試論自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！試論自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本文設(shè)計自動門控制系統(tǒng)相關(guān)功能將基于PLC電子裝置具體實現(xiàn)，其中系統(tǒng)設(shè)計電路控制方便、可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特點，另外該系統(tǒng)驅(qū)動交流電機控制的成本得以降低，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可編程控制器(PLC)的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，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(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(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(yīng)當在正常需求基礎(chǔ)上額外預(yù)留一定余量，從而盡可能滿足控制系統(tǒng)相關(guān)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12點。2）存儲器容量的估算確程序容量，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，此時需要選取存儲器容量估算值作為參考依據(jù)。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%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)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）控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、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(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（1）控制功能PLC由于本身控制體系存在特殊性，所以單回路以及多回路控制器在模擬量控制過統(tǒng)運行速度。（2）編程功能PLC和編程器所用CPUCPU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CPU資源開始對運行設(shè)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CPU資源不再共用，而且運行過程愈加復(fù)雜，數(shù)據(jù)交換以及編程結(jié)果相對獨立，只是成本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(yīng)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(yīng)用標準相關(guān)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(shè)備運營故障位置判別，而軟件診斷則又可細分為內(nèi)、外診斷兩種，判斷依據(jù)是軟件診斷面向資源類型，若是面向PLC內(nèi)部性能則為內(nèi)診斷，若是面向PLC的CPU與外部輸入輸出等部件則為外診斷。4）機型的選擇(1)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，例如按照結(jié)構(gòu)或者應(yīng)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畢，而模塊型PLC由于硬件資源相對完備，所以無需固定控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，用戶可依據(jù)實際需要動態(tài)設(shè)置，在大中型控制系統(tǒng)十分常見。2（2）經(jīng)濟性的考慮PLC選擇標準之一是經(jīng)濟原則，也即應(yīng)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，因為點數(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CPU資源、內(nèi)存、控制功能基礎(chǔ)上才可完成點數(shù)增加操作，從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)性價比的合理掌控。本課題所設(shè)計的自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本文設(shè)計將采用三菱FX2N-32M小型PLC實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)控制功能，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(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量，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，基本能夠滿足系統(tǒng)在時間靈敏度方面的應(yīng)用需求。3驅(qū)動裝置的選型度實現(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(shè)計的自動門的要求應(yīng)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安全標準規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的特點的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機，在結(jié)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變頻器的原理步驟是：通過整流器將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，然后再將直流電源轉(zhuǎn)換為設(shè)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部分組成。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(yīng)當重點3關(guān)注是否與設(shè)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)值標準基本類似。本項目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(shè)計采用Y型連接。所用逆變器的最大電流應(yīng)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1.4Nm，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(yīng)用場景中選取變壓器類型時，應(yīng)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）作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器三菱FR-540變頻器優(yōu)勢在于：1)PLC繼電器輸出端與變頻器控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合適位置，同時還可支持遠程操控。3)際需求十分契合，只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕，就可以進行頻率設(shè)置。4.2變頻器的參數(shù)設(shè)定本課題所設(shè)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(guān)門曲線。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)可計算得出變頻器運轉(zhuǎn)速率，本文設(shè)計將參數(shù)p設(shè)置為6，額定轉(zhuǎn)速值為400r/min，代入式中可得到轉(zhuǎn)差率為-0.25，馬達皮帶輪與門上的5.712.1,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,加速開門或者關(guān)門的距離為30cm0.5S，速度為3600cm/min，此時要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。2）中速開門和關(guān)門的距離為65cm，時間為2s,速度為1950cm/min，此時要求電機的轉(zhuǎn)速為110.4r/min。4330cm,時間為1.5s,速度為1200cm/s轉(zhuǎn)速為67.9r/min。根據(jù)以上速度要求設(shè)置變頻器，變頻器的頻率具體設(shè)定方式見表3-1，根據(jù)以下設(shè)定方式按課題要求設(shè)定好變頻器三速控制的頻率。表名稱12感應(yīng)開關(guān)的選型5隨著科學技術(shù)發(fā)展進程的日益加快，自動門感應(yīng)開關(guān)類型也呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，常見類型有觸摸感應(yīng)開關(guān)、微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器等。通常不同類型感應(yīng)器應(yīng)用場景并不相同，性能指數(shù)同樣存在差異，所以用戶應(yīng)當仔細分析整理實際應(yīng)用需求從而選擇最佳感應(yīng)器類型。事實上，感應(yīng)器性能對于自動門系統(tǒng)所起作用十分重要，對于自動門安全性及穩(wěn)定性影響尤為凸顯，所以設(shè)計人員應(yīng)當在感應(yīng)開關(guān)選取方面給予高度重視。WB-3001微波感應(yīng)器實現(xiàn)自動門人員檢測相關(guān)功能，由于能夠迅速感知物體移動情況，所以該類型感應(yīng)器通常應(yīng)用于行走速度正常人員建筑，而且實際應(yīng)用過程中工作效果幾乎不受周圍環(huán)境因素影響。5在防夾人感應(yīng)器的選擇上本設(shè)計選用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的WS-210微型紅外安全光線，可避免外界光線干擾。在門下行關(guān)閉時,當有人或車經(jīng)過安全光線時,