1、天津滨海职业学院全日制高等职业教育毕业实践环节毕业设计（典型性项目）说明书自动旋转门结构设计（方案）作者：邹社敬院系：天津滨海职业学院机电工程系专业：机电一体化年级：2012 级学号：20120141446指导教师：陈天祥时间：2015 年 4 月1主要内容简介随着生活水平的不断提高和科技的发展，旋转自动门广泛的应用在楼宇自动化中。又美观使用，还为人们的是带来方面便。因此，要保证自动门安全有效的工作，针对控制要求设计合理的旋转门控制系统就很有实际价值和现实意义。本设计利用可编程序控制器（PLC）和变频器等设计了针对三姨自动旋转门的控制系统。设计中根据控制原理和设计要求确定了系统的设计方案，给出
2、了结构框图、电气原理图。针对每个环节进行具体设计，对主控芯片、变频器、传感器等进行参数选择，给出传感器的连接电路和信号分析，系统通过主控芯片雨各种传感器的连接，对控制信号进行检测和分析，并利用扁平起调节电视机实现对旋转门的控制。旋转门控制系统实现了对门的自动停止、自动定位。速度调节、安全智能和夜间闭锁等功能。另外针对不同人群的需要才却徐昂硬的措施是整个系统显得更加人性化。关键字：可编程控制器 变频器 旋转门控制系统 PLC 原理2目录第一章设计方案的确定 .3第一节自动旋转门系统的方案设计 .3第二节旋转门控制方案的确定 .4第二章主控芯片选择及辅助电路设计 .4第一节主控芯片的选型 .4第三
3、章变频器原理及电源的选择 .7第一节变频调速的基本原理 .7第二节变频器容量选择 .8第三节系统电源的设计 .10第四章传感器的选型及信号处理 .12第一节红外检测传感器 .12第二节接近开关传感器 .15第三节防碰撞传感器 .16参考文献 .183第一章设计方案的确定旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。第一节自动旋转门系统的方案设计一、框架总成分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安
4、装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或 6mm 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。门体结构简图如图1-1 所示。图 1-1 门体结构简图二、驱动系统由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。三、控制系统由可编程控制器 PLC、变频器、功能开关组成。四、检测系统由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。五、安全系统主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止4行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动
5、转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。第二节旋转门控制方案的确定通过分析可知本设计是利用可编程控制器（PLC） 、变频器传感器等构成三翼自动旋转门的控制系统。根据控制原理和设计要求确定了系统的结构框图如图 1-2 所示。红外传感器作用是检测是否有行人通行；红外防夹传感器和防夹接近开关用来检测是否有人被夹；定位接近开关用来检测门翼是否停在定位位置；防碰撞传感器用来检测是否有人被碰或被撞；主控芯片用来判断传感器传来的各种信号并经过判断做出相应控制动作；变频器接收控制信号对电动机进行调速。另外还有运行状态指示灯和过载报警等等。旋转
6、门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、安全智能和夜间闭锁等功能。红外传感信号西门子S 7 - 2 0 0P L C防夹传感信号防碰 、 撞信号定位信号锁门信号调速按钮闭锁信号状态指示灯M3 变频器过载 警铃图 1-2 控制原理框图第二章主控芯片选择及辅助电路设计第一节主控芯片的选型一、PLC 的简要介绍5PLC 即可编程序控制器（Programmable Controller,简称 PC） ，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制，因此也称可编程序控制器为可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logical Controller） 。可编程序控制器是以微处理器为基础，综
7、合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、编程简单、功能强、抗干扰能力强、可靠性高、灵活通用与维护方便等优点，目前在冶金、化工、交通、电力等工业控制领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的四大支柱(可编程序控制器技术、机器人技术、CAD/CAM 和数控技术)之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点: 体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其对生产工艺多变的系统适应性差。如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这不仅影响了产品更新换代的周期
8、，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费时和困难的。在这种形势下，60 年代末可编程控制器在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller） ，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到 70 年代
9、中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。PLC 通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。6可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编
10、程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于它本身具有可靠性高，编程简单，使用方便，控制系统构成简单等优点，可编程控制器正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。二、PLC 的选型通过分析可知，所需的控制的电气元器件有按钮开关和指示灯等。具体如表3-1 所示。 通过对旋转门控制要求的分析，PLC 控制输入信号有 22 个，输出接点共 8 个。按照预留 15%-20%的接点数来计算，输入接点至少要 30 个，输出接点至少要 10 个。 本系统是个简单控制系统，按一般经验来估算，同时由上段对 I/O 接点的分析主要有：开关量输入
11、字节数：3015=450 开关量输出字节数：108=80 系统推断定时器/计数器字节数： 81=8 总计大约需要 538 个字节数容量。加上预留 30%，有 1K 的程序容量足够了。由以上可得，同时兼顾经济性原则。在常用的 PLC 产品中 SIMATIC-S7-200 系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的 PLC。在此系列 PLC中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了 PLC 的应用领域。本系统选择了 SIMATIC-S7-200 型 PLC，参数见表 3-1。由PLC 型号主回路电压 AC（100240）V ；输入端参数为电压 DC24V
12、，电流5/7mA；继电器输出端电压 AC150V，DC30V 以内。 表 2-1 PLC 性能参数表7三、 PLC 的 I/O 点分配输入输出端口的保护及分配： PLC 输入口电压定额一般为直流 24V，有一些输入口是不接电源的，输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源。当输入口端连接电感类设备时,为了防止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏，应在感性元件两端加接保护元件。对于直流电源，应并接续流二极管，对于交流电路应并接阻容电路。阻容电路中电阻可取 51120 欧，电容可以取 0.10.47uF。电容的额定电压应大于电源的峰值电源，续流二极管可以选 1A的管子，其额定电压应大于电
13、源电压的 3 倍。对 PLC 输入端电阻分析，自带电阻为 3k 欧，对于 DC24V 的电流为标准电流，对输入口保护不需做特别处理。输出为直流感性负载时，需在负载两端并联续流二极管或齐纳二极管加以抑制。查有关资料时，在直流感性负载输出时可选电流为 1A 左右的二极管，电阻约为 50 欧左右。本系统中输出口选交流电源，电阻取 65 欧。第三章变频器原理及电源的选择第一节变频调速的基本原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。变频器主要由整流（交流变直流） 、滤波、再次整流（直流变交流） 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变
14、频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）p，式中 n、f、s、p 分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率 f、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调8速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步
15、转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等） 。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。第二节变频器容量选择变频器容量的选用由很多因数决定，例如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速
16、时间等，其中最主要的是电动机的额定电流。降低变频器的输出频率，就可以实现电动机减速。加快变频器输出频率的降低速率，可使电动机更快的减速。当变频器输出频率对应的速度低于电动机的实际转速时，电动机就进行再生制动。在这种运行状况下，异步电动机将变成异步发电机，而负载的机械能将被转换为电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身的过电压保护电路将会动作并切断变频器的输出，使电动机处于自由减速状态，反而无法达到快速减速的目的。表 3-1 变频器参数表变频器型号 6SE6440-2UD17-5AA1使用功率 0.75 kW输入电压/V 3 相 AC380480(1 10%)输入频率/Hz 4763输出
17、频率/Hz 0650额定电流/A 2.2过载能力(恒转矩) 150%负载过载能力,持续 60s功率因数 0.98变频器效率 96%97%9合闸冲击电流 小于额定输入电流控制方式 线性 V/f;二次方 V/f;可编程 V/fPWM 频率/Hz 216kHz固定频率 15 个,可编程跳转频率 4 个,可编程数字输入 6 个完全可编程的带隔离的数字输入模拟输入 2 个,010V,020mA继电器输出3 个,可组态为 DC30/A(电阻性负载),AC250V/2A(感性负载)模拟输出 2 个,可编程(0/420mA)串行接口 RS-485,可选 RS-232制动 直流注入式制动,复合制动,动力制动为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。在电压变频器中，一般都在直流中间回路的电容器两端并联上制动三极管和制动电阻。 KA1780制FUWV RSTDXECOMBP-5图 3-2 变频器接线图
