基于PLC的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)課程名稱傳感器原理及工程應(yīng)用專業(yè)班級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器姓名朱廣申學(xué)號(hào)202302051021齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙成績(jī)課程名稱傳感器原理及工程應(yīng)用指導(dǎo)教師孫凱院〔系〕電氣學(xué)院專業(yè)班級(jí)測(cè)控13-1學(xué)生姓名朱廣申學(xué)號(hào)202302051021設(shè)計(jì)日期2023.3.3課程設(shè)計(jì)題目自動(dòng)門(mén)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，可編程控制器〔以下簡(jiǎn)稱PLC〕不斷更新、開(kāi)展，PLC控制是自動(dòng)控制中最常見(jiàn)控制方式之一，自動(dòng)門(mén)就是自動(dòng)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(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)控制及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡(jiǎn)單的改變控制的方式，因此，自動(dòng)門(mén)的生產(chǎn)商家很多都運(yùn)用PLC來(lái)做門(mén)的控制器。目前自動(dòng)門(mén)在日常生活中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，驅(qū)動(dòng)裝置，感應(yīng)器。目錄摘要1引言41.概述51.1國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)開(kāi)展現(xiàn)狀51.2本課題研究的內(nèi)容61.3本課題研究的目的和意義62.自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)72.1自動(dòng)門(mén)的功能需求分析72.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本步驟82.3自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)確實(shí)定92.4自動(dòng)門(mén)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)103.自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.2可編程控制器(PLC)的選型123.2.1PLC概述12可編程控制器〔PLC〕的選型123.3驅(qū)動(dòng)裝置的選型153.4變頻器的選型163.4.1變頻器原理163.4.2變頻器的選型163.4.3變頻器的參數(shù)設(shè)定173.5感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選型193.6自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)I/O分配表193.7控制系統(tǒng)的電氣接線203.8結(jié)束語(yǔ)3.9參考文獻(xiàn)齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕引言在經(jīng)濟(jì)飛速開(kāi)展的中國(guó)，高樓聳立的大都市里的大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓，自動(dòng)門(mén)已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門(mén)的工作方式是通過(guò)自動(dòng)門(mén)內(nèi)外兩側(cè)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)來(lái)感應(yīng)人的出入，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)翻開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門(mén)增添了不少高貴典雅的氣息。自動(dòng)門(mén)在國(guó)外早已得到普遍應(yīng)用，在我國(guó)也以其優(yōu)異的性能逐步得到大家的認(rèn)同，中國(guó)已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)開(kāi)展的黃金時(shí)期。1.概述1.1國(guó)內(nèi)外自動(dòng)門(mén)開(kāi)展現(xiàn)狀在國(guó)外，進(jìn)入90年代以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)展很快，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，并取得了驚人的成就，自動(dòng)化技術(shù)是自動(dòng)門(mén)的重要局部。在現(xiàn)代人們生活中自動(dòng)門(mén)可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時(shí)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(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速開(kāi)展，自動(dòng)門(mén)在人們的生活中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，自動(dòng)門(mén)適合于賓館、酒店、銀行、寫(xiě)字樓、醫(yī)院、商店等，使用自動(dòng)門(mén)。但在國(guó)內(nèi)，自動(dòng)門(mén)的自主研發(fā)尚處于初級(jí)階段。在自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、平安及人性化是需要首先考慮的因素。由于門(mén)體的重量及體積不同會(huì)對(duì)自動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)提出不同的要求，所以各種自動(dòng)門(mén)又可以分為重型自動(dòng)門(mén)和輕型自動(dòng)門(mén)。客流量的差異會(huì)對(duì)自動(dòng)門(mén)的使用產(chǎn)生很大影響，因此，自動(dòng)門(mén)還可以分為一般自動(dòng)門(mén)和可頻繁使用的自動(dòng)門(mén)。自動(dòng)門(mén)根據(jù)使用的場(chǎng)合及功能的不同可分為自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)折疊門(mén)等，其中平開(kāi)門(mén)用的場(chǎng)合較少，旋轉(zhuǎn)門(mén)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(dòng)平移門(mén)使用得最廣泛，大家一般所說(shuō)的自動(dòng)門(mén)、感應(yīng)門(mén)就是指自動(dòng)平移門(mén)，目前市場(chǎng)上流行的平移型自動(dòng)門(mén)一般是兩開(kāi)，這種門(mén)的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易控，維護(hù)方便。自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加感應(yīng)器，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，感應(yīng)器感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)翻開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。自動(dòng)門(mén)的控制方法很多，從控制器的不同來(lái)分，有傳統(tǒng)的繼電器控制，即通過(guò)按鈕和復(fù)雜的接線安裝來(lái)控制；智能控制器控制，即通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備來(lái)控制，它具有穩(wěn)定性高，平安等優(yōu)點(diǎn)，因此被很多生產(chǎn)廠商所運(yùn)用。由于繼電器邏輯控制的自動(dòng)門(mén)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(dòng)門(mén)所淘汰。在智能控制器的選擇上，自動(dòng)門(mén)的主控器有微電腦控制器控制和可編程控制器〔PLC〕控制，微電腦控制主要有體積小、安裝方便等特點(diǎn)，目前有許多廠家采用此種方式生產(chǎn)自動(dòng)門(mén)，PLC控制的特點(diǎn)是穩(wěn)定型高、維護(hù)方便，目前許多大型的商場(chǎng)的自動(dòng)門(mén)都是由這種方式來(lái)控制。1.2本課題研究的內(nèi)容本設(shè)計(jì)將在以下幾個(gè)方面對(duì)自動(dòng)門(mén)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。1.自動(dòng)門(mén)類型的選擇。綜合了自動(dòng)門(mén)的簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單的要求，在本課題中主要研究自動(dòng)平移門(mén)，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)平移門(mén)具有手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)功能和分時(shí)間段控制功能以及配備平安防夾人光線、后備電源等輔助裝置來(lái)滿足商場(chǎng)等人流眾多的場(chǎng)所的高效率、高平安性的要求。2.自動(dòng)門(mén)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)要求有很高的穩(wěn)定性來(lái)滿足日常的需要，故在本設(shè)計(jì)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(dòng)門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)速度控制上本設(shè)計(jì)以三菱變頻器作為調(diào)節(jié)器，運(yùn)用變頻器的三段速控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)的轉(zhuǎn)速控制，為了解決變頻器在頻率很低的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)裝置選用功率強(qiáng)大、穩(wěn)定性較好的自帶減速裝置的三相交流電機(jī)，在感應(yīng)器運(yùn)用自動(dòng)門(mén)專用的微波雷達(dá)感應(yīng)器和在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)自動(dòng)門(mén)的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了自動(dòng)門(mén)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。3.自動(dòng)門(mén)軟件的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC編程語(yǔ)言梯形圖，梯齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)出自動(dòng)門(mén)控制的要求，并能更好的考慮到平安性和故障報(bào)警等問(wèn)題，梯形圖的編寫(xiě)運(yùn)用三菱的GXDeveloper編程軟件，此軟件支持全部的三菱的PLC，并且具有強(qiáng)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(shí)間。1.3本課題研究的目的和意義在超級(jí)市場(chǎng)、公共建筑、銀行、醫(yī)院入口，經(jīng)常使用自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)。使用自動(dòng)門(mén)，可以節(jié)約空調(diào)能源、降低噪音、防風(fēng)、防塵，同時(shí)可以使出入口顯得莊重高檔，因此應(yīng)用非常廣泛。自動(dòng)平移門(mén)最常見(jiàn)的形式是自動(dòng)門(mén)機(jī)及門(mén)內(nèi)外兩側(cè)加光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)人走近自動(dòng)門(mén)時(shí)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)到人的存在，給控制器一個(gè)開(kāi)門(mén)信號(hào)，控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置將門(mén)翻開(kāi)。當(dāng)人通過(guò)門(mén)之后，再將門(mén)關(guān)閉。由于自動(dòng)平移門(mén)在通電后可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人管理，既方便又提高了建筑的檔次，于是迅速在國(guó)內(nèi)外建筑市場(chǎng)上得到大范圍的普及。自動(dòng)門(mén)在國(guó)外早已得到普遍應(yīng)用，在我國(guó)也逐步得到大家的認(rèn)同，已經(jīng)迎來(lái)了自動(dòng)門(mén)開(kāi)展的黃金時(shí)期。早期的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制，造成安裝煩瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。PLC是一種專門(mén)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。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式和開(kāi)關(guān)量的邏輯控制的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。目前，可編程控制器在機(jī)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(zhǎng)足的開(kāi)展。因此運(yùn)用PLC控制自動(dòng)門(mén)具有較高的可靠性，維修方便等特點(diǎn)。本課題的自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC做控制器能大大提高自動(dòng)門(mén)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于整個(gè)自動(dòng)門(mén)行業(yè)是一次技術(shù)的革新，提高了自動(dòng)門(mén)的使用率，因此，進(jìn)行自動(dòng)門(mén)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)自動(dòng)門(mén)行業(yè)的開(kāi)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)門(mén)行業(yè)乃至整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究?jī)r(jià)值。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕2.自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)門(mén)的功能需求分析本設(shè)計(jì)面向商場(chǎng)入口的應(yīng)用，需要有平安和可靠性，在設(shè)計(jì)的時(shí)候改良了自動(dòng)門(mén)的友好性，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1自動(dòng)門(mén)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)商場(chǎng)中對(duì)自動(dòng)門(mén)的具體要求，本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)應(yīng)具有以下功能：1．開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)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(mén)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)方式。手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)門(mén)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(mén)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(mén)失效，由感應(yīng)器檢測(cè)到有人接近門(mén)口且門(mén)未翻開(kāi)或者檢測(cè)到已無(wú)人接近門(mén)且門(mén)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(mén)或者關(guān)門(mén)。2．蜂鳴器的提示功能當(dāng)自動(dòng)門(mén)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(mén)的夾人事件，在門(mén)兩側(cè)安裝防夾人紅外感應(yīng)器，以防止停留在門(mén)附近的人被門(mén)所夾住。自動(dòng)門(mén)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(mén)的控制方式。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)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(mén)的開(kāi)和關(guān)實(shí)現(xiàn)門(mén)的自動(dòng)化控制。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本步驟在自動(dòng)門(mén)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(mén)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(mén)的工藝條件和控制要求。2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動(dòng)門(mén)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)選擇適宜的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(mén)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(mén)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。圖2.2設(shè)計(jì)調(diào)試步驟圖2.3自動(dòng)門(mén)技術(shù)參數(shù)確實(shí)定自動(dòng)平移門(mén)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(mén)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(mén)體的靜態(tài)側(cè)擺。在自齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕動(dòng)門(mén)投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門(mén)體，修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門(mén)體重量，不能超過(guò)自動(dòng)門(mén)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(mén)進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。公共場(chǎng)所的自動(dòng)平移門(mén)因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動(dòng)門(mén)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(mén)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(mén)就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門(mén)的數(shù)量，加大門(mén)扇寬度，增加關(guān)門(mén)延遲時(shí)間等。具體參數(shù)如表2.1所示。表2.1自動(dòng)門(mén)具體參數(shù)單扇開(kāi)啟寬度〔mm〕1250mm〔最寬〕單扇門(mén)的最大承重〔kg〕1x120kg高度〔mm〕2500mm最快開(kāi)/關(guān)門(mén)速度〔cm/s〕60cm/s常速開(kāi)/關(guān)門(mén)速度〔cm/s〕32.5cm/s減速開(kāi)/關(guān)門(mén)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220VAC,50-60Hz驅(qū)動(dòng)器電源380VAC,50Hz驅(qū)動(dòng)器輸出額定功率120W2.4自動(dòng)門(mén)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(mén)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(mén)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)中考慮了以下幾個(gè)方面：1．自動(dòng)門(mén)的傳動(dòng)主要包括安裝板，軌道，門(mén)機(jī)，皮帶，吊掛件等。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕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(mén)扇的穩(wěn)定性。并配以雙側(cè)密封毛刷，形成密封式導(dǎo)軌，防止積塵對(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)齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕3.自動(dòng)門(mén)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(mén)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)本錢(qián)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)的開(kāi)展，交流電機(jī)控制的本錢(qián)得以降低，為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)門(mén)中的大量運(yùn)用提供了條件。PLC變頻器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示：PLC變頻器門(mén)內(nèi)外感應(yīng)器采集信號(hào)門(mén)內(nèi)外感應(yīng)器采集信號(hào)交流電機(jī)交流電機(jī)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)開(kāi)/關(guān)門(mén)指示燈開(kāi)/關(guān)門(mén)指示燈平安感應(yīng)器平安感應(yīng)器蜂鳴器圖3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖蜂鳴器3.2可編程控制器(PLC)的選型3.2.1PLC概述可編程控制器，英文稱ProgrammableController，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，信息入出的物理過(guò)程一般不考慮的。而PLC那么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)根本要點(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)，因而具有以下根本的功能：齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕1.邏輯處理功能；eq\o\ac(○,2)數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；eq\o\ac(○,3)準(zhǔn)確定時(shí)功能；eq\o\ac(○,4)高速計(jì)數(shù)功能；eq\o\ac(○,5)中斷處理〔可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷〕功能；eq\o\ac(○,6)程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；eq\o\ac(○,7)聯(lián)網(wǎng)通信功能；eq\o\ac(○,8)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)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)法比較的。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(mén)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)挠嗔浚ǔ８鶕?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)用工程使用的存儲(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)試之后才齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕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10～15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(mén)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只為編程器提供效勞，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)本錢(qián)，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。這種方式本錢(qián)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：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齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕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(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?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(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)?！?〕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)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(mén)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，如圖3.2所示。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕圖3.2FX2N可編程控制器〔PLC〕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具有突出的存放器容量：三菱FX2N-32M包括8K步內(nèi)置RAM存放器，用一個(gè)存放器盒可擴(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)存放器、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(mén)的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門(mén)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，以到達(dá)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門(mén)的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡(jiǎn)單，本錢(qián)較低，是在目前的自動(dòng)門(mén)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(mén)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)際平安標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過(guò)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)合了平安、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)裝置選用天津平安電機(jī)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3.3所示。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕圖3.3YSM100/112、W、S交流電機(jī)3.4變頻器的選型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應(yīng)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)局部組成。整流局部為三相橋式不可控整流器，逆變局部為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(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應(yīng)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，以此為電源再供應(yīng)電機(jī)使用。變頻器的選型根據(jù)自動(dòng)門(mén)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?！?〕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。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕〔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FR－500系列中的FR-540變頻器〔如圖3.4所示〕作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。圖3.4三菱FR-540變頻器三菱FR-540變頻器具有以下優(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(mén)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。變頻器的參數(shù)設(shè)定本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)具有如下速度要求：自動(dòng)門(mén)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(mén)和關(guān)門(mén)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)際轉(zhuǎn)速，計(jì)算出變頻器的設(shè)定頻率。齊魯工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)專用紙〔附頁(yè)〕根據(jù)公式和電機(jī)參數(shù)p=6，額定轉(zhuǎn)速為400r/min，算出電機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=-0.25，馬達(dá)皮帶輪與門(mén)上的皮帶輪外徑、門(mén)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(mén)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(mén)的規(guī)格,加速開(kāi)門(mén)或者關(guān)門(mén)的距離為30cm，時(shí)間控制在0.5S，速度為3600cm/min，此時(shí)要求轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為204r/min。2.中速開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)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(mén)和關(guān)門(mén)的距離為30cm,時(shí)間為1.5s,速度為1200cm/s，此時(shí)要求電機(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(mén)和關(guān)門(mén)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)0～120Hz0.1Hz50Hz下限頻率(Pr2)0～120Hz0.1Hz0.1Hz3速設(shè)定〔高速〕(Pr4)0～120Hz0.1Hz25.5Hz3速設(shè)定〔中速〕(Pr5)0～120Hz0.1Hz13.8Hz3速設(shè)定〔低速〕(Pr6)0～120Hz0.1Hz8.5Hz加速時(shí)間(Pr7)0～999s0.1s0.3s減速時(shí)間(Pr8)0～999s0.1s0.3s操作模式選擇(Pr79)0～4,7,8123.5感應(yīng)開(kāi)關(guān)的選型目前自動(dòng)門(mén)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(mén)控制系統(tǒng)中，是自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的平安及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫(xiě)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(mén)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)行反響，因而反響速度快，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微型紅外平安光線，可防止外界光線干擾。在門(mén)下