試論自動門硬件系統(tǒng)的設計

1、試論自動門硬件系統(tǒng)的設計1限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計本文設計自動門限制系統(tǒng)相關功能將基于PLC電子裝置具體實現(xiàn),其中系統(tǒng)設計電路限制方便、可靠性高,交流電機具有效率高、維護本錢低的特點,另外該系統(tǒng)驅(qū)動 模塊與傳統(tǒng)系統(tǒng)相較在諸多方面均有明顯改良,實用性顯著提升.隨著變頻技術的開展, 交流電機限制的本錢得以降低,為交流驅(qū)動系統(tǒng)在自動門中的大量運用提供了條件.2可編程限制器PLC的選型在PLC系統(tǒng)設計時,首先應確定限制方案,下一步工作就是PLC工程設計選型.工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù).因此,工程設計選型和估算時,應詳 細分析工藝過程的特點、限制要求,明確限制任務和范圍確定所需的操作和動作,然

2、后 根據(jù)限制要求,估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等,最后選擇有較高性能價格比的 PLC和設計相應的限制系統(tǒng).1輸入輸出I/O點數(shù)的估算I/O輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)應當在正常需求根底上額外預留一定余量,從而盡可能 滿足限制系統(tǒng)相關要求.實際訂貨時,還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點,對輸入輸出點數(shù)進行圓整.本文結(jié)合理論依據(jù)以及實際需要最終將該系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)值統(tǒng)一設置為12點.2存儲器容量的估算通常情況下在設計初期系統(tǒng)應用程序還未進入編程階段,所以此時設計人員并不明 確程序容量,只有在實際調(diào)試過程中才能逐漸掌握該項內(nèi)容.但是由于依然需要合理估 計程序容量,此時需要選取存

3、儲器容量估算值作為參考依據(jù).目前存儲器內(nèi)存容量估算方法還未形成統(tǒng)一認知,目前研究人員普遍將數(shù)字量以及模擬量I/O點數(shù)總體估計結(jié)果作為內(nèi)存估計總字節(jié)數(shù),只是二者放大比例有所差異,另 外再按此數(shù)的25%*慮余量.因此本課題的PLC內(nèi)存容量選才¥應能存儲2000條梯形圖, 這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間.3限制功能的選擇該選擇包括運算功能、限制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特 性的選擇.1根據(jù)本課題所設計的自動門限制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇.(1)限制功能PLC由于本身限制體系存在特殊性,所以單回路以及多回路限制器在模擬量限制過 程中應用十分廣泛,同時也可

4、另外構(gòu)建輸入輸出專用通道實現(xiàn)相關限制功能進而提升系 統(tǒng)運行速度.(2)編程功能離線編程方式：此時PLC和編程器所用CPLK源并不相互獨立,所以工作模式不同, CPU資源占用情況也會有所區(qū)別.編輯器處于編程狀態(tài)時,CPU資源將只對編程器開放而對現(xiàn)場設備那么處于關閉狀態(tài).而當編輯器完成編程操作之后那么開始進入運行模式,CPU 資源開始對運行設備開放,不再為系統(tǒng)編程提供支持.但是我們必須意識到,即使這種 編程方式在本錢限制方面成效顯著,但是由于實用性存在局限所以未能實現(xiàn)大范圍推廣 普及.而在線編程方式那么與離線編程方式思想完全相反,編輯器與相關設備所需CPU資 源不再共用,而且運行過程愈加復雜,數(shù)據(jù)

5、交換以及編程結(jié)果相對獨立,只是本錢投入 也會隨之成倍增加,但是由于操作簡單且易于實現(xiàn)所以應用十分廣泛.另外目前主要有 五種標準化編程語言,選取編程語言時除了考慮應用標準相關要求,還要盡可能提升語 言實用性能,如此方可在實際運用盡可能具備通用性.(3)診斷功能PLC診斷功能包含硬件、軟件檢測兩大功能模塊.硬件診斷主要用于設備運營故障 位置判別,而軟件診斷那么又可細分為內(nèi)、外診斷兩種,判斷依據(jù)是軟件診斷面向資源類 型,假設是面向PLC內(nèi)部性能那么為內(nèi)診斷,假設是面向PLC的CPUt外部輸入輸出等部件那么 為外診斷.4)機型的選擇PLC的類型PLC類型由于分類依據(jù)不同,通常分類結(jié)果也會存在差異,例如

6、根據(jù)結(jié)構(gòu)或者應用 環(huán)境就可將PLC劃分為完全不同的兩種類型,所以通常情況下 PLC類型并不固定,可以 根據(jù)具體需要具體分析.整體型PLC的I/O點數(shù)無需用戶另行設定,投入運營之前就已根據(jù)相關標準設置完 畢,而模塊型PLC由于硬件資源相對完備,所以無需固定限制系統(tǒng)的 I/O點數(shù),用戶可 依據(jù)實際需要動態(tài)設置,在大中型限制系統(tǒng)十分常見.(2)經(jīng)濟性的考慮PLC選擇標準之一是經(jīng)濟原那么,也即應當努力實現(xiàn)性價比提升,從實際操作以及投 入產(chǎn)出等方面綜合考慮.其中輸入輸出點數(shù)將深度影響產(chǎn)品價格,由于點數(shù)增加往往意 味著內(nèi)存需求量也會隨著增加,所以必須在綜合考量CPLK源、內(nèi)存、限制功能根底上才可完成點數(shù)增

7、加操作,從而實現(xiàn)限制系統(tǒng)性價比的合理掌控.本課題所設計的自動門 屬于小型限制系統(tǒng),結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇整體型PLG綜合以上因素,本文設計將采用三菱 FX2N-32M小型PLC實現(xiàn)系統(tǒng)相關限制功能, 如圖3-1所示.三菱FX2N-32M具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面 補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊,它 可以為自動化應用提供最大的靈活性和限制水平.三菱FX2N-32M具有突出的存放器容量,所以各類型存儲器容量擴充也相對較為便 捷,此外元件資源也十分豐富,根本能夠滿足系統(tǒng)在時間靈敏度方面的應用需求.3驅(qū)動裝置的選型自動門是否具

8、備實用價值往往與驅(qū)動器性能密切相關,本設計將借助變頻器三段速度實現(xiàn)電機速度的自動調(diào)節(jié),從而為自動門運轉(zhuǎn)提供充足動力.根據(jù)本課題所設計的自 動門的要求應選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保護等符合國際平安標 準規(guī)定的,具有噪聲低、過載水平強的特點的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機,在結(jié)合了平安、穩(wěn)定的考慮本課題所設計的自動限制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用天津平安電機有限 公司生產(chǎn)的型號為YSM100/112 W S的3相380V交流電機,電機如圖3-2所示. 4變頻器的原理變頻器工作原理是借助電力半導體器件相關功能完成工頻電源變換操作,具體變換步驟是：通過整流器將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?然后

9、再將直流電源轉(zhuǎn)換為設備運行所 需交流電源,以上即為一個電源變換周期,而變頻器電流往往由四局部組成.4.1 變頻器的選型根據(jù)自動門的需要,變頻器選型時要確定以下幾點：1)變頻器與負載的匹配問題(1)電壓匹配；變頻器額定電壓數(shù)值要求十分嚴格,所以選取變頻器時應當重點關注是否與設備運轉(zhuǎn)需求匹配.2電流匹配：變頻器額定電流數(shù)值要求與電壓數(shù)值標準根本類似.本工程中使 用的三相交流電機的最大啟動電流為 Y型0.37A,三角形0.64A.本設計采用Y型連接. 所用逆變器的最大電流應大于 Y型連接電機的最大啟動電流.2轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生,本課題所用電 機的最初起動轉(zhuǎn)矩為1.

10、4Nm,在選型中要考慮.3變頻器用于高速電機驅(qū)動時輸出電流往往偏大,所以在高速電機應用場景中選 取變壓器類型時,應當盡可能選取容量較大機型.綜合以上因素,本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR 500系列中的FR-540變頻器如圖3-3所示作為限制電機轉(zhuǎn)速的限制器三菱FR-540變頻器優(yōu)勢在于：1接線相對簡單,而且變頻器正反轉(zhuǎn)和運行頻率限制只需將PLC繼電器輸出端與變頻器限制輸入端相連即可實現(xiàn).2安裝相對靈活,使用者可依據(jù)實際需要將該變頻器安裝至適宜位置,同時還可 支持遠程操控.3頻率設置并不復雜,而且該類型變頻器本身具有的三速設定功能與本文設計實 際需求十分契合,只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕

11、,就可以進行頻率設置.4.2 變頻器的參數(shù)設定本課題所設計的自動門系統(tǒng)具有如下速度要求：自動門要求快速啟動-限位常速運行-限位慢速運行-停止,構(gòu)成了如圖3-4的開門和關門曲線.根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p1-s可計算得出變頻器運轉(zhuǎn)速率,本文設計將參數(shù) p設置 為6,額定轉(zhuǎn)速值為400 r/min ,代入式中可得到轉(zhuǎn)差率為-0.25 ,馬達皮帶輪與門上的 皮帶輪外徑、門上的皮帶輪內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為5.7: 1: 2.1,得出馬達皮帶輪與門上的皮帶輪 內(nèi)徑轉(zhuǎn)速比為2.4: 1.1根據(jù)上一章提到的門的規(guī)格,加速開門或者關門的距離為30cm,時間限制在0.5S, 速度為3600 cm /min ,此時要求轉(zhuǎn)

12、子的轉(zhuǎn)速為 204r/min.2中速開門和關門的距離為 65cm時間為2s,速度為1950cm/min,此時要求電機110.4r/min3減速開門和關門的距離為30cm,時間為1.5s,速度為1200cm/s,此時要求電機的 轉(zhuǎn)速為 67.9r/min .根據(jù)以上速度要求設置變頻器,變頻器的頻率具體設定方式見表3-1 ,根據(jù)以下設定方式按課題要求設定好變頻器三速限制的頻率.表3-1變頻器設定名稱表小設定范圍最小設定單位設定值上限頻率Pr1P 10 120Hz0.1Hz50Hz下限頻率Pr2p a0 120Hz0.1Hz0.1Hz3速設定高速Pr4P 40 120Hz0.1Hz25.5Hz3速設

13、定中速Pr5P S0 120Hz0.1Hz13.8Hz3速設定低速Pr6P £0 120Hz0.1Hz8.5Hz加速時間Pr7p 10 999s0.1s0.3s減速時間Pr8P 80 999s0.1s0.3s操作模式選擇Pr79P3304,7,8125感應開關的選型隨著科學技術開展進程的日益加快,自動門感應開關類型也呈現(xiàn)多元化開展趨勢, 常見類型有觸摸感應開關、微波感應器,紅外感應器等.通常不同類型感應器應用場景 并不相同,性能指數(shù)同樣存在差異,所以用戶應當仔細分析整理實際應用需求從而選擇 最正確感應器類型.事實上,感應器性能對于自動門系統(tǒng)所起作用十分重要,對于自動門 平安性及穩(wěn)定性

14、影響尤為凸顯,所以設計人員應當在感應開關選取方面給予高度重視.結(jié)合設計需要,本文最終將選取 WB-300微波感應器實現(xiàn)自動門人員檢測相關功能, 由于能夠迅速感知物體移動情況,所以該類型感應器通常應用于行走速度正常人員建 筑,而且實際應用過程中工作效果幾乎不受周圍環(huán)境因素影響.在防火人感應器的選擇上本設計選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的 WS-21C微型紅外 平安光線,可防止外界光線干擾.在門下行關閉時,當有人或車經(jīng)過平安光線時,門體會 自動停止下行,并自動上行以起到平安作用.6自動門系統(tǒng)I/O分配表I/O分配表是編寫PLC程序首先要做的前提條件,也是現(xiàn)場接線和調(diào)試的重要依據(jù) 根據(jù)自動門的限制系統(tǒng)的要求,確定了 PLC的I/O分配表,在表3-2中列出.表3-2 I/O 分配表PLC元件作用輸入X0緊急停止X1手/自動轉(zhuǎn)換開關X2感應開關內(nèi)X3感應開關外X4防夾人光柵常閉X5關門下限X6開門下限