自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上內(nèi) 容 摘 要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（以下簡稱PLC）不斷更新、發(fā)展，PLC控制是自動控制中最常見控制方式之一，自動門就是自動控制應(yīng)用的一典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理自動門的開關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此，自動門的生產(chǎn)商家很多都運用PLC來做門的控制器。目前自動門在日常生活中運用越來越廣泛。索引關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 驅(qū)動裝置 感應(yīng)器專心-專注-專業(yè)目 錄自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計第一章 緒 論1.1 國內(nèi)外自動門發(fā)展現(xiàn)狀在國外，進入90年代以來，自動化技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并取得了驚人的成就，自動化技術(shù)是自動門

2、的重要部分。在現(xiàn)代人們生活中自動門可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，自動門在人們的生活中的運用越來越廣泛，自動門適合于賓館、酒店、銀行、寫字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動門。但在國內(nèi)，自動門的自主研發(fā)尚處于初級階段。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全及人性化是需要首先考慮的因素。由于門體的重量及體積不同會對自動門驅(qū)動和傳動系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動門又可以分為重型自動門和輕型自動門。客流量的差異會對自動門的使用產(chǎn)生很大影響，因此，自動門還可以分為一般自動門和可頻繁使用的自動門。自動門根據(jù)使用的場合及功

3、能的不同可分為自動平移門、自動平開門、自動旋轉(zhuǎn)門、自動圓弧門、自動折疊門等，其中平開門用的場合較少，旋轉(zhuǎn)門由于昂貴而且非常龐大，一般只用于有需要的高檔賓館，自動平移門使用得最廣泛，大家一般所說的自動門、感應(yīng)門就是指自動平移門，目前市場上流行的平移型自動門一般是兩開，這種門的特點是簡單易控，維護方便。自動平移門最常見的形式是自動門內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當人走近自動門時，感應(yīng)器感應(yīng)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(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門的控制方法很多，從

4、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(fù)雜的接線安裝來控制；智能控制器控制，即通過運用現(xiàn)代自動化設(shè)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控制的自動門所淘汰。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（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)定型高、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。1.2 本課題研究的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對自動門的控制系統(tǒng)進行研究和論證。1.自動門類型

5、的選擇。綜合了自動門的簡潔、簡單的要求，在本課題中主要研究自動平移門，本課題設(shè)計的自動平移門具有手動和自動開門功能和分時間段控制功能以及配備安全防夾人光線、后備電源等輔助裝置來滿足商場等人流眾多的場所的高效率、高安全性的要求。2.自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的自動門要求有很高的穩(wěn)定性來滿足日常的需要，故在本設(shè)計中所選用的智能控制器為穩(wěn)定性良好的三菱FX系列PLC。在自動門的開關(guān)門速度控制上本設(shè)計以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運用變頻器的三段速控制來實現(xiàn)自動門的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，驅(qū)動裝置選用功率強大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機，在感應(yīng)器運用自動

6、門專用的微波雷達感應(yīng)器和在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對自動門的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動門的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。3.自動門軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計專用紙（附頁）梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計出自動門控制的要求，并能更好的考慮到安全性和故障報警等問題，梯形圖的編寫運用三菱的GX Developer編程軟件，此軟件支持全部的三菱的PLC，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。

7、1.3 本課題研究的目的和意義在超級市場、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動門控制系統(tǒng)。使用自動門，可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。自動平移門最常見的形式是自動門機及門內(nèi)外兩側(cè)加光電感應(yīng)開關(guān)，當人走近自動門時，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)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(guān)閉。由于自動平移門在通電后可以實現(xiàn)無人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國內(nèi)外建筑市場上得到大范圍的普及。自動門在國外早已得到普遍應(yīng)用，在我國也逐步得到大家的認同，已經(jīng)迎來了自動門發(fā)展的黃金時期。早期的自動門控制系統(tǒng)采用繼電

8、器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點已逐漸被淘汰。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式和開關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運用PLC控制自動門具有較高的可靠性，維修方便等特

9、點。本課題的自動門設(shè)計運用PLC做控制器能大大提高自動門的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，對于整個自動門行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動門的使用率，因此，進行自動門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，可以推動自動門行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動門行業(yè)乃至整個自動化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究價值。第二章 自動門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 自動門的功能需求分析本設(shè)計面向商場入口的應(yīng)用，需要有安全和可靠性，在設(shè)計的時候改進了自動門的友好性。結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2-1根據(jù)商場中對自動門的具體要求，本課題所設(shè)計的自動門應(yīng)具有以下功能：1.開門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動和自動方式為了便于維護，自動門應(yīng)具有手動和自動方式。手動和自動

10、開門方式由手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制。當轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向手動位置時，門可以手動調(diào)節(jié)開或者關(guān)。當轉(zhuǎn)換開關(guān)撥向自動位置時，手動開門失效，由感應(yīng)器檢測到有人接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門且門未關(guān)閉，PLC動作輸出信號給變頻器來控制電機的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開門或者關(guān)門。2蜂鳴器的提示功能當自動門開啟和關(guān)閉時，PLC輸出信號給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來往行人注意。3防夾人功能為了杜絕自動門的夾人事件，在門兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門附近的人被門所夾住。自動門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動和手動點動控制方式，此種控制模式為目前大多自動門的控制方式。本課題所設(shè)計的自動門控制系統(tǒng)

11、采用PLC，為控制中心來控制傳動機構(gòu)從而控制門的開和關(guān)實現(xiàn)門的自動化控制。2.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在自動門系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試過程中最主要的是先列出設(shè)計的主要步驟流程圖，如圖2.2所示。在自動門控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點：1.深入了解和分析自動門的工藝條件和控制要求。2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動門控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。3.根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5.設(shè)計自動門系統(tǒng)的

12、梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動門系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。2.3 自動門技術(shù)參數(shù)的確定自動平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體的兩個吊掛點所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門體，修正運行產(chǎn)生的誤差。要嚴格限制門體重量，不能超過自動門的額定負重。通常在三個月最多一年內(nèi)要對自動門進行全面的清理和調(diào)整。公共場所的自動平移門因為使用頻率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機場、大型超市和醫(yī)院外門的人

13、員流量每天可達成千上萬人次，或者在特定時間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時間等。2.4 自動門的機械傳動機構(gòu)設(shè)計在本課題設(shè)計的自動門針對人流較多的商場，應(yīng)對周圍環(huán)境進行綜合考慮，所以在本課題的自動門機械傳動設(shè)計中考慮了以下幾個方面：1自動門的傳動主要包括安裝板，軌道，門機，皮帶，吊掛件等。2所有的組件都為插入式元件，使得安裝很簡便。3電機：驅(qū)動電機采用380V三相交流電機，功率大，可調(diào)性強。4導(dǎo)軌：水平雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，形成正懸掛，解決了側(cè)擺的問題，從而確保了門扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，避免積塵對

14、導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實現(xiàn)了維護方面的特點。5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強度高，耐磨性好，同時還有一定的減震效果。6皮帶：采用齒形皮帶,齒形皮帶的齒形截面為曲線設(shè)計，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動齒輪的吻合度，從而提高了機械效率。皮帶底部采用尼龍加強，減少了齒距變形，提高了使用壽命。7傳動結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。其中馬達皮帶輪直徑為5cm,皮帶滑輪內(nèi)徑為13.5cm,外徑為28.5cm。圖2-3 第三章 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計運用PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)自動門運轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便、可靠性高，交流電機具有效率高、維護成本低的特

15、點。交流電機驅(qū)動系統(tǒng)與直流電機驅(qū)動系統(tǒng)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點,并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率運轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，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?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：圖3-13.2 可編程控制器(PLC)的選型一、PLC概述可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變

16、換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有門內(nèi)外感應(yīng)器，采集信號，PLC手動控制開關(guān)，

17、安全感應(yīng)器，變頻器，交流電機，蜂鳴器，開/關(guān)門指示?？煽康淖陨肀O(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：1.邏輯處理功能；2.O2數(shù)據(jù)運算功能；3.O3準確定時功能；4.高速計數(shù)功能；5.中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；6.程序與數(shù)據(jù)存儲功能；7.聯(lián)網(wǎng)通信功能；8.自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。二、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

18、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點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。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。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點數(shù)為輸入12點

19、，輸出12點。2.存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），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

20、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。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主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。（2）編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編

21、程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準（IEC），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。(3）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件

22、的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。4機型的選擇(1)PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I

23、/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經(jīng)濟性的考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。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，本課題的設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的

24、FX2N-32M小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制，如圖3.2所示。圖3-2 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：三菱FX2N-32M包括8K步內(nèi)置RAM寄存器，用一個寄存器盒可擴充到16K步RAM或EEPROM。豐富的元件資源：3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數(shù)器和8000點數(shù)據(jù)寄存器、實時時鐘、使用標準型號實時時鐘滿足時間靈敏度應(yīng)用要求。3.3 驅(qū)動裝置的選型自動門的驅(qū)動器

25、是自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中是運用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來自動調(diào)節(jié)電機的速度，以達到驅(qū)動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)主流控制方式。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)合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設(shè)計的自動控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用天津安全電機有限公司生產(chǎn)的型號為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機。3.4 變頻器的選型一、變頻器原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源

26、變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(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機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電

27、，以此為電源再供給電機使用。二、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；變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。本課題所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。(2)電流匹配；變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機的最大起動電流為Y形接法為0.37A，形接法為0.64A，本設(shè)計中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機的Y形接法的最大起動電流。(3)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

28、.4Nm，在選型中要考慮。2.在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR500系列中的FR-540變頻器（如圖3.4所示）作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器。 圖3-4三菱FR-540變頻器具有以下優(yōu)點： （1）接線簡單，可運用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。（2）安裝靈活，可以根據(jù)實際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進行遠距離操作。（3）頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本課題自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方

29、便，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。三、變頻器的參數(shù)設(shè)定圖3-5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3.5的開門和關(guān)門曲線。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)其中f表示電流的頻率，p表示電機的極對數(shù)，s表示電機的轉(zhuǎn)差率，n表示轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速，計算出變頻器的設(shè)定頻率。根據(jù)公式和電機參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為400r/min，算出電機的轉(zhuǎn)差率S=-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。根據(jù)上一章提到的門的規(guī)格,加

30、速開門或者關(guān)門的距離為30cm，時間控制在0.5S，速度為3600cm/min，此時要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。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。減速開門和關(guān)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(shè)置變頻器，變頻器的頻率具體設(shè)定方式見表3.1，根 表3-1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。3.5 感應(yīng)開關(guān)的選型目前自動門行業(yè)的運用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運用在各類不同場合的自動門控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器