基于PLC1200變頻器的三翼自動旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

，它是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。目前他在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕化工等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。因此運(yùn)用PLC控制自動旋轉(zhuǎn)門具有較高的可靠性、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。由此看來，進(jìn)行自動旋轉(zhuǎn)門的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動自動旋轉(zhuǎn)門行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動旋轉(zhuǎn)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(jì)和理論研究價值。PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程的存儲器用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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輸出，來控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC系統(tǒng)具有實(shí)時性、可靠性高、系統(tǒng)配置簡單靈活、豐富的I/O卡件、控制系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)、價格優(yōu)勢、安裝簡單，維修方便、體積小，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。自動旋轉(zhuǎn)門的普及和應(yīng)用，改變了人們的防護(hù)意識，提升了人們的安全觀念。同時對于自動旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)也有了更高的要求。自動旋轉(zhuǎn)門的控制更加突出了安全理念，強(qiáng)調(diào)了有效性：有效地防、通行、疏散，同時還融合了建筑藝術(shù)的理念，強(qiáng)調(diào)門與建筑以及周圍環(huán)境整體得協(xié)調(diào)、和諧。本課題研究的是自動旋轉(zhuǎn)門PLC控制，利用PLC控制，使得自動旋轉(zhuǎn)門在各個場合下運(yùn)作更簡化、更穩(wěn)定，更快的推廣了自動旋轉(zhuǎn)門的使用，并減少經(jīng)濟(jì)損耗，也擴(kuò)大了PLC控制在自動化行業(yè)中的應(yīng)用。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀自1903年寶盾公司在荷蘭生??產(chǎn)出第??一座旋??轉(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??技術(shù)，現(xiàn)代化建筑的入口需要高端智能化的設(shè)計(jì)，以展現(xiàn)其高格調(diào)。國外有許多著名廠家生產(chǎn)高品質(zhì)的入口產(chǎn)品，例如荷蘭的B00NEDAM，瑞典的BESAM，德國的多瑪和蓋澤，以及日本的納博克和寺岡等。這些產(chǎn)品為現(xiàn)代化樓宇建筑提供了完美的選擇。由于國外自動旋轉(zhuǎn)??門發(fā)展??較早，??其技術(shù)??也較為??成熟。??自動旋??轉(zhuǎn)門的??傳動系??統(tǒng)技術(shù)??具有節(jié)??能、低??噪聲、??傳動平??穩(wěn)、壽??命長、??性能可??靠等優(yōu)??點(diǎn)；控??制系統(tǒng)??采用數(shù)??字化設(shè)??計(jì)的系??統(tǒng)作為??控制中??樞，有??功能更??強(qiáng)大，??操作更??簡便等??優(yōu)點(diǎn)；??檢測安??全系統(tǒng)??采用先??進(jìn)的紅??外與微??波感應(yīng)??技術(shù)，??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(shí)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(zhuǎn)門還??具有遠(yuǎn)??程控制??和液晶??顯示。??利用當(dāng)??前先進(jìn)??的通信??和網(wǎng)絡(luò)??技術(shù)，??使維??護(hù)不再??受時間??、地域??和專業(yè)??維護(hù)技??術(shù)的限??制，制??造商可??通過??Int??ern??et??與設(shè)備??進(jìn)行實(shí)??時交流??，校正??偏差，??讓自動??門達(dá)到??最佳運(yùn)??行狀態(tài)??。當(dāng)出??現(xiàn)異常??時，可??準(zhǔn)確傳??回故障??信息，??實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)??程維護(hù)??，縮短??維護(hù)、??保養(yǎng)時??間；采??用液晶??顯示屏??，進(jìn)行??可視化??設(shè)計(jì)，??全面顯??示門體??轉(zhuǎn)速、??狀態(tài)和??故障等信息。1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國??的全自??動旋轉(zhuǎn)??門技術(shù)??來源于??荷蘭、??瑞典、??日本等??國。9??0年代??后期旋??轉(zhuǎn)門開??始在我??國建筑??領(lǐng)域中??得到迅??速推廣??和廣泛??的使用??。旋轉(zhuǎn)??門的廠??家：國內(nèi)??專業(yè)廠??家：有??凱必盛??、寶盾??、青木??、智輝??、巨方??圓、信??步等。??外省市??有康育??、盛維??、金海??、帝盟等。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷穩(wěn)步增長，并于2001年加入WTO以及2008年成功申辦奧運(yùn)會，自本世紀(jì)以來，我國已進(jìn)入了全面建設(shè)小康社會的新階段。在此背景下，創(chuàng)造美好的生活環(huán)境已成為裝飾業(yè)發(fā)展的重要動力。現(xiàn)代城市建筑??物裝飾??裝修中??，將高??科技應(yīng)??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(zhuǎn)門以??其全新??的概念??，寬敞??開放的??門面和??高格調(diào)??的設(shè)計(jì)??，自然??成為當(dāng)??代的建??筑裝飾??的主流??，無可??質(zhì)疑的??必選設(shè)??施?？??稱建筑??物的點(diǎn)??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(wù)還沒??有統(tǒng)一??的標(biāo)準(zhǔn)??，所有??國建筑??業(yè)院校??都沒有??相關(guān)的??專業(yè)或??課程，??也沒有??權(quán)威的??咨詢機(jī)??構(gòu)，自??動門市??場的管??理尚處??于無序??狀態(tài)。??隨著國??建筑業(yè)??的發(fā)展??，這一??狀況一??定會有所改變。1.3主要功能介紹自動旋轉(zhuǎn)門由電機(jī)提供動力，用減速器帶動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動，由紅外傳感器實(shí)現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機(jī)啟停進(jìn)行操作，檢測到有人進(jìn)入時自動旋轉(zhuǎn)，一定時間（2分鐘）無人通過門自動停止，防止資源浪費(fèi)。自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)有低、中、高三種速度，以適應(yīng)不同人群的要求，同時具有防夾與防撞功能，旋轉(zhuǎn)門裝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，門扉則自動轉(zhuǎn)動：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，門扉則自動轉(zhuǎn)動，確保人員能夠安全通行。自動旋轉(zhuǎn)門采用電磁鎖方式鎖門，只要轉(zhuǎn)動鑰匙就可以完成自動鎖門工作。

第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1自動旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)方案框架總成：由固定部分和旋轉(zhuǎn)部分組成，其中固定部分和旋轉(zhuǎn)部分均采用鋁型材框架和玻璃等材料組裝而成[9]。立柱、曲壁和門扉等部分通常采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡單牢固。為保證門扉在任何位置都能處于密閉狀態(tài)，門扉三面安裝了密封毛條，并與地面、天花板以及曲壁緊密接觸[3]。門扉玻璃一般采用（3+3）夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃則通常采用（4+4）夾膠玻璃，確保安全可靠，本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動門的尺寸為：2*2*3，旋轉(zhuǎn)速度80rad/s，并且使用三相電進(jìn)行驅(qū)動，總功率5kw。驅(qū)動系統(tǒng)：由一個三相交流電機(jī)提供動力，通過減速器帶動中心門軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)門體?？刂葡到y(tǒng)：由可編程控制器PLC、變頻器和功能開關(guān)組成[6]。檢測系統(tǒng)：通過微波傳感器實(shí)現(xiàn)自動檢測門口是否有人，從而自動啟停電機(jī)，確保安全性。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??動旋轉(zhuǎn)??門入口??右側(cè)立??柱膠條??裝有藏??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??，門扉??則自動??轉(zhuǎn)動；??每扇門??扉底邊??膠條裝??有藏式??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??扉則自動轉(zhuǎn)動。圖2.1系統(tǒng)框圖一旦感應(yīng)器件探測到人體或物體的信號，它會將信號傳遞給PLC，PLC基于已經(jīng)收集的信號發(fā)出控制信號，這會激活驅(qū)動裝置，使用傳動裝置推動旋轉(zhuǎn)門的運(yùn)行。2.??2自??動旋轉(zhuǎn)??門用P??LC控??制與繼??電器功??能比較??分析早期的自動旋轉(zhuǎn)門??控制系??統(tǒng)采用??繼電器??控制，??有著安??裝繁瑣??、不穩(wěn)??定、不??易維修??等缺點(diǎn)??，逐步??被基于??PLC??控制的??自動化??系統(tǒng)取??代[7]。用??PLC??作為控??制器，??能大大??提高自??動旋轉(zhuǎn)??門的穩(wěn)??定性和??經(jīng)濟(jì)性??。推動??自動旋??轉(zhuǎn)門的??發(fā)展，??擴(kuò)大P??LC在??整個自??動化行??業(yè)中的??應(yīng)用。??具體比??較，如下表：表2.1PLC控制與繼電器控制的比較2.3系統(tǒng)構(gòu)成PLC自動旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)PLC自動旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)檢測系統(tǒng)控制系統(tǒng)安全系統(tǒng)電機(jī)安全感應(yīng)式接近開關(guān)傳感器開關(guān)變頻器PLC圖2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.4自動旋轉(zhuǎn)門的控制要求的特點(diǎn)①變速功能：旋??轉(zhuǎn)門設(shè)??有低速??、常速??和高速??三種旋??轉(zhuǎn)速度??，兩個??按鈕進(jìn)??行切換??，以適??應(yīng)正常??運(yùn)轉(zhuǎn)和??殘疾人??群通過的不同要求。②自動轉(zhuǎn)停功能：在檢測到有人進(jìn)入時，門會自動開始旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定時間（通常為2分鐘）如果沒有人進(jìn)出，則門會自動停轉(zhuǎn)[10]。③防夾功能：門扇運(yùn)轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時，如果行人試圖從兩者之間（防夾區(qū)）進(jìn)入旋轉(zhuǎn)門，則門立即自動停轉(zhuǎn)以防夾傷人。行人離開防夾區(qū)后，門自動恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。④防撞功能：當(dāng)行人緊靠右側(cè)立柱或遇到物體碰撞右側(cè)立柱時，旋轉(zhuǎn)門會馬上停轉(zhuǎn)，以防止撞傷行人或撞壞物體。行人或物體離開右側(cè)立柱后，門自動恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。⑤鎖門功能：采用電磁鎖方式鎖門，只要轉(zhuǎn)動鑰匙就可以完成自動鎖門工作。⑥STOP按鈕：類似于急停按鈕，當(dāng)按下時，門會立即停轉(zhuǎn)。⑦電動機(jī)過載保護(hù)功能：當(dāng)電動機(jī)過載時，門會停轉(zhuǎn)，待過載消除后，門會自動恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

第3章自動旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC控制器主電路對于PLC的選擇，??我們必??須考慮??多方面??的因素??。例如??輸入、??輸出的??最多點(diǎn)??數(shù)；掃??描速度??；存容??量；指??令條數(shù)??；功能??模塊等??。同時??還要考??慮其經(jīng)??濟(jì)實(shí)用??性以及??工作環(huán)??境對其??的影響[11]。可編程控制器，英文ProgrammableController,簡稱PLC，本課題中用??PLC??作為它??的簡稱??。PL??C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(jì)算機(jī)??。它以??微處理??器為核??心，集??自動化??技術(shù)、??計(jì)算機(jī)??技術(shù)、??通信技??術(shù)為一??體，它??通過運(yùn)??行儲存??在其存??中的程??序，把??經(jīng)輸入??電路的??物理過??程得到??的輸入??信息，??變換為??所要求??的輸出??信息，??進(jìn)而再??通過輸??出電路??的物理??過程去??實(shí)現(xiàn)對??負(fù)載的控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)??，但并??不等同??于計(jì)算??機(jī)。普??通計(jì)算??機(jī)進(jìn)行??入出信??息交換??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P??LC則??要考慮??信息入??出的可??靠性、??實(shí)時性??、以及??信息的??實(shí)際使??用。特??別要考??慮怎樣??適應(yīng)于??工業(yè)環(huán)??境，如??便于安??裝便于??門外感??應(yīng)采集??信號，??便于維??修和抗??干擾等??問題，??入出信??息變換??及可靠??地物理??實(shí)現(xiàn)，??可以說??是PL??C實(shí)現(xiàn)??控制的??兩個基??本點(diǎn)。??PLC??可以通??過他的??外設(shè)或??通信接??口與外??界交換??信息。??其功能??要比繼??電器控??制裝置??多得多、強(qiáng)得多?，F(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過??程是復(fù)??雜多樣??的，它??們對控??制的要??求也各??不相同[15]??。PL??C專為??工業(yè)控??制應(yīng)用??而設(shè)計(jì)??，一經(jīng)??出現(xiàn)就??受到了??廣大工??程人員??的歡迎??。主??要特點(diǎn)??有:①??抗干擾??能力強(qiáng)??，可靠??性能高??；②控??制系統(tǒng)??結(jié)構(gòu)簡??單，通??用性強(qiáng)??；③編??程方便??，易于??使用；??④功能??強(qiáng)大，??成本低??；⑤設(shè)??計(jì)、施??工、調(diào)??試的周??期短；??⑥維護(hù)??方便。①中央處理器CPUCPU是編程控制器的核心，其主要職能在于分析并實(shí)行系統(tǒng)和用戶程序，通過運(yùn)行用戶程序和系統(tǒng)程序來實(shí)現(xiàn)各種控制、處理、通信和其他功能，以保證整個系統(tǒng)協(xié)同工作?，F(xiàn)代CPU主要包括通用微處理器、單片機(jī)和片上系統(tǒng)（SoC）微處理器。②存儲器模塊Memory存儲器是PLC的重要組成部分，主要用于存儲程序和數(shù)據(jù)。其中，隨機(jī)存儲器（RAM）用于存儲PLC輸入/輸出信息以及部分元件（如軟繼電器、移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時器/計(jì)數(shù)器和累加器）的工作狀態(tài)，同時還可以存儲用戶正在調(diào)試和修改的程序以及各種暫存的數(shù)據(jù)和中間變量。只讀存儲器（ROM）用于存儲系統(tǒng)程序。EPROM是一種可通過紫外線擦除電編程的只讀存儲器，主要用于存放PLC的操作系統(tǒng)和監(jiān)控程序，如果用戶程序已完全調(diào)試好，也可以將程序固化在EPROM中。③輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)控制現(xiàn)場各種信號連接的重要組成部分。對于輸入/輸出模塊，有兩個主要要求：其一是需要具有良好的抗干擾能力，其二是需要滿足工業(yè)各類信號的匹配要求。根據(jù)信號類型，輸入/輸出信號可分為兩類：開關(guān)量和模擬量。④編程器編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備之一，它可以將用戶所需要的功能通過編程語言傳輸?shù)絇LC的用戶程序存儲器中。編程器不僅能夠進(jìn)行程序的寫入、讀出和修改，還可以監(jiān)控PLC的工作狀態(tài)，并且也是用戶與PLC之間進(jìn)行人機(jī)交互的接口。隨著PLC功能的不斷增強(qiáng)和編程語言的多樣化，編程工作現(xiàn)在已經(jīng)可以在計(jì)算機(jī)上完成。⑤電源：可編程控制器可以使用220V交流電源或者24V直流電源。PLC配備有一個專用的開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將DC/AC供電電源轉(zhuǎn)換為PLC部件電路需要的工作電源（5V直流電源）。對旋轉(zhuǎn)門控制要求進(jìn)行分析后，需要使用15個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)進(jìn)行PLC控制。為了留有15%-20%的輸入點(diǎn)預(yù)留量，可以選擇PLC1214C系列型號。系統(tǒng)的主接線電路圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)主接線電路表3.1PLCI/O表3.2變頻器選型3.2.1變頻調(diào)速的基本原理變頻器是利用??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[8]：。變頻器由多個組成部分構(gòu)成，包括整流（將交流電轉(zhuǎn)換為直流電）、濾波、再次整流（將直流電轉(zhuǎn)換為交流電）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元以及微處理器單元等。3.2.2變頻器容量選擇計(jì)算變頻器容量的選??用有很??多因數(shù)??決定，例如電??動機(jī)的??容量，??電動機(jī)??的額定??電流，??電動機(jī)??加速時??間等，??其中最??主要的??電動機(jī)??的額定??電流[12]。??降低變??頻器的??輸出頻??率，就??可以實(shí)??現(xiàn)電機(jī)減速。電動機(jī)參數(shù)，如下表：表3.2電動機(jī)參數(shù)①驅(qū)動一臺電動機(jī)對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式：滿足負(fù)載輸出/kVA：式(3.1)滿足電動機(jī)容量/kVA：式(3.2)滿足電動機(jī)電流/A：式（3.3)對于PWM控制方式的變頻器，其輸出電流波形是由多個矩形脈沖組成的，因此會引入高次諧波成分，而導(dǎo)致輸出電流的有效值與平均值之間存在差異[16]。為了補(bǔ)償這種差異，需要引入一個補(bǔ)償系數(shù)k，將平均電流值調(diào)整到與有效電流值相等。一般來說，k的取值范圍在1.05~1.1之間，具體取值需要根據(jù)具體的變頻器型號和負(fù)載特性進(jìn)行選擇。②指定變頻器的啟動加速時間在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮到變頻器的過載能力、失速防止功能等因素，從而選擇合適的變頻器容量。如果生產(chǎn)設(shè)備對加速時間有特殊要求，需要核實(shí)變頻器的容量是否能夠滿足要求，如不能滿足，則需要選擇更大的變頻器容量。在指定加速時間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下：式(3.4)③指定變頻器的減速時間為了避免出現(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[17]??。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(dāng)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(dǎo)通??，使直??流電壓??通過制??動電阻??放電，??既電動??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??電阻上消耗掉。制動電阻的選擇方法：計(jì)算制動力矩式(3.5)計(jì)算制動電阻的阻值在再生制動時，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，然后通過變頻器將電能轉(zhuǎn)換為直流電，并送回給直流母線，最終被電阻吸收。這個過程中，部分電能會被轉(zhuǎn)化為熱能而散失，即銅損，但也有一部分電能被轉(zhuǎn)化為制動力矩，考慮這個因數(shù)，可以按下式初步計(jì)算制動電阻的預(yù)選值。式(3.6)式中：制動電阻直流電路電壓/V對200V級變頻器=380V對400V級變頻器=760V制動轉(zhuǎn)矩/()電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩/()減速開始速度/()上式中，如果，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(yīng)由來決定。在產(chǎn)品目錄中，一些變頻器制造商提供制動電阻最小值的指導(dǎo)數(shù)值，以便用戶在選擇制動電阻時有所依據(jù)。計(jì)算制動電阻平均消耗的功率/kW如上所述，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的20%的制動轉(zhuǎn)矩來自電機(jī)內(nèi)部的損耗。所以可以按下式求得電動機(jī)制動時，制動電阻上消耗的平均功率：式(3.7)=(5.76-0.22.2)1440=0.802由于三翼自動旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此變頻器選用通用型。此外，由于三翼旋轉(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不能超過額定值，電機(jī)不會過載。因此，只要所選用的變頻器適用于一般環(huán)境，就可以使用通用變頻器。變頻器電路圖如圖3.2所示圖3.2變頻器接線圖3.3傳感器選型3.3.1傳感器傳感器，對其定義為能感??受規(guī)定??的被測??量件，并??按照一??定的規(guī)??律轉(zhuǎn)換??成可用??信號的??器件或??裝置，??通常由??敏感元??件和轉(zhuǎn)??換元件組成。??元件組??傳感器??是一種??檢測裝??置，能??感受到??被測量??的信息??，并能??將檢測??感受到??的信息??，按一??定規(guī)律??變換成??為電信??號或其??他所需??形式的??信息輸??出，以??滿足信??息的傳??輸、處??理、存??儲、顯??示、記??錄和控??制等要??求。它??是實(shí)現(xiàn)??自動檢??測和自??動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的特點(diǎn)包??括：微??型化、??數(shù)字化??、智能??化、多??功能化??、系統(tǒng)??化、網(wǎng)??絡(luò)化，??它不僅??促進(jìn)了??傳統(tǒng)產(chǎn)??業(yè)的改??造和更??新?lián)Q代??，而且??還可能??建立新??型工業(yè)??，從而??成為2??1世紀(jì)??新的經(jīng)??濟(jì)增長點(diǎn)。3.3.2傳感器的選用原則傳感器的可靠性是??實(shí)現(xiàn)自??動旋轉(zhuǎn)??門控制??系統(tǒng)自??動化和??智能化??關(guān)鍵之一??[18]。如何??根據(jù)測??試目標(biāo)??和實(shí)際??條件，??正確合??理地選??用傳感??器，是??需要認(rèn)??真考慮??的問題??。選取??時，主??要考慮??其靜態(tài)??特征、??動態(tài)響??應(yīng)特性??和測試??方式等??三方面??的問題??，而鏡??頭特性??又包括??靈敏度??、線性??度、精??度等指??標(biāo)，動??態(tài)響應(yīng)??包括穩(wěn)??定性、??快速性等指標(biāo)[14]。3.3.3微波傳感器選型HB-100是一種微波運(yùn)動傳感器，常用于人體運(yùn)動檢測、智能家居、智能安防等領(lǐng)域。它的主要功能是檢測運(yùn)動物體的位置和速度，可以通過檢測運(yùn)動物體的變化來觸發(fā)警報(bào)、控制燈光等應(yīng)用。主要優(yōu)點(diǎn)：1.靈敏度高：HB-100能夠檢測微小的運(yùn)動，靈敏度很高。2.響應(yīng)時間快：它的響應(yīng)時間非常短，通常只需要幾毫秒。3.安裝簡便：HB-100的安裝非常簡單，只需要連接電源和天線即可。4.穩(wěn)定性好：它的工作穩(wěn)定性很好，適用于各種惡劣環(huán)境。主要參數(shù)：1.工作頻率：10.525GHz2.工作電壓：5V3.工作電流：≤40mA4.工作溫度：-20℃~+80℃5.檢測距離：≤20m6.檢測角度：360度主要用途：1.智能家居：通過HB-100傳感器來檢測人體運(yùn)動，從而自動控制燈光、空調(diào)、窗簾等。2.智能安防：HB-100可以檢測到入侵者的運(yùn)動，從而觸發(fā)警報(bào)、視頻監(jiān)控等。3.人體檢測：HB-100可以應(yīng)用于人體運(yùn)動檢測，例如人體計(jì)數(shù)、行人流量統(tǒng)計(jì)等。工作原理：HB-100的工作原理是基于多普勒效應(yīng)。當(dāng)運(yùn)動物體向HB-100發(fā)射器和接收器發(fā)射微波時，由于運(yùn)動物體的速度不同，所發(fā)射的微波頻率也會有所變化。這種頻率的變化稱為多普勒效應(yīng)，HB-100傳感器通過檢測多普勒效應(yīng)來判斷運(yùn)動物體的速度和位置。3.3.4防夾傳感器防夾傳感器：防夾傳感器??是用來??檢測人??是否在??防夾區(qū)??域。其??檢測方??式是豎??直的。??因此當(dāng)??人在防??夾區(qū)域??時，傳??感器只??有通過??豎直檢??測才不??會誤判??。紅外??線防夾??傳感器??安裝在??門的進(jìn)??出口的??兩個防??夾區(qū)域??，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???；??以上條??件，可??以選用??型號為SA005-2K。3.3.5防撞傳感器防撞傳感器：防撞傳感器主??要是為??了防止??人和門??的速度??不一致??時，旋??轉(zhuǎn)門翼??打到行??人；而??防撞傳??感器則??是為了??防止人??因不小??心裝在??門體的??立柱上??，而引??起旋轉(zhuǎn)??門體旋??轉(zhuǎn)過來??撞傷行??人。其??采用接??觸式傳??感器防??夾安全??帶來實(shí)??現(xiàn)，它??是以向??其施加??垂直壓??力使得??觸帶的??導(dǎo)電體??互相接??觸，這??導(dǎo)致電??阻和電??流改變??而產(chǎn)生開關(guān)信號的。故選型為ASR-002。3.3.6接近開關(guān)傳感器①防夾接近開關(guān)由于在出入??口兩個??防夾區(qū)??域要安??裝了防??夾傳感??器。而??防夾傳??感器是??用來感??應(yīng)人是??否處于??防夾區(qū)??域，而??不知到??是否門??扇已經(jīng)??接近防??夾區(qū)域??，因此，僅依靠防夾傳感器無法確定人是否即將受夾或正在受夾。為了判斷門翼是否進(jìn)入防夾區(qū)域，需要使用一個接近開關(guān)。如果門翼進(jìn)入防夾區(qū)域，接近傳感器將發(fā)出信號，提示有可能夾人。當(dāng)兩個信號同時有效時，門將停止轉(zhuǎn)動并進(jìn)行制動。由于人的寬度通常不超過0.5米，可以將此距離作為接近傳感器的感應(yīng)距離。當(dāng)門翼靠近曲壁門柱0.5米時，接近開關(guān)傳感器就會發(fā)出信號。因此，選擇光電式接近傳感器，型號為BPR100-DDT。②直流制動接近開關(guān)由??于當(dāng)電??動機(jī)停??轉(zhuǎn)時，??門要停??在指定??的位置??，而門??停轉(zhuǎn)時??，電機(jī)??要先停??轉(zhuǎn)在門??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(guān)，??而門靠??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(guān)的??感應(yīng)距??離過大??，會使??門制動??后停在??指定位??置的前??邊。感??應(yīng)位置??過小。??由于接??近開關(guān)??也有一??個感應(yīng)??時間，??則使門??停超過??應(yīng)停的??位置。??根據(jù)相??關(guān)自動??門產(chǎn)品??類型，??可選用??5mm??感應(yīng)距??離的電??感式接??近開關(guān)，LF5-2K型號，PNP輸出。③鎖門接近開關(guān)為了讓門精確地停在上鎖的位置，當(dāng)鎖門時，同樣需要使用一個接近開關(guān)提前感應(yīng)鎖門位置的鄰近區(qū)域，并發(fā)出鎖門信號，使門體準(zhǔn)確地停在這個位置。這將方便我們安裝電磁鎖和機(jī)械鎖，而無需人來推門體使其準(zhǔn)確停位，從而避免無法上鎖的問題。因此，感應(yīng)距離需要適當(dāng)才能實(shí)現(xiàn)這一功能。??根據(jù)相??關(guān)自動??門產(chǎn)品??類推，??可選用??4mm??感應(yīng)距??離的電??磁感應(yīng)??接近開??關(guān)?？??選擇型號為LE4-2K。

第4章自動旋轉(zhuǎn)門系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1自動旋轉(zhuǎn)門程序設(shè)計(jì)——梯形圖4.1.1梯形圖的概述PLC是一種專為工業(yè)控制而開發(fā)的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工廠的電氣控制系統(tǒng)[13]。PLC通常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程語言，以適應(yīng)工廠電氣技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，而不是采用微機(jī)的編程語言。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可編程控制器語??言標(biāo)準(zhǔn)??)詳細(xì)??的說明??了句法??、語義??和下述??5中編??程語言??：順序??功能表??圖編程??語言、??梯形圖??編程語??言、功??能塊圖??編程語??言、指??令語句??表編程??語言和??結(jié)構(gòu)文??本編程??語言。??梯形圖??和功能??塊圖為??圖形語??言，指??令表和??結(jié)構(gòu)文??本為文??字語言??，功能??表是一??種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。4.1.2梯形圖程序設(shè)計(jì)語言梯形圖程序設(shè)計(jì)語??言是用??梯形圖??的圖形??符號來??描述程??序的一??種設(shè)計(jì)??語言。????這種程??序設(shè)計(jì)??語言采??用因果??關(guān)系來??描述事??件發(fā)生??的條件??和結(jié)果??，每個??梯級是??一個因??果關(guān)系??[19]。在梯??級中，??描述事??件發(fā)生??的條件??表示在??左面，??事件的??結(jié)果表??示在右面。梯形圖設(shè)計(jì)語言??是最常??見的一??種程序??設(shè)計(jì)語??言，它??來源于??繼電器??邏輯控??制系統(tǒng)??的描述??。在工??業(yè)過程??控制領(lǐng)??域，電??氣技術(shù)??人員對??繼電器??邏輯控??制技術(shù)??較為熟??悉。因此，梯形圖作為一種邏輯控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并深受歡迎。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)：①圖形化編程界面：梯形圖程序設(shè)計(jì)語言使用圖形符號代表程序控制流程，易于理解和編寫。程序員可以通過簡單的拖拽和連線操作，完成程序的編寫。②基于事件驅(qū)動的編程模型：梯形圖程序設(shè)計(jì)語言基于事件驅(qū)動的編程模型，即當(dāng)某個事件發(fā)生時，程序會自動執(zhí)行相應(yīng)的控制流程。這種編程模型適用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時響應(yīng)和控制。③適用于并行控制：梯形圖程序設(shè)計(jì)語言支持并行控制，即多個控制流程可以同時運(yùn)行。這種特性可以提高程序的效率和響應(yīng)速度。④面向硬件編程：梯形圖程序設(shè)計(jì)語言通常用于編寫與硬件相關(guān)的程序，例如機(jī)器人控制、自動化生產(chǎn)線控制等。因此，其語法和結(jié)構(gòu)都是面向硬件的，比較貼近實(shí)際應(yīng)用需求。⑤相對簡單易學(xué)：相對于其他程序設(shè)計(jì)語言，梯形圖程序設(shè)計(jì)語言語法相對簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。初學(xué)者可以通過簡單的示例程序快速上手。PLC編程語言中最常用的圖形為梯形圖，這被認(rèn)為是第一種編程語言[20]。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖非常相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，因此很容易被工廠電氣工程師掌握。梯形圖尤其適用于開關(guān)量邏輯控制。在PLC編程中，梯形圖通常被稱為電路或程序，并且梯形圖的設(shè)計(jì)被稱為編程。設(shè)計(jì)梯形圖的基本方法和步驟：①確定數(shù)據(jù)：首先需要確定要呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)來源。②選擇合適的軟件工具：可以使用多種軟件工具來制作梯形圖，如Excel、Tableau、R等。選擇合適的工具可以使制作過程更加簡便。③創(chuàng)建數(shù)據(jù)表格：將數(shù)據(jù)錄入表格中，每一行代表一個項(xiàng)目或類別，每一列代表不同時間段或其他分類變量。④創(chuàng)建圖表：在選定的軟件工具中創(chuàng)建梯形圖。一般而言，需要選擇堆積條形圖或堆積柱狀圖類型，然后根據(jù)數(shù)據(jù)表格創(chuàng)建圖表。⑤設(shè)定樣式：根據(jù)需要設(shè)定樣式，如修改顏色、字體、線條寬度等。⑥添加標(biāo)簽和注釋：添加標(biāo)簽和注釋可以使梯形圖更加易于理解。可以添加項(xiàng)目名稱、數(shù)值、百分比、時間段等。⑦審核和修改：完成后需要仔細(xì)審核圖表，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和圖表的易讀性。如果需要，可以進(jìn)行修改和調(diào)整。⑧導(dǎo)出圖表：完成梯形圖后，可以將其導(dǎo)出為圖片或其他格式，以便在其他文檔或報(bào)告中使用。在本系統(tǒng)中，程序的設(shè)計(jì)采用三菱GX軟件。在程序設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循以下編程規(guī)則：①每個繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)應(yīng)使用相同的編號。在梯形圖中，每個元件的觸點(diǎn)數(shù)量沒有限制。②梯形圖的每一行都應(yīng)從左側(cè)開始，線圈應(yīng)連接在最右側(cè)（線圈右側(cè)不允許再有觸點(diǎn)）。線圈不能直接連接在左側(cè)的母線上。③在一個程序中，如果同一編號的線圈被使用了兩次，則稱為雙線圈輸出，這容易引起誤操作，因此應(yīng)避免使用。④在梯形圖中沒有真實(shí)的電流流動。為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有電流流動，且只能在梯形圖中單向流動，即從左向右流動，層次的改變只能從上向下流動。⑤無論選擇何種PLC機(jī)型，所使用的軟件編號必須在該機(jī)型的有效范圍內(nèi)。4.2自動旋轉(zhuǎn)門程序流程圖設(shè)計(jì)圖4.1控制流程圖

第5章系統(tǒng)程序調(diào)試5.1整體調(diào)試TIA博途是全集成自動化軟件TIAportal的簡稱，是西門子工業(yè)自動化集團(tuán)發(fā)布的一款全新的全集成自動化軟件。它是業(yè)內(nèi)首個采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動化軟件，幾乎適用于所有自動化任務(wù)。借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺，用戶能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。自動旋轉(zhuǎn)門主要采用博途v15進(jìn)行仿真。圖5.1仿真控制面板控制面板中主要包含了以下幾項(xiàng)：任務(wù)卡，可以根據(jù)所編輯對象執(zhí)行附加操作巡視窗口，顯示有關(guān)編輯對象或執(zhí)行操作的附加信息項(xiàng)目樹詳細(xì)視圖，顯示項(xiàng)目樹中所選對象的特定內(nèi)容,比如說我們選擇了PLC變量中的默認(rèn)變量,那么這里就會出現(xiàn)默認(rèn)變量中的所有變量。我們在選擇變量的時候,就可以直接在這里進(jìn)行選擇菜單和工具欄，可以選擇特定的功能進(jìn)行使用5.2軟件調(diào)試當(dāng)自動旋轉(zhuǎn)門進(jìn)人少或進(jìn)入老人、小孩、殘疾人時，自動旋轉(zhuǎn)門中速運(yùn)行80rad/s，運(yùn)行指示燈常亮。圖5.2中速運(yùn)行圖當(dāng)進(jìn)人多時自動旋轉(zhuǎn)門高速運(yùn)行120rad/s，運(yùn)行指示燈常亮。圖5.3高速運(yùn)行圖當(dāng)夾住人時（進(jìn)門夾、出門夾、撞人），門立即停止，蜂鳴器報(bào)警。圖5.3夾住人時運(yùn)行圖當(dāng)手動按下緊急制動按鈕，門立即停止，運(yùn)行指示燈熄滅。圖5.4緊急制動按鈕

結(jié)論本次設(shè)計(jì)采用PLC代替繼電器和變頻器等元件，設(shè)計(jì)了一個適用于三翼自動旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定后，制定了控制原理，繪制了結(jié)構(gòu)框圖和電氣原理圖。對PLC、變頻器和傳感器進(jìn)行了選型和具體設(shè)計(jì)，利用PLC對微波傳感器、防夾、防撞傳感器和接近開關(guān)傳感器等進(jìn)行連接和控制信號的檢測和分析，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對自動旋轉(zhuǎn)門的控制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目的，深入理解了PLC應(yīng)用，鍛煉了實(shí)踐能力，大大提升了理論知識在實(shí)踐中的應(yīng)用能力。同時，由于對變頻器和傳感器類型及參數(shù)的了解不夠，選型方面存在一定問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。當(dāng)然，本設(shè)計(jì)僅完成了一些基本功能，還有很多功能需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)，例如平開門，可以利用平開門減少人群擁擠。相信這次設(shè)計(jì)對今后的工作將起到重要作用。

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