的系统发生紊乱、电路线路出现故障、花费的维修成本也非常高、闭合不全甚至会导致人员伤亡等事故。自动系统及其应用应运而生，其工作原理是感应器件将检测相关信号并传送到系统控制中枢（PLC），然后系统控制中枢对传输进来的信号进行处理，继而发出相应的指令，控制驱动装置运行，最后通过传动装置实现对道闸的自动化操作。

2.PLC简介

按个人的意思可以顺便编写程序的控制器就是PLC。归根到底来说，PLC还是一个控制器，只不过综合了微电子技术、电脑技术、通讯技术在内而变成了一种高端的工业控制装置，最初的目的就是用来取代原来的继电器，是一个不仅能完成执行逻辑、记时、计数等控制功能，而且拥有较强灵活性的控制系统。可编程控制器具有比较强快速扫描和处理能力、系统性能好、功能多样化、编程结构简单等优点，是现在自动化工业生产的重要控制系统之一。因此逐渐在自动道闸中占据了越来越重要的地位。

3.自动道闸控制系统总体方案设计

从自动道闸的功能需求、控制要求、系统组成、机械传动等方面系统介绍了自动道闸控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。

3.1自动道闸的功能需求分析

本设计是应用在商场入口的自动道闸，需要高安全性和高可靠性。

（1）控制开关道闸需要自动控制和手动控制兼备

（2）系统必须具有紧急停止功能

3.2自动道闸的控制任务及要求

（1）当有人靠近道闸时，系统感应到信号后，电动机正转开道闸，但开道闸位置到达限位开关时，停止继续开道闸。

（2）当道闸处于开道闸状态持续8秒后，电动机反转，开始转入关道闸状态，但关道闸位置到达限位开关时，停止继续关道闸。

（3）当道闸处于关道闸过程中，且有人靠近道闸时，系统感应到信号后，会马上停止继续关道闸操作，重新进入步骤（1）中。

（4）当道闸在完全开的状态下，且未进入关道闸时，当有人靠近道闸时，系统感应到信号后，计时器必须重新进行8s计时，8s后再进入关道闸过程。

（5）应有具有防止道闸同时进行开、关道闸的互锁等保护装置。

3.3自动道闸控制系统构成

（1）主控制器：控制中枢，可以编写程序，控制器按照规定的顺序读取，发出预定的指令；并且程序可以按人的想法随意修改。

（2）感应探测器：采集自动道闸两侧产生的信号，当有目标接近自动道闸时，就会将信号传送给主控制器。

（3）交流马达：自动道闸的动力供应装置。

（4）道闸扇行运轨道：控制自动道闸的走向。

（5）道闸扇吊具走轮系统：控制道闸扇的运动方向和距离大小。

（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：起传输动力的作用，将动力传递给道闸扇。

（7）下部导向系统：起固定作用。

3.4自动道闸的机械传动机系统设计

（1）传动系统包括安装板、轨道、道闸机、皮带、吊挂件等。

（2）采用插入式组件简化安装操作。

（3）采用功率大、可调节的64V直流驱动电机。

（4）选择水平双导轨结构，保证道闸扇稳定性；配备双侧密封毛刷，防止灰尘的累积，维修简单。

（5）选择强度高、耐磨性好、具有一定减震能力的尼龙滑轮。

（6）采用齿形皮带，可以提高其与传动齿轮的吻合度，延长使用寿命。

4.自动道闸硬件系统设计

4.1驱动系统

本文设计的自动道闸运转的控制方式由变频器电路和交流电机来实现，前者的结构简单、操作方便、可靠性能好，后者的使用效率更高、维修成本更低。与直流电机驱动系统相比较，交流电机系统的工作效率更高、结构更加简单、维修操作更加方便、使用寿命更加持久，不仅如此，交流电机系统可调节的范围更大，能够实现低速恒转矩或者高速恒功率的运转模式。

4.2驱动器

驱动器的平稳运行决定了工作道闸的良好运作，本文通过变频器来调节驱动器的电机工作速度，作为目前自动道闸控制的主流技术，该技术的稳定性能良好、维修过程方便、安装步骤简单、花费成本较低等。

4.3变频器

1.变频器与负载的匹配问题

变频器与负载的匹配体现在三个方面，即电压匹配、电流匹配和转矩匹配。也就是说，变频器的额定电压、额定电流、工作转矩要与负载的额定电压、额定电流、启动转矩相符。由于本文选择的电机的额定电压为380V，最大启动电流为0.37A，启动转矩为1.4N/m，所以变频器的额定电压应当为380V，最大电流大于0.37A，工作转矩大于1.4N/m。

2.由于高速运行中的电机的电抗小，高次谐波增加，导致在工作过程中输出电流增大，所以对变频器容量的选择要稍稍高出普通电机。

综上所述，本文选择了日本三菱公司生产的FR-540变频器。该变频器的优点如下：

(1)操作简单，可以很轻松的实现频率的正反转和大小的变化。

(2)安装灵活，可以自由的选择控制装置的安装地点。

(3)频率设置简单，可以选择三个不同的频率，基本满足设计要求。

4.4感应开关

目前，市场上的感应开关的分类较多，可以根据感应原理的不同分为触摸感应、微波感应、红外感应、接近感应等类型，不同类型的感应开关适用于不同的使用环境中。本文选择的感应开关为人体感应探测器，分别安装在道闸的内外两侧用来感应来人情况，分别占据PLC的两个输入点。

4.5限位开关

自动道闸系统的主要目的是控制道闸的运动，为了能够更好地控制道闸的运动，必须在关键部位加装位置传感器，能够实时传递位置信号，使得PLC能够时刻准确地知道道闸在哪里。因此，必须安装两个行程开关，分别为开道闸极限开关和关道闸极限开关，前者用来检测道闸是否完全打开，后者用来检测道闸是否完全关闭。

4.6温度传感器

在自动道闸的使用过程中，道闸并不是一直处于开启，然后关闭的状态，还会存在开道闸过程中由于开道闸限位开关损坏，道闸停止运行或者关道闸过程中遇到人或物通过道闸时，道闸向相反方向运行的情况发生，这都会导致警报的产生。当发生后者的情况时，应该在自动道闸的系统中安装一个传感器，用来检测在关道闸的过程中是否有人或者物经过，当有人或者物经过时，自动道闸应该立即向相反方向的方向运行，即道闸立即被打开。由于道闸可能会一直处于开关的转变状态，导致电机需要频繁转动，因此，需要在电机上安装一个温度传感器，用来检测电机的温度，防止电机过热损坏芯片，亦可提前报警保护电机。

4.7控制系统

自动道闸系统的设计还要考虑到具体的工艺特点、控制要求，控制的目的和范围，需要的操作和动作等，并根据这些前提条件，估算出所需要的输入输出点数，内存的容量大小，PLC所具备的功能以及所需要的外部设备特性等，这些都需要选择合适的控制系统。

综上所述，本文最终选择了日本三菱公司生产的FX2-32MR小型PLC作为整个系统的控制核心。

5.程序设计

程序设计如图1所示，以达到本文所需要满足的控制要求和安全要求。

道闸系统设计方案（基于plc控制的小区自动道闸系统设计）(1)