自動(dòng)門控制系統(tǒng)

1、2. 自動(dòng)門控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 自動(dòng)門的功能需求分析本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需要有安全和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改進(jìn)了自動(dòng)門的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1 自動(dòng)門結(jié)構(gòu)圖根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門應(yīng)具有以下功能：1開(kāi)門和關(guān)門控制應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式為了便于維護(hù)，自動(dòng)門應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)門方式由手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向手動(dòng)位置時(shí)，門可以手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)或者關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)撥向自動(dòng)位置時(shí)，手動(dòng)開(kāi)門失效，由感應(yīng)器檢測(cè)到有人接近門口且門未打開(kāi)或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門且門未關(guān)閉，PLC動(dòng)作輸出信號(hào)給變頻器來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)門或者關(guān)門。2

2、蜂鳴器的提示功能當(dāng)自動(dòng)門開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，PLC輸出信號(hào)給蜂鳴器，蜂鳴器響以提醒來(lái)往行人注意。3防夾人功能為了杜絕自動(dòng)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(dòng)門控制系統(tǒng)包含PLC控制和動(dòng)作執(zhí)行元件構(gòu)成。采用自動(dòng)和手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制方式，此種控制模式為目前大多自動(dòng)門的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用PLC為控制中心來(lái)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)從而控制門的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化控制。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟在自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中最主要的是先列出設(shè)計(jì)的主要步驟流程圖，如圖2.2所示。在自動(dòng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn)：1.深入了解和分析自動(dòng)門的工藝條件和

3、控制要求。2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動(dòng)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(kāi)關(guān)、行程開(kāi)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(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，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(jì)自動(dòng)門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動(dòng)門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。7.自動(dòng)門系統(tǒng)的整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要逐一

4、排除，直至調(diào)試成功。2.3 自動(dòng)門技術(shù)參數(shù)的確定自動(dòng)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(gè)吊掛點(diǎn)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(dòng)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(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體重量，不能超過(guò)自動(dòng)門的額定負(fù)重。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對(duì)自動(dòng)門進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動(dòng)門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場(chǎng)、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可達(dá)成千上萬(wàn)人次，或者在特定時(shí)間段里集中通過(guò)大量人員，在這種情況下，要使用自動(dòng)門就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量

5、，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時(shí)間等。具體參數(shù)如表2.1所示。表2.1 自動(dòng)門具體參數(shù)單扇開(kāi)啟寬度（mm）1250mm（最寬）單扇門的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2500mm最快開(kāi)/關(guān)門速度（cm/s）60cm/s常速開(kāi)/關(guān)門速度（cm/s）32.5cm/s減速開(kāi)/關(guān)門速度（cm/s）20cm/s開(kāi)啟保持時(shí)間（s）15s（程序中可調(diào)）可編程控制器（PLC）電源220V AC,50-60Hz驅(qū)動(dòng)器電源380V AC,50Hz驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率120W2.4 自動(dòng)門的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門針對(duì)人流較多的商場(chǎng)，應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，所以在本課題的自動(dòng)門機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮

6、了以下幾個(gè)方面：1自動(dòng)門的傳動(dòng)主要包括安裝板，軌道，門機(jī)，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(jiǎn)便。3電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用380V三相交流電機(jī)，功率大，可調(diào)性強(qiáng)。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(wèn)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(duì)導(dǎo)軌及滑輪的磨損，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)方面的特點(diǎn)。5滑輪：采用特殊的尼龍滑輪，強(qiáng)度高，耐磨性好，同時(shí)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(jì)，增加了齒形的高度，提高了皮帶與傳動(dòng)齒輪的吻合度，從而提高了機(jī)械效率。皮帶底部采用尼龍加強(qiáng)，減少了齒距變形，提高了使用壽命。7傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如

7、圖2.3所示。其中馬達(dá)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 機(jī)械傳動(dòng)3. 自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制變頻器來(lái)調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便、可靠性高，交流電機(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門中的大量運(yùn)用提供了條件?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：

8、變頻器門內(nèi)外感應(yīng)器采集信號(hào)P L C交流電機(jī)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)開(kāi)/關(guān)門指示燈蜂鳴器安全感應(yīng)器圖3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2 可編程控制器(PLC)的選型3.2.1 PLC概述可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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)。它通過(guò)運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過(guò)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(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物

9、理過(guò)程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)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(wèn)題,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過(guò)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(qiáng)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，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；準(zhǔn)確定時(shí)功能；高速計(jì)數(shù)功能；中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測(cè)、自診斷功能?？梢哉f(shuō)，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)

10、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(méi)有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.2.2可編程控制器（PLC）的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)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(jià)格比的PLC和

11、設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本課題的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入12點(diǎn)，輸出12點(diǎn)。2存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存

12、儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)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(chǔ)2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間。3控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)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(jì)的自動(dòng)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(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用

13、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(chǔ)器容量。（2）編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(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(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)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(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言

14、：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。（3）診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)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(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。4機(jī)型的選擇

15、(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(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)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/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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2）經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)

16、增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)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(jì)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32M小型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制。三菱FX2N-32M具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動(dòng)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FX

17、2N-32M包括8K步內(nèi)置RAM寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到16K步RAM或EEPROM。 豐富的元件資源：3072點(diǎn)輔助繼電器、256點(diǎn)計(jì)時(shí)器、235點(diǎn)計(jì)數(shù)器和8000點(diǎn)數(shù)據(jù)寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘滿足時(shí)間靈敏度應(yīng)用要求。3.3 驅(qū)動(dòng)裝置的選型自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障，在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡(jiǎn)單，成本較低，是在目前的自動(dòng)門行業(yè)主流控制方式。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過(guò)電壓保護(hù)等符合國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過(guò)載能力

18、強(qiáng)的特點(diǎn)的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機(jī)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機(jī)。3.4 變頻器的選型3.4.1 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(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)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGB

19、T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(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給 電機(jī)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，以此為電源再供給電機(jī)使用。3.4.2 變頻器的選型根據(jù)自動(dòng)門的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：1. 變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題（1）電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本課題所用的電機(jī)的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時(shí)要符合電機(jī)的額定電壓。（2）電流匹配；變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符，以最

20、大電流確定變頻器電流和過(guò)載能力。在本課題所使用的三相交流電機(jī)的最大起動(dòng)電流為Y形接法為0.37A，形接法為0.64A，本設(shè)計(jì)中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機(jī)的Y形接法的最大起動(dòng)電流。（3）轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生，本課題所用電機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.4Nm，在選型中要考慮。2. 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)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(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)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變頻器作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。三菱FR-540變頻器

21、具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 接線簡(jiǎn)單，可運(yùn)用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來(lái)控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。(3) 頻率設(shè)置簡(jiǎn)單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本課題自動(dòng)門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)外接電位器的旋鈕，就可以進(jìn)行頻率設(shè)置。3.4.3 變頻器的參數(shù)設(shè)定本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門系統(tǒng)具有如下速度要求：自動(dòng)門要求快速啟動(dòng)（限位）常速運(yùn)行（限位）慢速運(yùn)行停止, 構(gòu)成了如圖3.5的開(kāi)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(jī)的極對(duì)數(shù)，s表示電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，n表示轉(zhuǎn)子的實(shí)

22、際轉(zhuǎn)速，計(jì)算出變頻器的設(shè)定頻率。根據(jù)公式和電機(jī)參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為400 r/min，算出電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=-0.25，馬達(dá)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(dá)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(kāi)門或者關(guān)門的距離為30cm，時(shí)間控制在0.5S，速度為3600 cm /min，此時(shí)要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。2.中速開(kāi)門和關(guān)門的距離為65cm，時(shí)間為2s,速度為1950cm/min，此時(shí)要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速為110.4r/min。3.減速開(kāi)門和關(guān)門的距離為30cm,時(shí)間為1.5s,速度為1200cm/s，此時(shí)要

23、求電機(jī)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(jiàn)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。圖3.5 開(kāi)門和關(guān)門曲線表3.1 變頻器設(shè)定名 稱表示設(shè)定范圍最小設(shè)定單位設(shè)定值上限頻率(Pr1)0120Hz0.1Hz50Hz下限頻率(Pr2)0120Hz0.1Hz0.1Hz3速設(shè)定（高速）(Pr4)0120Hz0.1Hz25.5Hz3速設(shè)定（中速）(Pr5)0120Hz0.1Hz13.8Hz3速設(shè)定（低速）(Pr6)0120Hz0.1Hz8.5Hz加速時(shí)間(Pr7)0999s0.1s0.3s減速時(shí)間(Pr8)0999s0.1s0.3s操作

24、模式選擇(Pr79)04,7,812 3.5 感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選型目前自動(dòng)門行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開(kāi)關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān)，微波感應(yīng)器，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開(kāi)關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場(chǎng)合的自動(dòng)門控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)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；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過(guò)的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。結(jié)合本課題的實(shí)際需要在設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的人員檢測(cè)上運(yùn)用上海晶園微電子公司生產(chǎn)的WB-3001微波感應(yīng)器，又稱微波雷達(dá)，對(duì)物體的移動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過(guò)的場(chǎng)所，它的特點(diǎn)是幾乎不受周圍環(huán)境因

25、素影響。在防夾人感應(yīng)器的選擇上本設(shè)計(jì)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(shí),當(dāng)有人或車經(jīng)過(guò)安全光線時(shí),門體會(huì)自動(dòng)停止下行,并自動(dòng)上行以起到安全作用。自動(dòng)門的速度信號(hào)采集上運(yùn)用了Keyence（基恩士）公司生產(chǎn)的ED-130U非埋入型接近傳感器，這種傳感器的特點(diǎn)是能檢測(cè)所有的金屬，最大檢測(cè)距離為20mm，檢測(cè)距離調(diào)節(jié)方便，安裝簡(jiǎn)單。3.6 自動(dòng)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(chǎng)接線和調(diào)試的重要依據(jù)。根據(jù)自動(dòng)門的控制系統(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分配表類型PLC

26、元件作用輸入X0緊急停止X1手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X2感應(yīng)開(kāi)關(guān)（內(nèi)）X3感應(yīng)開(kāi)關(guān)（外）X4防夾人光柵（常閉）X5關(guān)門下限X6開(kāi)門下限X7開(kāi)門/關(guān)門中速X10關(guān)門低速/開(kāi)門高速X11手動(dòng)開(kāi)門X12手動(dòng)關(guān)門X13關(guān)門高速/開(kāi)門低速X14異常復(fù)位輸出Y1手動(dòng)開(kāi)門Y2手動(dòng)關(guān)門Y3開(kāi)/關(guān)門中速Y4開(kāi)/關(guān)門低速Y5開(kāi)/關(guān)門高速Y6自動(dòng)開(kāi)門燈閃爍Y7自動(dòng)關(guān)門燈閃爍Y10開(kāi)/關(guān)門提醒Y11故障報(bào)警燈Y12自動(dòng)開(kāi)門Y13自動(dòng)關(guān)門Y14異常停止3.7 控制系統(tǒng)的電氣接線本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的控制連接電路主要包括自動(dòng)門控制系統(tǒng)連接電路、自動(dòng)門I/O接線電路，詳細(xì)的接線方式分別在附表和中列出。4. 自動(dòng)門控制系統(tǒng)軟件

27、的設(shè)計(jì)4.1 PLC梯形圖概述PLC是專門為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言：功能表圖（sequential function chart）、梯形圖（Ladder diagram）、功能塊圖（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、結(jié)構(gòu)文本（structured text）。梯

28、形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：1. 與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀

29、性和對(duì)應(yīng)性；2. 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)；3. 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是：梯形圖中的能流（Power Flow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待；梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。4.2 梯形圖編程環(huán)境 本設(shè)計(jì)的梯形圖編程是運(yùn)用三菱公司的GX Developer 7.0編程軟件完成的，其編程環(huán)境界面如

30、圖4.1所示：圖4.1 GX Developer 7.0編程界面下面主要介紹下GX Developer 7.0編程軟件概要：GX Developer 7.0是具有下列功能的軟件包。 1、制作程序 圖4.2 梯形圖程序樣式 2、對(duì)可編程控制器CPU的寫入/讀出圖4.3 可編程控制器CPU的寫入/讀出示意圖3、監(jiān)視功能，監(jiān)視功能包括回路監(jiān)視，軟元件同時(shí)監(jiān)視，軟元件登陸監(jiān)視機(jī)能。此功能對(duì)于自動(dòng)門的控制系統(tǒng)在查找故障的時(shí)候是非常重要的。4、模擬調(diào)試功能，把制作好的可編程控制器程序模擬寫入可編程控制器的CPU內(nèi)，測(cè)試此程序能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。次功能對(duì)于在完成自動(dòng)門程序的時(shí)候進(jìn)行程序的檢查是很重要的。5、PC診

31、斷功能，因?yàn)闀?huì)見(jiàn)現(xiàn)在的錯(cuò)誤狀態(tài)或是故障履歷表示出來(lái)，可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)。對(duì)于自動(dòng)門系統(tǒng)以后的故障查找是很重要的一項(xiàng)功能。GX Developer 7.0軟件的特長(zhǎng)：1、軟件的共通化GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。此外，選擇FX系列情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。2、利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升，能夠?qū)xcel,Word等作成的說(shuō)明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。3、程序的標(biāo)準(zhǔn)化(1) 標(biāo)號(hào)編程用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，

32、就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來(lái)使用。(2) 功能塊FB是以提高順序程序的開(kāi)發(fā)效率為目的而開(kāi)發(fā)的一種功能。把開(kāi)發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開(kāi)發(fā)變得容易。 此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。(3) 宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過(guò)的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。4、能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。4.3 程序流程圖根據(jù)本課題

33、的控制要求和安全要求，所設(shè)計(jì)的程序按照?qǐng)D4.4所示的流程運(yùn)行，以達(dá)到本系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)要求和完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)。圖4.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖4.4 梯形圖的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)運(yùn)用GX Developer 7.0編程軟件進(jìn)行梯形圖順控程序編寫，在編寫梯形圖的過(guò)程中遵循以下編程規(guī)則：1每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒(méi)有數(shù)量限制。2梯形圖每一行都是從左邊開(kāi)始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有觸點(diǎn)）。3線圈不能直接接在左邊母線上。4在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)避免。5在梯形圖中沒(méi)有真實(shí)的電流流動(dòng)，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(dòng)，這個(gè)“電流”只能在梯形圖中單方向流動(dòng)即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下。根據(jù)以上規(guī)則和PLC的編程方法和思路編寫了本課題設(shè)計(jì)的自