车库自动门控制设计

车库自动门控制系统设计

摘要

随着汽车产业的发展，人们对车库的需求量日益增长。智能车库将是信息社会最重要的基础设施之一，停车场管理控制系统则是现代建筑中不可或缺的一部分。随着计算机控制技术的发展，停车场管理控制系统的功能及软硬件设施也伴随其发展而不断改进。本文主要阐述了车库自动门的设计思想与程序编制, 应用PLC作为现场控制器，对现场设备进行信号采集与控制。控制的说明、系统流程图、外部接线图、梯形图必要的文字说明介绍了以PLC为应用的车库自动门的系统软件设计。根据管理及控制功能需求，充分研究了相关系统组件的工作原理及性能指标，据此进行系统功能设计及硬件选型。此系统对车库的管理有很大的帮助、对疏导交通流量、提高道路通行能力有明显的效果，有很大的实用价值。

关键词：可编程控制器，自动车库门控制系统

Garage Automatic Door Control System Design

ABSTRACT

With the development of automobile industry, people's growing demand for garage. Garage door products in the market of building of our country development process to develop quickly. Our garage door industry current situation is: at the beginning of 80 time our country and the exchange of the world is gradually much rise, the industrial product exhibition is a Swedish garage door and sectional garage door, then, have advance awareness of the enterprise to begin development of the garage door, and of course in the nineteen eighties or more rolling shutter door market accounted for 80%, while the rolling shutter door high noise of60-80dB, but shutter door from the structure has been the use of the spring steel strip. The garage door is not that complicated structure is a good product, as long as our design idea is advanced, the development direction of course is simple, durable as the fundamental principle. It is like a camera development to a certain extent there are very popular for Dummies and digital camera. But the product quality is not backward but to more advanced and more human intelligence, safe, durable development direction of the intelligent garage will be the information society is one of the most important infrastructure, car park management and control systems are an integral part of modern architecture. With the development of computer control technology, car park management and control system functions and facilities are also associated with its development and continuous improvement of software and hardware. This article mainly on the design and programming of the automatic garage doors, PLC as a site controller, signal acquisition and control over equipment. Description of the control, system wiring diagrams, flowcharts, external ladder need

the text instructions in PLC application system software design of automatic garage doors. According to the management and control of functional requirements, full study on the related system components working principles and performance indicators, system design and hardware selection accordingly. This system's management has a great deal of help to the garage, to ease the traffic flow, enhance road capacity has a measurable effect, be of great practical value.

KEY WORDS: S7-200 programmable logic controller automatic vehicle monitoring library control system， garage，monitoring system

目录

绪论

随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用了自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力的快速发展，并不断的丰富着人们的生活。

近20年来，随着我国城市建设速度的加快，城市交通需求量也日益增大，城市人口相对密集，无论是私家车辆还是公交车辆都不能真正满足正常的停放，公交需求更很大。因此车辆停放依旧是市民最关注的问题。

在超级市场、公共建筑、银行、别墅车库门，经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已经逐渐被淘汰。1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数、等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。

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。所以在停车场智能管理领域，相应的也出现了PLC停车场智能管理的概念，即含有高科技的智能系统，与普通的停车系统不同的是，它能以PLC 技术为基础来解决停车难的问题，直接为目标安全、迅速地到达目的地。停车场管理系统重点要做到准确指示车辆进出,车辆进入时给与司机准确的车位数量与具体位置,车辆进入车库后,记录车辆总量;车辆离开车库时,减少车辆数量。车辆进出指示可完全由PLC进行中央控制处理,停车场空位指示可利用价格便宜的数码管显示。因此，在大力加强车辆停放智能管理的建设方面，尤其在实现快捷、便利、安全这一点上拥有很大的发展空间和潜力。

为此，本文对停车场智能控制管理上引入了PLC技术，对停车场进行了一个关于PLC为主的系统设计。

1自动门的介绍

本节主要从自动门的研究背景与意义、自动门的介绍及起源、自动门的组成及分类三个部分来对自动门进行简单的了解。

1.1 研究背景与研究意义

随着人们生活水平的不断提高，车辆已经进入每个普通的家庭，由于车辆的不断增长，车辆的停放以及车库等的问题随之出现。为了缓减车辆停放问题，车库自动控制门出现在人们的生活中，它不仅减少了人们对人力物力的投入而且更加的节省了人们停车所用的时间，而且又符合人类现代自动化的进程。

1.2自动门的介绍及起源

自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用，受此影响，世界第一自动门品牌多玛在1945年开发出油压式、空气式自动门，新建大楼的正门也开始使用了。到了1962年，电气式已开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。目前自动门的主要生产国是美国、德国、意大利、荷兰和日本等发达国家。

自动门的应用在我国起步较晚，前期主要是引进国外生产技术和设备进行制造，以满足日渐发展的市场需求，目前国内已有一定的技术力量和生产能力制造自己设计的自动门。80年代中期自动门工程得到迅速发展，并逐渐形成一个独立的行业。

自动门工程包括建筑物配套的自动旋转门、圆弧行自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、车库自动门、庭院自动门和自动挡车器的设计、制造和安装。自动门工程师综合性的边缘产业，它综合了建筑技术、电子控制、机械设计、和制造技术、计算机技术及建筑装饰技术。它将会有广阔的发展空间。

1.3自动门的组成及分类

主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令、指挥马达或电锁类系统工作，同时人们通过主控制器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。

感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；

动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。

门扇行运轨道：就像火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向进行。

门扇吊具走轮系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。

同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。

下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。

自动门的分类 :旋转自动门、弧形自动门、平滑自动门、平开自动门、折叠自动门、重叠自动门、医用自动门、卷闸自动门、车库自动门、特种自动门。

2 PLC的介绍及选择

可编程控制器（Programmable Controller 简称PLC）。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的控制系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。由于PLC在自动化控制中的种种优势，因此被广泛的引用于自动门系统中。

2.1 PLC的简介

由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，于1980年正式将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller），但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，常将可编程控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入∕输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制器或产生过程的自动化控制装置。

1982年，国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）颁布了PLC标准草案第一稿，1985年提交了第二稿，并在1987年的3稿中对PLC 作了如下的定义：“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序控制器的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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，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，都应按照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。”

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

2.2 PLC的主要功能及特点

2.2.1 PLC的主要功能

1.开关逻辑和顺序控制

这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。

2.模拟控制（A/D和D/A控制）

在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。

3.定时/计数控制

PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

4．步进控制

PLC为用户提供了一定数量的位移寄存器，用位移寄存器可方便地完成步进控制功能。

5.运动控制

在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。

6.数据处理

大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。

7.通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

2.2.2 PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

2.配套齐全，功能完善，适用性强

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

5.体积小，重量轻，能耗低

2.3 PLC的组成与基本结构

PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。

2.4 PLC的发展与前景

PLC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。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

1.产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3.不断加强通讯功能

4.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度

外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O 模块等专用化模块。

5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

6.发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7.追求软硬件的标准化。

3 车库自动门控制系统的设计

本节从车库自动门的控制要求、系统组成、系统原理等方面系统介绍了车库自动门控制系统方案设计应考虑的问题及解决办法。

3.1 车库自动门电气控制系统的平面图及说明

图3-1

说明：

超声波开关：红色区域为超声波的感应范围，当小车进入到这个范围，超声波开关被触发，常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

光电开关：当有物体穿过开关，并遮住了光束，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。

门下限开关：当门下降，碰到它时，门下限开关会有动作，那么开关的状态常闭变常开，常开变常闭。由于现在门是关闭的，因此它的初始状态是上面为常开触点，下面为常闭触点。

门上限开关：当门上升时，碰到它时，门上限开关会有动作，那么开关的状态常

闭变常开，常开变常闭。它的初始状态是上面为常闭触点，下面为常开触点。门位电动机：采用直流驱动，按正负方向接入电源，电动机正转（门上升），反之，电动机反转（门下降）。

3.2 车库自动门控制系统的控制要求

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

库门设计为卷帘式，用一个电机来拖动卷帘。正转接触器KM1使电机开门，反转接触器KM2使电机关门。在库门的上方装设一个超声波探测开关S01，超声波开关发射超声波。

1）按下启动按扭，当有人或车由外到内进入超声波发射范围时，超声波开关便检测出超声回波，从而产生输出电信号（S01=ON），由该信号启动接触器KM1，电机M正转使卷帘上升开门，当到达开门限位开关位置时，电机停止运行。

2）如果此时车不想停入车库，需要离开，车离开超声波发射范围，5秒后，车库门自动关闭。如果此时车又想开进车库，再次进入超声波发射范围，车库门停止关闭，进行开门动作。

3）当车开到车库门下时，在库门的下方装设一套光电开关S02，用以检测是否有物体穿过库门。光电开关由两个部件组成，一个是能连续发光的光源；另一个是能接收光束，并能将之转换成电脉冲的接收器。若行车（人）遮断了光束，光电开关S02便检测到这一物体，产生电脉冲，在延时定时器5秒后，由该信号启动接触器KM2，使电机M反转，从而使卷帘开始下降关门，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。

4）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外进入超声波发射范围时，则立即停止关门，并自动进入开门程序。

5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定问题，增加手动开门和关门开关。

3.3 控制程序的编制及硬件接线图

3.3.1 主电路图如图3-2所示

图3-2车库自动门主电路电路图

控制过程：当车辆进入超声波的感应范围时，KM1闭合电动机正转，车库门打开；当车辆离开超声波的感应范围时，KM2闭合KM1断开电动机反转，车库门关闭。

3.3.2 PLC硬件接线图如图3-3所示

图3-3 PLC硬件接线图

控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。

3.4 车库自动门控制系统的软件设计

3.4.1 车库自动门控制系统设计框图

1) 车开进车库功能顺序图如图3-4所示

图3-4 车开进车库功能顺序图

说明: 车开进车库

(1)、运行项目，按下启动按钮SB5；按键盘的向上方向键，控制小车前进；当小车进入超声波区域时，车库门开启，到达上限位停止开门。

(2)、车继续前进，当车穿过光电开关，开进车库时，定时器开始计时，3s后，开始关门，到达关门下限位时停止关门。

2) 车开出库功能顺序图如图3-5所示

图3-5 车出库功能顺序图

说明: 车开出车库

按下手动开门按钮后，车库门开启，到达上限位时，停止开门。

车开出车库时，穿过关电开关和超声波区域，最后离开超声波区域，此时门自动

关闭，无需手动去关门。

I/O口及定时器/计数器说明

I/O地址分配表:

类别元件端子号作用

输入SB1 I0.0 超声波开关SB2 I0.1 开门上限开关SB3 I0.2 开门下限开关SB4 I0.3 关电开关

SB5 I0.4 启动/停止开关SB6 I0.5 手动开门开关SB7 I0.6 手动关门开关

输出KM1 Q0.0 电机正转接触器KM2 Q0.1 电机反转接触器

定时器说明:

类别器件号设定值作用

定时器T38 3S 车触关电开关后，3秒后关自动门控制过程：按下电子锁开关I0.0，电动机正转卷帘门打开，同时照明灯打开。当电动机正转碰到上限位开关I0.1时，电动机停止转动卷帘门停止打开。汽车开始驶进车库。全部进入后，按下电子锁I0.3关门，电动机反转卷帘门开始关闭。当到达下限位开关I0.2时，电动机停止转动，卷帘门关闭完成。最后按下I0.5关闭照明灯。或者有一个声音信号I0.6声控开关促使照明灯打开，计时器开始计时，10秒后照明灯自动关闭。如此循环。

系统梯形图及指令语名表

网络1

网络2

网络3

网络4

网络5

指令语句表