基于PLC的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)胡設(shè)計(jì)

1、緒論人們更加注重自動(dòng)化和人性化的產(chǎn)品。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時(shí)營(yíng)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(shè)計(jì)，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆，立足于建筑時(shí)代大潮的最前端。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門由于其可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看管，同時(shí)又可節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音，既方便又提高了建筑的檔次的原因，在銀行、寫字樓、酒店等辦公娛樂(lè)場(chǎng)所得到了廣泛普及應(yīng)用。由于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的人流量有限，通常在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動(dòng)或手動(dòng)平開門，一方面增加通行能力，另一方面當(dāng)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時(shí)，不影響人的通過(guò)。但在靜態(tài)密封效果方面，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門遠(yuǎn)不如其他自動(dòng)門，因?yàn)槠溟T體運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定著

2、只能使用毛條密封。因此針對(duì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得更具有實(shí)際意義，不僅可以提高旋轉(zhuǎn)門的智能化程度，更能促進(jìn)旋轉(zhuǎn)門的技術(shù)更新和產(chǎn)品的應(yīng)用。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展趨勢(shì)自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國(guó)外著名廠家有：荷蘭的B00NEDAM瑞典的BESAM德國(guó)的多瑪、蓋澤日本的納博克、寺岡等。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：智能化、多功能：今后的還將進(jìn)一步提高智能化程度，如自動(dòng)檢測(cè)開關(guān)門行程位置，自動(dòng)適應(yīng)門體阻力的變化，以始終保持較高的遇

3、障保護(hù)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。免維護(hù)：采取多種措施，減少使用過(guò)程中的維護(hù)工作。多樣化：將會(huì)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。高安全性：隨著用戶安全意識(shí)的提高，安全性將成為非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，也是一項(xiàng)基本要求。2設(shè)計(jì)方案的確定旋轉(zhuǎn)門主要設(shè)計(jì)是從門體，傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)，安全系統(tǒng)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。從上面幾個(gè)方面具體分析可以設(shè)計(jì)兩種方案。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)(1)框架總成：分為固定部分和旋轉(zhuǎn)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(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，精密牢固。采用中心門軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門體設(shè)計(jì)，每扉門

4、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6mnff鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用(4+4)夾膠玻璃，安全可靠。門體2構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。圖2-1門體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由一個(gè)三相交流電機(jī)提供動(dòng)力，用減速器帶動(dòng)中心門軸驅(qū)動(dòng)。(3)控制系統(tǒng)：由可編程控制器PLG變頻器、功能開關(guān)組成。(4)檢測(cè)系統(tǒng)：由紅外傳感器實(shí)現(xiàn)有無(wú)人自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)對(duì)電機(jī)啟停進(jìn)行操作。(5)安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動(dòng)門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門

5、扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)門控制方案的確定通過(guò)分析可知本設(shè)計(jì)是利用可編程控制器(PLG、變頻器傳感器等構(gòu)成三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理和設(shè)計(jì)要求確定了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示紅外傳感器作用是檢測(cè)是否有行人通行；紅外防夾傳感器和防夾接近開關(guān)用來(lái)檢測(cè)是否有人被夾；定位接近開關(guān)用來(lái)檢測(cè)門翼是否停在定位位置；防碰撞傳感器用來(lái)檢測(cè)是否有人被碰或被撞；主控芯片用來(lái)判斷傳感器傳來(lái)的各種信號(hào)并經(jīng)過(guò)判斷做出相應(yīng)控制動(dòng)作；變頻器接收控制信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。另外還有運(yùn)行狀態(tài)指示燈和過(guò)載報(bào)警等等。旋轉(zhuǎn)門控制系

6、統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)門的自動(dòng)啟停、自動(dòng)定位、速度調(diào)節(jié)、安全智能和夜間閉鎖等功能。圖2-2控制原理框圖3三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定各扇門的質(zhì)量由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對(duì)稱的，以一邊門體計(jì)算即可。鋁型材密度：代號(hào)為L(zhǎng)090704的線密度為代號(hào)為L(zhǎng)090706的線密度為代號(hào)為L(zhǎng)090707的線密度為每扇門框的質(zhì)量：=式(3-10)式中：1,2,3分別為各鋁型材的密度。單扇門玻璃的質(zhì)量：=2.24701.2110.006250040.82kg式(3-11)式中：v玻為玻璃的體積,為玻璃的密度單扇門的質(zhì)量：mm玻m鋁=+=49kg式(3-12)式中：m玻為單扇玻璃的質(zhì)量，m鋁單扇門框的質(zhì)量。各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算假設(shè)

7、門扇為土勻的質(zhì)量體，其在寬度方向的面密度可以用下式計(jì)算，里其中R為門RL扇的寬度，L為門扇的長(zhǎng)度。則門扇對(duì)中心慣量可用下式計(jì)算r2R2JrdmLrdr2rdr式(3-13)012由平行軸定理知，門扇相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：=式(3-14)其中L為軸的半徑。慣性力矩的計(jì)算參照物理學(xué)力矩的計(jì)算，假設(shè)門體1s內(nèi)加速到門體的快速轉(zhuǎn)速，由于旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min,即角速度w2-6-rad/s,由于傳感器一般工作在2mffi圍內(nèi)檢測(cè)人是否來(lái)臨，605當(dāng)人邁進(jìn)門邊時(shí)，門體要以正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則在這時(shí)門體要加速到正常速度。在內(nèi)加速到此速2度，則角速度一rad/s,由于電機(jī)要帶動(dòng)門體轉(zhuǎn)動(dòng)，有一個(gè)加速過(guò)程，

8、此過(guò)程需要克服旋5轉(zhuǎn)門體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的關(guān)系mJ,則可算出旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩為：2m慣3J356.6一213.3N/m式(3-15)5由上面的計(jì)算得出了旋轉(zhuǎn)門體的力矩之后，就可為接下來(lái)的電機(jī)的選擇確定了依據(jù)電機(jī)的確定m慣1000根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算:式(3-16)由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為:式(3-17)式中1,2,3分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。取10.98,20.97,30.99,則總的傳動(dòng)效率為:式(3-18)則可以計(jì)算出電機(jī)的功率式(3-19)213.3P0.26KW10000.83由于門體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻，以及旋轉(zhuǎn)門

9、體周圍無(wú)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(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩。同時(shí)還有一些其他沒有考慮的因素，如齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此特將計(jì)算出的功率放大一些同時(shí)門體的轉(zhuǎn)動(dòng)較底，則電機(jī)應(yīng)適應(yīng)轉(zhuǎn)速較底的，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以選以下兩種電機(jī)。表方案一電機(jī)參數(shù)表力殺額定同步齒輪減喇口轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速總傳z-y-t叨干速(KW)(r/min)(r/min)動(dòng)比比器11500144024011表方案二電機(jī)參數(shù)表額定同步齒輪減案型號(hào)功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速總傳傳動(dòng)速(KW)(r/min)(r/min)動(dòng)比比器21500144024035由于電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大，一般在1500r/min,通過(guò)減速器難

10、以實(shí)現(xiàn)門體轉(zhuǎn)速6r/min,因此在選電機(jī)時(shí)可以選用帶減速器的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。根據(jù)相關(guān)要求，可以選用一個(gè)JXJ系列齒輪減速三相異步電機(jī)，JXJ系列異步電機(jī)按照TB1T6442-9淅準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，廣泛用于輕工、紡織、建筑機(jī)械行業(yè)。JXJ系列異步電動(dòng)機(jī)是直接輸出低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)距，且有轉(zhuǎn)速型譜寬、運(yùn)轉(zhuǎn)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(diǎn)。由于計(jì)算出所需電機(jī)功率為，加上一些忽略因素，應(yīng)該選擇電機(jī)功率在上的電動(dòng)機(jī)才行。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和齒輪傳動(dòng)，可見方案2比較合適。即選用擺線針輪減速器三相異步電機(jī)。4主控芯片選擇及輔助電路設(shè)計(jì)主控芯片的選型PLC的簡(jiǎn)要介紹P

11、LC即可編程序控制器(ProgrammableController,簡(jiǎn)稱PC,在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制，因此也稱可編程序控制器為可編程序邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicalController)?？删幊绦蚩刂破魇且晕⑻幚砥鳛榛A(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活通用與維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在冶金、化工、交通、電力等工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱(可編程序控制器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM和數(shù)控技術(shù))之一。在可編程序控制器問(wèn)世以前

12、，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差。如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這不僅影響了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，而且對(duì)于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不但設(shè)計(jì)困難，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是費(fèi)時(shí)和困難的。在這種形勢(shì)下，60年代末可編程控制器在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLQProgrammable_ogicController),目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善

13、、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。PLC通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)

14、雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于它本身具有可靠性高，編程簡(jiǎn)單，使用方便，控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器正成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。PLC的選型通過(guò)分析可知，所需的控制的電氣元器件有按鈕開關(guān)和指示燈等。具體如表4-1所示。通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)門控制要求的分析，PLC控制輸入信號(hào)有22

15、個(gè)，輸出接點(diǎn)共8個(gè)。按照預(yù)留10%-20的接點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，輸入接點(diǎn)至少要30個(gè)，輸出接點(diǎn)至少要10個(gè)。本系統(tǒng)是個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，同時(shí)由上段對(duì)I/O接點(diǎn)的分析主要有：開關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：30X10=300開關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：10X8=80系統(tǒng)推斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器字節(jié)數(shù)：8X2=16總計(jì)大約需要396個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留20%有1K的程序容量足夠了。由以上可得，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。在常用的PLC產(chǎn)品中SIMATIC-S7-2008列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的PLC在此系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)

16、域。本系統(tǒng)選擇了西門子系列型號(hào)為SIMATIC-S7-20CPLC參數(shù)見表4-2。由PLC勺型號(hào)可得主回路電壓為AC(110-220)V;輸入端電壓參數(shù)為DC24V電流為5/7mA繼電器輸出端電壓為AC150VDC30Vz內(nèi)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，可得具體參數(shù)表如表4-1所示：表4-1控制系統(tǒng)電氣兀件表廳p符號(hào)名稱型號(hào)1SA電磁鎖D4JLDC24V2SB1急停開大LW22DC24V3SB2停止按鈕開關(guān)LAY8DC24V4SB3停止按鈕開關(guān)LAY8DC24V5SB4高速按鈕開關(guān)LAY8DC24V6SB5高速按鈕開關(guān)LAY8DC24V7SB6中速按鈕開關(guān)LAY8DC24V8SB7中速按鈕開關(guān)LAY8D

17、C24V9SB8殘疾按鈕開關(guān)LAY8DC24V10SB9殘疾按鈕開關(guān)LAY8DC24V11FR1熱繼電器JR-201.6A12LAMP報(bào)警指示燈XD8DC24V13LAMP常速指示燈XD8DC24V14LAMP高速指示燈XD8DC24V15LAMP低速指示燈XD8DC24V16BELL過(guò)我報(bào)警鈴NFM1/22LAC150V220V表4-2PLC性能參數(shù)表PLC參數(shù)性能指標(biāo)S7-200-CPU226程序存儲(chǔ)容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量I/O點(diǎn)數(shù)指令類型基本指令執(zhí)行時(shí)間擴(kuò)展I/O模塊數(shù)量記時(shí)/記數(shù)區(qū)4096B2560B256位149種指令7塊256記時(shí)器/記數(shù)器PLC的I/O點(diǎn)分配輸入輸出端口的保護(hù)及分配：P

18、LC輸入口電壓定額一般為直流24V,有一些輸入口是不接電源的，輸出口的電壓定額常接工頻低壓交流電源和直流電源。當(dāng)輸入口端連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高電壓對(duì)輸入輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加接保護(hù)元件。對(duì)于直流電源，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對(duì)于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51120歐，電容可以取電容的額定電壓應(yīng)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(yīng)大于電源電壓的3倍。對(duì)PLC俞入端電阻分析，自帶電阻為3k歐，對(duì)于DC24V勺電流為標(biāo)準(zhǔn)電流，對(duì)輸入口保護(hù)不需做特別處理。輸出為直流感性負(fù)載時(shí)，需在負(fù)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(guān)資料

19、時(shí)，在直流感性負(fù)載輸出時(shí)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。根據(jù)實(shí)現(xiàn)功能和設(shè)計(jì)要求，對(duì)系統(tǒng)控制單元PLC白I/O點(diǎn)進(jìn)行分配。輸出點(diǎn)詳細(xì)分配表見表4-3,輸入點(diǎn)詳細(xì)分配表見表4-4。詳細(xì)接線圖如圖4-1所示。為了保護(hù)電路(短路保護(hù))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),所以選擇RL1-15,熔體額定電流等級(jí)為4。本控制系統(tǒng)為PLCB制，各種開關(guān)的容量要求不高，普通的開關(guān)足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對(duì)急停、STOPmiddle、high、殘疾開關(guān)，選擇普通按鈕開關(guān)LA系。Middlehigh、殘疾、開關(guān)為

20、LA2,急停開關(guān)為L(zhǎng)A2（紅色），STOP1為L(zhǎng)A2-A紅色（十字型）。如表4-1所示。表4-3輸出地址分配表輸出地址信號(hào)內(nèi)容電磁鎖控制繼電器電動(dòng)機(jī)啟停（變頻器智能端子FWD速度控制（變頻器職能端子X2）速度控制（變頻器職能端子X1）直流制動(dòng)（變頻智能端子REV變頻器復(fù)位（變頻智能端子RESET常速運(yùn)行狀態(tài)高速運(yùn)行狀態(tài)低速運(yùn)行狀態(tài)過(guò)載報(bào)警系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要的控制是由控制芯片通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速完成控制要求的。因此變頻器電路是系統(tǒng)控制電路的重要組成部分。下面介紹本系統(tǒng)的變頻器及其電路。圖4-1PLC的I/O口電路表4-4輸入地址分配表輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)配急停按鈕殘疾按鈕

21、停止按鈕常速按鈕高速按鈕電磁鎖鑰直流制動(dòng)接近開關(guān)防火接近開關(guān)1紅外線傳感器1防撞傳感器1防碰傳感器1紅外防火傳感器1變頻過(guò)載報(bào)警輸入鎖門接近開關(guān)防火接近開關(guān)2紅外線傳感器2紅外線傳感器3紅外線傳感器4防撞傳感器2調(diào)速防碰傳感器2的基本防碰傳感器3原理紅外防火傳感器2變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p,式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸

22、入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)；通過(guò)改變工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交一直一交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器容量選擇變頻器容量的選用由很多因數(shù)決定，例如電動(dòng)機(jī)的容量，電動(dòng)機(jī)的額定電流，電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。降低變頻器的輸出頻率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動(dòng)機(jī)更快的減速。當(dāng)變頻器輸出頻率對(duì)應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種運(yùn)行狀況下，異步電動(dòng)機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而

23、負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過(guò)大時(shí)，變頻器本身的過(guò)電壓保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器的輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無(wú)法達(dá)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(dòng)三極管和制動(dòng)電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值，制動(dòng)三極管就會(huì)導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)制動(dòng)電阻放電，即電動(dòng)機(jī)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(dòng)電阻上消耗掉。由于三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故變頻器選用通用型的。又因?yàn)槿硇D(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)額定值，電機(jī)不會(huì)過(guò)載。根據(jù)

24、以上的計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用西門子通用變頻器MM44康列,型號(hào)為6SE6440-2UD17-5AA1具體參數(shù)見表4-5。表4-5變頻器參數(shù)表變頻器型號(hào)6SE6440-2UD17-5AA1kW輸入電壓/V3相AC380480(110%)輸入頻率/Hz47-63輸出頻率/Hz0650額定電流/A過(guò)載能力（恒轉(zhuǎn)矩）150須載過(guò)載能力，持續(xù)60s功率因數(shù)變頻器效率96%97%合閘沖擊電流小于額定輸入電流控制方式線性V/f;二次方V/f;可編程V/f使用功率216kHzPW順率/Hz固定頻率15個(gè),可編程跳轉(zhuǎn)頻率4個(gè),可編程數(shù)字輸入6個(gè)完全可編程的帶隔離的數(shù)字輸入模擬輸入2個(gè),010V,020mA3個(gè),可組態(tài)

25、為DC30/A但阻Tt負(fù)載)，繼電器輸出AC250V/2陽(yáng)性負(fù)載)模擬輸出2個(gè),可編程(0/420mA)串行接口RS-485，可選RS-232制動(dòng)直流注入式制動(dòng)，復(fù)合制動(dòng)，動(dòng)力制動(dòng)變頻器接線圖如圖4-2所示：圖4-2變頻器接線圖系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)共有兩個(gè)電源模塊。一個(gè)直流24V和一個(gè)為電磁鎖等提供的直流土12V模塊。如圖4-3和圖4-4所小o圖4-3直流24V電源電路圖圖4-3為第一個(gè)電源模塊。將交流電220Vl過(guò)變壓器將電壓轉(zhuǎn)換為所需的電壓等級(jí)，再經(jīng)過(guò)整流橋整流，通過(guò)穩(wěn)壓器7824和電容、穩(wěn)壓管等等器件實(shí)現(xiàn)整流穩(wěn)壓濾波的作用，最終輸出所需要的24V直流電。圖4-4直流土12V電源電路圖圖4

26、-4為本系統(tǒng)的第二個(gè)電源模塊。為了給電磁鎖和其他傳感器供應(yīng)+12Vf，12V直流電源，在電源設(shè)計(jì)中加入了以上電路。原理同圖4-3,交流220V電源經(jīng)變壓器降壓，然后經(jīng)過(guò)整流橋整流，通過(guò)穩(wěn)壓器7812和7912以及電容電路穩(wěn)壓、濾波，最后輸出所需要的+12V112V直流電源。綜上可得三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)原理圖如下所示:圖4-5控制系5傳感器的選型及信號(hào)處理為防止三翼旋轉(zhuǎn)門在工作過(guò)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)。傳感器的分布如圖5-1所示。圖5-1傳感器分布示意圖紅外檢測(cè)傳感器熱釋電紅外傳感器被動(dòng)紅外探測(cè)器的原理是人體表面溫度與周圍環(huán)境溫度存在差別的，在人體移動(dòng)

27、時(shí)，這種差別產(chǎn)生的變化可以通過(guò)紅外敏感元件來(lái)檢測(cè)到，從而觸發(fā)報(bào)警。而且，為了防止誤報(bào)，被動(dòng)紅外探測(cè)器通過(guò)菲涅爾透鏡將探測(cè)覆蓋范圍分成一定數(shù)量的探測(cè)區(qū)，當(dāng)溫度變化在兩個(gè)區(qū)之間產(chǎn)生時(shí)，探測(cè)器電路就觸發(fā)一個(gè)信號(hào)脈沖，探測(cè)器根據(jù)信號(hào)脈沖觸發(fā)警報(bào)輸出。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射、器件功耗很小、隱蔽性好、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾。被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。易受射頻輻射的干擾。環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。人體檢測(cè)電路的框圖如圖5-2所示：圖5-2人體檢測(cè)電路框圖人體檢測(cè)電路如圖5-3所示:

28、圖5-3紅外線檢測(cè)放大及比較電路a圖5-3中，R1、C1為退交連電路，R2為傳感器負(fù)載電阻。傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)C2耦合到運(yùn)算放大器A1。電阻R3R5將放大器偏置于電源電壓的一半，其增益取決于R6與R4的比值。經(jīng)兩級(jí)放大后，信號(hào)放大4050倍左右。A2在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，其輸出約為。圖中C3C9為退交連電容。A3為電壓比較器。調(diào)節(jié)W使比較器同相端電壓在4V左右變化。在無(wú)報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，反相端電壓大于同相端電壓，比較器輸出為低電平。當(dāng)有人入侵時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平（并且LED?）,當(dāng)人體在走動(dòng)時(shí)，則輸出一串脈沖。圖5-4紅外線檢測(cè)放大及比較電路b圖5-4為紅外檢測(cè)放大比較電路，電路中A、B端與圖

29、5-2中A、B連接，即當(dāng)有人走近門前時(shí)（有一定距離），比較器A3即輸出一串脈沖。傳感器分別安裝在門的里外兩邊，使人無(wú)論進(jìn)門或出門，都能檢測(cè)到信號(hào)。前半部分有信號(hào)輸出就會(huì)使BG導(dǎo)通，BG輸出低電平，此低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，使其3腳輸出為高電平，使繼電器吸合。暫態(tài)時(shí)間由R3C3決定，暫態(tài)結(jié)束后3腳為低電平，繼電器釋放。防火紅外傳感器防火傳感器是用來(lái)檢測(cè)人是否在防火區(qū)域內(nèi)用的。應(yīng)采用紅外線傳感器檢測(cè)，其檢測(cè)方式是豎直的。因此當(dāng)人在防火區(qū)域時(shí)，傳感器只有通過(guò)豎直檢測(cè)才不會(huì)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(guò)轉(zhuǎn)門區(qū)時(shí)，防火傳感器就有可能檢測(cè)到人的存在，而此時(shí)門翼又有可能正好在防火接近傳感

30、器范圍內(nèi)。兩者信號(hào)同時(shí)有效，使門體無(wú)故停轉(zhuǎn)，而造成不必要的麻煩。因此可以選擇紅外垂直防火傳感器。紅外線防火傳感器安裝在門的進(jìn)出口的兩個(gè)防火區(qū)域內(nèi)，即進(jìn)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。詳細(xì)電路如圖5-5所示。圖5-5防火紅外傳感器電路圖TX05Dfe反射式紅外光電開關(guān)，通電后，它會(huì)向外發(fā)射載頻為40kHz的紅外調(diào)制光。TX05D的工作電壓為512M當(dāng)通電電壓為12V時(shí)，其紅外監(jiān)測(cè)距離在左右。當(dāng)有人闖入其紅外監(jiān)視區(qū)內(nèi)時(shí)，人體會(huì)反射部分紅外光信號(hào)到TX05D勺光電接收管，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及TX05師的放大器放大、調(diào)解、信號(hào)處理及整形后，在其輸出端輸出高電平信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)R1使VT導(dǎo)通，繼電器通電、吸合，具觸點(diǎn)接通。TX05D國(guó)產(chǎn)反射式紅外光電開關(guān)，是紅外發(fā)、收一體化紅外傳感模塊器件，外部只有三根引線，安裝、使用方便，在紅外檢測(cè)、自動(dòng)防范、自動(dòng)或半自動(dòng)控制中得到一定應(yīng)用。TX05D的主要性能參數(shù)如下：TX05迎用直流電壓，Vdd=512V工作電流為515mA紅外監(jiān)測(cè)距離小于120cm其距離在一定程度上與所加的電源高低有關(guān)。接近開關(guān)傳感器本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的接近開關(guān)傳感器共四個(gè)：防火接近開關(guān)(出入口右側(cè)立柱各1個(gè))、直流制動(dòng)接近開關(guān)1個(gè)、鎖門接近開關(guān)1個(gè)。(1)防火接近開關(guān)：由于在出入口兩個(gè)防火區(qū)域內(nèi)要安裝了防火傳感器。而防火感應(yīng)器是用來(lái)感應(yīng)人是否處于防火區(qū)域內(nèi)，而不知道是