摘 要
两翼自动旋转门是一种专为扩大人员流动而设计的新型旋转门，是集自动旋转门、平滑门和展台功能三者优点于一身的完美组合。
本论文主要论述了两翼自动旋转门的设计过程，其主要对两翼自动旋转门的门体结构、驱动系统、传动系统、控制系统和检测安全系统做了详细的分析和设计。提出了采用铝型材和玻璃等组成门体框架，旋转翼及平滑门用扁钢固定在一起形成旋转门体，通过吊架将旋转门体同六个被动滚轮连接，使旋转翼和平滑门系统悬挂在门冠圆形轨道上；采用三相异步电动机提供动力，通过一个减速器和一对齿轮齿圈传动来驱动旋转门体在门冠圆形轨道上旋转；用可编程控制器（PLC）来负责完成控制任务，由变频器来实现门体多段转速的调节功能。使用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，多部接触式和非接触式传感器及光电接近开关来确保通行者的安全进出。最终,设计出了一种功能实用、安全可靠的旋转门。
关键词 两翼自动旋转门，门体，可编程控制器,传感器
ABSTRACT
Two wings automatic revolving door is one kind of new revolving door which is specially for the expansion of the people’s movement,it is a perfect combination that combines automatic revolving door、smoothing door and exhibition space on the merits of the three functions .
This paper discusses the design process of the two wings automatic revolving door, it include the detailed analysis and design about gate body structure、drive system、transmission system、control system and testing security system of the two wings automatic revolving door.It proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework,the revolving door body is made of rotary-wing and smoothing door by flat steel fixed together, is connect to six passive wheels with the hanging brackets which hang on the door crown circular orbit.The three-phase asynchronous motor drive the revolving door body to ralate on the door crown circular orbit through a reducer and gears transmission;PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. The flow of personnel passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.On the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door.
Key words Two wings automatic revolving door, gate body, programmable logic controller, sensor
目 录
摘 要Ⅰ
ABSTRACTII
1 绪论1
1.1 旋转门的发展概况....................................................................................................................1
1.2 旋转门作为出入口设计的优点................................................................................................1
1.3 旋转门的发展趋势....................................................................................................................2
1.4 旋转门研究的必要性................................................................................................................2
2 方案设计3
2.1 方案拟定3
2.1.1 两翼自动旋转门设计方案一3
2.1.2 两翼自动旋转门设计方案二4
2.2 方案选择5
2.2.1 方案比较5
2.2.2 确定方案5
3 门体结构设计6
3.1 门体的总体设计6
3.1.1 门体构成6
3.1.2 门体规格6
3.2 旋转门体部分设计7
3.2.1 确定旋转门体材料7
3.2.2 确定旋转门体相关尺寸8
3.3 曲壁设计13
3.3.1 曲壁的总体设计13
3.3.2 确定曲壁材料13
3.3.3 确定材料尺寸14
3.4 旋转门体加强连接设计15
3.4.1 加强型钢的总体设计15
3.4.2 加强型钢材料选择及尺寸计算15
3.5 华盖结构设计16
3.5.1 华盖的总体设计16
3.5.2 华盖材料选择17
3.5.3 华盖材料尺寸确定17
4 驱动系统设计19
4.1 驱动系统总体设计19
4.2 减速机的选择19
4.2.1 旋转门体的惯性力矩计算19
4.2.2 旋转门体的摩擦力矩计算22
4.2.3 选择减速机22
5 传动系统设计24
5.1 传动齿轮齿圈设计24
5.1.1 齿轮齿圈设计前述24
5.1.2 齿轮齿圈参数设计24
5.2 承重滚轮及其轨道设计28
5.2.1 选择滚轮28
5.2.2 轨道设计29
5.3 齿圈连接转盘支架的螺栓设计32
5.3.1 螺栓直径设计32
5.3.2 齿圈结构尺寸设计33
5.4 转盘支架设计34
5.5 门体吊架设计35
5.5.1 吊架处连接螺栓的直径设计35
5.5.2 吊架的尺寸设计36
6 控制系统设计37
6.1 控制系统的控制过程及其控制功能37
6.1.1 控制系统的控制过程分析37
6.1.2 控制系统的控制功能分析37
6.2 控制系统的选择37
6.3 变频器的选择38
6.3.1 变频器的容量计算38
6.3.2 指定变频器减速时间38
6.3.3 变频器的频率设定40
6.4 控制系统硬件设计41
6.4.1 PLC的机型选择41
6.4.2 PLC外接电气元件的选择42
6.4.3 输入输出口的保护及分配43
6.4.4 PLC的外部接线图45
6.5 控制系统的软件设计45
6.5.1 控制系统软件设计的要求分析45
6.5.2 PLC程序设计47
7 检测安全系统设计60
7.1 检测安全系统的总体设计60
7.2 检测系统设计60
7.2.1 检测系统的要求60
7.2.2 检测传感器的选择60
7.2.3 检测传感器的安装60
7.3 安全系统设计61
7.3.1 安全系统的要求61
7.3.2 安全传感器的选择61
7.3.3 安全接近开关的安装63
结论65
参考文献66
附录A：西门子PLC S7-200CPU226的性能参数68
附录B：PLC硬件接线图71
附录C：电气接线图72
致 谢73
1 绪论
1.1旋转门的发展概况
旋转门起源于荷兰，至今已有一百年的历史，在这段时间内，从以前意义的转门到今天的全自动旋转门，旋转门经历了一个漫长的发展历史。其种类较多，按控制方式可分为全自动旋转门、半自动旋转门和手动旋转门；按旋转翼结构方式可分为两翼旋转门、三翼旋转门和四翼旋转门；按结构材料可分为金属框架旋转门、水晶旋转门（全玻璃旋转门）和木旋转门。
国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化设计的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家生产的自动旋转门还具有远程控制和液晶显示功能。
新中国成立以来，特别是改革开放以后，旋转门也大量的出现在我国的各种公共和高档场合。但由于我国特殊的国情，使得旋转门技术起步较晚，且其发展受到一定的限制。因此，我国在自动旋转门的传动系统、控制系统和检测安全系统上离国外还有一定的差距。
1.2旋转门作为出入口设计的优点
而自动旋转门作为出入口设计，其最大的优点在于它对于人员来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。同时，自动旋转门能减少公共场合人们对门体的接触，能有效的防止了细菌的传播；增强门口的抗风能力，消除了风口效应，减少了能源损耗，有效的阻挡了灰尘，噪音和废气的进入。它还有多重安全保护措施，通过安装多部接触式和非接触式传感器及独特的安全开关，确保通行者的安全。门体采用铝合金框架组装、可拆式结构，分成几个独立的部分，易于安装，运输方便。门的进出口和旋转部分都装有传感器，高灵敏度的系统保证了大门能即时开启和对速度的随时调整，保证了通过者最大程度的行走安全。
两翼自动旋转门又是在传统的自动旋转门基础发展起来的。如想扩大旋转门门扇之间的距离，增加旋转门人员流量，就想到把旋转门的门扇数量减为两个，这就是两翼自动旋转门的独特之处---大的通行能力设计。同时，设计展箱和中间平滑门，其展箱具有装饰和展示功能；中间平滑门能在断电和意外情况下，能将其转停至安全疏散位置，这时平滑门打开，形成一个宽敞的疏散(紧急)通道。
1.3旋转门的发展趋势
自动旋转门虽然已出现多年，但的技术发展仍在不断完善和提高。其发展趋势主要有以下几个：独特新颖的总体设计，高度的安全可靠性设计，多种运转使用方式设计，故障即时显示功能设计，楼宇消防智能化控制设计，停电使用功能设计，大通行能力设计，精巧灵敏的遥控控制系统设计，先进的驱动控制系统设计。同时，自动旋转门还能利用先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过 internet 与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面显示门体转速、状态和故障等信息。
1.4旋转门研究的必要性
由于国外自动旋转门发展较早，无论是驱动技术还是控制技术都较为成熟。而我国旋转门技术的发展起步较晚，其全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、 日本等国。到目前为止，我国的自动旋转门的技术水平离国外还有一定差距，特别是在结构设计和驱动控制系统上。我国设计的自动旋转门的安全性能低，运行噪音大，寿命短，所以，仍需设计人员的不断努力，才有希望赶超国外自动旋转门的技术水平。因此，对自动旋转门的研究是十分有必要的。
随着我国国民经济持续稳定地增长，人民生活水平的不断提高，人们对生活环境的要求也越来越高。而创造美好生活环境又必定成为装饰业发展的巨大动力。在现代城市建筑物装饰装修中，人们对门的选择已由单一的功用型向个性化、品位化发展，而将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化也是必然的趋势。此时，两翼自动旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面、高格调和智能化的设计，自然成为现代化楼宇建筑的入口装饰的主流，无可质疑的必选设施。这也堪称建筑物的点睛之笔。
2 方案设计
2.1方案拟定
两翼自动旋转门的主体结构由门体结构、驱动系统、传动系统、控制系统和检测安全系统五大部分构成，根据对这五大部分作出分析后拟定以下两个两翼旋转门的设计方案。
2.1.1 两翼自动旋转门设计方案一
方案一：主要是根据传统意义的自动旋转门来进行设计，其主要是采用中轴来支撑和安装整个旋转门体，并用中轴上固定齿轮的方式来进行传动，最终使旋转门体绕着中轴旋转。其具体方案如下：
①门体结构设计
门体结构分为固定部分和旋转部分的设计，均由铝型材框架和玻璃等组成。旋转门体采用中轴上安装两个旋转扇翼，旋转扇翼由一扇普通门体和一扇圆弧门体构成，这样来实现建筑屋内和屋外的任何位置的隔离。门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。同时每扉门三面安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）夹胶玻璃或12mm厚的钢化玻璃。
②驱动系统设计
由于两扇门翼距离较大且带有两扇圆弧门，使得需要的驱动力矩就较大，那么采用两台三相异步电机对称布置来完成驱动。
③传动系统设计
传动系统主要是完成降速和力的传动，根据要求可采用两台异步电机输出轴分别接一台减速器，然后又通过一对齿轮啮合来把动力传递给门体的中轴，使得中轴带动固定在上面的旋转门体转动。从而实现从动力装置到执行装置动力的传递过程。
④控制系统设计
控制系统采用目前小型控制中较为常用的单片机控制系统来实现，同时由变频器完成调速控制功能，再加上一些功能开关来完成两翼自动旋转门的整个控制要求。
⑤检测安全系统设计
检测安全系统是关系到整个两翼旋转门能否健康安全运行的关键一步，主要采用红外线传感器来实现人流的检测，采用各种接触式和非接触式传感器以及多个接近开关来实现两翼旋转门运行过程中各个危险位置和危险情况的检测，最终实现两翼自动门的安全运行。
2.1.2 两翼自动旋转门设计方案二
方案二：主要是在传统意义的自动旋转门基础上来进行改造设计的，其主要是采用圆周导轨悬挂整个旋转门体，并用悬挂门体上部转盘的方式来进行传动，最终使旋转门体绕着门冠的圆形轨道旋转。其具体方案如下：
①门体结构设计
门体结构分为固定部分和旋转部分的设计，均由铝型材框架和玻璃等组成。旋转门体采用中间平滑门加两扇圆弧门构成，同时，平滑门、圆弧门和一扇普通门在旋转门体的两边构成一个旋转展台，这个展台即成了旋转扇翼，又能放置展物。这样不仅能形成一种美好的氛围，还能较为完美的实现建筑屋内和屋外的任何位置的隔离。门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。同时每扉门三面安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）夹胶玻璃或12mm厚的钢化玻璃。
②驱动系统设计
由于门体悬挂在圆形轨道上，那么受到的摩擦力矩较小；同时又使用了较大的转盘来传动，使得较小的驱动力就能产生较大的力矩。那么采用一台三相异步电机来完成驱动即可。
③传动系统设计
传动系统主要是完成降速和力的传动的，根据要求可采用在异步电机输出轴接一台减速器，将转速降到一定的转速，然后又通过一对齿轮齿圈啮合来把动力传递给由齿圈形成的门体转盘上，使得转盘带动悬挂门体在圆形轨道上转动。从而实现从动力装置到执行装置动力的传递过程。
④控制系统设计
控制系统采用工业控制中十分常用的可编程控制器（PLC）来实现，同时由变频器完成调速控制功能，再加上一些功能开关来完成两翼自动旋转门的整个控制要求。
⑤检测安全系统设计
检测安全系统是关系到整个两翼旋转门能否健康安全运行的关键一步，主要采用红外线传感器来实现人流的检测，采用各种接触式和非接触式传感器以及多个接近开关来实现两翼旋转门运行过程中各个危险位置和危险情况的检测，最终实现两翼自动门的安全运行。
2.2方案选择
2.2.1 方案比较
①从设计新颖和功能上比较
方案一的设计思路是传统意义的再次设计，没有太多新颖的结构和创新理念，同时门体的结构较其它三翼／四翼自动旋转门复杂，且外形不是太美观。因此，没有多少实际意义和市场价值。而方案二是对传动意义自动旋转门的创新设计，它能独特的展台设计使其能增加两翼自动旋转门的实用功能。同时，其独特的传动方式和高格调的外观设计使其能在多种自动旋转门中占有一席之地。
②从节能的角度比较
方案一的设计由于采用中轴转动，需要两台电机才能很好的进行驱动。而方案二的设计采用门体悬挂在圆形轨道上，只需要一台同功率的电机就能很好的完成驱动。那么方案一的设计就耗能较多，则不宜采用。
③从采用的控制系统上比较
方案一采用单片机控制系统虽然能很好的完成控制任务，但对设计者来说增加了很多的负担。它不仅要求进行控制系统的软件设计，还要进行较为复杂的硬件设计，其硬件包括一些芯片连接，隔离放大电路的设计。这些在方案二中就很是简单，根本不需要太多的设计，因为方案二采用的是已有的控制系统。同时，方案一的控制系统由于对用户来说体积小，结构简单，所以较为适于大批量生产。但是对我们单件或小批量生产来说设计方案一的控制系统是不值得的。
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