自动门控制装置[1].doc

1、 自动门控制装置摘要：该自动门控制装置是利用热释电人体红外传感器检测信息，再用可编程序控制器（PLC）控制电动机的正反转。从而达到控制门的开、关。又介绍了三相异步电动机广泛应用，它具有结构简单、价格低廉、运行可靠和效率较高等特点。关键词 热释电人体红外传感器 PLC 控制程序 电动机一：引言自动门控制装置采用热电释人体红外线传感器、PLC 控制程序、电动机及相关设备构成的装置，它广泛用于生活中 1。可编程序控制器（PLC, Programmable Logic Controller）是采用微电脑技术制造的自动控制设备。他以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。

2、PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展 2。主要用的电动机是三相异步电动机，它现今得到了广泛的应用，具有结构简单、价格低廉、运行可靠和效率较高等特点 3。随着PLC技术的发展，其功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强，PLC与上位PC机联网形成的PLC及其网络技术广泛地应用到工业自动化控制之中，PLC集三电与一体，具有良好的控制精度和高可靠性，使得PLC成为现代工业自动化的支柱 4。PLC的生产厂家和型号、种类繁多，不同型号自成体系有不同的程序语言和使用方法，本文拟就用日本立石公司生产的OMRON C20p型PLC，设计几个PLC在三相异步电机控制中的应用，与

3、传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。PLC最主要的编程语言是梯形图。常用的图形符号是梯形图符号，类似于电器原理图的符号，较易为电器工作人员所接受，此外还有逻辑符号、流程图符号等。有的PLC也可使用高级语言，如BASTC，C语言等，其实只要有相应的编译软件，什么语言都可以使用。PLC并不是一个一成不变的产品，它是采用计算机的设计思想而开发生产出来，经过几十年的发展，各个生产厂商在竞争的同时不断的完善、优化，使其更贴近自动化的发展，更适应自动化的现场要求 5。本控制装置中用到的是红外传感器，红外技

4、术是在最近几十年中发展起来的一门新技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得了广泛的应用。红外线是一种不可见光，物理本质是热辐射。一个只热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射能量就越强6。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路等组成 7。主要用到的红外探测器是光子探测器。它利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中电子的相互作用，改变电子的能量状态，引起各种电学现象。称为光子效应 8。光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率 9。各种类型的电机制造厂遍布全国各地，生产面貌迅速改观。对电机的新理论、新结构、新材料、新

5、工艺、新运行方式和测试方法所进行的大量实验研究工作获得了可靠的成果 10。三相异步电动机又称为三相感应电动机，它在工农业生产中应用非常广泛。例如，中小型轧钢设备、矿山机械、机床和农副产品加工机械等大部分均采用三相异步电动机来拖动 11。根据统计，在电网的总动力负载中，异步电机约占85%，随着电气化、自动化技术的发展，它在工农业生产和人民生活中的重要性也日益显著 12。三相异步电动机之所以能广泛应用，因为它具有结构简单、价格低廉、运行可靠和效率较高等特点。该装置主要研究的基本内容为以下几小点：1、首先选择合适的光电检测器检测有无人的到来；2、然后选择适当的PLC型号；3、再把光电检测器检测的信号

6、传给PLC；4、最后由PLC控制电动机的正反转。由以上几点从而达到对自动门的控制。二：自动门控制装置的组成PLC 程序控制检测开关电动机装置电动机所控制的门三：自动门控制装置的工作原理1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关 K1 或 K2 时，开门执行机构 KM1 动作，电动机正转，到达开门限位开关 K3 位置时，电机停止运行。2）自动门在开门位置停留 8 秒后，自动进入关门过程，关门执行机构 KM2 被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关 K4 位置时，电机停止运行。3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 K2 或 K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

7、4）在门打开后的 8 秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关 K2 或 K1 时，必须重新开始等待 8 秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。四：自动门控制装置的总体设计本电路安装与宾馆、银行等大门的顶部，有人进、出门时，门自动打开，控制电路原理图见图（a）所示。在此电路中使用一套图（b）电路板，当有人进、出大门，既 PY1 检测到人体时，电路板 P 点输出一高点平，V1 饱和，PLC 被触发，于是就执行 PLC 中的程序。再将继电器的输出来带动电动机正、反转，从而控制门的自动开、关。PY1P R1R22222PLC M图(a)控制原理图五：自动门控制装置的单元电路设

8、计1热释电人体红外线传感器热释电人体红外线传感器是上世纪 80 年代末期出现的一种新型传感器件。现在，已得到越来越广泛的应用。目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的 SD02、PH5324，德国产的 LH1954、LH1958，美国 HAMAMATSU 公司产 P2288，日本 NIPPON CERAMIC 公司的 SCA02-1、RS02D 等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部分可以彼此互换使用。热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。P2288 的敏感单元的制造材料由 LiTaO3 制成 13。热释电人体红外线传感器对红

9、外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为 0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。滤光窗它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，滤光窗能有效地滤除 7.014um 波长以外的红外线。例如，P2288 的响应波长为 614um，中心波长为 10um

10、,物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足m*T=2989（um.k） （其中 m 为最大波长，T 为绝对温度） 。人体的正常体温为3637.5。C ，即 309310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波长为 9.65um。因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（714um）的中心 14。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。综上所述，说明传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。图 b 中的 PY1 为传感器 P22

11、88，IC1 选用低噪音高速运算放大器。PT1 检测到人体红外信号时，2 脚输出极微弱的电信号直接送到 IC1a 放大器的同相输入端，IC1a 对信号放大约 2500 倍后，再从 1 脚输出，由电容 C8 合到 IC1b 做进一步放大 15。IC2 构成窗口式电压比较器，当 IC1b7 脚电压幅度在 U1 和 U2 之间时，IC2 的 1 和 7 脚均无输出，IC1b 的 7 脚的电压大于 U1 时，IC2a 的 7 脚输出高电平；IC1b 的 7 脚的电压小于 U2 时，IC2b 的 1 脚输出高电平；经 D1、D2 的相互隔离和“或”的作用，从 P 点输出控制脉冲信号。图 b 既是 P22

12、88 型号的热释电人体红外线传感器检测与放大电路。R11 用于设定窗口的阀门值电平，调节 R11可调节检测器的灵敏度。2：P2288 型号的热释电人体红外线传感器的技术参数：如表 1项目 符号 单位 P2288灵敏度（响应率）RV V/W 6500（HZ ）检测距离 M 1215接受红外线波长uM 614工作电压 O U 315工作温度 TO C 40+60保存温度 T C 55（125）IC1 选用低噪低漂的高速运算放大器，图 1 中的 R2R8 尽可能选用误差小，噪声小的金属氧化膜电阻，C4、C8、C9 尽可能漏电小，可选无极性电容。3下图为（图 b）P2288 的检测电路 16：1 2

13、3 4ABCD4321DCBA TitleNumber RevisionSizeA4Date: 31-Mar-207 Shet of File: C:Documents and Settingszgy106Local SettingsTemporary Internet FilesContent.IE5S7ZJAS5XMyDesign1.ddbDrawn By:C1100uR110KC7100uF R647KR141KR1047K C120.1uF C13100uFC140.1uFVin3GND2+12V 1IC37809R42.2MC50.01u C100.01uFR52.2M R1122K

14、 D1D2-+2 13A IC1a6 75AIC1bC84.7uFR8+R947K5 76A IC2a+_-3 12A IC2b+-R13100KR1247KC1110uFR747KC910uFR347KC42.2uFR247KC3100p132PY1U1 BU2 AIN4148x2 P图 b4图 c 为 PLC 的基本组成（图 c）(CPU)系 统 存 储 器用 户 存 储 器输入部件输出部件外 设 接 口 I/O扩 展 口编 程 器电 源可 编 程 序 控 制 器至 现 场 用户 设 备接 触 器指 示 灯电 磁 阀电 源模 拟 量 输 出来 自 用户 设 备按 钮选 择 开 关限 位 开 关电 源模 拟 量 输 入5图 d 为 I/O 服务阶段和与用户程序执行阶段：（图 d）输入端子输入滤波及光电耦合输入状态暂存器输出状态锁存器输出状态暂存器输出光电耦合及功率放大输出端子输入 输出梯 形 图输 入 采 样 阶 段 用 户 程 序 执 行 阶 段 输 出 执 行 阶 段