試論自動(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(dòng)門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)自動(dòng)門控制系統(tǒng)相關(guān)功能將基于PLC電子裝置具體實(shí)現(xiàn)，其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路控制方便、可靠性高，交流電機(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)，另外該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)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。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輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)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(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出12點(diǎn)。2）存儲(chǔ)器容量的估算確程序容量，只有在實(shí)際調(diào)試過程中才能逐漸掌握該項(xiàng)內(nèi)容。但是由于依然需要合理估計(jì)程序容量，此時(shí)需要選取存儲(chǔ)器容量估算值作為參考依據(jù)。模擬量I/O點(diǎn)數(shù)總體估計(jì)結(jié)果作為內(nèi)存估計(jì)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(chǔ)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(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。1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(yùn)行速度。（2）編程功能PLC和編程器所用CPUCPU資源占用情況也會(huì)有所區(qū)別。編輯器處于編程狀態(tài)時(shí)，CPU資源將只對編程器開放CPU資源開始對運(yùn)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(shí)到，即使這種CPU資源不再共用，而且運(yùn)行過程愈加復(fù)雜，數(shù)據(jù)交換以及編程結(jié)果相對獨(dú)立，只是成本投入也會(huì)隨之成倍增加，但是由于操作簡單且易于實(shí)現(xiàn)所以應(yīng)用十分廣泛。另外目前主要有五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言，選取編程語言時(shí)除了考慮應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，還要盡可能提升語言實(shí)用性能，如此方可在實(shí)際運(yùn)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(yùn)營故障位置判別，而軟件診斷則又可細(xì)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(jī)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(huì)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(diǎn)數(shù)，用戶可依據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)設(shè)置，在大中型控制系統(tǒng)十分常見。2（2）經(jīng)濟(jì)性的考慮PLC選擇標(biāo)準(zhǔn)之一是經(jīng)濟(jì)原則，也即應(yīng)當(dāng)努力實(shí)現(xiàn)性價(jià)比提升，從實(shí)際操作以及投入產(chǎn)出等方面綜合考慮。其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)將深度影響產(chǎn)品價(jià)格，因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)增加往往意味著內(nèi)存需求量也會(huì)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(diǎn)數(shù)增加操作，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)性價(jià)比的合理掌控。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，本文設(shè)計(jì)將采用三菱FX2N-32M小型PLC實(shí)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(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，所以各類型存儲(chǔ)器容量擴(kuò)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(shí)間靈敏度方面的應(yīng)用需求。3驅(qū)動(dòng)裝置的選型度實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而為自動(dòng)門運(yùn)轉(zhuǎn)提供充足動(dòng)力。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、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機(jī)，在結(jié)公司生產(chǎn)的型號(hào)為YSM100/112、W、S的3相380V交流電機(jī)，電機(jī)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(yùn)行所需交流電源，以上即為一個(gè)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(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)載的匹配問題（1）電壓匹配；變頻器額定電壓數(shù)值要求十分嚴(yán)格，所以選取變頻器時(shí)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)3關(guān)注是否與設(shè)備運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)基本類似。本項(xiàng)目中使用的三相交流電機(jī)的最大啟動(dòng)電流為Y型0.37A，三角形0.64A。本設(shè)計(jì)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(jī)的最大啟動(dòng)電流。2）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。3）變頻器用于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出電流往往偏大，所以在高速電機(jī)應(yīng)用場景中選取變壓器類型時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能選取容量較大機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)。2)安裝相對靈活，使用者可依據(jù)實(shí)際需要將該變頻器安裝至合適位置，同時(shí)還可支持遠(yuǎn)程操控。3)際需求十分契合，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。4.2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3-4的開門和關(guān)門曲線。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p(1-s)可計(jì)算得出變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)速率，本文設(shè)計(jì)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(dá)皮帶輪與門上的5.712.1,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,加速開門或者關(guān)門的距離為30cm0.5S，速度為3600cm/min，此時(shí)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(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。4330cm,時(shí)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(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程的日益加快，自動(dòng)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(dāng)仔細(xì)分析整理實(shí)際應(yīng)用需求從而選擇最佳感應(yīng)器類型。事實(shí)上，感應(yīng)器性能對于自動(dòng)門系統(tǒng)所起作用十分重要，對于自動(dòng)門安全性及穩(wěn)定性影響尤為凸顯，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)門人員檢測相關(guān)功能，由于能夠迅速感知物體移動(dòng)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(shí)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(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)過安全光線時(shí),