基于plc的自动旋转门控制系统设计 本文简介：
随着生活水平的不断提高和科技的发展，旋转自动门丿r乏应用在楼宇自动化中，不仅美观实用，述为人们的生活带来方便。因此，要保证自动门安全冇效的?匸作，针对控制要求设计合理的旋转门控制系统就很有实用价值和现实意义。木设计利用可编程控制器（PLC）和变频器等设计了针对三翼自动旋转门的控制系统。设计中根据控制
基于plc的自动旋转门控制系统设计 本文内容：
随着生活水平的不断提高和科技的发展，旋转自动门丿r乏应用在楼宇自动化中，
不仅美观实用，述为人们的生活带来方便。因此，要保证自动门安全冇效的?匸作，针
对控制要求设计合理的旋转门控制系统就很有实用价值和现实意义。
木设计利用可编程控制器（PLC）和变频器等设计了针对三翼自动旋转门的控制
系统。设计中根据控制原理和设计要求确定了系统的设计方案，给出了结构框图、电
气原理图。针对每个环节进行具体设计，对主控芯片、变频器、传感器等进行参数选
择，给出传感器的连接电路和信号分析。系统通过生控芯片与各种传感器（防夹、防
撞传感器，红外线感应传感器，接近开关传感器）的连接，对控制信号进行检测和分
析，并利用变频器调节电机实现对旋转门的控制。
旋转门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、安全智能和夜间
闭锁等功能。另外针对不同人群的需要采取相应措施（如残疾人按钮）使整个系统显
得更加人性化。
关键词
可编程控制器变频器旋转门控制系统
Abstract
With
rising
living
standards
and
technology,
automatic
revolving
door
is
widely
used
in
building
automation,
not
only
beautiful
and
practical,
but
also
bring
convenience
to
people"s
lives.
Therefore,
to
ensure
safe
and
effective
work
of
automatic
doors,
designed
for
the
control
requkements
of
the
revolving
door
control
system
it
is
very
useful
and
practical
significance.
The
design
of
programmable
controllers
(PLC)
and
the
inverter,
etc.
designed
for
the
three
wing
automatic
revolving
door
of
the
control
system.
Design
principles
and
design
requirements
for
the
control
system
is
designed
to
detennine
the
given
block
diagram,
electiical
diagram.
For
each
link
of
the
specific
design
of
the
main
chip,
inverter,
sensors,
etc.
parameters,
given
the
sensor
connection
circuit
and
signal
analysis.
System
through
the
main
chip
with
various
sensors
(pinch,
crash
sensors,
infrared
sensors,
sensor,
proximity
switch
sensors)
connected
to
the
control
signal
detection
and
analysis,
and
using
frequency
converter
to
realize
the
acyustment
motor
control
of
the
revolving
door.
Revolving
door
control
system
for
the
door
of
the
automatic
start
and
stop,
automatic
positioning,
speed
regulation,
safety
features
such
as
intelligent
and
night
latch.
In
addition
to
different
groups
need
to
take
appropriate
measures
(such
as
the
disabled
button)
so
that
the
whole
system
even
more
user
friendly.
Keywords
Programmable
Logic
Controller
Inverter
revolving
door
control
system
摘要
I
Abst
r
ac
t
II
第1章绪论
1
1.1选题的背景和意义
1
1.2自动旋转门的国内外发展现状
2
1.2.1国外自动旋转门发展现状
2
1.2.2国内口动旋转门发展现状
2
1.2.3自动旋转门的发展趋势
3
1.3主要设计内容
3
第2章设计方案的确定
6
2.1自动旋转门系统的基本结构
6
2.2旋转门控制方案的分析
7
2.3旋转门控制方案的确定
8
第3章
主控芯片选择及辅助电路设计
10
3.1主控芯片的选型
10
3.1.1
PLC的简要介绍
10
3.1.2
PLC
的选型
11
3.1.3
PLC
的
I/O
点分配
13
3.2系统控制电路的设计
16
3.2.1变频调速的基本原理
16
3.2.2变频器容量选择
17
3.3系统电源的设计
19
第4章传感器的选型及信号处理
21
4.1红外检测传感器
22
4.1.1热释电红外传感器
22
4.1.2防夹红外传感器
24
4.2接近开关传感器
25
4.3
防碰撞传感器
27
第5章系统软件部分设计
29
5.1模拟输入输岀点信号
29
5.2控制程序流程图
31
5.3程序控制过程分析
32
结论
44
致谢
45
参考文献
46
附录1
47
DIRECTORY
Abstract
I
Abstract
II
Chapter
1
Exordium
1
1.1
Background
and
significance
of
topic
selection
1
1.2
The
development
present
situation
of
automatic
revolving
door
at
home
and
abroad
2
1.2.1
Development
of
foreign
revolving
door
2
122
Development
of
the
domestic
revolving
door
2
1.2.3
Development
Trend
of
the
revolving
door
3
1.3
Main
design
contents
3
Chapter
2
Determination
of
Design
Scheme
6
2.1
The
basic
structure
of
automatic
revolving
door
system
6
2.2
Analysis
of
the
revolving
door
control
method
7
2.3
Determination
of
the
revolving
door
control
method
8
Chapter
3
The
master
chip
select
and
the
auxiliary
circui
10
3.1
Selection
of
the
master
chip
10
3.1.1
PLC"s
brief
10
3.1.2
PLC
Selection
11
3.1.3
The
I
/
O
Distribution
of
PLC
13
3.2
The
design
of
System
control
circuit
16
3.2.1
The
basic
principle
of
frequency
control
16
3.2.2
Inverter
Capacity
Selection
17
3.3
The
design
of
system
power
supplies
19
Chapter
4
Selection
of
sensors
and
signal
processing
21
4?1
Infrared
detection
sensor
22
4.1.1
Pyroelectric
infrared
sensor
22
4.1.2
Pinch
infrared
sensor
24
4.2
Proximity
switch
sensor
25
4.3
Anti-collision
sensors
27
Chapter
5
The
design
of
software
29
5.1
The
signal
of
analog
input
and
output
points
29
5.2
The
flow
chart
of
control
program
31
5.3
The
analysis
of
program
control
process
32
Conclusions
44
Acknowledgements
45
References
46
Appendix
1
47
第1章绪论
1.1选题的背景和意义
随着人们生活水平的不断提高和科学技术的飞速发展，人们更
加注重自动化和人性化的产品。楼宇口动化产品中的旋转自动门由
于其可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降
低噪咅，既方便又提高了建筑的档次的原因，在银行、写字楼、酒
店等办公娱乐场所得到了广泛普及应用。
自动旋转门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人
们的安全观念。同吋对丁旋转自动门的控制系统也有了更高的耍求。
旋转自动门的控制更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防
范、通行、疏散，同时还融合了建筑艺术的理念，强调门与建筑以
及周围环境整体的协调、和谐。
自动旋转门控制系统的基木工作形式是在门的不同位置安装传
感器以及控制芯片等，对旋转门进行人性化、智能化的口动控制。
可以根据通行人员的多少、有无老幼残孕等情况调整旋转门的旋转
速度以适应不同情况的需求。当检测到行人距门翼太近、走反等有
可能出现危险的时候，能及时通过调整避免危险的发生。而且在无
人通行时停止节能，在仅间实现闭锁等功能。由于旋转自动门在通
电后可以实现无人管理而II智能、安全、节能，又能提高建筑的档
次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。
因此针对自动旋转门系统的设计就显得更具有实际意义，不仅
可以提高旋转门的智能化程度，更能促进旋转门的技术更新和产品
的应用。
1.2自动旋转门的国内外发展现状
1.2」国外自动旋转门发展现状
自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门⑴，旋转门至今
已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和
先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入
口提供了完美的选择。国外著名厂家有：荷兰的BOON
EDAM
瑞
典的BESAM
徳国的多玛、盖泽
日本的纳博克、寺冈等。
由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转
门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可
靠等优点；控制系统采用数字化设计的系统作为控制屮枢，冇功能
更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采用先进的红外与微波
感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各种安全
检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家生产
的自动旋传门述具有远程控制和液品显示。利用当前先进的通信和
网络技术，使自动门的维护不再受吋间、地域和专业维护技术的限
制，制造商可通过internet与设备进彳亍实时交流，校正偏差，让自
动门达到最佳运行状态。当岀现异常时，可准确传回故障信息，实
现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化
设计，全面显示门体转速、状态和故障等信息。
1.2.2国内自动旋转门发展现状
我国旋转门技术的发展：我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、
瑞典、日木等国。90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅
速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国内专业厂家：北京有凯必
盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有上海康育、广
州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。
旋传门在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长,
2008年北京申奥成功和WTO的加入。从木世纪开始，我国进入了
2
全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨
大推动力。现代城市建筑物装饰装修中，将高科技应用到建筑物的
外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化。对门的选择由单一
的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开
放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可
质疑的必选设施。堪称建筑物的点睛Z笔。但是国家对自动门产品
质量、安全性、节能性、噪咅、施工质量、售后服务还没有统一的
标准，所冇国内建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威
的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国内建筑业
的发展，这一状况一定会有所改变。
1.2.3自动旋转门的发展趋势
经过多年发展，旋转门行业呈现以下发展趋势：
1
?智能化、多功能：今后的述将进一步提高智能化程度，如自
动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高
的遇障保护灵敏度等。述将增加一些新的功能，如和住宅安防系统
配合使用等。
2.
免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。
3.
多样化：将会冇各种各样不同外观和功能的产品，满足用户
的不同需要。
4
?高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将成为非常重
要的一项指标，也是一项基本要求。
1.3主要设计内容
旋转门控制系统的设计是以三翼旋转门为模型，以PLC为主控
制器，外加传感器和变频器等组成的口动旋转门控制系统。
通过各种类型的传感器将控制信号（如：调速按钮、防夹、放
撞、防碰、急停等）检测并经处理传递到PLC中，根据设计要求的
安全控制措施以及条件的优先级来判断并发岀相应的控制信号，最
后由传动装置完成动作。
本设计的主要特点是设计充分考虑人的需求，使旋转门更加智
能化和人性化。
预计实现的主要功能有：
1
?旋转速度可调。旋转门设有低速、中速、和高速3种旋转速
度，通过残疾人、正常、高速三个按钮进行切换，以适应残疾人通
过、正常运传和紧急疏散时对传速的不同要求。
2?口动起停功能。检测到來人时口动启动，并以止常转速运转，
15s无人进出，则自动停转并封门。
3.
防夹功能。当门扇运转靠近曲壁立柱时，则旋转门马上停传，
以防止撞伤行人或撞坏物体。行人或物体离开右侧立柱时门口动恢
复运转。
4.
防撞功能。当行人紧靠右侧立柱或遇物体碰撞右侧立柱时，
则旋转门马上停转，以防止撞伤行人或撞坏物体。行人或物体离开
右侧立柱，门自动恢复运转。
5?防碰功能。行人在旋转门内通行过程中，如遇门扇碰行人脚
后跟，则门立即口动停转，以防止碰伤行人。行人离开门扇，门自
动恢复运转。
6?锁门功能。采用屯磁锁方式锁门，只要转动钥匙即可完成自
动锁门工作，快捷方便。
7?急停功能。当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即
停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。
8.暂停功能（STOP钮）。与急停功能相当，不同的是按STOP
钮后，必须用残疾、正常或高速三个按钮中的一个进行恢复。
9
?残疾优先功能。当按下残疾按钮后，30s内门始终以2
r/
min
的速度低速运转，此时按止常或高速钮无效，以确保残疾人安全通
过。30s后来人，门口动以正常速度运转。
10.电动机过载保护功能。当电动机过载吋，门停转并且指示灯
闪烁报警。过载消除后门门动恢复运转。
11?变频器报警输出和延时自动复位功能。当变频器过压或过流
时，关闭输出，门停转并报警（指示灯闪烁），延时3s自动复位。
木设计自动旋转门采用的电机是JXJ1-35-0.75摆线针轮减速器
三相异步电机。
JXJ系列异步电机按照TB1T6442-92标准设计制造，广泛用于轻
工,纺织，建筑机械行业。JXJ系列异步电动机是直接输岀低转速，
大转距，且有转速型谱宽，运转平衡，噪声低，高效节能，体积小，
重量轻，规格多，选用方便等特点。具体参数见表1?1。
表1-1电机参数表
型号
额左
功率
(KW)
转矩
(N.m)
同步
转速
(r/min)
满载
转速
(r/min)
总传
动比
齿轮
传动
比
减
速
器
JXJ1-35-0.37
0.37
67.9
1500
1440
240
6.9
35
第2章设计方案的确定
2.
1自动旋转门系统的基本结构
1?框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻
璃等组成⑵。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构
简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每
扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何
位置均处于密闭状态；门扉玻璃釆用（3+3）夹胶玻璃或6MM厚钢
化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。门体结
构简图如图2-1所示。2.驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中
心门轴驱动。
3?控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。
4
.检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机
启停进行操作。
5?安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立
柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装
有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正
常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装冇内藏式防碰感应器，
碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复止常，门扉则口动转
动。
2.2旋转门控制方案的分析
旋转门主要设计是从门体，传动系统，控制系统，检测系统，安全
系统等几个方面进行考虑⑶。从上面几个方面具体分析有两种设计
方案可供选择：
1?方案一
(1)
框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和
玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构
简洁，精密牢固。圜周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，每扉
门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位
置均处于密闭状态；门扉玻璃采用(3+3)夹胶玻璃或6mm厚钢化玻
璃，曲舉玻璃一般采用(4+4)夹胶玻璃，安全可靠。
(2)
传动系统：由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋
转转盘驱动。
(3)
控制系统：由单片机、变频器、功能开关组成。
(4)
检测系统：由红外传感器实现有无人口动检测，口动对电机
启停进行操作。
(5)
安全系统：主要冇接触和非接触安全感应器。旋传门入口
立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，口动门入口右侧立柱胶条内
装冇内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复
正常，门扉则自动转动；每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应
器，碰到物体或行人门扉立即停止运传。胶条恢复正常，门扉则自
动转动［⑸。
2
.方案二
(1)
框架总成：分为固定部分和旋传部分，均由铝型材框架和玻
璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简
洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉
门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位
置均处于密闭状态；门扉玻璃采用(3+3)夹胶玻璃或6MM厚钢化
玻璃，曲壁玻璃一般采用(4+4)夹胶玻璃，安全可靠。
(2)
驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中
心门轴驱动。
(3)
控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。
(4)
检测系统：由红外传感器实现有无人口动检测，口动对电机
启停进行操作。
(5)
安全系统：主要冇接触和非接触安全感应器。旋传门入口
立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，口动门入口右侧立柱胶条内
装冇内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复
正常，门扉则自动转动；每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应
器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自
动转动。
三翼旋转门采用方案二这种结构，即小心门轴通过轴承机构垂
直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角
度相等。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以
感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。在控制系统
上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁朵，只利于大批量生
产，不适于单件设计。综合两种方案进行比较，可以看出第二种方
案在具体设计中更具冇实用性，完善性。故选择第二种方案。
2.
3旋转门控制方案的确定
通过分析可知本设计是利用可编程控制器(PLC)、变频器传感
器等构成三翼自动旋转门的控制系统⑷。根据控制原理和设计要求
确定了系统的结构框图如图2-2所示。
红外传感器作用是检测是否有行人通行；红外防夹传感器和防
夹接近开关用來检测是否有人被夹；定位接近开关用來检测门翼是
否停在定位位置；防碰撞传感器用来检测是否冇人被碰或被撞；主
控芯片用來判断传感器传來的各种信号并经过判断做出相应控制动
作；变频器接收控制信号对电动机进行调速。另外还有运行状态指示灯和过载报警等等。
旋传门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、
安全智能和夜间闭锁等功能。图2-2控制原理框图
3~第3章
主控芯片选择及辅助电路设计
3.
1主控芯片的选型
3.1.1
PLC的简要介绍
PLC的定义：可编程控制器(Programmable
Controller)简称
PC,但个人计算机(Personal
Computer)也简称PC。为了区别，人
们仍习惯称可编程控制器为可编程逻辑控制器PLC
(
Programmable
Logical
Controller)
o
国
际电工委员会(International
Electrical
Committee)于
1987
年颁布了可编程控制器的标准及其定义：可编程控制器是一种专门
为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可
以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、
计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的
输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其
有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于
扩展其功能的原则而设计⑸。
可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑
控制器
PLC
(Programmable
Logic
Controller),
口的是用来取代继
电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能【心。PLC的基
本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制
系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起來，控制器的
硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件
写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，
到70年代屮期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为屮央处理器，
输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集
成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，述同时具冇数据处理、
PID调节和数据通信功能I?。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环
境下应用而设计。它釆用了可编程序的存储器，用来在其内部存储
执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，
并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过
程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它
克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗
高、通用性和灵活性茅的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户來说，是一种无触点设备，改变程序即可
改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施
阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商
角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，
适合批量生产。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，
受到用户的青昧，因而在冶金、化工、交通、电力等诸多领域获得
广泛的应用，与机器人、CAD/CAM
一起，被称为现代工业控制的
三大支柱。可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在
世界各地发挥着越来越大的作用
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的
欢迎，并得到迅速的发展。
3.1.2
PLC的选型
通过分析可知，所需的控制的电气元器件冇按钮开关和指示灯
等。具体如表3-1所示。
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%的接点数來计算，输入接点至
少要30个，输出接点至少耍10个。
本系统是个简单控制系统，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：30X15M50
开关量输出字节数：10X8=80
系统推断定时器/计数器字节数：8X1=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，同吋兼顾经济性原则。在常用的PLC产品中
SIMATIC-S7-200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PLCo在此系列PLC中设置了高数计数器，对來口特
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
SIMATIC-S7-200型PLC,参数见表3?2。由PLC
型号主回路电压AC
（100?240）
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⑹。
表3-1控制系统电气元件表
序号
符号
名称
型号
规格
1
SB1
停止按钮开关
LAY
8
DC24V
2
SB2
停止按钮开关
LAY
8
DC24V
3
SB3
高速按钮开关
LAY
8
DC24V
4
SB4
髙速按钮开关
LAY8
DC24V
5
SB5
中速按钮开关
LAY
8
DC24V
6
SB6
屮速按钮开关
LAY
8
DC24V
7
SB7
残疾按钮开关
LAY
8
DC24V
8
SB8
残疾按钮开关
LAY8
DC24V
9
SA1
急停开关
LW22
DC24V
10
SA2
电磁锁
D4JL
DC24V
11
FR1
热继电器
JR-20
1.6A
12
LAMP
报警指示灯
XD8
DC24V
13
LAMP
常速指示灯
XD8
DC24V
14
LAMP
高速指示灯
XD8
DC24V
15
LAMP
低速指示灯
XD8
DC24V
16
BELL
过载报警铃
NFM1/22L
AC150V~220V
表3-2
PLC性能参数表
性能指标
S7-200-CPU226
程序存储容量
4096B
数据存储容量
2560B
I/O点数
128位
指令类型
149种指令
基本指令执行时间
0.37us~
1.8us
扩展I/O模块数量
7块记时/记数区
256记吋器/记数器3.1.3
PLC的I/O点分酉己
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。对于直流电源，应并接续流二极管，对于交流
电路应并接阻容电路。阻容电路中电阻可取51?120欧，电容可以取
0.1?0?47uF。电容的额定电压应大于电源的峰值电源,续流二极管可
以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。对PLC输入端
电阻分析，自带电阻为3k欧,对T
DC24V的电流为标准电流，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
性负载输出吋可选电流为1A左右的二极管，电阻约为50欧左右。
木系统中输出口选交流电源，电阻取65欧。
根据实现功能和设计要求，对PLC的I/O点进行分配。输入点
分配表见表3?3输出点分配表见表3?4。详细接线图如图3?1所示。
表3-3输入地址分配表
输入地址
对应的外部设配
10.0
急停按钮
10.1
残疾按钮
10.2
停止按钮
10.3
常速按钮
10.4
高速按钮
10.5
电磁锁钥
10.6
直流制动接近开关
10.7
防夹接近开关1
11.0
红外线传感器1
11.1
防撞传感器111.2
防碰传感器1
11.3
红外防夹传感器1
11.4
变频过载报警输入
11.5
锁门接近开关
11.6
防夹接近开关2
11.7
红外线传感器2
12.0
红外线传感器3
12.1
红外线传感器4
12.2
防撞传感器2
12.3
防碰传感器2
12.4
防碰传感器3
12.5
红外防夹传感器2?24V
SA
锁匙
—J
L+
10.5
SBl
急停
QO.O
10.0
SB2
-
o
o
1
SB6
一_
O
O
1-
停止按钮
10.2
高速按钮
10.4
中速按钮
10.3
残疾按钮
10.1
SIMATIC?S7?200
10.6
""接近开关）
""接近开关
红外防夹
“⑷红外防夹
VAO
碰撞信朗
碰掠信号
10.7
11.6
11.5
113
12.5
11.2
VA7
碰撞信朗
12.3
12.4
11.1
22
11.0
11.7
12.0
12.1
KM23
过热
12.6
KA22
过载
11.4
CPU-226
Q0.2
Q0.5
Q0.3
Q0.4
Q0.6
Q0.7
Q0.1
Q1.0
Q1.1
Q1.2
Q1.3
L1
1L
IM
2M
M
GND
图3-1
PLC的I/O
口电路表3-4输岀地址分配表
输出地址
信号内容
Q0.0
上电及报警信号
Q0.1
电磁锁控制继电器
Q0.2
电动机启停（变频器智能端子FWD）
Q0.3
速度控制（变频器职能端子X2）
Q0.4
速度控制（变频器职能端子XI）
Q0.6
直流制动（变频智能端子REV）
Q0.7
变频器复位（变频智能端子RESET）
Q1.0
常速运行状态
Q1.1
高速运行状态
Q1.2
低速运行状态
Q1.3
过载报警3.2系统控制电路的设计
对于本系统來说，主要的控制是由控制芯片通过变频器来调节
电机转速完成控制要求的。因此变频器电路是系统控制电路的重要
组成部分。下面介绍木系统的变频器及其电路。
3.2.1变频调速的基本原理
变频调速技术的基木原理是根据电机转速与工作电源输入频率
成正比的关系：
n
=60
f
（
1-s）
/
p,（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、
电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改
变电机转速的口的。
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p（l?s）从上式可见，改变
供电频率f、电动机的极对数P及转差率s均可太到改变转速的0
的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的
同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用不改变同步
转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串
级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、
频率的变频调速有能无换向电动机调速等⑺。从调速时的能耗观点
來看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指吋转差率
不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损
耗冋收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效
调速，如转子串屯阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离
合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈小；液力偶合器调速，能
量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而
壇加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的⑻。
3.2.2变频器容量选择
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⑼。
降低变频器的输出频率，就可以实现电动机减速。加快变频器
输出频率的降低速率，可使电动机更快的减速。当变频器输出频率
对应的速度低于电动机的实际传速时，电动机就进行再生制动。在
这种运行状况下，界步电动机将变成界步发电机，而负载的机械能
将被转换为电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身
的过电压保护电路将会动作并切断变频器的输岀，使电动机处于自
由减速状态，反而无法达到快速减速的目的。为了避免岀现上述现
象，使上述能量能在直流中间冋路的其他部分消耗，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。
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。
乂因为三翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。根据
以上的计算的数据，选用佳灵JP6C-T9-0.75o具体参数见表3?5。
变频器接线图如图3?2所示。
表3-5变频器参数表
变频器型号
JP6C-T9-0.75适用功率
0.75
kW
额
定
电
流
额定容量/kVA
2.0
电压/V
3
相,380-440
额定频率/Hz
50/60
额定电流/A
2.5额定过载
短时间
额定电流的150%lmin相数，电压，频率
3
相,380~44(),50Hz/60Hz
电
允许波动
电压10%—15%,频率5%??5%
源
瞬1"可电压降低范围
310V以上，继续运转所需电源容量/kVA
1.2
输
最高频率/Hz
50?400可变设定
出
基本频率/Hz
50?400可变设定
制
启动频率/Hz
0.5?60可变设定
动
载波频率/Hz
2?6可变设定电压/频率特性
用基本频率可变设定320?440V
控
电矩提升
自动:按照负载转矩，调至最佳
制
手动设定:0.1?20.0编码设定启动转矩
150%以上（转矩矢量控制）
制
动
制动转矩
100%以上
可选使用时
150%以上（用DBR时）
直流制动
可设制动开关开始频率,吋间等
图3-2变频器接线图3.3系统电源的设计
木设计共有两个电源模块。一个直流24V和一个为电磁锁等提
供的直流±12V模块。如图3?3和图3?4所示。图3-3为第一个电源模块。将交流电220V通过变压器将电压
转换为所需的电压等级，再经过整流桥整流，通过稳压器7824和电
容、稳压管等等器件实现整流稳压滤波的作用，最终输出所需要的
24V直流电Ml。
图3-4为本系统的第二个电源模块。为了给电磁锁和其他传感器
供应+
12V和?12V直流电源，在电源设计中加入了以上电路。原理
同图3?3,交流220V电源经变压器降压，然后经过整流桥整流，通
过稳压器7812和7912以及电容电路稳压、滤波，最后输岀所需要
的+
12V和?12V直流电源。
图中电磁锁是为了完成自动门夜间闭锁功能而设置的，电磁锁
的主要控制内容和电磁继电器类似，都是通过控制线圈吸合来实现
控制的。
第4章传感器的选型及信号处理
为防止三翼旋转门在工作过程中因某些原因而发生伤人的事故
出现，那么就需要配置一定的安全系统。主要采用以下方式。红外
线防夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人，当人在门扇与
曲壁立柱安全距离内时，感应器与接近开关信号同时生效，门扇应马
上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，胶条内装有内藏式感
应器，如遇物体碰撞或受压，门扇马上停止转动，防止夹伤行人，
胶条内感应器恢复正常后，转门也随Z恢复正常运转。每扇门扉底
边装有全开宽内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转
动，防止门扇打倒行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢
复正常运转［⑼。此外，还采用了
4只测量范围为5mm的电感式接
近开关。接近开关用于防夹位置区域设定、直流制动封门及锁门定
位貯。
传感器的分布如图4?1所示。
图4-1传感器分布示意图
4.
1红外检测传感器
4.1.1热释电红外传感器
被动红外探测器的原理是人体表面温度与周围环境温度存在差
别的，在人休移动时，这种差别产生的变化可以通过红外敏感元件
来检测到，从而触发报警。而且，为了防止误报，被动红外探测器
通过菲涅尔透镜将探测覆盖范围分成一定数量的探测区，当温度变
化在两个区Z间产生时，探测器电路就触发一个信号脉冲，探测器
根据信号脉冲触发警报输出［⑴。
热释电红外线传感器是80年代发展起來的一种新型高灵嫩度
探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,
并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动
各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。
红外线入门检测电路采用8?10pm波长的双元件热释电红外线
传感器，它可以检测人体发射的红外线，与穿的衣服多少无关。采
用双元件的传感器可以消除环境温度变化引起的误动作。为提高检
测距离，采用焦距为15?20mm的菲涅耳透镜，这样可检测距离为
10?12m
（视野约
70°
）
,20|o
被动式热释电红外探头的优缺点
优点：本身不发任何类型的辐射、器件功耗很小、隐蔽性好、
价格低廉。
缺点：
1
?容易受各种热源、光源干扰。
2?被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探
头接收。
3
?易受射频辐射的干扰。
4?环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时
造成短时失灵。
当有人进入该视野时就会产生一个交流电压，这电压的频率与
移动的速度冇关。在正常行走速度下，其频率约为6Hz左右。
人体检测电路的框图如图4?2所示。其电路如图4?3所示。
传感器
放大滤波
I
I
I
I
基准电床
比较器二］驱动电路
1/
延时电路图4-2人体检测电路框图
图4-3
红外线检测放大及比较电路a
图4?3中，Rl、C1为退交连电路，R2为传感器负载电阻。传
感器的输出信号经C2耦合到运算放大器A1。电阻R3、R5将放大
器偏置于电源电压的一半，其增益取决于R6与R4的比值。经两级
放大后，信号放大40?50倍左右。A2在无信号输入时，其输出约为
4.5VDCo图中C3、C9为退交连电容。
A3为电压比较器。调节W,使比较器同相端电压在2.5V~4V
左右变化。在无报警信号输入时，反相端电压大于同相端电压，比
较器输出为低电平。当有人入侵吋，比较器翻转，输出为高电平（并
且LED亮），当人体在走动时，则输出一串脉冲。
7SJP
Vin
Q
+12V
1N4I48图4-4红外线检测放大及比较电路b
图4?4为红外检测放大比较电路，电路中A、B端与图4?2中A、
B连接，即当有人走近门前时（有一定距离），比较器A3即输出一
串脉冲。传感器分别安装在门的里外两边，使人无论进门或出门，
都能检测到信号。
前半部分有信号输岀就会使BG导通，BG输岀低电平，此低电
平触发单稳态电路，使其3脚输出为高电平，使继电器吸合。暂态
吋间ft!
R3、C3决定，暂态结束后3脚为低电平，继电器释放。
4」.2防夹红外传感器
防夹传感器是用來检测人是否在防夹区域内用的。应采用红外
线传感器检测，其检测方式是竖直的。因此当人在防夹区域吋，传
感器只有通过竖直检测才不会误判。假如传感器不是竖直的，而是
发散的，如人止常经过转门区时，防夹传感器就有可能检测到人的
存在，而此时门翼又冇可能正好在防夹接近传感器范围内。两者信
号同时有效，使门体无故停转，而造成不必要的麻烦。因此可以选
择红外垂直防夹传感器。红外线防夹传感器安装在门的进出口的两
个防夹区域内，即进出口的右边立柱旁的华盖上，其具体位置根据
调节而定。详细电路如图4?5所示。
Vdd
DZ-46
KA11
R35
TX05D
9013
10K
R34
17.5
K
vr图4-5防夹红外传感器电路图
TX05D为反射式红外光电开关，通电后，它会向外发射载频为
40kHz的红外调制光。TX05D的工作电压为5?12V,当通电电压
为12V时，其红外监测距离在l?2m左右。当有人闯入其红外监视
区内吋，人体会反射部分红外光信号到TX05D的光电接收管，经光
电转换及TX05D内的放大器放大、调解、信号处理及整形后，在其
输出端输出高电平信号。该信号经R1使VT导通，继电器通电、吸
合，其触点接通。
TX05D是国产反射式红外光电开关，是红外发、收一体化红外
传感模块器件，外部只有三根引线，安装、使用方便，在红外检测、
自动防范、自动或半自动控制中得到一定应用。TX05D的主耍性能
参数如F:
TX05D采用-直流电压，Vdd二5?12V；工作电流为5?15mA；红
外监测距离小T
120cm,其距离在一定程度上与所加的电源高低有
关。
4.
2接近开关传感器
本设计中应用的接近开关传感器共四个：防夹接近开关（出入
口右侧立柱齐1个）、直流制动接近开关1个、锁门接近开关1个。
1
.防夹接近开关：由于在出入口两个防夹区域内妾安装了防夹
传感器。而防夹感应器是用来感应人是否处于防夹区域内，而不知
道是否门扇已经靠近防夹区域内，所以仅靠防夹传感器是无法鉴别
25
人是否即将受夹或正在受夹。则需要一个接近开关來判断门翼也走
到了防夹区域内。如果在防夹区域内，则接近感应器发岀信号表示,
如果此时有人进入防夹区则有可能被夹。两信号同时有效时，则使
门停转制动。由于人的宽度一般在0?5m以下，可设此距离为接近
感应器感应距离。当门翼靠近曲壁门柱0.5m时，接近开关传感器
就可以发岀信号。
2
?直流制动接近开关：由于当电动机停转时，门要停在指定的
位置，而门停转时，电机要先停转而门体有一定惯性而使得门无法
停在指定的位置上。这时我们就需要接近开关，当门靠近门停位置
时，就产生信号发出制动信息，使门体在这个位置。接近开关的感
应距离过大，会使门制动后停在指定位置的前边。感应位置过小，
由于接近开关也有一个响应时间，则使门停超过门应停的位置。
3?锁门接近开关：当锁门时，为了让门精确的停位在上锁的位
置，同样需要一接近开关提前感应锁门位置的临近，发出锁门信号
使门体精确停在这个位置便于我们上电磁锁和机械锁，而无需人再
来推门体使其准确停位。接近开关的感应距离过小都到不了门体的
精确停位，而使得无法上锁。所以感应距离为适当才可。详细电路
图见图4?6。
图4?6为本设计中用到的电感式接近开关。该电路为负电源供
电，电压为-12V,电路由振荡器施密特触发器由稳压管组成的稳压
器输出晶体三极管和电源滤波器组成，接近开关。
以555为核心组成单稳态触发电路。555的触发端2脚通过大
电阻R2接地，处于等待触发状态。当人体接近或靠近金属板电极时,
由于感应信号，555被触发，输岀一单稳脉冲。C?用于抗干扰滤波,
Rx是集成电路上的电阻，用于调节工作距离，Ni和N2为带有铁
心的线圈，S是工作距离。电路工作电流最大250mA,工作频率最
大5kHz。本设计中用到的接近开关型号为
L8交直流开关型。
4.
3防碰撞传感器
防碰撞传感器：防碰传感器主要吋为了防止人和门的速度不一
致时，旋转门翼打到行人；而防撞传感器则是为了防止人因不小心
撞在门体的立柱上，而引起旋传门体旋转过来撞伤行人。英采用接
触式传感器防夹安全带來实现，它是以向其施加垂直压力致使触带
内的导电体互相接触，这导致电阻和电流改变而产生开关信号的。
防碰传感器安装在两扇旋转门翼的底部，而防撞传感器安装在门体
的立柱上。电路图如图4?7所示。
+12
7P1TP5
R19
1M
00
as
M1555
zz5zC14
()01
uF
+
C15
KDuF
3
KA5
?KA9
DZ-46
TRIG
二
Q
=hzC16
I
OQluF图4-7防碰撞传感器电路图
图4?7就是木设计屮用到的防碰防撞压力传感器的电路图，该
电路图中，NE555吋基集成屯路以单稳态方式工作，TP1?TP5是金
屈触摸片，数量可根据需要设置。接通电源后，由于NE555的②脚
无触发信号输入，电路处于复位状态，NE555的③脚输出为低电平,
整个装置不工作。
一旦有人触及金属片TP1?TP5小的任何一片时，由于人体感应
电势给NE555的②脚输入了一个负脉冲，使NE555的工作状态翻
转，NE555的③脚由原來的低电平跳变为高电平，从而触发继电器
线圈，引起PLC产生动作。
TP1?TPn可用铜片或铝片，接到任何需要维护的部位。具体使
用时，可安装于入口右侧门立柱内和每扇门扉底边处，这样就可以
防止旋转门运行过程中夹伤行人，也可以防止门扇打到行人。
第5章系统软件部分设计
5.
1模拟输入输出点信号
由于设计小很多按钮的功能是重复的（如调速按钮等），因此以
下只选其一来说明。具体内容见表5?1、表5-2.表5?3。
表5-1程序中使用的端口及功能表
端口
功能
端口
功能
SM0.0
程序初始化脉冲
M5.0
高速转速逻辑控制
M0.0
PLC上电启动，断开电机
M6.0
防碰防撞传感器逻辑控制
M0.1
急停按钮逻辑控制
M7.0
设定制动前速度逻辑控制
M0.2
变频器过载报警信号
T37
PLC报警指示灯逻辑控制
M0.3
变频器过热报警信号
T38
PLC报警指示灯逻辑控制
M1.0
红外线传感器检测逻辑控制
T39
变频器自动复位逻辑控制
M1.1
电机启停逻辑控制
T40
电动机自动停转逻辑控制
Ml.2
STOP按钮逻辑控制
T41
STOP/防夹功能逻辑控制
Ml.3
直流制动脉冲
T42
残疾人通过时间逻辑控制
Ml.4
制动锁门逻辑控制
T43
接近开关制动逻辑控制
Ml.5
防夹制动逻辑控制
T44
无人进出时等待时间设定
M3.0
残疾人转速逻辑控制
T50
变频器过载过热延时白动
复位时间设定表5-2模拟输入点信号
输入点
信号内容
输入点
信号内容
10.
0
急停
11.
0
红外感应器1
10.
1
残疾开关
11.
1
防撞传感器1
10.
2
STOP开关
11.
2
防碰传感器1
T0.
3
Middle开关
T1.
3
防夹传感器1
10.
4
High开关
11.
4
变频器报警输出
10.
5
锁匙
11.5
锁门接近开关
T0.
6
直流制动接近开关
10.
7
防夹接近开关1表5-3模拟输出点信号
输出点
信兮内容
输出点
Q0.0
上电及报警指示灯
Q1.0
Q0.1
电磁锁控制继电器
Q1.1
Q0.2
电动机启停
（变频器智能端子1）
Q0.3
速度控制
（变频器智能端子3）
Q0.4
速度控制
（变频器智能端子4）
Q0.6
直流制动
（变频器智能端子5）
Q0.7
变频器复位
（变频器智能端了
6）
Q1.3
过载报警
5.
2控制程序流程图
系统设计的程序流程图如图5-1所示,语句表程序见附录。图5-1程序设计流程图5.3程序控制过程分析
1?初始化上电程序设计
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來对上电作出反应，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：
I
SM0.1
M0.0
r
()
2
?急停程序设计
由于急停采用转换开关SB1进行外部输入，连接PLC的输入映
响寄存器10.0,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：
I
10.0
M0.1
HI
()
3.过载、过热程序设计
由于变频器过载输出连接PLC输入映像器11.4,用内部继电器
M0.2对相关信号进行中转输出；由于电机常时间进行，可能带來电
机过热，所以在电机上连接热继电器JR20,当电机过热时热继电器
闭合通过PLC的输入映像12.6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：
M0.3
()00.0
()
M0.1
M0?2
M03
4
?指示灯程序设计
IN
TON
PT
1DQnMT37
IN
TOW
FT
T3&
过载过热指示灯闪烁需要脉冲來实现，当PLC上电后，指示灯
亮输出，而当急停按下，变频器过载，电机过热吋，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。具体程序为：
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常开一宜闭合。当过载、过热、急停内部继电器有信号吋使
相应触点闭合，导致T38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。
5.变频器复位程序设计
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。当过载信号来临吋，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。
150IN
TONPT
1?hi5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：
I
T50
TO
Q0L7
Hi
（）
Q0L7
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。
由于变频器的复位开关需要有一定的接触吋间才能真正接通产
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；
Q0L7
T39IM
TC?
1
?S—
FT
100ns6
?红外检测程序设计。
红外线检测有人吋，残疾人时30秒停转、高、中转速吋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，耍保证电机的转动需耍一个持续的信号，则还应在程序设计
中设置互锁。采用PLC内部继电器Ml.0来实现。则设计如下：
MW
Tan
F-IUO
TW
Mid
T1.7
12.0
1211
程序解释：当红外线检测有人时，四个传感器的常开触点11.0,
11.7,
12.0,
12.1,
|nj时计时器T40复位，常闭触点T40任然闭合。
当红外线检测无人时，即四个触点复位启动T40
II-时15秒后常闭
触点T40断开，使M1.0停止输出。当高，中速输入M1.1闭合时其
响应过程和上次一样。只要M
1.0
一经启用，常开触点M
1.0就闭合
产生自锁效应。当残疾输入Ml.1常开触点闭合时，M3.0也同时启
用使其有一条通路接通M1.0.即使十五秒后，定时器的常开触点T40
断开对其接通也无影响，30秒后常开触点M3.0复位断开，切断Ml.0
的信号输入。这就保证了残疾速度的优先功能，此时按变速按扭也
是无效的。
7.
高、屮、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10.1、10.3、10.4用内部继电器Ml.1来实现
指令的中转。则程序设计如下：
M1.1
?!
()
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10.1常开触点一闭合，在闭合瞬间的上升沿过程屮，使
M1.1输出信号。
8.
红外线启动传感器停止输入定时程序设计
I1JD
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
该开始传动，而当人进入时，电机也应该带动门传动，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
来实现定吋。而四个启动传感器分别接输入映像寄存器11.0.
11.7.
12.0、12.1用其常闭触点来实现。则程序设计如下：
11.7
I2D
121
Ml」
T4Q
/
丨彳
1斗
TOW
1/1
/1
/
r
/I
?150-
FT
程序解释：当红外线传感器检测冇人时，其11.0.
11.7.
12.0、
12.1断开，使定时器T40复位,而当无信号输入时，11.0、11.7、12.0、
12.1复位闭合使T40开始重新计时控制门转动15秒，而当红外一直
没有信号输入吋，定吋器一直计吋至计满为止，而T40相关触点保
持持续接通状态。用M1.1常闭触点串联其中是为了实现高、中变
速输入时保证电机只保持相应状态
15秒，自动恢复原状态或停止。
9.
电机起停控制程序设计
当红外线检测冇人时，和门没有精确停位任需要再转吋以及变
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
常闭触点的吊联來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
信号输岀，让电机停转。
10.暂停（STOP）输入程序设计
STOP按扭是实现临吋的停转功能，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。同时由于暂停输岀是
一个较长的过程，也应有口锁设计。STOP按扭接输入映像器10.2,
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Ml.2才实现信号的屮转输出，则程序设计如下：程序解释：当10.2瞬间闭合的上升沿过程中Ml.2产生输出，
同时Ml.2常开触点闭合产生自锁，直到变速常闭触点断开时，使
STOP输出停止。
11.
急停、防夹、暂停定吋程序设计
T41
为了防止急停、防夹、暂停时受到偶然因索产生输出，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：
Mid
IM
TOM
PT
1COrs
程序解释：当Ml.2.
Ml.5、M0.1中的任一个触点闭合，就启
动定时器T41实现定时。
12.
无人进出等待设计
无人来才响应-直流制动开关定吋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，设其定吋为0.4秒。采用基数为100ms的定吋器T44来实
现。同时应串联上一个确无人时的信号输入，则前而的一个红外线
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；
T40
T44IN
TON
PT
1DQT-513.
直流制动开关输入程序设让
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來时的中转触点，
以及自锁和定时直流制动输出触点的连接。釆用PLC内部继电器
Ml.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，同时乂没有人进出时，
即10.6闭合，同时常开触点T44也闭合，响应制动Ml.3产生输出，
同时常开触点Ml.3闭合使其口锁。当直动时间到了时，常闭触点
T43断开停止制动输出。
14.
机械锁停位不准确吋输入程序设计
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；
I0J5
H
5
M7D
■I
I——()
r-TO
程序解释：当钥匙10.5输入时，接近开关11.5没有输入时，常闭触
点11.5以及常开触点11.5就接通M7.0,使其产生输出，同时使常开
触点M7.0产生口锁，而此时有制动信号则不能口锁，常闭触点T43
断开使M7.0不能产生一个长期冇效信号。
15.
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，同时当门没冇精确停位后也要采用直流制动防止门
的惯性转矩使门继续转动。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；
T41
T43程序解释：当常开触点T41、Ml.3、M1.4任意一个闭合时，就
启动定吋器。
16.
残疾人通过程序设计
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，当残疾输入定吋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，则应设计口锁程序。残
疾按扭外界输入接PLC输入映像器10.1,同时使用M3.0来实现指
令信号中转。则程序设计如下；
I1J0
T15
P
M3J0
程序解释：当10.1闭合时，在这个上升沿的过程中使M3.0产生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。
17?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，且经过门的吋间较长，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F:IN
ton
*300—
PT17.
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。曲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。同时在自锁路屮
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:
TO
肩
M1JQ
M3J0
TQ3
庙
Q
T
iF
（）
M5.0
T4Q
程序解释：当高速输入常开触点10.4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，同吋常开触点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,
10.3
断开使M5.0停止信号输出。口锁时，如果定时器常闭触点T4015
秒后断开，其保持了高速运转15秒。同吋也实现残疾优先功能。
18.
低速时控制程序设计
根据前面的控制字设计，当电机转低速时及制动前的速度时，
此程序输出信号。即产生控制T，信号。当有防夹，防碰撞，STOP,
急停，门未精确到位吋，电机都要停转，同时变频器的低速控制字
也输出，再加上红外线检测无人来时15秒后也让变频器低速程序输
出信号，还加上一个残疾人来时低速控制字也应有输出.使它们采用
并联方式来进行信号输入，采用PLC输出映像寄存器Q0.4來输出
低速时的控制信号.则程序设计如下；
程序解释:
)
Ml.5和T40常开触点任意一个冇信号输入闭合时就使Q0.4产生输出o
19.
高速时控制字程序设计
根拯前面的控制字设计，转高速时等情况使控制字输出为0。
根据控制字耍求残疾人来的此程序不输出相关信号，高速输入的此
程序也无信号输出。当门未精确停位时，急停，STOP,防夹，无人
来时此信号输岀控制信号。采用输出映像寄存器Q0.3来实现高速控
制字的输出。程序解释：当残疾人输入常闭触点M3.0,高速控制字常闭触点
M5.0断开时，使Q0.3停止信号输出，即输出控制字为0,而当M7.0,
M0.1,
Ml.2,
Ml.5等常开触点任意一个闭合时就使Q0.3输出，即
控制字为lo与上面的Q0.4控制字组合形成相关高速控制字。
20.
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來判
断是否已碰到人，又需要一部接近开关來判断门翼是否处于防夹区
域，当两个信号都有输入时，则说明已有夹人现彖发生，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11.3、10.7、11.5、II.6o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Ml.5对其信号中转，程序
设计如下；
I
口
10.7
M15
JI——|
H
（）
D2
116
21
?防碰撞传感器输入程序设计
由于安装有四个防碰传感器，分别接入PLC的输入映像寄存器
为11.1、11.2、12.2、12.3,当有一个防碰传感器发出信号吋就使PLC
的内部继电器发出信号指令，用内部继电器M6.0來实现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；
22.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吋有效吋，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:
IQ5
I1￡
Qtl2
QCL1
彳
H
（）
23.门精确停位吋锁门程序设计
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M1.4來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产生锁门的信号输岀，同时常
开触点M
1.4闭合产生自锁效应。
具体程序语句见附录lo
木设计利用可编程控制器（PLC）和变频器等设计了针对三翼口
动旋转门的控制系统。设计中根据控制原理和设计要求确定了系统
的设计方案，给出了结构框图、电气原理图。针对每个坏节进行具
体设计，对主控芯片、变频器、传感器等进行参数选择，给出传感
器的连接电路和信号分析。系统通过主控芯片与各种传感器（防夹、
防撞传感器，红外线感应传感器，接近开关传感器）的连接，对控
制信号进行检测和分析，并利用变频器调节电机实现对旋转门的控
制。
自动旋转门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度
调节、安全智能和夜间闭锁等功能。另外针对不同人群的需要采取
相应措施（如残疾人按钮）使整个系统显得更加人性化。
本设计实现了任务书中对系统所提的要求，能够保证旋转门安
全、稳定、高效的运行。
非常感谢指导老师徐益民副教授在毕业设计期间对我的指导和
帮助，没冇老师的帮助就没冇我设计的成功。在设计过程中我遇到
了很多知识上和技术上的困难，在老师的指导下，我上网查阅了大
量资料，并冃在图书馆查找冇关的论文和书籍等，扩张了自己的能
力。
在毕业设计的过程中让我在知识检索和应用以及专业知识的再
学习等有了很大的捉高，让我对PLC编程控制、传感器应用和各种
信号处理、接口电路等有了较为深刻的认识。在一次次遇到困难解
决困难的过程中也磨砺了自己的意志，锻炼了自己的耐心和细心。
最后，再次感谢在设计过程屮给我帮助的老师和同学们，谢谢!
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Tools
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屮国工控网
附录1
BEGIN
NETWORK
1
//程序初始化，上屯断开电机
LD
SM0.1
=M0.0
NETWORK
2
〃急停
LD
10.0
=M0.1
NETWORK
3
〃红色指示灯，上电指示/频器过载过热闪烁
LDN
M0.1
AN
M0.3
AN
MO.2
O
T37
=QO.O
NETWORK
4
〃指示灯输出脉冲延时0.5s
LDN
T38
TON
T37
+5
NETWORK
5
//指示灯输出脉冲延时0.5s
LD
T37
LD
MO.2
O
M0.1
O
MO.3
ALD
TON
T38
+5
NETWORK
6
〃变频器过载过热时指示灯闪烁
LD
11.4
=MO.2
NETWORK
7
LD
12.6
=MO.3
NETWORK
8
//变频器过载过热延时3s自动复位
LD
MO.2
AN
T39
TON
T50
+30
NETWORK
9
〃变频器复位
LD
T50
O
Q0.7
AN
T39
二
Q0.7
NETWORK
10
〃变频器复位时间设定0.5s
LD
Q0.7
TON
T39
+5
NETWORK
11
〃红外检测来人时电机启动/疾人来时必须保证
30s不自动停转，15s不来人转低速11宜流制动封门
LD
11.0
O
M1.0
O
M1.1
O
11.7
O
12.0
O
12.1
LDN
T40
O
M3.0
ON
Ml.3
ALD
=M1.0
NETWORK
12
〃残疾按钮/中速按钮/高速按钮按下吋电机启动
LD
10.1
EU
LD
10.3
EU
OLD
LD
10.4
EU
OLD
=Ml.l
NETWORK
13
〃无人进出自动停转时间设定15s
LDN
11.0
AN
12.0
AN
11.7
AN
12.1
AN
Ml.l
TON
T40
+150
NETWORK
14
〃电机启停控制（撞人/夹人/挤人/变频器过载/变
频器过热/宜流制动/上电/上锁吋停转）
LD
M1.0
O
M7.0
AN
M6.0
AN
M0.2
AN
Q0.6
AN
T41
AN
MO.O
AN
Q0.1
AN
Ml.4
AN
12.6
=Q0.2
NETWORK
15
〃按STOP转速控制字11先降速10Hz（必须用残
疾/屮速/高速按钮复位）
LD
10.2
EU
O
Ml.2
AN
Ml.l
=Ml.2
NETWORK
16
//按STOP/防夹功能有效时，等待0.3s降速（10Hz）
LD
M1.2
O
Ml.5
O
M0.1
TON
T41
+3
NETWORK
17
//15s无人进出时等待0.4s（F03设定值），使
F=10Hz
LD
T40
TON
T44
+4
NETWORK
18//正常直流制动接近开关上升沿
LD
10.6
EU
LD
Ml.3
AN
T43
OLD
A
T44
=Ml.3
NETWORK
19
〃直流制动（按STOP/防夹传感器+防夹接近开关
同时有效）
LD
Ml.3
O
T41
O
Ml.4
AN
Q0.2
AN
T43
=Q0.6
NETWORK
20
〃直流制动时间设定0?5s（$A55设定值）
LD
T41
O
Ml.3
O
Ml.4
TON
T43
+5
NETWORK
21
〃残疾人通过时速度控制字10
LD
10.1
EU
O
M3.0
AN
T42
=M3.0
NETWORK
22
〃残疾人通过时间设定30s
LD
M3.0
TON
T42
+300
NETWORK
23
〃高速速度控制字00
LD
10.4
EU
LD
M5.0
AN
T40
OLD
A
M1.0
AN
M3.0
AN
10.3
M5.0
NETWORK
24
〃速度控制字Q0.4位接变频器智能端了
4
LD
M3.0
O
M7.0
O
M0.1
O
T40
O
Ml.2
O
Ml.5
=Q0.4
NETWORK
25
〃速度控制字Q0.3位接变频器智能端子3
LDN
M3.0
AN
M5.0
O
M7.0
O
M0.1
O
Ml.2
O
Ml.5
=Q0.3
NETWORK
26
〃防夹传感器与防夹接近开关同吋冇效,直流制
动门停转
LD
11.3
A
10.7
LD
12.5
A
11.6
OLD
二
Ml.5
NETWORK
27
〃防撞/防碰传感器信号有效，则断开电机不制动
LD
11.1
O
12.2
O
11.2
O
12.3
O
12.4
=M6.0
NETWORK
28
〃机械锁位置准确，直接上电磁锁和机械锁
LD
10.5
A
11.5
AN
Q0.2
=Q0.1
NETWORK
29
〃机械锁位置不准确设定电机低速运转控制字
LD
10.5
AN
11.5
LD
M7.0
AN
T43
OLD
二
M7.0
NETWORK
30
〃门精确停位上电磁锁和机械锁
LD
M7.0
A
11.5
EU
O
M1.4
A
10.5
=Ml.4
END
ORGANIZATION
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基于plc的自动旋转门控制系统设计 本文关键词：控制系统，旋转门，设计，plc
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