【1715】旋转式自动门机构与控制系统设计【机械类毕业设计论文范例】
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【1715】旋转式自动门机构与控制系统设计【机械类毕业设计论文范例】,旋转,自动门,机构,控制系统,设计,机械类,毕业设计,论文,范例
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新疆大学机械工程学院毕业设计论文新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书班级： 机械1311班 姓名： 孙亚飞 论文（设计）题目：旋转式自动门机构与控制系统设计 专 题： 论文（设计）来源： 生产实践 要求完成的内容：1）调研，查找文献，确定最优设计方案；2 ) 完成门体结构的设计；3）完成伺服驱动系统设计；4）完成控制系统的硬件设计与软件设计（电路图1张，装配图1张）； 5）建立三维动态演示模型；6）设计计算说明书一份（1.5万字左右）。 发题日期：2016年12月24日 完成日期：2017年05月30日实习实训单位： 地点： 论文页数：40(约1.5万字)页图纸张数： 2张 指导教师： 教研室主任： 院长（系主任）： 参考文献1 闻邦椿机械设计手册（第5版）M.北京：机械工业出版社,20102杨老记，李俊武建明机械制图手册M北京：机械工业出版社,20083段正澄光机电一体化技术手册M北京：机械工业出版社,20104黄河，王信PLC在四翼自动旋转门中的应用J机电产品开发与创新,2008，（5）5汤平AT89C51单片机在自动旋转门控制中的应用J自动化技术与应用，2009，（6）6宋莉莉。两翼自动旋转门控制系统设计J天津职业技术学院联合学报，2006，（2）7曾毅，蒋宏，张明PLC在自动旋转门控制中的应用基础自动化G,2001,(12)8胡新武带弹簧门结构的安全旋转门：中国201120095834.7P2011-04-02.9张建新旋转门立柱与扣板固定机构；中国201120119055.6P2011-04-21.10林宋，刘杰生，殷际英，田建君光机电一体化技术产品实例M北京：工业装备与信息工程出版社,200311费相红，张雷.一种自动旋转门控制系统：中国201110111323.4P2011-04-29. 扬帮文主编.现代新潮传感器应用12王寿华，建筑门窗手册，M北京；中国建筑工业出版社.2008-07-13.13马秋生，杨建伟，王宁侠，机械设计基础M北京；机械工业出版社.2009-01-2114 JIANG Li-biao, WANG Deng-feng , NI Qiang , TAN Wei-ming.Simulation and analysis of a Truck Models ride comfort based on fuzzy adaptive control theory. College of Automotive Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China; 2. Dept. of Automotive Engineering Harbin Institute of Technology at Weihai, Weihai 264209, China15 YANG Liman LI Yunhua . MULTITASK SCHEDULING IN NETWORKED CONTROL SYSTEMS WITH APPLICATION TO LARGE SCALE VEHICLE CONTROL.and Electric Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China16 齐占庆,机床电气控制技术M,北京，机械工业出版社,1999.17何大庆，电气控制系统与可编程控制器M,北京，机械工业出版社,2006.18赵素玲.基于logo的自动平推门系统设计J.硅谷，2010，（23）.19赵进学.PLC在三相异步电动机运行控制中的应用J铁道工程学报，2006，（03）.20谢忠志.基于PLC控制的感应门设计J企业家天地（理论版）,2011，(01).21张正本.浅议旋转门的节能与减排J门窗，2009，（05）.22石毅超.三菱FX2N系列PLC定时器的典型应用J,广西轻工业，2011,(09).23韩学东.浅谈变频器容量的选择J,中国建设信息（水工业市场），2007,（05）.24 国家机械工业局编.中国机电产品目录M.机械工业出版社,2004.25李龙根.光电被动感应控制开关模块及应用J.机床电器,2004,(04).26陈振宽，王志标.光电传感器的基本知识及其创新应用J.农村实用科技信息,2011.(01).27黄国治,傅丰礼.中小旋转电机设计手册M北京.中国电力出版社,2007-03.28李嘉民.小型三相异步电动机派生品种更新工作概况J.电工技术杂志，2006，（10）.29杨万高.建筑电气安装工程手册M北京.中国电力出版社2005-07.30葛大麟.低压电气装置的过负荷与短路保护J.建筑电气，2012，（04）.声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 此声明的法律后果由本人承担。签名： 2017年5月25日毕业设计说明书 题 目： 旋转式自动门机构与控制系统设计 指导老师： 海几哲老师 学生姓名： 孙亚飞 学 号： 20122006016 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化（矿山机电） 班 级： 机械2013-11班 完成日期： 2017年5月25日 新疆大学机械工程学院 2017年5月摘要 随着经济的发展和人民水平的提高，自动旋转门的应用也越来越来越广泛。它现在为许多宾馆、超市、百货大楼等现代建筑所必备，不仅可以美化出入口环境，而且具有节能、防尘、隔音等功能，同时也是建筑智能化的重要标志。 本论文主要论述了四翼自动旋转门的设计过程，其主要对门体、传动系统、控制系统做了详细的分析和设计，提出了采用铝合金和玻璃等组成门体框架。传动部分由减速电机和齿轮箱减速机构组成，安装在门中心顶部的保护罩内.用PLC负责完成控制任务，由变频器来实现门体多种转速的调节功能。采用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，使用多个接触式和非接触式传感器及光电接近开关来确保通行安全。设计出了一种安全可靠实用的四翼旋转门。关键词：四翼旋转门；PLC控制；设计；机械传动；自动化摘要 随着经济的发展和人民水平的提高，自动旋转门的应用也越来越来越广泛。它现在为许多宾馆、超市、百货大楼等现代建筑所必备，不仅可以美化出入口环境，而且具有节能、防尘、隔音等功能，同时也是建筑智能化的重要标志。 本论文主要论述了四翼自动旋转门的设计过程，其主要对门体、传动系统、控制系统做了详细的分析和设计，提出了采用铝合金和玻璃等组成门体框架。传动部分由减速电机和齿轮箱减速机构组成，安装在门中心顶部的保护罩内.用PLC负责完成控制任务，由变频器来实现门体多种转速的调节功能。采用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，使用多个接触式和非接触式传感器及光电接近开关来确保通行安全。设计出了一种安全可靠实用的四翼旋转门。关键词：四翼旋转门；PLC控制；设计；机械传动；自动化2ABSTRACT With the development of economy and the improvement of peoples living standard, the application of automatic revolving door is more and more widespread. It is indispensable to many hotels, supermarkets, department stores and other modern buildings. Automatic revolving door can not only beautify the environment of exits and entrances, but also has the functions of energy saving, dust prevention, sound insulation and so on; at the same time, it is also an important sign of building intelligent engineering. This paper mainly discusses the design process of the four-wing automatic revolving door, mainly analyzing and designing the door, the transmission system and the control system; and a proposal for the door frame consisting of aluminum alloy, glass and so on is put forward. The transmission part mounted in the protective cover at the top of the door center is composed of speed reduction motor and gear box reducer. PLC is responsible for the completion of control task; the frequency converter realizes the regulating function of various speeds of the door body. The infrared sensor is used to detect the flow of people entering and leaving the revolving door; using multiple contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switch to ensure safe passage. So a safe, reliable and practical four-wing revolving door has been designed. Key words: four-wing revolving door; PLC control; design; mechanical transmission; automation1绪 论1.1 自动门发展历程及分类 自动门起源于荷兰，至今已有一百年的历史，在这段时间内，自动门经历了一个漫长的发展历史。国外自动门发展较早，其技术也较为成熟。自动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，自动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，使得自动门技术起步较晚，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。 常见的自动门种类：1.自动推拉门:可以分为单开双开式的，可以根据应用场合的不同选择单开式的或者双开式的，还有重叠单开书案开式的和弧形门。弧形门的运动方式和它的名字一样是弧形门扇在与其弧度相同的孤形轨道上平滑的移动,这也使它可以分为半弧单向双向式的和全弧双向式的弧形门。为了是入口足够大，有些自动门可以同侧两扇门可以收和，这种门也属于推拉自动门的范畴。2.自动旋转门:可以分为中心轴式的还有圆导轨式的和中心展示区式的等等。3.平开自动门:可以划分为单双向单扇式的和单双向双向式的自动门。4.折叠自动门:可细分为2扇折叠和4扇折叠。5.重叠自动门:可以分为有无固定编门业的重叠自动门。6.弧形自动门:可以分为有无固定门页，还可以以弧段、半圆、全圆来划分。7.平滑自动门:可细分没单扇平滑自动门和双扇平滑自动门。图1.2旋转自动门图1.1推拉自动门 图1.3平开自动门 图1.4折叠自动门 图1.6自动弧形门图1.7自动平滑门图1.5自动重叠门 1.2 关键技术参数 1.门的输入电压应为AC220V10%，频率50Hz。 2.门应启闭灵敏，当人或物体以0.3m/s的速度通过探测范围时，应正常启闭。 3.在全开启或全关闭之前，门的速度减至安全可靠的慢速，且可调，缓冲明显，启闭平稳。 4.开门响应时间，应不大于0.5s。 5.超声波、红外线和微波探测范围应可调，其探测面积应符合相关要求。 6.探测器安装应保证其盲区边缘距门的距离不大于200毫米。 7. 门在切断电源时，手动推位力，应不大于50N.当门动扇质量大于100kg时，推拉力应不大于其门扇质量的5%当量。 8.堵门保护延时，应不大于18s。 9.门用铝合金建筑型材应符合GB 5237规定，其他材料及附件应符合现行国家标准、行业标准规定。 10.门在正常工作状态下，运行噪声应不大于65dB。 11.在湿热条件下，绝缘电阻应不小于2M。 12.门的带电主回路与金属外壳之间应能承受AC1500V、在1min内无击穿现象。 13.门在周围工作环境温度为-1050的条件下应能正常工作。 14.门的耐风性能：在风速为010m/s的条件下，应能正常工作。1.3 本次设计自动门的使用要求 本次设计的自动门是我们经常见到的四翼旋转式自动门， 主要用于一般高档宾馆大门，旋转门应该设有中速，高速两种旋转速度，分别对应middle和high两个按钮进行切换，以适应正常运转和紧急疏散对转速的不同要求。当来人的时候自动启动，并以正常转速动转，15s后无人进出，则自动停转。当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间(防夹区)进入旋转门，则门立即自动停转以防夹伤人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙既可完成自动锁门工作。当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。1.4 本次设计的内容根据要求这次我设计的内容是四翼旋转式自动门，主要包括自动门结构尺寸的设计，门体框架由铝合金和玻璃等组成，门体高度为2.163m，单扇门半径为1.005m，旋转直径为3.6m。减速电机选型和齿轮箱减速机构设计。控制系统部分的设计，驱动电路的设计，控制系统的硬件设计，PLC的选择和感应器的选择等，控制系统的软件设计，最后做出总装配图，电路图和三维动态图。2方案设计2.1 方案拟定四翼旋转式自动门的主体结构由门体结构、驱动系统、传动系统和控制系统四大部分构成，根据对这四大部分作出分析后拟定以下两个自动门的设计方案。 2.1.1 旋转式自动门方案一方案一:主要通过扩大旋转门门扇之间的距离，将旋转门的门扇数量设计为为两个，进一步扩大了旋转门人员流量。其主要是采用圆周导轨悬挂整个旋转门体，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曲壁的设计和旋转部分门体部分的设计，旋转门体由两个旋转扇翼构成。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。门扉玻璃一般选用6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般选用8mm弧形钢化玻璃。 （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的，根据要求可采用在各电机、减速机输出轴各接一台减速器，将转速降到一定的转速，然后驱动滚轮转动，通过吊架与门体连接，使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。图2.1方案一示意图 2.1.2 旋转式自动门方案二方案二:主要是通过轴承机构垂直安装在地面上，四个门翼呈发散式固定在中心门轴上，各个门扇之间的角度相等，如果人在门扇之间推动门扇，就成为了一扇手动四翼旋转门。如果中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，然后配置感应装置和安全装置，就成为了一扇自动四翼旋转门。 （1）门体结构设计门体结构分为固定部分曲壁的设计和旋转部分门体部分的设计，旋转门体又包括中间旋转门扇和中轴。其中旋转门扇都由铝型材框架和玻璃构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。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6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用8mm弧形钢化玻璃。 （2）驱动系统设计由一个三相交流电机提供动力驱动。 （3）传动系统设计传动系统主要是完成降速和力的传动，根据要求可采用一台异步电机输出轴接一台减速器，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自动组合门的整个控制要求。图2.2方案二示意图2.2 方案选择 2.2.1 方案比较 （1）从门体结构上比较本次旋转门设计主要用于一些高档宾馆大门，此类场合的人流量都不是很多。方案一选择的是悬挂式的旋转自动门，其两翼门扇间可以容纳更多的人，适用于人流量较大的场合。方案二选择的是中轴式的旋转自动门，四翼的结构设计使得门扇间能容纳的人数大大减少，适用于人流量较少的场合。故方案二门体结构较符合本次设计目的。 （2）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。 2.2.2 确定方案 通过对方案一二的综合比较，考虑各自方案的利与弊。综合考虑后，我决定选择方案二进行设计。3门体结构设计 四翼自动旋转门的门体部分设计主要包括旋转门体部分设计和固定部分曲壁设计，旋转门体又包括中间旋转门扇和中轴。其中旋转门扇都由铝型材框架和玻璃构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。根据文献可以确定四翼自动旋转门的尺寸，其具体尺寸如表3.1所示：表3.1 四翼旋转门尺寸表门旋转直径E3600mm门净高 A2163mm门总高 B2633mm门出入口尺寸 C2427mm门外径D3760mm单扇门半径DW1005mm图3.1 四翼旋转门结构尺寸图3.1 确定门扇材料门扇主要包括门扇骨架的材料和门扇玻璃.根据相关门体标准,可按90系列的推门进行设计。门扇骨架采用90系列推拉门专用铝型材,根据文献，确定门扇骨架铝型材具体选择如表3.2所示：表3.2 90系推拉门铝型材类型代号光企L090704上横L090706下横L09070790系列铝型材的截面如图3.2所示： （a） 光企截面图 （c） 上横截面图 （d） 下横截面图 图3.2 90系列铝型材的截面 3.1.1 确定门扇玻璃 门扉玻璃一般有几种选择,一是防弹玻璃,二是夹胶玻璃,三是钢化玻璃.由于门一般用于高级的宾馆,写字楼等高档场所,一般无特殊要求.由于防弹玻璃价格较为昂贵,并且无多大实际用处,而夹胶玻璃它安装的透光性不是较好.因此选择钢化玻璃是最合适的。参考其他相关产品的选择情况,可以选6mm的钢化透明玻璃. 3.1.2 确定门扇的尺寸. 根据前面的总体设计可知，旋转门尺寸可按90系列的推拉门的尺寸进行计算。光企的长度为： L=A-2L-h (3.1) =2200-225-20 =2130mm 其中：L为光企的长度，A门净高的高度 ，L为门体上下所留的间隙，h为安装门扇扁钢的厚度。上横和下横的宽度为： B=DW+L1 (3.2) =1005+64 =1069 mm其中：B为上横或下横的宽度，L1为门扇夹到金属盘内的距离。而玻璃的长度为: L1=L-2b1+2h1 (3.3) =2130-264+212 =2026mm其中：b1为铝合金截面的长度，h1为铝合金所夹玻璃的长度。玻璃的宽度为: B1=B-2b1+2h1 (3.4) =1069-264+24 =965mm3.2 曲壁部分设计曲壁由8根角钢做为支撑体，每4根构成一边曲壁体。角钢竖在水泥板上,进出口各布置1根，曲壁圆弧中间布置两根。其中安装在圆弧中间的两根角钢是焊接在一起的。曲壁由四块相同的圆弧玻璃组成。 3.2.1 确定材料由于曲壁上圆弧梁必须选用专用的铝型材，根据中国建材网选用6063专用弧形材，其截面如图3.4所示。由于支撑架必须承受电机和华盖的重量，故支架的强度要求比较高。根据文献选用的角钢。其截面形式如图3.3所示。 图3.3 角钢截面图 图3.4 6063铝合金截面图由于曲壁玻璃必须做成圆弧形，必须选用专用玻璃。因此选用8mm弧形钢化玻璃。 3.2.2 确定材料尺寸根据表2.1查得四翼旋转门直径=3600mm，门出入口尺寸C=2427mm,故对应的圆心角为：=2arccos(C/2/2)=2arccos(2427/2/3600/2)=96度。则两边曲壁各对应的圆心角应为： (3.5) 所以两边曲壁对应的弧长为： (3.6) 则每扇曲壁的弧长为： (3.7) 其中：为角钢的厚度，为曲壁的弧长，r为四翼旋转门的半径。确定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧长 ： (3.8） 玻璃的高度为： h=A-2h2-2h3 (3.9) =2200-275-212 =2026mm其中：A为门净高度，h2为6063铝合金的截面长度，h3为铝合金夹玻璃的长度。角钢尺寸确定：由于要保持角钢的稳定性,预埋在地下的角钢尺寸为300mm.则角钢的高度可估算为: h 角 =A+300+l (3.10) =2200+300+230 =2730mm其中：A为门净高度，l为上下华盖的距离。角钢与6063专用铝合金是靠螺钉连接的，同时它与上华盖也是靠螺钉连接的。6063专用铝合金与下华盖也是通过螺钉连接的3.3 华盖的总体设计华盖骨架是由上下两块钢板和穿过华盖的八根角钢组成。它主要用来安装轴承、电机、控制装置等。由于华盖要用来安装电机、轴承座等，重量比较大。故选择的材料要求其强度比较高。根据文献选择一般结构用热扎钢板。其厚度为5毫米，长度为4000毫米，宽度为4000毫米。上下各一张。下华盖的设计：由表3.1查得旋转门的外径为3760mm,故下面的钢板要做成一个直径为3760mm的一个圆。中心轴要通过下华盖，故需要在钢板中心钻一个直径为170mm的孔。与此同时角钢也要通过下华盖，还需要在钢板上加工八个槽。其具体尺寸如图3.5所示。上华盖的设计： 由于旋转门的外径为3760mm，故上面的钢板要做成一个直径为3760mm的一个圆。上面的钢板要用来安装电机，故必须在其上面打孔。同时为了保证钢板用足够的强度 图3.5 下华盖图来支撑电机的重量，则必须在钢板上打钢架。钢架与钢板通过焊接连接。由于电机的重量不大，故根据文献选择型号为8的热轧槽钢。具体尺寸如图3.6所示。 图3.6 上华盖图3.4 金属盘与轴承支座的设计 3.4.1 金属盘的设计 由表3.1查得旋转门直径=3600mm，单扇门半径DW=1005mm，故轴的直径D=-2DW-h=3600-21005-60=1530mm(其中h为门扇与曲壁之间的间隙).但是实际上轴的尺寸不可能做得太大。因为轴太大不利于安装和加工。为了解决上述矛盾，我们需要设计一个金属盘，它一部分连接到轴上，一部分连接到门体上，这样就很好的解决了因轴太小而不能满足标准尺寸的要求。其具体尺寸如图3.7所示。图3.7金属盘尺寸图为了让门体固定在金属盘上，需要使用两根扁钢，上下各一根。扁钢的一部分与门体连接，另一部分与金属盘连接。根据文献,选用宽为32，厚度为10的热扎扁钢。3.4.2 轴承座及防尘盖的设计为了防止灰尘进入轴承，则必须在轴承座上面安装防尘盖，其具体尺寸如图3.10、3.11所示。图3.8 下防尘盖图3.9 上防尘盖 旋转门没有固定轴承的地方，则需要设计轴承座来固定轴承。由于要使用两个轴承，则轴承座也要使用两个，上下各一个。对于轴承座，其内径为轴承的外径，其厚度必须满足强度要求。又由于轴承受到的轴向力比较大，故需要设计一个凸台，防止轴承的向下滑动，其具体的尺寸与结构如下图3.8、3.9所示 图3.10上轴承座图 图3.11下轴承座图524 驱动系统的设计整个门体的传动系统由减速电机提供动力,减速电机通过一次减速后，再通过一对齿轮把动力传给轴,而金属盘将门扇与轴相连接，这样就实现了动力装置到执行装置的动力的传递过程。 4.1 各扇门的质量计算由于四翼旋转门的四扇成对称分布，其质量完全一样,所以计算一扇门的质量，再乘以四就是整个门体的质量。由文献查得铝合金的线密度为0.836kg/m。则每扇门框的质量为： m1=l (4.1) =(2L+2B) =0.836(22.13+21.069) =5.35kg 单扇门玻璃的质量： m2=V玻 (4.2) 单扇门的质量： m=m1+m2 =29.33+5.35 =34.68kg其中：为线密度，l为铝合金边框的总长度，B为铝合金边框的宽度,为玻璃密度。4.2 各部分转动惯量的计算假设门扇为均匀的质量体,其在宽度方向的面密度可以用下式计算, 其中R为门扇的宽度，L为门扇的长度。则门扇对中心惯量可用下式计算：由平行轴定理知，门扇相对于轴的转动惯量为： （4.3） 其中：L1为旋转门的中心到门扇的距离，R为门体总的长度。旋转门体的最大转速为6r/min,则角速度。由于传感器一般在2m范围内检测人的来临,当人迈进门边时,门体要加速到正常速度转动。按照一般情况下，人走过两米需要的时间最小为2秒，但是此时间还要减去变频器、PLC、传感器等的滞后时间1.5秒。所以电机的加速时间设为0.5秒。在0.5s内加速到6m/min速度,则角加速度,由于电机要带动门体转动,有一个加速过程,此过程需要克服旋转门体的惯性力矩才能使其转动。根据力矩转动惯量和角速度的关系:.则可以算出旋转门体的惯性力矩为: (4.4) 4.3 选择电机根据机械设计中电机所需功率按下式计算: (4.5)由电动机至转动轴的传动总效率为： (4.6)式中，分别为滚子轴承，齿轮，联轴器的传动效率。取，则总的传动效率为： =0.83则可以计算出电机的功率： 由上面计算出所需电机功率为0.36kw。但是门体还应能承受一定的风阻,以及旋转门体周围无条件与曲壁门体间的摩擦阻力。尽管其产生的力较小,但由于门体直径过大,则会产生较大的阻力矩.同时还有一些其他没有考虑的因素.因此特将计算出的功率放大一些.,应该选择电机功率在0.36kw以上的电动机才行。Y801-4是变频调速电机，调整电机转速是靠变频器来实现的，使用在恒转矩负荷时，同步转速范围是01500RPM，使用在恒功率负荷时，最大同步转速可以达到3000RPM，满足门体旋转设计要求。其具体参数如表4.1所示。而我需要的转速是6，所以需要用到减速机。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和齿轮传动，可见方案2比较合适。即选用JXJ1-43-0.55摆线针轮减速机。其具体参数如表4.2所示。 表4.1电动机的参数型号额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）效率（%）功率因素最大转矩（N.m）电机转动惯量飞轮转动惯量Y801-45501.5538073.50.732.40.00210.35方案减速机型号额定功率(KW)转矩(N.m)同步转速（r/min)满载转速 减速器 减速 比适配电机1JXJ0-11-0.550.5548.31500144011Y801-42JXJ1-43-0.550.5510071500144043Y801-43JXJ1-59-0.550.55207.21500144059Y801-4表4.2减速机的方案表 电动机主要外形见图4.1和安装尺寸见表4.3：图4.1 电动机外形图表4.3电动安装尺寸（单位为毫米）PEMn-dD2D3D4DWbhB49826-10160134110258312204.4 齿轮的设计 4.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。四翼旋转门是一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。查文献,选择小齿轮材料为45Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮的材料选用45钢（调质）硬度为240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齿轮齿数 =17，大齿轮齿数Z2=175.6=95.2，取=96。 4.4.2 按齿面接触强度设计确定公式内的各计算参数由设计公式进行计算，即 (4.7)试选用载荷系数=1.3。计算小齿轮传递的转矩根据表4.3查得转矩由文献选取齿宽系数=1。由文献查得材料的弹性系数。由文献按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。由根据应力循环次数 (4.8) (4.9)由文献查得接触疲劳寿命系数： ，。计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S=1，得 (4.10) (4.11)计算 试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 (4.12) =58.6 mm 计算圆周速度v (4.13)计算齿宽由文献取=1 =1 mm (4.14)计算齿宽和齿高之比b/h模数： (4.15)齿高： (4.16) (4.17)计算载荷系数根据v=0.1m/s，7级精度，由文献查得动载系数Kv=0.75；直齿轮，假设。由文献查得由文献查得两段的齿轮的使用系数，由文献知精度、小齿轮相对支承对称布置时， (4.18)将数据代入后得 由b/h=7.6,=1.41，查文献得=1.41，则按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得 (4.19)计算模数 (4.20) 4.4.3按齿根弯曲强度设计 由资料资料查得齿形系数和应力修正系数为： (4.21) 由资料查得弯曲疲劳寿命系数： ； 计算弯曲疲劳需用应力： 小齿轮弯曲疲劳强度极限， 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 (4.22) 计算圆周力: (4.23) 计算齿根弯曲应力: (4.24) (4.25)此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取按弯曲强度算得的模数2.43并就近圆整为标准值m=2.5;按接触强度算得的分度圆直径,小齿轮齿数大齿轮齿数：取Z2=134.这样的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，而且做到了结构紧凑，避免浪费。 4.4.4几何尺寸计算计算分度圆直径 (4.26) (4.27)计算中心距 (4.28)计算齿轮宽度 mm (4.29)取。计算齿轮的齿根高：mm (4.30)计算齿顶高：mm (4.31)验算 (4.32)，合适。 (4.33)4.5 轴与轴承的选择 4.5.1 轴的尺寸确定根据前面的齿轮的尺寸可以确定轴的外径为170mm，由于轴要安装齿轮和轴承，其精度要求比较高，故选择精密无缝钢管。根据文献选择型号为5-17053000型GB/T-1999精密无缝钢管。厚度为8mm，线密度为38.2kg/m。由于轴上要安装齿轮，设置键槽，所以轴的上端208mm的位置都为实心。轴的下端108mm也为实心。密度为7850.图4.2 轴的尺寸图由于轴承还没有确定出来，但是轴的直径已知。具体尺寸如图4.2所示。轴的质量计算： (4.34) =38.22.198+ =140kg其中：W为钢管的线密度（kg/m）,L为钢管的长度。 4.5.2 轴承的选择与验算 旋转门的重量载荷都加在底座和下支撑轴上，他们承受较大的径向和轴向载荷，因此下支座位置的轴承采用圆锥滚子轴承 。虽然上支座的轴承也会承受轴向力，但旋转门的轴向力主要作用在下支座的圆锥滚子轴承上，这样选择深沟球轴承即可满足要求。型号:6334型深沟球轴承。 径向力确定：轴承受到的径向力为减速器输出的转矩除以大齿轮的分度圆半径。其值为Fr=M/R=100700/(170/2)=1184.7N.轴向力的确定： (4.35) =(m钢管+4m门体+m其他)10 =(140+434.68+10) 10 =2887.2N设定工作时间为8年。由于d=170mm，按表6-67预选圆锥滚子轴承轴承，型号为32034。由于，故Fr0.55 Fa由文献知当量动载荷为 (4.36) =1.21184.7+2887.2 =4308.84N查文献得: fh=0.73,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1. 根据式 C=(fh fd fm/ fn fT)Pe (4.37) =(0.7231.11/1.4350.9) 4308.84 =2653N轴承Cr=5000N2653N 合适。 4.5.3 轴的校核在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值。对于圆锥滚子轴承，由文献查得a=51.5mm。因此，作简支梁的轴的支承跨距l=2301mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图如图4.2所示。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算列于表4.3.按弯扭合成应力校核的轴的强度进行校核时，只需对轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据文献取a=0.6，轴的计算应力为： (4.38) =17.04MPa其中W为抗弯、抗扭截面系数，为钢管的内径，d为钢管的外径。根据前面已选定轴的材料为0Cr18Ni9，调质处理，由文献查得 。因此 ，故安全.图4.2轴的弯扭组合图表4.3 轴的弯扭数据载荷垂直面水平面支反力弯矩M总弯矩扭矩5控制系统设计 控制系统主要是接受来自检测安全系统传感器的相关信号和门体的相关按钮信号，然后对这些信号进行处理后对门体的运转进行控制。门体的控制主要是门体转动的启停状态控制，旋转的转速状态控制，制动状态控制，锁门状态控制以及故障自动报警控制等。由于四翼自动旋转门要实现多种转速的变化，则要实现电机转速的控制，电机转速的控制可采用变频器来实现。控制器的控制信号通过变频器来控制电机的启停和转速变化。四翼自动旋转门的控制系统必须要求有高的可靠性，控制性能高，能适应较为多变的控制要求，控制器价格不不能太高。5.1 控制系统的控制功能 （1）变速功能。旋转门设有低速、中速和高速3种旋转速度，分别对应残疾、中速和高速三个按钮进行切换，以适应残疾人通过、正常运转和紧急疏散对转速的不同要求。 （2）自动转停功能。来人时自动启动，并以正常转速运转,15无人进出，则自动停转并封门。 （3）防夹功能。当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间（防夹区）进入旋转门，则门立即自动停转以防夹伤行人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。 （4）防撞功能。当行人紧靠右侧立柱或遇物体碰撞右侧立柱时，则旋转门马上停转，以防止撞伤行人或撞坏物体。行人或物体离开右侧立柱，门自动恢复运转。 （5）防碰功能。行人在旋转门内通行过程中，如遇门扇碰行人脚后跟，则门立即自动停转，以防止碰伤行人。行人离开门扇，门自动恢复运转。 （6）锁门功能。采用电磁锁方式锁门，只要转动锁匙即可完成自动锁门工作，快捷方便。 （7）急停功能。当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。 （8）暂停功能 （STOP钮）。与急停功能相当，不同的是按暂停按钮后，必须用残疾、中速或高速三个按钮中的一个进行恢复。 （9）残疾优先功能。当按下残疾按钮后,30内门始终以2r/min的速度低速运转，此时按高速或中速钮无效，以确保残疾人安全通过。30后来人，门自动以正常速度运转。 （10）电动机过载保护功能。当电动机过载时,门停转并且指示灯闪烁报警。过载消除后门自动恢复运转。变频器报警输出和延时自动复位功能。当变频器过压或过流时,关闭输出，门停转并报警 （指示灯闪烁）,延时3自动复位。5.2 变频器的选择变频器容量的选用由很多因素决定，例如电动机容量、电动机加速时间等，其中，最主要的是电动机的额定电流。选用的YS8014V电动机，根据4P350页确定其参数如表5.1所示。表5.1 电机参数额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）效率（%）功率因素最大转矩（N.m）电机转动惯量飞轮转动惯量5501.5538073.50.732.40.00210.35 5.2.1 驱动一台电机对于连续运转的变频器必须满足下列3项计算公式：查表5.1得，=0.73，=550w,取1.05，=0.735，=380V,=1.55A.满足负载要求输出： (5.1) 满足电动机容量： (5.2) 满足电动机电流： (5.3) 式中：PCM是变频器的容量、PM负载要求的电动机轴输出功率、UE是电动机的额定电压、IE电动机的额定电流、是电动机的效率、电动机功率因素、K电流波形补偿系数.由于变频器的输出波形不是完全的正弦，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对于PWM控制方式的变频器，K的取值为1.051.1。 5.2.2 指定变频器启动加速时间变频器产品型号所列的变频器容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加速。在进行急剧地加速和减速时，一般利用失速防止功能，以避免变频器跳闸，但同时也加长了加减速时间。如果生产设备对加速时间有特殊要求时，必须事先核算变频器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能，则要选用加大一挡的变频器容量。在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下：根据表5.1知，n=1440r/min, =0.35, 。由文献知，电机的加减速时间为0.12600s。红外线感应器在2m以内感应人的存在，则当人到达旋转门时，必须加速到指定速度。人一般的最大速度为1m/s，则人在2s钟时间就可以走过2米的距离。但是我们不能将此时间作为加速时间，我们还要减去变频器、PLC、传感器的滞后时间1.5秒。故电机的加减速时间为0.5秒。 (5.4) 式中PCM变频器的容量、K电流波形补偿系数、n电动机的额定转速TL负载转矩、tA电动机加速时间、电动机功率因素、电动机轴上飞轮力矩。 5.2.3 指定变频器减速时间降低变频器的输出功率，就可以实现电动机减速。加快变频器输出频率的降低速率，可使电动机更快地减速。当变频器对应的速度低于电动机实际转速时，电动机就进行再生制动。在这种情况下，异步电机将变成异步发电机，而负载的机械能将被转换成电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身的过电保护电路将会动作并切断变频器输出，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。为避免出现上述现象，使上述能量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。当直流中间回路的电压上升到一定的电压值时，制动三极管就会导通，使直流电压通过制动电阻放电，即将电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热的形式在制动电阻消耗掉。制动电阻的选择方法：计算制动力矩TB由表5.1查得，=0.0021，n1=1440r/min,则n2=n1/i=1440/43=33.5r/min。 (5.5) Nm式中：TB为动力矩、 JM为电动机的转动惯量、 JL折算至电动机轴的负载转动惯量 n1减速开始速度、 n2减速完了的速度、ts减速时间、 TL负载转矩。计算制动电阻的阻值：在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也将有20%的铜损转换为制动转矩。考虑到这个因素，可以先按下式初步计算制动电阻的预选植。 (5.6) =630欧姆式中：ROB为制动电阻、UC为直流电路电压（对200V级变频器，=380V，对于400V级，=760V）、TB为制动转矩、TM电动机额定转矩、n1为减速开始速度计算制动电阻的平均消耗功率：如前所述，电动机额定转矩的20%制动转矩由电动机内部损失产生，所以可按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率 (5.7) =6.8W 由于四翼自动旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。又因为四翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。一般变频器出厂标注的额定容量都具有一定的余量系数，所以选择变频器容量与驱动的电机容量相同即可。再根据以上计算的数据，选择森兰变频器型号为BT40 0.75 KWT。其具体数据和接线图见附录A5.3 检测装置的选择（1） 直流制动接近开关选用 由于当电动机停转时，门要停在指定的位置。门停转时，电机要先停转，但门体有一定惯性，使得门无法停在指定的位置上。这时我们就需要接近开关，当门靠近门停位置时，就产生信号发出制动信息，使门体停在这个位置。接近开关的感应距离过大，会使门制动后停在指定位置的前边。感应位置过小，由于接近开关也有一个响应时间，则使门停超过门应停的位置。同时由于门框是金属的，则接近开关应能感应金属物体。根据相关自动门产品类型，可选用5mm感应距离的电感式接近开关。型号为LF5-2K，常开触点，PNP输出，三线连接。相关参数见附录B。(2)锁门接近开关的选用当锁门时，为了让门精确的停位在上锁的位置，同样需要一接近开关提前感应锁门位置的临近。当门体接近锁门位置时，锁门接近开关就发出锁门信号使门体精确停在这个位置，便于我们上电磁锁和机械锁。而无需人再来推门体使其准确停位。接近开关的感应距离过小不能精确停位，而使得无法上锁。所以感应距离为适当才可。根据相关自动门产品类推，可选用4mm感应距离的电磁感应接近开关。可选择LE4-2K。其参数见附录B。(3)防夹接近开关的选用在出入口两个防夹区域内安装了防夹传感器，而防夹感应器是用来感应人是否处于防夹区域内，而不知道是否门扇已经靠近防夹区域内，所以仅靠防夹传感器是无法鉴别人是否即将受夹或正在受夹。则需要一接近开关来判断门翼是否走到了防夹区域内。当防夹传感器和防夹接近开关同时发出信号时，人就有可能被夹，这时电机必须停转。由于人的人的宽度一般在0.5m以下，可设此距离为接近感应器感应距离。当门翼靠近曲壁门柱0.5m时，接近传感器就可以发出信号。而门翼是在曲壁门柱的前端面，因此选择光电式JD系列接近传感器。选择感应距离为0.5m的检测前端物体的接近传感器，型号为JD-E3L-DS50B1传感器。(4)防夹传感器的选用防夹传感器是用来检测人是否在防夹区域内用的。应采用红外线传感器检测，其检测方式是竖直的。当人在防夹区域时，传感器只有通过竖直检测才不会误判。假如传感器不是竖直的，而是发散的，如人正常经过转门区时，防夹传感器就有可能检测到人的存在，而此时门翼又有可能正好在防夹接近传感器范围内。两者信号同时有效，使门体无故停转，而造成不必要的麻烦。故选择型号为SA005-2K光电式开关。其参数见附录B。(5)防碰传感器的选用为了保证行人在旋转门内通行过程中，如遇门扇碰后跟，则立即自动停转，防止碰伤行人。行人离开门扇，门扇自动恢复运转。则必须在每扇门底边装有全开宽内藏式感应器。其型号为ASR-001(6)防撞传感器的选用防撞胶条安装于入口右侧立柱上，胶条内装有内藏式感应器，如遇物体碰撞或受压，门扇马上停止转动。胶条内感应器恢复正常后，旋转门也随之恢复正常。故选择型号为ASR-002防撞传感器。(7)红外线被动式感应器的选用为了保证来人时自动启动，并一正常转速转动，15s时无人进出，则自动停转并封门。必须在四翼旋转门的进口和出口华盖上，每处安装两个红外线感应器，感应人体进入门体。由於门体的高度是2-3米，并且要保证能够在适当的范围内观测到人，应选择ADS-D型门控传感器。其具体参数见附录B。传感器和接近开关的安装位置如图5.1所示：图5.1接近开关安装图5.4 控制系统硬件设计 5.4.1 PLC的机型选择旋转门的动作过程比较固定，环境条件较好，控制过程不复杂，因此选用整体式结构的三菱PLC机型。因为四翼控制是开关量控制的应用系统，而且控制速度不高,在四翼旋转门过程控制中没有模拟量输入，也没有比较环节等，因此不需要A/D转换功能，PID调节功能，闭环控制功能，通信联网功能。四翼旋转门的过程控制对PLC的处理速度要求不高，允许执行一条基本指令的时间不超过0.5us；不需要采用高速响应模块。使用的指令主要是主要应包括逻辑指令、运算指令和控制主要应包括逻辑指令、运算指令和功能指令。 5.4.2 分析控制系统的I/O接点数通过对旋转门控制要求的分析，PLC控制输入信号有24个（按钮开关6个、传感器12个、接近开关4个、变频器报警输入1个、电机过热输出1个共24个），输出接点共7个（报警输出1个、电磁锁继电器输出1个，速度控制2个、直流制动1个、变频器复位1个、电动机启停1个共7个）。按照预留15%-20%的接点数来计算，输入接点至少要28个，输出接点至少要10个。本系统为个简单控制系统，按一般经验来估算，同时由上段对I/O接点的分析主要有：开关量输入字节数：3215=480 开关量输出字节数：107=70系统推断定时器/计数器字节数：81=8总计大约需要558个字节数容量。加上预留30%，有1K的程序容量足够了。由以上两个PLC本身主要方面，兼顾经济性原则，在众多市面上的PLC产品中FX系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX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FX2N64MR001型PLC（输入为32点，输出为32点）。由PLC型号主回路电压AC（100240）V；输入端参数为电压DC24V，电流5/7mA；继电器输出端电压AC150V，DC30V以内。本系统选用直流输出方式。表5.2 硬件指标环境温度055环境湿度3589RH(不接露)抗振JIS C0911标准1055Hz 0.5mm(最大ZG) 3轴方向各3次抗冲击JIS C0912标准 10G 3轴方向各3次抗燥声干扰用噪声仿真产生电压为1000Vpp，噪声脉冲宽度为，脉冲频率为30100的噪声，在此噪声干扰下PC工作正常耐压AC 1500V 1min各端子与接地端之间绝缘电阻5000欧以上接地第3种接地。不能接地时，亦可悬空I/O刷新方式批处理方式(在END指令执行时成批刷新)有直接I/O指令及输入滤波器时间常数调整指令操作处理时间基本指令:0.74us/步功能指令:几百微妙/秒输入继电器DC输入 24V DC,7Ma,光电隔离X0X177(8进制)I/O电数一共128点输出继电器继电器250AVAC,30V DC,2A(电阻负载) Y0Y177(8进制) 双向晶闸管242 AC,0.3A/点,0.8A/4点晶体管30V DC,0.5A/点,0.8A/4点辅助继电器通用型M0M499(500点)范围可通过参数设置来改变锁存型电池后备(保持)M500M1023(524点)特殊型M8000M8255(256点)旋转门采用JXJ型摆线针轮减速电机驱动，森兰BT40变频器进行变频，以适应不同转速的需要。电气接线图如图5.2所示。电机转速通过BT40智能端子X1、X2电平高低组成速度控制字进行设定。速度设定单元为变频器的A20、A21、A22、A23四个单元，其值由X4、X5设定频率值，见表5.3。其中A23为直流制动频率。表5.3电动机转速设定值速度控制字智能端子电平高低速度设定单元速度设定值/HZ备注端子X2端子X10000A2050高速0101A2133.3中速1010A2216.7低速1111A2310制动前速度 5.4.3 PLC外接电气元件的选择(1)开关的选择 本控制系统为PLC控制，各种开关的容量要求不高，普通的开关足矣，主要考虑输入参数要求。对高速按钮开关，中速按钮开关、残疾按钮开关，根据文献29可选择普通按钮开关LA系列，选择为LAY8（绿色），选择Stop停止按钮开关为LAY8（红色）,其额定电压位24V，额定电流为1.1A。急停开关可选用LW22系万能转换开关，其额定电压为24V,额定电流为1.4A。(2)电源的选择 PLC自带的输入口电源一般为直流24V。输入口每一点的电流定额一般为7mA,这个电流是输入口短接时产生的最大电流(端口本身纯存在抗)当输入口上接有一定阻抗的负载时,其流过的电流就要减少,PLC输入口信号传递所需的最小电流一般为2mA左右,这样就规定了输入口接人的最大阻抗。为了保障最小有效电流,输入口所接器件的总阻抗要小于2000欧。从另一方面说,输入口机内电源功率一般只有几瓦,当输入口所接的传感器所需功耗较大时,需另配专用电源供电。(3)熔断器的选择 为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据熔体的额定电流IR大于线路工作电流I（I=2A），所以选择RL1-15，熔体额定电流等级为4。(4)整流器的选择 为降低电压的波动对控制系统的不良影响，选择把交流变为低压直流供电。因此，选择型号为ZBA-10/24型整流器，它的输入电压为交流220V，输出电压为直流024V，额定电流10A。(5)热继电器的选择 根据电动机的额定电流来确定其型号和规格。由于电机的额定电流为1.55A，那么热继电器的热元件额定电流应接近或略大于电动机的额定电流。因此可以根据资料选择JR16B-203热继电器，其热元件额定电流位1.55A。(6)电磁锁的选择 可选择欧姆龙D4JL电磁锁安全门开关。其锁定强度为3000N，两个安全接点加两个监视用接点，可以有多种监视功能，钥匙插入型，保护结构IP67。(7)报警灯的选择 由系统要求在电机过热和变频器过载时要报警。因此可选择声光报警灯XD8(红色)，直流24V。(8)输出模块的确定 输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号，以驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向晶闸管输出、达林顿晶体管输出。这几种输出形式均有各自的特点，用户可根据系统的要求加以确定。继电器输出价格便宜，使用电压范围广。通电压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有舢点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动感性负载时，最大操作频率不得超过IHz。双向晶闸管输出（交流）和达林顿晶体管输出（直流）都属干无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反向电压，必须采取抑制措施。另外，这两种形式的输出均不具备明确的输出开关断点，因此对于有此要求的使用场合会受到限制。由于四翼旋转门启动比较频繁，故采用晶体管输出。(9)电气元件列于表5.5. 5.4.4 输入输出口及端口的保护及分配 (1)输入输出口及端口的保护当传感器的输入漏电流过大时有可能引起错误的输入信号而导致PLC的误动作，那么就需要多输入口采取保护措施。由于红外传感器的电源电压需要24V,而PLC的CPU能输出给传感器的 电压为24V，那么无需外配电源。PLC的开通阀值电压为18V，关断值电压为12V，输入开通电流为7mA左右，接点处的等效电阻可约为1千欧，为了防止误动作应该并联电阻。PLC的输入电阻为：接点关断时通过电流为：I=24/(1+3.4)=5.5mA等效电阻的压降为：V=5.5V。分到控制器接口的电压达到18.5V，则会产生误动作，应该并联电阻使等效电阻上分到的电压大于12V，就能确保不至于导致误动作。并联R后电阻为：，流过等效电阻上的电流为,要求为好，那么有，则有,则有1,那么并联电阻值应该小于1.4千欧。各接近开关的电阻按上述算法可以得出其串联电阻也为小于1.4千欧。输出口为晶体管输出时，其输出为阻断状态时也有漏电流产生，为了防止这个电流对负载产生影响，需要采取一定的保护措施。连接报警指示灯和变频器的输去口采用并联RC电路的措施，其接点电流1A对应电容0.10.5uF,接点电压1V对应0.51，连接电子锁继电器的输出口采用并联二极管的方式消除，二级管的选择按其反向电压大于电源电压，额定电流大于负载电流的原则。 (2) PLC的I/O地址的分配列于表5.5和5.6.表5.4 控制系统电气元件表序号符号名称型号规格1SB1停止按钮开关LAY8红色，DC24V2SB2停止按钮开关LAY8红色，DC24V3SB3高速按钮开关LAY8绿色，DC24V4SB4高速按钮开关LAY8绿色，DC24V5SB5中速按钮开关LAY8绿色，DC24V6SB6中速按钮开关LAY8绿色，DC24V7SB7残疾按钮开关LAY8绿色，DC24V8SB8残疾按钮开关LAY8绿色，DC24V9SA1急停开关LW22DC24V10SA2电磁锁D4JLDC24V11FR1热继电器JR16B-2031.6A12报警指示灯XD8DC24V13FUPLC输入回路熔断器RL1-156级表5.5 输入地址分配输入地址对应的外部设配X000急停按钮X001残疾按钮X002停止开关X003中速开关X004高速开关X005锁钥X006直流制动接近开关X007防夹接近开关1X010红外线传感器1X011防撞传感器1X012防碰传感器1X013防夹传感器1X014变频报警输出X015锁门接近开关X016防夹接近开关2X017红外线传感器2X020红外线传感器3X021红外线传感器4X022防撞传感器2X023防碰传感器2X024防碰传感器3X025防碰传感器4X026防夹传感器2X027电机过热输入表5.6输出地址分配输出地址信号内容Y000上电及报警信号Y001电磁锁控制继电器Y002电动机启停（变频器智能端子FWD）Y003速度控制（变频器职能端子X2）Y004速度控制（变频器职能端子X1）Y005Y006直流制动（变频智能端子X3）Y007编派器复位（变频智能端子RESET）5.5 PLC的软件设计 5.5.1 锁门程序设计与解释 (1)机械锁位置准确直接上电磁锁的机械输出程序设计：当钥匙和锁门接近开关同时有效时,且电机已经停止运转才能产生锁门信号输出.三个信号应该采用串联方式进行信号输入来控制锁门输出.采用输出映像寄存器Y001来实现.则程序设计如下： 程序解释：当钥匙X005有输入，接近开关X015有输入，电机没有输入时，就接通Y001,使其产生输出。当接近开关没有信号或电动机没有停止运转，则没有输出。 (2)机械锁停位不准确时输入程序设计：当电磁锁控制继电器Y001没有信号时，说明机械锁停位不准确。还需要让门转动以保证下次停位准确，同时应保证此时门没有输出直流制动信号，也应注意实现自锁功能。采用PLC内部继电器M13来实现。则程序设计如下：程序解释：当钥匙X005有输入，接近开关X015没有输入时，就接通M13,使其产生输出,同时使常开触点M13产生自锁。而此时有制动信号则不能自锁,常闭触点T43断开使M13不能产生一个长期有效信号。 (3)门精确停位时锁门程序设计：当机械锁停位不准确,同时接近开关又闭合的瞬时,说明门停位已准确锁的实现.采用PLC内部继电器M8来实现准确锁门的信号输出,则程序设计如下：程序的解释:当常开触点M13闭合,同时钥匙和接近开关的常开触点又同时闭合的瞬时使M8产生锁门的信号输出，同时常开触点M8闭合产生自锁效应。 5.5.2 直流制动程序设计与解释 (1)暂停（STOP）输入程序设计：STOP按扭是实现临时的停转功能，当STOP按下后，必须用高、中、残疾按扭才能恢复门翼的转动。所以，程序设计中应串联一个变速输入时的常闭触点以方便恢复正常状态。同时由于暂停输出是一个较长的过程，也应有自锁设计。STOP按扭接输入映像器X002，同时STOP是按扭开关，应注意捕捉其按下瞬间的上升沿过程，同时采用内部继电器M6才实现信号的中转输出，则程序设计如下：程序解释：当X002瞬间闭合的上升沿过程中M6产生输出，同时M6常开触点闭合产生自锁，直到变速常闭触点断开时，使STOP输出停止。 (2)防夹传感器输入程序设计：由于要判断是否已有夹人现象发生，则需要用防夹传感器来判断是否已碰到人，又需要一部接近开关来判断门翼是否处于防夹区域，当两个信号都有输入时，则说明已有夹人现象发生。则同一门口的防夹传感器和接近开关用串联方式连接起来。四部传感器分别接PLC输入映像寄存器为X013、X007、X026、X016。采用内部继电器M9对其信号中转，则程序解释如下：程序解释：当安装在进门口的防夹接近开关和防夹传感器同时有效时，则X013和X007的常开触点闭合，M9产生输出；当安装在出门口的防夹接近开关和防夹传感器同时有效时，则X026和X016的常开触点闭合，M9产生输出。 (3)急停、防夹、暂停定时程序设计：为了防止急停、防夹、暂停时受到偶然因素产生输出，而不是真正的相关紧急情况发生，则应设计一个定时程序来鉴别输入信号的真伪，采用输入后等待0.3秒后响应相关指令的方式来实现，采用基数为0.1s的接通定时器T41来实现定时，同时三个信号的输入采用并联方式连接，则程序设计如下：程序解释：当M6、M9、M1中的任一个触点闭合，就启动定时器T41实现定时。 (4)直流制动开关输入程序设计：当外部直流制动按扭有输入时，同时再加上无人进出时才能确定直流制动的输出。由于外部直流制动按扭是瞬时接触开关，则应捕捉其按下时的上升沿过程，同时应注意串联无人来时的中转触点，以及自锁和定时直流制动输出触点的连接。采用PLC内部继电器M7来实现中转指令。则程序设计如下：程序解释：当直流制动开关闭合瞬间，同时又没有人进出时，即X006闭合，同时常开触点T44也闭合， M7产生输出，同时常开触点M7闭合使其自锁。当直动时间到了时，常闭触点T43断开停止制动输出。 (5)直流制动输出定时程序设计：当发生防夹、急停、暂停和直流制动按扭有输入的紧急情况时，就要输出制动信号，同时当门没有精确停位后也要采用直流制动防止门的惯性转矩使门继续转动。而直流制动是一个时间过程输出才有效应，则对其输出定时为0.5秒，采用基数为0.1的定时器T43来实现，三个传感器采用并联输入。则程序设计如下：程序解释：当常开触点T41、M7、M8任意一个闭合时，就启动定时器。 (6)直流制动程序设计： 当发生防夹、急停、暂停和直流制动按扭有输入的紧急情况时，就要输出制动，同时当门没有精确停位后也要采用直流制动防止门的惯性转矩使门继续转动。程序解释：当电动机停转，M7、M8、T41其中一个有效时，就产生制动。在延时0.5s后停止制动。 5.5.3 报警程序设计与解释。 (1)当电源打开时：要设置PLC的上电程序，由于三菱系统有专门的状态内部继电器S0来对上电作出反应，用内部继电器M0来对相关信号进行中转输出，则程序设计如下： (2)急停程序设计：由于急停时采用转换开关SA1进行外部输入，连接PLC的输入映响寄存器X000，用内部继电器M1来对相关信号进行中转输出。 (3)过载程序设计：由于变频器报警输出连接PLC输入映像器X014，用内部继电器M2对相关信号进行中转输出，则程序设计如下： (4)过热程序设计：由于电机常时间进行工作，可能带来电机过热，所以在电机上连接热继电器FR1。当电机过热时热继电器闭合通过PLC的输入映像X027进行信号输入，用内部继电器M3对相关信号进行处理输出，则程序设计如下： (5)指示灯闪烁定时器设计：当PLC上电后，指示灯亮，而当急停按钮按下，变频器过载，电机过热时，指示灯就闪烁已示警告，设指示灯的闪烁时间为0.5S，则需要用两个以0.1S为基数定时器T37和T38来实现。当PLC的内部扫描信号过来时T37就开始记时，0.5秒后T37的常开触头闭合，只要T38常开触头不断开使T37复位，则T37常开一直闭合。具体程序设计如下： 程序解释：当过载、过热、急停内部继电器有信号时使相应触点闭合，导致T38开始记时，0.5秒后T38常开触点断开使T37复位，同时常开T37复位，至使T38常闭触点复位，而使T37又开始记时，0.5秒后又响应，周而复始。其中T38的作用是使T37循环计时0.5秒。 (6)报警上电输出程序设计：当变频器过载，过热，急停按下时用相应内部继电器常开触点进行设计，并上一个定时器T37来实现相关功能，用输出映像继电器Y000来实现PLC内部信号输出。则程序设计如下：程序解释：当M1、M2、M3任意一个闭合时，Y000就不产生输出。当T37有闭合时，Y000就产生输出。 5.5.4 变频器复位程序设计与解释 (1)变频器过载复位定时程序设计：由于变频器可能出现瞬时的过载而不是长期过载，那样我们就不用使变频器复位，以防止错误发生。因此，我们设置变频器发生过载3秒后才对变频器实行复位操作，这3秒的时间用来判断变频器是真的过载还是假的过载。这里采用基波为0.1s的接通定时器T50来实现。程序设计如下：程序解释：当过载信号来临时，常开触点M2闭合接通T50，其中T39常闭触点是复位输出信号定时器，用来对T50进行复位操作。 (2)变频器复位时间程序设计：由于变频器的复位开关需要有一定的接触时间才能真正接通产生复位信号。因此当有复位信号输出后，定时器就开始计时，用基数为0.1s的定时器T39来实现，定时时间为0.5秒。 (3)复位输出信号设计：用输出映像寄存器Y007对PLC处理的信号输出与外界连接。为了有持续信号输出应采用Y007常开触点进行自锁设置，同时当复位时间延时到了，断开其Y007的输出。程序解释：当过载延
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