機電一體化技術-三翼自動旋轉門的系統(tǒng)設計論文設計

1、三翼自動旋轉門的系統(tǒng)設計【摘要】 三翼自動旋轉門作為自動門中的頂級產(chǎn)品，旋轉門給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，堪稱建筑物的點睛之筆。為增強三翼旋轉門運行的可靠性，該論文主要論述了三翼自動旋轉門的設計過程，主要對門體、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)做了詳細的分析和設計，提出了采用鋁合金和玻璃等組成門體框架。驅(qū)動部分由減速電機和齒輪箱減速機構組成，且安裝在門中心頂部的華蓋內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)用SIMATIC-S7-200可編程控制器（PLC）與變頻器控制實現(xiàn)門體多種轉速的調(diào)節(jié)功能。對PLC的選型、變頻器的選型、I/O點的確定及三翼旋轉門的動作過程等方面進行了詳細闡述。結合PLC的運行特點，對控制

2、系統(tǒng)的工作流程作了合理的優(yōu)化。在此基礎上，給出了控制系統(tǒng)軟件設計的程序流程圖、順序功能圖、外部端子接線圖及PLC控制梯形圖等。安全系統(tǒng)采用紅外線傳感器檢測進出旋轉門的人員流動，使用多個接觸式和非接觸式傳感器及光電接近開關來確保通行安全。設計出了一種安全可靠實用的三翼旋轉門。【關鍵詞】 三翼旋轉門，可控制編程器，變頻器，結構System design of three wing automatic revolving door【ABSTRACT】Three wings automatic revolving door automatic door as the top product, the

3、revolving door gives a warm feeling generous, but also create an atmosphere of luxury, is the punchline. In order to enhance the reliability of building three wing revolving door system, this paper mainly discusses the design process of three wings automatic revolving door, the main door body, drive

4、 system, control system, security system to do a detailed analysis and design, proposed by Aluminum Alloy and is composed of glass door frame. The driving part is composed of a motor reducer and gear mechanism, and mounted on the door at the top of the canopy in the center. With SIMATIC-S7-200 progr

5、ammable controller control system (PLC) and inverter control can adjust the door body function various speed. The selection of PLC, frequency converter selection, determine I/O and three wing revolving door movement process is discussed. Combining with the operating characteristics of PLC, the reaso

6、nable optimization of the workflow control system on this basis. And the flowchart of software design of the control system is given, sequential function chart, external control terminal wiring diagram and PLC ladder diagram. The flow of personnel security system uses infrared sensors to detect the

7、revolving door, using a plurality of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches to ensure traffic safety A safe and reliable practical three wing revolving door is designed.【Key words】three wing revolving door ，control ，programmer inverter ，structure2目錄引 言1第1章 設計方案的確定31.1 項

8、目概述31.2 自動旋轉門系統(tǒng)的方案設計31.3 旋轉門控制方案的確定4第2章 門結構的設計52.1 門結構材料的選用52.2 門結構尺寸的確定62.3 中間軸的設計與軸承的選用62.4 曲壁部分設計72.5 華蓋的設計72.6 齒輪的設計計算7第3章 驅(qū)動系統(tǒng)設計93.1 電機的確定9第4章 控制系統(tǒng)設計114.1 硬件設計114.1.1 PLC系統(tǒng)控制分析及地址分配設計114.1.2 變頻器容量選擇計算144.1.3 傳感器與安全系統(tǒng)的設計174.1.4 控制系統(tǒng)功能特點194.1.5 控制系統(tǒng)驅(qū)動控制原理194.2 軟件設計204.2.1 流程圖204.2.2 PLC控制系統(tǒng)程序設計23

9、4.2.3 指令程序32第5章 控制仿真335.1 編程軟件STEP7-MICRO/WIN335.2 仿真軟件Simulation335.3 仿真過程34結論37致謝38參考文獻391引 言1研究的背景和意義 21世紀的今天，門更加突出了安全理念，強調(diào)了有效性：有效地防范、通行、疏散，同時還突出了建筑藝術的理念，強調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體的協(xié)調(diào)、和諧。自動旋轉門是樓宇設備中的光機電一體化技術產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開放門面和高格調(diào)的設計，堪稱建筑物的點睛之筆，立足于建筑時代大潮的最前端。 自動門大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)始于150年前，在不斷發(fā)展和完善的

10、過程中，涌現(xiàn)出大批獨具規(guī)模的專業(yè)制造商。門的高級形式-自動門起源在歐美，迅速發(fā)展至今天，已經(jīng)形成了種類齊全、功能完善、造工精細的自動門家族。 三翼旋轉門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側加感應探測器，當人走近自動門時，感應探測器感應到人的存在，給控制器一個開門信號，控制器通過驅(qū)動裝置將門打開。當人通過門之后，再將門關閉。 自動門的控制方法有很多，從控制器的不同來分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過按鈕和復雜的接線安裝；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設備來控制，它具有穩(wěn)定性高，安全等優(yōu)點，因此被很多生產(chǎn)廠商所運用。由于繼電器邏輯控制的自動門系統(tǒng)因存在許多缺陷而逐步被智能控制器控制的自動門所淘汰。

11、 在智能控制器的選擇上，自動門的主控器有微電腦控制器控制和可編程控制器（PLC）控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動門，PLC控制的特點是穩(wěn)定性高維護方便，目前許多大型的商場的自動門都是由這種方式來控制。2國內(nèi)外三翼旋轉門的發(fā)展狀況 1.國外旋轉門發(fā)展現(xiàn)狀 自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉門，旋轉門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進的驅(qū)動技術，其智能化高格調(diào)的設計為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國外著名廠家有：荷蘭的B00N EDAM,瑞典的BESAM,德國的多瑪、蓋澤,日本的納博克、寺岡等。 由于

12、國外自動旋轉門發(fā)展較早，其技術也較為成熟。自動旋轉門的傳動系統(tǒng)技術具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設計的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強大，操作更簡便等優(yōu)點；檢測安全系統(tǒng)采用先進的紅外與微波感應技術，用于感知物體的移動，操縱門體的動行，使用各種安全檢測傳感器，實現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時某些廠家生產(chǎn)的自動旋轉門還具有遠程控制和液晶顯示。利用當前先進的通信和網(wǎng)絡技術，使自動門的維護不再受時間、地域和專業(yè)維護技術的限制，制造商可通過 internet 與設備進行實時交流，校正偏差，讓自動門達到最佳運行狀態(tài)。當出現(xiàn)異常時，可準確傳回故障信息，實現(xiàn)遠程維護，縮短

13、維護、保養(yǎng)時間；采用液晶顯示屏，進行可視化設計，全面顯示門體轉速、狀態(tài)和故障等信息 2.國內(nèi)旋轉門發(fā)展現(xiàn)狀 (1) 我國旋轉門技術的發(fā)展：我國的全自動旋轉門技術來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90年代后期旋轉門開始在我國建筑領域中得到迅速推廣和廣泛的使用。旋轉門的廠家：國內(nèi)專業(yè)廠家：北京有凱必盛、寶盾、青木、智輝、巨方圓、信步等。外省市有上海康育、廣州盛維、沈陽金海、青島帝盟等。 (2) 旋轉門在我國的市場前景：隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀開始，我國進入了全面建設小康社會的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力。現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，

14、將高科技應用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，旋轉門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設計，自然成為當代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設施?？胺Q建筑物的點睛之筆。但是國家對自動門產(chǎn)品質(zhì)量、安全性、節(jié)能性、噪音、施工質(zhì)量、售后服務還沒有統(tǒng)一的標準，所有國內(nèi)建筑業(yè)院校都沒有相關的專業(yè)或課程，也沒有權威的咨詢機構，自動門市場的管理尚處于無序狀態(tài)。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，這一狀況一定會有所改變。隨著生產(chǎn)力和科學技術的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動大量的使用自動化控制，不僅節(jié)約了人力資源，而且很大程度的提高了生產(chǎn)效率，又進一步的促

15、進了生產(chǎn)力快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。 3三翼旋轉門技術發(fā)展方向 由于目前沒有相關的技術標準，各廠家的產(chǎn)品都按照自己的企業(yè)標準進行生產(chǎn)，對各項技術指標的要求和測量方法都不盡相同，如提升力等參數(shù)，差別較大，在市場上造成了較大的混亂，給用戶選擇帶來不便，也不利于行業(yè)的發(fā)展。因此，有必要制定自動門的技術標準，明確規(guī)定的主要技術指標以及測試方法等，引導市場有序競爭，促進行業(yè)發(fā)展。 在建筑金屬結構協(xié)會和門業(yè)標委會的大力推動下，自動門標準編制工作已經(jīng)展開，目前有許繼施普雷特機電設備有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈陽未來科技發(fā)展有限公司、福建漳州市麒麟電子有限公司和上海昌順電子信息技術有限公司等

16、5家單位參與了此標準的編制工作。2005年4月2日，在北京召開了編制組成立會和首次工作會議。經(jīng)過編制組兩個多月的工作，現(xiàn)該標準的初稿已經(jīng)形成，擬于近期召開編制組第二次工作會議，對初稿進行討論和修改。 經(jīng)過多年發(fā)展，自動門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢： 1.智能化，多功能：今后的還將進一步提高智能化程度，如自動檢測開關門行程位置，自動適應門體阻力的變化，以始終保持較高的遇障保護靈敏度等。還將增加一些新的功能，如和住宅安防系統(tǒng)配合使用等。 2.免維護：采取多種措施，減少使用過程中的維護工作。 3.多樣化：將會有各種各樣不同外觀和功能的產(chǎn)品，滿足用戶的不同需要。 4.高安全性：隨著用戶安全意識的提高，安全性

17、將是用戶非常注重的一項指標，也將是一項基本要求。第1章 設計方案的確定1.1 項目概述由于國外的自動旋轉門發(fā)展較早，各項技術的發(fā)展都較為成熟。而我國自動旋轉門技術的發(fā)展起步較晚，全自動旋轉門技術來源于歐洲等技術較為成熟的國家。因此到目前為止，我國的自動旋轉門的技術水平還不夠完善，離國外還有一定差距，特別是結構設計和驅(qū)動控制系統(tǒng)這兩個層面的差距最為明顯。我國現(xiàn)在設計出的自動旋轉門的具有安全性能低，壽命短，運行噪音大等缺點，安全事故也時有發(fā)生，所以，仍需設計人員的不斷努力，不斷地對自動旋轉門進行完善，才有希望趕超國外自動旋轉門的技術水平。因此，對自動旋轉門的研究是十分有必要的。旋轉門主要設計是從門

18、體,傳動系統(tǒng),控制系統(tǒng)，檢測系統(tǒng),安全系統(tǒng)等幾個方面進行考慮。從上面幾個方面具體分析可以設計兩種方案。1.2 自動旋轉門系統(tǒng)的方案設計(1)框架總成：分為固定部分和旋轉部分，均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強度鋁合金型材，結構簡潔，精密牢固。采用中心門軸結構安裝和驅(qū)動旋轉門體設計，每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃，安全可靠。門體結構簡圖如圖2-1所示。 圖1-1 門體結構簡圖(2)驅(qū)動系統(tǒng)：由一個三相交流電機提供動力，用減速器帶動中心門軸驅(qū)動

19、。(3)控制系統(tǒng)：由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關組成。(4)檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機啟停進行操作。(5)安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應器。 旋轉門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動門入口右側立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應器，如受擠壓門扉即馬上停止運轉。膠條恢復正常，門扉則自動轉動;每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應器，碰到物體或行人門扉立即停止運轉。膠條恢復正常，門扉則自動轉動。1.3 旋轉門控制方案的確定通過分析可知本設計是利用可編程控制器（PLC）、變頻器傳感器等構成三翼自動旋轉門的控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理和設計要求確定了系統(tǒng)的結構框圖如圖2

20、-2所示。紅外傳感器作用是檢測是否有行人通行；紅外防夾傳感器和防夾接近開關用來檢測是否有人被夾；定位接近開關用來檢測門翼是否停在定位位置；防碰撞傳感器用來檢測是否有人被碰或被撞；主控芯片用來判斷傳感器傳來的各種信號并經(jīng)過判斷做出相應控制動作；變頻器接收控制信號對電動機進行調(diào)速。另外還有運行狀態(tài)指示燈和過載報警等等。旋轉門控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對門的自動啟停、自動定位、速度調(diào)節(jié)、安全智能和夜間閉鎖等功能。紅外傳感信號防夾傳感信號防碰、撞信號定位信號鎖門信號閉鎖信號調(diào)速信號西門子S7-200PLC過載警鈴狀態(tài)指示燈變頻器M3圖1-2控制原理框圖第2章 門結構的設計三翼自動旋轉門的尺寸可以根據(jù)可以確定其尺寸

21、，其具體尺寸如下所示；表2.1 門體尺寸旋轉門直徑3200mm門凈高 A2400mm門總高 B2755mm門出入口尺寸 C1430mm門外徑D3360mm單扇門半徑DW1315mm 圖2.1 門體結構簡圖2.1 門結構材料的選用門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃。1.根據(jù)相關門體標準,可按90系列的推門進行設計。門體骨架采用90系列推拉門專用鋁型材，根據(jù)中可以確定門體骨架鋁型材；左邊框選代號L090704右邊框選代號L090704上橫選代號L090706下橫選代號L090707三翼旋轉門門扇 2.門體玻璃的選用 門扉玻璃一般有幾種選擇，一是防彈玻璃，二是夾膠玻璃，三是鋼化玻璃。由于自動旋轉門

22、一般用于高級的賓館，寫字樓等高檔場所,一般無特殊要求。由于防彈玻璃價格較為昂貴，并且無多大實際用處，而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好。因此選擇鋼化玻璃是最合適的。根據(jù)參考其他相關產(chǎn)品的選擇情況，可以選6mm的鋼化透明玻璃。 2.2 門結構尺寸的確定根據(jù)前面的總體設計可知，三翼旋轉門的結構尺寸可參照中90系列（尺寸高度為2400mm,一扇門寬度為1315mm）進行設計。2.3 中間軸的設計與軸承的選用 1.中間軸的設計 軸的直徑為：= (2-1) =3200-21315-23-216 =532mm式中：為門體旋轉直徑，為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙，為扇門邊框安裝膠條的寬度。由于軸是用來安裝

23、軸承、齒輪、門扇的，并且在軸向受到力不大。所以選用結構用不銹鋼焊接鋼管。用牌號0Cr18Ni9制造，以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm,壁厚為8mm,定尺長度為3000mm,中間軸在安裝軸承的兩端要車削1mm，并且達到530mm，尺寸精度為普通級。2.軸承的選用為了使軸承能很好的固定，必須使用軸承座。由于要使用兩個軸承，則軸承座也要使用兩個，上下各一個。對于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿足強度要求。因為軸所計算的直徑為532mm,兩端車削后直徑為530mm，故選用雙列圓錐滾子軸承，根據(jù)(GB/T-22-1995)選型號為35000型，代號為3519/530。 安裝在軸上的軸承主要受軸

24、向力。并且軸承受到的軸向力比較大，故需在門安裝地面設計一個凹型臺，防止軸的向下滑動和安裝時防止其他雜質(zhì)進入軸承內(nèi)。 圖2.3 下軸承座2.4 曲壁部分設計曲壁由4根角鋼做為支撐體，每2根構成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上，進出口各布置2根，然后頂部又用一圓周角鋼將4根角鋼固定在一起。形成曲壁的整體框架，然后安裝鋁合金玻璃壁。曲壁由2塊相同的圓弧玻璃組成。材料的選用曲壁上圓弧梁選用6063專用弧形材。頂部用的角鋼彎曲成一個圓弧，由四段構成，便于加工。玻璃則選用8mm厚的弧形鋼化玻璃。2.5 華蓋的設計華蓋部分是用來安裝驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分，其主要由和型材框架和薄金屬版構成一個圓柱形體。其主要安

25、裝軸承，電機，控制裝置等。由于華蓋要用來安裝電機，電機的有一定重量。為了保證電機在工作時不發(fā)生振動現(xiàn)象，故選擇的鋼架結構要求其剛度比較高。故選擇熱扎鋼板。其厚度為2毫米，直徑為3360mm的圓形，上下各一張。1.華蓋底部設計旋轉門的外徑為3360mm，由于底部要安裝軸承，必須在鋼板中間打孔。與此同時角鋼也要穿過鋼板，也必須在鋼板上加工槽。2.上華蓋的設計旋轉門的外徑為3360mm，由于上面的鋼板要用來安裝電機，故必須在其上面打孔。同時為了保證鋼板用足夠的強度來支撐電機的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板焊接在一起。由于電機的重量不大，故用一般方鋼。2.6 齒輪的設計計算 1.選定齒輪類型、

26、精度等級、材料及齒數(shù)按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。旋轉門為一般傳動，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。查文獻3中小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪的材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =30，大齒輪齒數(shù) ，取=206。 由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取有彎曲強度算得的模數(shù)2.62并就近圓整為標準值m=3；按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)：=33。大齒輪

27、齒數(shù)：。這樣的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，而且做到了結構緊湊，避免浪費。2.幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 (2-2) (2-3) 計算中心距 (2-4) 計算齒輪寬度 (2-5)取。 驗算 (2-6) ，合適。 (2-7)由于軸的尺寸非常大，故將齒輪改為齒圈來設計。其設計與一般齒輪設計時完全一樣的。 第3章 驅(qū)動系統(tǒng)設計3.1 電機的確定根據(jù)機械設計中電機所需功率按下式計算： (3-1)由電動機至轉動軸的傳動總效率為： (3-2)式中,分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動效率。 取，則總的傳動效率為： (3-3) =0.83則可以計算出電機的功率 (3-4)由于門體

28、還應能承受一定的風阻，以及旋轉門體周圍無條件與曲壁門體間的摩擦阻力，盡管其產(chǎn)生的力較小，但由于門體直徑過大，則會產(chǎn)生較大的阻力矩。同時還有一些其他沒有考慮的因素，如齒輪的轉動慣量，因此特將計算出的功率放大一些同時門體的轉動較低，則電機應適應轉速較低的，根據(jù)相關的計算結果可以選以下兩種電機。 表3.1 電機參數(shù)表方案型號額定功率(KW)轉矩(N.m)同步轉速（r/min）滿載轉速(r/min)總傳動比齒輪傳動比減速器傳動比1JCJ71-0.550.5523.51500144024021.8112JXJ1-35-0.370.3782.0150014402406.8635 由于電機輸出的轉速較大，一

29、般在1500r/min，通過減速器難以實現(xiàn)門體轉速6r/min，因此在選電機時可以選用帶減速器的電機來實現(xiàn)要求。根據(jù)相關要求，可以選用一個JXJ系列齒輪減速三相異步電機，JXJ系列異步電機按照TB1T6442-92標準設計制造,廣泛用于輕工,紡織，建筑機械行業(yè)。JXJ系列異步電動機是直接輸出低轉速，大轉距，且有轉速型譜寬，運轉平衡，噪聲低，高效節(jié)能，體積小，重量輕，規(guī)格多，選用方便等特點。 由于計算出所需電機功率為0.24KW,加上一些忽略因素，應該選擇電機功率在0.24KW上的電動機才行。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和齒輪傳動，可見方案2比較合適。即選用JXJ1-35-0.75

30、擺線針輪減速器三相異步電機。型號額定功率(KW)轉矩(N.m)同步轉速(r/min)滿載轉速(r/min)總傳動比齒輪傳動比減速器傳動比JXJ1-35-0.370.3767.9150014402406.935表3.2 電機參數(shù)表圖3.1 電機尺寸圖表3.3 電機尺寸表PEMn-dD2D3D4DbhB491294-1229026023045831345第4章 控制系統(tǒng)設計4.1 硬件設計4.1.1 PLC系統(tǒng)控制分析及地址分配設計1. 節(jié)點分析及機型的選擇 通過對旋轉門控制要求的分析，PLC控制輸入信號有23個，輸出接點共7個。按照預留15%-20%的接點數(shù)來計算，輸入接點至少要28個，輸出接點

31、至少要10個。本系統(tǒng)為個簡單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗來估算，同時由上段對I/O接點的分析主要有：開關量輸入字節(jié)數(shù)：2815=450開關量輸出字節(jié)數(shù)：1015=150系統(tǒng)推斷定時器/計數(shù)器字節(jié)數(shù)：8100=800總計大約需要1400個字節(jié)數(shù)容量。加上預留30%，有2K的程序容量足夠了。由以上可得，同時兼顧經(jīng)濟性原則。 PLC產(chǎn)品中西門子S7-200系列可編程控制器是當今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在此系列PLC中設置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進行中斷處理，擴大了PLC的應用領域。本系統(tǒng)選擇了西門子S7-200 CPU224型PLC。由PLC型號主回路電壓AC（1

32、00240）V；擴展一個EM22316I/16Q-24V DC數(shù)字量輸入模塊。故本系統(tǒng)選用直流輸出方式。 表4.1 PLC性能參數(shù)表PLC型號西門子S7-200 CPU224程序存儲容量4KB數(shù)據(jù)存儲容量2.5KBI/O點數(shù)14入10出存儲器類型EEPROM基本指令執(zhí)行時間0.37 us擴展I/O模塊數(shù)量7塊記時器/定時器256/2562. 開關的選擇 本控制系統(tǒng)為PLC控制，各種開關的容量要求不高，普通的開關足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對急停、STOP、middle、high、殘疾開關，選擇普通按鈕開關LA系。Middl、high、殘疾、開關為LA2，急停開關為LA2（紅色），STOP關為L

33、A2-A紅色（十字型）。3. 電源的選擇PLC自帶的輸入口電源一般為直流24V。輸入口每一點的電流定額一般為7mA,這個電流是輸入口短接時產(chǎn)生的最大電流(端口本身純存在阻抗)。當輸入口上接有一定阻抗的負載時,其流過的電流就要減少,PLC輸入口信號傳遞所需的最小電流一般為2mA左右,這樣就規(guī)定了輸入口接人的最大阻抗。為了保障最小有效電流,輸入口所接器件的總阻抗要小于2000歐。從另一方面說,輸入口機內(nèi)電源功率一般只有幾瓦,當輸入口所接的傳感器所需功耗較大時,需另配專用電源供電。4. 熔斷器的選擇為了保護電路（短路保護）需要有熔斷器FU,選擇的依據(jù)是熔體的額定電流IR大于線路工作電流I（I=2A）

34、，所以選擇RL1-15，熔體額定電流等級為4。5. 整流器的選擇為降低電壓的波動對控制系統(tǒng)的不良影響，選擇把交流變?yōu)榈蛪褐绷鞴╇?。因此，選擇型號為ZBA-10/24型整流器，它的輸入電壓為交流220V，輸出電壓為直流024V，額定電流10A。6. 輸出模塊的確定輸出模塊的任務是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號，轉換為外部所需電平的輸出信號，以驅(qū)動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向晶閘管輸出、達林頓晶體管輸出。這幾種輸出形式均有各自的特點，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的要求加以確定。繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣。通電壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有舢點；壽命

35、較短，且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交直流負載。當驅(qū)動感性負載時，最大操作頻率不得超過1Hz。雙向晶閘管輸出（交流）和達林頓晶體管輸出（直流）都屬干無觸點開關輸出，適用于通斷頻繁的感性負載。感性負載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反向電壓，必須采取抑制措施。另外，這兩種形式的輸出均不具備明確的輸出開關斷點，因此對于有此要求的使用場合會受到限制。因此采用晶體管輸出輸出電流的選擇，模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值。如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動時，應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通時右沖擊電流，要留有足夠的裕量。允許同時接通的輸出點數(shù)，在選用輸出模塊時，不但要看一

36、個輸出點的驅(qū)動能力，還要看整個輸出模塊的滿負載能力。即輸出模塊同時接通點數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流7. 輸入輸出口及端口的保護及分配 PLC輸入口電壓定額一般為接有直流24V有一些輸入口是不接電源輸出口的電壓定額常接工頻低壓交流電源和直流電源。當輸入口端連接電感類設備時,為了防止電路關斷時刻產(chǎn)生高電壓對輸入輸出口造成破壞,應在感性元件兩端加接保護元件。對于直流電源,應并接續(xù)流二極管,對于交流電路應并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51120歐,電容可以取0.10.47uF。電容的額定電壓應大于電源的峰值電源,續(xù)流二極管可以選1A的管子,其額定電壓應大于電源電壓的3倍。對PLC輸入

37、端電阻分析，自帶電阻為3k歐,對于DC24V的電流為標準電流，對輸入口保護不需做特別處理。輸出為直流感性負載時，需在負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管或齊納二極管加以抑制。查有關資料時，在直流感性負載輸出時可選電流為1A左右的二極管，電阻約為50歐左右。本系統(tǒng)中輸出口選交流電源，電阻取65歐。31表4.2 輸入地址分配表輸入地址對應的外部設配I0.0急停按鈕I0.1殘疾按鈕I0.2STOP開關I0.3Middle開關I0.4High高速按鈕I0.5鎖鑰I0.6直流制動接近開關I0.7防夾接近開關1I1.0紅外線傳感器1I1.1防撞傳感器1I1.2防碰傳感器1I1.3防夾傳感器1I1.4變頻過載報警輸入I1

38、.5鎖門接近開關I1.6防夾接近開關2I1.7紅外線傳感器2I2.O紅外線傳感器3I2.1紅外線傳感器4I2.2防撞傳感器2I2.3防碰傳感器2I2.4防夾傳感器2I2.5防碰傳感器3I2.6電機過熱報警輸入表4.3 輸出地址分配表輸出地址信號內(nèi)容Q0.0上電及報警信號Q0.1電磁鎖控制繼電器Q0.2電動機啟停（變頻器智能端子FWD）Q0.3速度控制（變頻器職能端子X2）Q0.4速度控制（變頻器職能端子X1）Q0.5直流制動（變頻智能端子REV）Q0.6變頻器復位（變頻智能端子RESET）表4.4控制系統(tǒng)電氣元件表序號符號名稱型號規(guī)格1SB1停止按鈕開關1LAY8紅色，DC24V2SB2停止按

39、鈕開關2LAY8紅色，DC24V3SB3高速按鈕開關1LAY8綠色，DC24V4SB4高速按鈕開關2LAY8綠色，DC24V5SB5中速按鈕開關1LAY8綠色，DC24V6SB6中速按鈕開關2LAY8綠色，DC24V7SB7殘疾按鈕開關1LAY8綠色，DC24V8SB8殘疾按鈕開關2LAY8綠色，DC24V9SA1急停開關LW22DC24V10SA2電磁鎖D4JLDC24V11FR1熱繼電器JR16B-2031.6A12報警指示燈XD8DC24V13FUPLC輸入回路熔斷器RL1-156級圖4.2 PLC接線圖4.1.2 變頻器容量選擇計算變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定，列如電動機的容量，電動

40、機的額定電流，電動機加速時間等，其中最主要的電動機的額定電流。表4.5 電機參數(shù)表電動機型號額定功率（W）額定電流（A）額定電壓（V）效率（%）功率因素電機轉動慣量飛輪的轉動慣量JXJ1-35-0.373700.97380730.762.20.00180.6 1.驅(qū)動一臺電動機對于連續(xù)運轉的變頻器必須同時滿足下列3項計算公式：滿足負載輸出/kVA： (4-1) 滿足電動機容量/kVA： (4-2) 滿足電動機電流/A： （4-3) 2.指定變頻器的啟動加速時間變頻器產(chǎn)品型號所列的變頻容量，一般以標準條件為準，在變頻器過載能力以內(nèi)進行加減速，在進行急劇加速和減速時，一般利用失速防止功能，以避免變

41、頻器跳閘，但同時也加長了加減速時間。如果生產(chǎn)設備對加速時間有特殊要求時，必須事先核實編破器的容量是否能夠滿足所要求的加速時間，如不能滿足,則要選用加大一檔的變頻器容量。在指定加速時間的情況下，變頻器所必需的容量計算如下： (4-4) 3.指定變頻器的減速時間降低變頻器的輸出頻率，就可以實現(xiàn)電動機減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動機更快的減速。當變頻器輸出頻率對應的速度低于電動機的實際轉速時，電動機就進行再生制動。在這種運行狀況下，異步電動機將變成異步發(fā)電機，而負載的機械能將被轉換為電能并反饋給變頻器。當反饋能量過大時，變頻器本身的過電壓保護電路將會動作并切斷變頻器的輸出，使電動機處于

42、自由減速狀態(tài)，反而無法達到快速減速的目的。為了避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量能在直流中間回路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓星變頻器中，一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動三極管和制動電阻。當直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值，制動三極管就回導通，使直流電壓通過制動電阻放電，既電動機回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱能的形式在制動電阻上消耗掉。制動電阻的選擇方法： 1)計算制動力矩 (4-5) 2)計算制動電阻的阻值在進行再生制動時，即使不加放電的制動電阻，電動機內(nèi)部也將有20%的銅損被轉換為制動力矩?？紤]這個因數(shù)，可以按下式初步計算制動電阻的預選值。 (4-6) 上式中，如

43、果，則沒必要加制動電阻。放電電路由制動三極管和制動電阻串聯(lián)而成，因此，制動三極管本身允許通過電流就是放電電路的最大允許值。所以制動電阻的最小值。由上可見，制動電阻的阻值應由來決定。有的變頻器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品目錄中。給出制動電阻最小值的參考值，可供用戶在選擇制動電阻時參考。 3)計算制動電阻平均消耗的功率/kW如前所述，電動機額定轉距的20%制動轉距由電動機內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可以按下式求得電動機制動時，制動電阻上消耗的平均功率： (4-7) =(5.76-0.22.2)1440 =0.802由于三翼自動旋轉門是恒轉矩負載，故變頻器選用通用型的。又因為三翼旋轉門的轉速不允許超過額定值，電機不會過載。

44、因而可以選用通用的變頻器，只要所選用的變頻器滿足一般環(huán)境下使用即可。根據(jù)以上的計算的數(shù)據(jù)，選用佳靈JP6C-T9-0.75。該變頻器的參數(shù)如下；表4.6 變頻器參數(shù)表變頻器型號JP6C-T79-0.75適配電動機功率/kW0.75額定電流額定容量/kVA2.0電壓/V3相,380440額定頻率/Hz50/60額定電流/A2.5額定過載短時間額定電流的150%1min電源相數(shù),電壓,頻率3相,380440,50Hz/60Hz允許波動電壓10%-15%,頻率5%-5%瞬間電壓降低范圍310V以上,繼續(xù)運轉所需電源容量/kVA1.2輸出功率調(diào)整最高頻率/Hz50400可變設定基本頻率/Hz50400

45、可變設定啟動頻率/Hz0.560可變設定載波頻率/Hz26可變設定精度模擬設定設定分辨率模擬設定控制制動電壓/頻率特性用基本頻率可變設定320440V電矩提升自動:按照負載轉矩,調(diào)整至最佳手動設定:0.120.0編碼設定啟動轉矩150%以上(轉矩矢量控制)制動轉矩100%以上可選使用時150%以上(用DBR時)直流制動可設定制動開關開始頻率,時間等外殼防護等級IP40冷卻方式自冷質(zhì)量/kg2.44.1.3 傳感器與安全系統(tǒng)的設計1.檢測傳感器的選用檢測系統(tǒng)是由安裝于門口上面的四個傳感器來實現(xiàn)的，其主要功能是感知人的進出從而發(fā)出開門信號。紅外傳感器的選擇主要考慮檢測范圍和輸出形式及其特點。ADS

46、-A型門傳感器是較好的選擇。它的檢測范圍可調(diào)，安裝高度在門的設計高度范圍內(nèi)，其輸出形式為繼電器接點，可以直接和控制器相連。那么此檢測傳感器就可以選擇這個。2.安全系統(tǒng)設計26為防止三翼旋轉門在工作過程中因某些原因而發(fā)生傷人的事故出現(xiàn)，那么就需要配置一定的安全系統(tǒng)。主要采用以下方式。紅外線防夾安全感應器防止門扇與曲壁柱之間夾傷行人，當人在門扇與曲壁立柱安全距離內(nèi)時，感應器與接近開關信號同時生效,門扇應馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側門立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應器，如遇物體碰撞或受壓，門扇馬上停止轉動，防止夾傷行人，膠條內(nèi)感應器恢復正常后，轉門也隨之恢復正常運轉。每扇門扉底邊裝有全開寬內(nèi)藏式感應

47、器，如碰到物體或受壓，門扇馬上停止轉動，防止門扇打倒行人，膠條內(nèi)感應器恢復正常后，轉門也隨之恢復正常運轉。此外，還采用了4只測量范圍為5mm 的電感式接近開關。接近開關用于防夾位置區(qū)域設定、直流制動封門及鎖門定位。1)防夾接近開關的選用 由于在出入口兩個防夾區(qū)域內(nèi)要安裝了防夾傳感器。而防夾感應器是用來感應人是否處于防夾區(qū)域內(nèi)，而不知道是否門扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi)，所以僅靠防夾傳感器是無法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一個接近開關來判斷門翼也走到了防夾區(qū)域內(nèi)。如果在防夾區(qū)域內(nèi)，則接近感應器發(fā)出信號表示，如果此時有人進入防夾區(qū)則有可能被夾。兩信號同時有效時，則使門停轉制動。由于人的寬度一般在0

48、.5m以下，可設此距離為接近感應器感應距離。當門翼靠近曲壁門柱0.5m時，接近開關傳感器就可以發(fā)出信號。因此選擇光電式 BR系列接近傳感器,其型號為BPR100-DDT傳感器。2)防夾傳感器的選用 防夾傳感器是用來檢測人是否在防夾區(qū)域內(nèi)用的。應采用紅外線傳感器檢測，其檢測方式是豎直的。因此當人在防夾區(qū)域時，傳感器只有通過豎直檢測才不會誤判。假如傳感器不是豎直的，而是發(fā)散的，如人正常經(jīng)過轉門區(qū)時，防夾傳感器就有可能檢測到人的存在，而此時門翼又有可能正好在防夾接近傳感器范圍內(nèi)。兩者信號同時有效，使門體無故停轉，而造成不必要的麻煩。因此可以選擇紅外垂直防夾傳感器。紅外線防夾傳感器安裝在門的進出口的兩

49、個防夾區(qū)域內(nèi)，即進出口的右邊立柱旁的華蓋上，其具體位置根據(jù)調(diào)節(jié)而定?；谝陨蠗l件,可以選用型號為BX15M-TFR。3)直流制動接近開關選用 由于當電動機停轉時，門要停在指定的位置，而門停轉時，電機要先停轉而門體有一定慣性而使得門無法停在指定的位置上。這時我們就需要接近開關，當門靠近門停位置時，就產(chǎn)生信號發(fā)出制動信息，使門體在這個位置。接近開關的感應距離過大，會使門制動后停在指定位置的前邊。感應位置過小，由于接近開關也有一個響應時間，則使門停超過門應停的位置。根據(jù)相關自動門產(chǎn)品類型，可選用CR系列電容圓柱型接近開關為8mm的型號,PNP輸出。4)鎖門接近開關的選用 當鎖門時，為了讓門精確的停位

50、在上鎖的位置，同樣需要一接近開關提前感應鎖門位置的臨近，發(fā)出鎖門信號使門體精確停在這個位置便于我們上電磁鎖和機械鎖，而無需人再來推門體使其準確停位。接近開關的感應距離過小都到不了門體的精確停位，而使得無法上鎖。所以感應距離為適當才可。根據(jù)相關自動門產(chǎn)品類推，可選用5mm感應距離高周波振動角柱型接近開關?？蛇x擇型號為PS12-4DN，常開觸點，PNP輸出，三線連接。5)防碰撞傳感器的選用 防碰傳感器主要時為了防止人和門的速度不一致時，旋轉門翼打到行人；而防撞傳感器則是為了防止人因不小心撞在門體的立柱上，而引起旋轉門體旋轉過來撞傷行人。其采用接觸式傳感器防夾安全帶來實現(xiàn)，它是以向其施加垂直壓力致使

51、觸帶內(nèi)的導電體互相接觸，這導致電阻和電流改變而產(chǎn)生開關信號的。防碰傳感器安裝在兩扇旋轉門翼的底部，而防撞傳感器安裝在門體的立柱上。選用型號ASR-001。6)接近開關的選用 而鎖門接近開關則時為了看門翼是否靠近門的鎖門位置，因此應該安裝在門安裝電子鎖的位置附近。選用型號ASR-002。4.1.4 控制系統(tǒng)功能特點1.變速功能 旋轉門設有低速，中速，高速三種旋轉速度，分別對應殘疾，middle和high三個按鈕進行切換，以適應殘疾人通過,正常運轉和緊急疏散對轉速的不同要求。2.自動轉停功能 來人時自動啟動，并以正常轉速動轉，15s時無人進出，則自動停轉并封門。3.防夾功能 當門扇運轉靠近曲壁立柱時，如果行人試圖從兩者之間(防夾區(qū))進入旋轉門，則門立即自動停轉以防夾傷行人。行人離開防夾區(qū)，門自動恢復運轉。4.防撞功能 行人緊靠右側立柱或遇到物體碰撞右側立柱,則旋轉門馬上停轉，以防止撞傷行人或撞壞物體，行人或物體離開右側立柱,自動門恢復運轉。5.防碰功能 行人在旋轉門內(nèi)通行過程中，如遇到門扇碰到行人腳后跟，則門立即停轉，以防止碰傷行人。行人離開門扇，門自動恢復旋轉。6.鎖門功能 采用電磁鎖方式