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本科学生毕业设计智能全自动门设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 机械08-13班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Four Wings Automatic Revolving Door Mechanical and Electrical SystemCandidate：Ding YusenSpecialty：Mechanical and Electronic EngineeringClass：Mechanics 08-13Supervisor：Associate Lecturer Guo ShaowenHeilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin目录第1章 绪 论11.1 引言11.2智能全自动门的优缺点11.3智能全自动门的发展11.3.1智能全自动门发展的状况11.3.2我国智能全自动门技术的发展状况21.4智能全自动门的分类21.4.1 智能全自动门的基本类型21.4.2旋转门具体方案的确定3第2章 门体结构设计52.1确定门扇材料62.1.1确定门扇玻璃72.1.2确定门扇的尺寸.72.2 曲壁部分设计72.2.1确定材料82.2.2确定材料尺寸82.3华盖的总体设计92.4金属盘与轴承支座的设计112.4.1 金属盘的设计112.4.2 轴承座及防尘盖的设计112.5 本章小结12第3章 传动系统的设计133.1各扇门的质量计算133.2 各部分转动惯量的计算133.3 选择电机143.4齿轮的设计163.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数163.4.2按齿面接触强度设计163.4.3按齿根弯曲强度设计183.4.4几何尺寸计算193.5轴与轴承的选择193.5.1 轴的尺寸确定193.5.2轴承的选择与验算203.5.3轴的校核203.6 本章小结22第4章 控制部分总体设计234.1控制系统的控制功能234.2 变频器的选择244.2.1驱动一台电机244.2.2指定变频器启动加速时间244.2.3指定变频器减速时间254.3检测装置的选择274.4控制系统硬件设计284.4.1 PLC的机型选择284.4.2分析控制系统的I/O接点数294.4.3PLC外接电气元件的选择304.4.4 输入输出口及端口的保护及分配324.5 PLC的软件设计344.5.1锁门程序设计与解释344.5.2直流制动程序设计与解释354.5.3报警程序设计与解释。374.5.4变频器复位程序设计与解释384.5.5电动机起停程序设计与解释394.5.6速度控制程序与解释424.6 本章小结43结 论44参考文献45致谢47附录A：变频器参数48附录B：传感器与接近开关的参数50附录C：PLC控制总体语句表54第1章 绪 论1.1 引言 智能全自动门设计是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的最前端。1.2智能全自动门的优缺点 大厦在需要持续不断的人流出入的同时，又要保持建筑物内良好的空气循环及环境的优美，这是建筑师所遇到的一大难题，而智能全自动门为大厦提供了理想的解决方案，它可有效地防风、防尘和隔音，从而改善了大厦入口附近的环境。智能全自动门的最大优点在于它”永远开门，又永远关门”，即对于行人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果较好。在经济飞速发展的中国，在我们高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场和写字楼，自动旋转门已经是随处可见。自动门不但能给我们带来人员进出方便、节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。同时，随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。旋转门的市场前景将越来越大。但是智能全自动门也存在着缺点,第一它适用范围有一定的局限性,它只能应用在一些高档场合.第二如果控制系统设计不完善,可能出现伤人事件.。1.3智能全自动门的发展1.3.1智能全自动门发展的状况 自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座智能全自动门，智能全自动门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑提供了完美的选择。国外自动旋转门发展较早，其技术成熟。智能全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旋转门还具有远程控制和液晶显示。利用当前先进的通信和网络技术，当出现异常时，可准确传回故障信息。 1.3.2我国智能全自动门技术的发展状况我国的智能全自动门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。国内旋转门生产专业厂家主要有：北京有凯必盛、宝盾、青木宝盾、信步、欧立宝盾、京跃等。上海康育、广州盛维、青岛福田等。 以京跃公司的产品为例，国内自动旋转门在控制系统方面已有较大的发展，技术也趋于成熟主控部分基本可实现自主生产设计。但就节能方面的设计仍存在较多问题，如旋转速度的调节和温控系统设计等。 现代城市建筑物装饰装修中，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。对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施，堪称建筑物的点睛之笔。因此，目前国内四翼自动旋转门的发展趋势主要有：新颖独特的总体设计，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。1.4智能全自动门的分类1.4.1 智能全自动门的基本类型(1) 自稳定性自动旋转门 三翼和四翼旋转门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个或四个门翼呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等，人在内扇之间推动（按顺时针）门扇，就成为一个手动旋转门。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为自动旋转门。(2) 悬挂式自动旋转门 （两翼旋转门）为进一步扩大旋转门人员流量，扩大旋转门门扇之间的距离，可以考虑将旋转门的门扇数量减为两个。中心门轴结构难以实现两翼旋转门的紧急打开功能。于是两翼旋转门采用了上部圆周导轨悬挂整个门体的设计，以一个或两个电机驱动。图1.2悬挂式自动旋转门(3) 全玻璃自动旋转门 从结构上看，全玻璃自动旋转门与自稳定性自动旋转门一样。也分三翼和四翼两种。也是地面支撑的稳定性结构。所不同的是，驱动装置埋在地下。上部和下部各有一个连接门扇的金属盘，金属盘上有固定门扇的门夹，门扇玻璃在中间直接相结合，省略了中心门轴，极大地提高了门轴的通透性。 图1.3全玻璃自动旋转门1.4.2旋转门具体方案的确定在选择了旋转门的类型后，本设计还必须确定其设计的具体方案。通过查阅大量的资料，本设计出以下几种方案：第一个方案：采用立柱式的旋转门，控制系统采用单片机控制。第二个方案：采用悬挂式的旋转门，控制系统采用PLC控制。第三个方案：采用中轴式的旋转门，控制系统采用PLC控制。对于第一个方案 由于采用立柱式的旋转门，它在修建的时候必须把立柱修好。如果我们想改变一下旋转门的位置必须另外修建一个立柱。控制系统采用单片机控制，它在大规模生产旋转门的情况下是非常实用的。对于第二个方案 由于使用了悬挂式的旋转门，故其旋转门的每个分隔可以容纳更多的人。控制系统采用PLC控制，它适合于旋转门的小批量生产。对于第三种方案 由于采用了中轴式旋转门，故旋转门的每个分隔将可以容纳较少的人，控制系统采用PLC控制，它适合于旋转门的小批量生产。由于设计的是一般的高档宾馆，其出入的人数比较少，并且要进行小批量的生产，故选用第三种方案，利用PLC控制。 第2章 门体结构设计 本设计选择自稳定性自动旋转门的设计（四翼） 由于本设计设计的是一般高档宾馆大门，故必须满足豪华、气派的要求，而旋转门刚好符合上述的条件。但是旋转还分为几大类，由于高档宾馆的出入人数不是很多，故选择一般的自稳定性旋转门就满足其要求了。并且它还具有稳定性、可靠性很高，使用寿命长的特点。 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2.1所示：表2.1 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2.1 四翼旋转门结构尺寸图2.1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2.2所示：表2.2 90系列平开门铝型材类型代号光企L090704勾企L090705上横L090706下横L09070790系列铝型材的截面如图2.2所示： （a） 光企截面图 （b） 勾企截面图 （c） 上横截面图 （d） 下横截面图 图2.2 90系列铝型材的截面其它附加物体的，并且在上横、下横上安装的毛条与一般的平开门的安装方式是不由于90系列平开门与一般的旋转门是有区别的，旋转门是不用在勾企安装一样的，故我们旋转门的截面图都采用光企的截面图。2.1.1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. 2.1.2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系列的平开门的尺寸进行计算。光企和勾起的长度为： L=A-2L-h (2.1) =2200-225-20 =2130mm 其中：L为光企或勾企的长度，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 (2.2) =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 (2.3) =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 (2.4) =1069-264+24 =965mm2.2 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。 2.2.1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2.4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2.3所示。 图2.3 角钢截面图 图2.4 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。2.2.2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： (2.5) 所以两边曲壁对应的弧长为： (2.6) 则每扇曲壁的弧长为： (2.7) 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 ： (2.8） 玻璃的高度为： h=A-2h2-2h3 (2.9) =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 (2.10) =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2.3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2.1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2.5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2.5 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2.6所示。 图2.6 上华盖图2.4金属盘与轴承支座的设计2.4.1 金属盘的设计 由表2.1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2.7所示。图2.7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。2.4.2 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2.10、2.11所示。图2.8 下防尘盖图2.9 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2.8、2.9所示 图2.10上轴承座图 图2.11下轴承座图14 2.5 本章小结 本章内容为门体设计，既对门的基本几何形状设计。从门款的选材到定型，再到门的相关零件的设计，使门的基本情况有了进一步的阐述。门体选材为常见材料，大大的节约成本。支撑部分结构简单，材料也选用热轧钢板，避免了加工精度的要求，是设计极可能的简单化。第3章 传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。 3.1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 (3.1) =(2L+2B) =0.836(22.13+21.069) =5.35kg 单扇门玻璃的质量： m2=V玻 (3.2) 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。3.2 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： （3.3） 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: (3.4) 3.3 选择电机根据机械设计中电机所需功率按下式计算: (3.5)由电动机至转动轴的传动总效率为： (3.6)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： 由于一般电机输出的转速较大,一般在1500r/min左右。门体的最大转速为才6m/min，故需要减速器进行减速。减速电机既能提供动力，又能进行减速。故选用减速电机提供动力。根据相关要求,可以选用一个JXJ系列电机,JXJ系列异步电机按照TB1T6442-92标准设计制造,广泛用于轻工,纺织,建筑机械行业.JXJ系列电动机是直接输出低转速,大转距,且有转速型谱宽,运转平衡,噪声低,高效节能,体积小,重量轻,规格多,选用方便等特点。方案型号额定功率(KW)转矩(N.m)同步转速（r/min)满载转速 总传动比 齿轮传 动比减速器 动比1JXJ0-11-0.550.5548.31500144024021.8112JXJ1-43-0.550.551007150014402405.6433JXJ1-59-0.550.55207.2150014402404.0759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。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摆线针轮减速器三相异步电机。其具体参数如表3.1 电动机传动方案图3.2所示。表3.2 电动机的参数方案型号额定功率(KW)转矩(N.m)同步转速（r/min)满载转速 总传动比 齿轮传 动比减速器 动比2JXJ1-43-0.550.551007150014402405.643电动机主要外形见图3.1和安装尺寸见表3.3：图3.1 电动机外形图表3.3电动安装尺寸（单位为毫米）PEMn-dD2D3D4DbhB49826-10160134110258312203.4齿轮的设计 3.4.1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。3.4.2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 (3.7)试选用载荷系数=1.3。计算小齿轮传递的转矩根据表3.3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 (3.8) (3.9)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 (3.10) (3.11)计算 试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 (3.12) =58.6 mm 计算圆周速度v (3.13)计算齿宽由文献取=1 =1 mm (3.14)计算齿宽和齿高之比b/h模数： (3.15)齿高： (3.16) (3.17)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， (3.18)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 (3.19)计算模数 (3.20)3.4.3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： (3.21) 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 (3.22) 计算圆周力: (3.23) 计算齿根弯曲应力: (3.24) (3.25)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。3.4.4几何尺寸计算计算分度圆直径 (3.26) (3.27)计算中心距 (3.28)计算齿轮宽度 mm (3.29)取。计算齿轮的齿根高：mm (3.30)计算齿顶高：mm (3.31)验算 (3.32)，合适。 (3.33)3.5轴与轴承的选择3.5.1 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倍-GB/T-1999精密无缝钢管。厚度为8mm，密度为38.2kg/m。图3.2 轴的尺寸图由于轴承还没有确定出来，但是轴的直径已知。并且旋转轴在径向受力不大，主要受到轴向力的作用，故选择推力滚子轴承。根据5预选推力滚子轴承，型号为29334。其宽度为103mm.。又由于齿轮与轴承必须留出一定的距离，安装套筒，一般选择为20mm。同时齿轮的宽度为60mm，具体尺寸如图3.2所示。轴的质量计算： (3.34) =38.22.514 =96kg其中：W为钢管的线密度（kg/m）,L为钢管的长度。3.5.2轴承的选择与验算 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： (3.35) =(m钢管+4m门体+m其他)10 =(96+434.68+10) 10 =2447.2N设定工作时间为8年。由于d=170mm，按表6-2-80预选推力滚子轴承，型号为29334。由于Fa /Fr =2432.3/1184.7=0.49，故Fr0.55 Fa由文献知当量动载荷为 (3.36) =1.21184.7+2432.3 =3853.94N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 (3.37) =(0.7231.11/1.4350.9) 3853.94 =2373.2N轴承Cr=1878000N2373.2N 合适。3.5.3轴的校核在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值。对于推力调心滚子轴承，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3.2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3.3.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： (3.38) =17.04MPa其中W为抗弯、抗扭截面系数，d1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3.2轴的弯扭组合图表3.3 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3.6 本章小结 本章内容对自动旋转门机械传动部分进行了一系列的而设计。旋转门的工作原理更加清晰。门体转动惯量计算和门体质量计算为设计提供了理论依据。电机选择则为门体提供了旋转动力。电机选择的是减速电机，故齿轮设计十分重要。轴的设计是为了使门体有一个强度很好的机构。第4章 控制部分总体设计 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。4.1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。4.2 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。JXJ型摆线针轮减速电机是选用的YS8014V电动机，根据4P350页确定其参数如表4.1所示。表4.1 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5501.5538073.50.732.40.00210.354.2.1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4.1得，=0.73，=550w,取1.05，=0.735，=380V,=1.55A.满足负载要求输出： (4.1) 满足电动机容量： (4.2) 满足电动机电流： (4.3) 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。4.2.2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4.1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。 (4.4) 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。4.2.3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4.1查得，=0.0021，n1=1440r/min,则n2=n1/i=1440/43=33.5r/min。 (4.5) 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。 (4.6) =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 (4.7) =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A4.3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4.1所示：图4.1接近开关安装图4.4控制系统硬件设计4.4.1 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。4.4.2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8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个共7个大）。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4.2 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4.2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4.3。其中A23为直流制动频率。表4.3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4.4.3PLC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，普通的开关足已，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4.5.4.4.4 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=1*6=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4.5和4.6.表4.4 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4.5 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4.6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）4.5 PLC的软件设计4.5.1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。4.5.2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。4.5.3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)指示灯闪烁定时期设计：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。4.5.4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：当过载延时常开触点T50闭合后，就接通Y007，并且自锁。Y007常开触点闭合使定时器T39接通，则0.5秒后常闭定时器T39断开，从而使Y007停止输出.4.5.5电动机起停程序设计与解释 (1)防碰撞传感器输入程序设计：由于安装有四个防碰传感器和两个防撞传感器，分别接入PLC的输入映像寄存器为X011、X012、X022、X023、X024、X025，当有一个防碰传感器或防撞传感器发出信号时就使PLC的内部继电器发出信号指令，用内部继电器M12来实现PLC信号中转。传感器信号输入用并联方式实现，则程序设计如下： (2)高、中、残疾速度输入程序设计：由高、中、残疾速度输入采用的是点动开关，则在程序输入时应加入串入微分平操作指令，以捕捉点动闭合的上升沿过程中，三个按扭并联进行信号输入。三个按钮中有一个输入时就产生一个指令信号。三个按扭分别接入映像器为X001、X003、X004用内部继电器M5来实现指令的中转。则程序设计如下：程序解释：当三个按钮中的任意一个被按扭按下时，就产生一个内部继电器M5的信号，如X001常开触点一闭合，在闭合瞬间的上升沿过程中，使M5输出信号。 (3)残疾按扭输入时定时程序设计：由于残疾人进入时，门转动较慢，且经过门的时间较长，所以在程序设计时应注意残疾人经过时的专门定时程序。当残疾人按扭有输入时，就启动定时器开始定时30秒后让电机恢复原来的状态。则计如下： (4)残疾人输入程序设计：当残疾按扭按下时，在这个上升沿的过程中产生PLC内部继电器输出。当残疾输入定时30秒到了后，就自动断开其输出。由于输出是一个较长的过程，则应设计自锁程序。残疾按扭外界输入接PLC输入映像器I0.1，同时使用M10来实现指令信号中转。则程序设计如下：程序解释：当X001闭合时，在这个上升沿的过程中使M10产生信号输出同时常开触点M10闭合形成自锁，使M10一直有输出，当30秒定时到了以后，常开触点T42断开，使M10停止输出。 (5)无人进出时等待0.4秒程序设计：当红外线传感器没有感应到人的时候，并且延时15s转动后，还需要延时0.5秒，以保证确实无人了。采用基数为0.1s的定时器T44来实现。同时应串联上一个确无人时的信号输入，而前面的一个红外线传感器检测无人时的定时常开触点，无疑是最好的选择，则程序设计如下： (6)红外线检测有人时：残疾人来时30秒停转,高,中转速时15秒停转的程序设计.当红外线检测有人时启动电机,直到无人时让电机15秒后停转.当变速输入时实现电机转动,同时实现残疾按扭的优先功能。而当直流制动开关启用时要保证电机的停转,所以应串联一个直流制动启用信号.同时由于各种信号的输入都有可能可能是瞬时信号,要保证电机的转动需要一个持续的信号,则还应在程序设计中设置互锁程序。采用PLC内部继电器M4来实现，则设计如下：程序解释:当红外线检测有人时,四个传感器的常开触点X010,X017,X020,X021,同时计时器T40复位，常闭触点T40任然闭合.当红外线检测无人时,即四个触点复位启动T40计时15秒后常闭触点T40断开,使M4停止输出.当高,中速输入M5闭合时其响应过程和上次一样.只要M4一经启用,常开触点M4就闭合产生自锁效应。当残疾输入M5常开触点闭合时,M10也同时启用使其有一条通路接通M4。即使十五秒后,定时器的常开触点T40断开对其接通也无影响,30秒后常开触点M10复位断开,切断M4的信号输入.这就保证了残疾速度的优先功能,此时按变速按扭也是无效的。 (7)无人进出时自动停转时间设定程序设计：红外线传感器一检测到有人时就，电机就开始转动。而当人进入旋转门后，电机也应该带动门转动，设红外线无信号输入时电机仍能转动15秒。用基波为0.1s的定时器T40来实现定时。而四个红外线传感器分别接输入映像寄存器X010、X017、X020、X021用其常闭触点来实现。则程序设计如下：程序解释：当红外线传感器检测有人时，其X010、X017、X020、X021断开，使定时器T40复位。而当无信号输入时，X010、X017、X020、X021闭合使T40开始重新计时，控制门转动15秒。当红外线一直没有信号输入时，定时器一直计时直到计满为止，而T40相关触点保持持续接通状态。用M5常闭触点串联其中是为了实现高、中变速输入时，保证电机只保持相应状态15秒后，门自动恢复原状态或停止。 (8)电机起停控制程序设计：当红外线检测到有人、门没有精确停位、变速、直流制动接近开关有输入、残疾输入时都应启动电机.采用相关触点的常开触点并联实现.同时当电机过热、变频器过载、急停、锁门、门精确停位上锁、防夹、暂停、发生碰撞时都应该停止电机的运行。采用相关信号的常闭触点的串联来实现停止电机的运行。采用PLC的输出映像寄存器Y002来实现电机起停信号输出,则设计如下：程序解释:当常开触点M4,M13任意一个闭合时，就使Y002产生输出。而串联其中的常闭触点只要有一个断开就停止Y002信号输出,让电机停转。4.5.6速度控制程序与解释 (1)高速速度控制程序设计：当高速按扭有输入，变速中间继电器有输入，就使高速信号有输出。由于高速输入是瞬间信号，则应捕捉住上升沿过程，同时应该注意信号的自锁货互锁。在自锁路中应串联上高速输入时间设定，以保证高速运转时间到了之后，以便恢复原状态。采用PLC内部继电器M11来实现信号的输出中转。则程序设计如下：程序解释：当高速输入常开触点X004闭合，变速输入常开触点M4闭合时，使M11输出信号，同时常开触点M11闭合自锁。此时如有残疾输入和中速输入时，其常闭触点M10，X003断开，使M11停止信号输出。自锁时，如果定时器常闭触点T40,通电15秒后断开，保持了高速运转15秒。同时也实现残疾人优先功能。 (2)低速时控制程序设计： 根据前面的控制字要求,当电机低速转动和制动前的速度时,此程序输出信号。即产生控制1信号.当有防夹,防碰撞,暂停,急停,门未精确到位，红外线检测无人来延时时15秒和残疾人按钮有信号时，程序有信号输出。.采用PLC输出映像寄存器Y004来输出低速时的控制信号.则程序设计如下： 程序解释:当M10,M13,M1,M6,M9和T40常开触点任意一个有信号输入时，就使 Y004有信号输出。 (3)高速时控制字程序设计：根据前面的控制字要求，高速时应使控制字输出为0。残疾人来时此程序不输出相关信号,高速输入时此程序也无信号输出。当门未精确停位时,急停,暂停,防夹,无人来时，此输出控制信号。采用输出映像寄存器Y003来实现高速控制字的输出：程序解释：当残疾人输入常闭触点M10，高速控制字常闭触点M11断开时，使Y003停止信号输出，即输出控制字为0。而当M13，M1，M6，M9等常开触点任意一个闭合时就使Y003输出，即控制字为1。Y003与上面的Y004控制字组合成控制字。其总体语句表见附录C4.6 本章小结本章是课题设计的最后一章，完成了旋转门的控制系统总体设计，实现了门体由机械化向自动化过度的过程。预期目的基本实现，尤其在残疾人进出设计上体现了人性化设计。接口方面设计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。在梯形图设计方面，进行了详尽的阐述。并对其加以解释。结 论四翼自动旋转门能起到防风，阻挡灰尘、噪音和废气的进入，适用于客流量较大的场所，如宾馆、银行及政府办公机构等。价格较低又有很好的装饰效果。是现代建筑点睛之笔。本设计中的四翼旋转门是由门体、传动系统、控制系统三部分紧密有效地组成。门体组成：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，材料容易购买。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有效地起到了防尘除噪音的作用;门扉玻璃采用6MM厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用8MM厚钢化玻璃，安全可靠。传动系统：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，避免了尘埃等不利因素的影响同时也为维护工作提供了经济方便。传动系统由门体控制系统和安全系统组成. 门体控制系统: 全自动旋转门系统采用电机、小型PLC、频率控制器，提供多项可调功能控制。安装于天花吊顶内。控制原理:可编程逻辑控制器：此控制器提供多路输入及输出，并由发光二极管监视输入输出状态。安全控制系统: 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，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。对于残疾人进出的设计充分体现了人性化的设计。 目前，四翼自动旋转门宏观经济市场条件下有着良好的发展，尤其我国的自主品牌已经有了一席之地。但仍需向国外先进企业学习，将先进的理论和技术运用与产品，得以长久的发展。同时，由于经验有限，对建筑规范不熟悉，在满足建筑行业标准和建筑型材选择上存在一些不足，以待生产中加以改进。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G2001,(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）。致谢本人在该毕业设计过程中，得到了许多老师和同学的大力帮助。特别是要感谢我的指导老师国绍文，在这将近三个月的设计中，从最初的选课题，到后来的设计，以及最后的设计审查，每一步他都对我细细指导，及时发现我的问题和不足，并给予指正,所以这次的毕业设计才得以顺利完成。此外，还要感谢系上所有的专业指导教师以及各位同学，他们也为我的毕业设计提供了不少的意见和建议，在此仅表示诚挚的谢意。由于本人水平有限、经验不足、时间仓促，设计中难免存在不足之处，敬请各位老师批评指正。附录A：变频器参数表A1 变频器的主电路端子及其功能端子符号端子名称功能说明R、S、T交流电源输入端子连接三相交流电源U、V、W变频器输出端子连接三相异步电机P1、P+直流电抗器连接端子改善功率因素和抗干扰P+、DB外部制动电阻器连接端子连接外部制动端子P+、N制动单元连接端子连接外部制动单元PE变频器接地端子变频器机壳接地表A2 森兰BT40系列变频器型号规格森兰SB400.75电动机容量/KW0.75输出额定容量/KVA1.6额定电压/A2.5电压0-380，0-400HZ过载能力150%，1min输入电源三相380V，50/60HZ表A3 BT40变频器控制电路端子说明分类标记端子名称说明频率设定5V电位器电源频率设定电位器用DC稳压电源VRF电压输入DC0-5V或DC0-10V，输出电阻为10千欧IRF电流输入DC4-20Ma，输入电阻240欧姆GND控制电源接地端子5V、VRF、IRF和FMA的公共端命令输入REV反转运行命令REV-COM：接通电机反转；断开，电机停转JOG点动命令当变频器处于停止状态时，短接JOG与CM，再短接FWD和CM或RVM和CM，电动机点动正反转。THR外部故障报警THR-CM断开，产生外部报警信号，变频器立即关断信号。RESET复位RESET-COM接通，变频器复位。FWD正转运行命令FWD-CO