自动旋转门设计毕业论文.doc

中国地质大学（北京）继续教育学院本科生毕业论文自动旋转门设计毕业论文目 录1 绪 论- 1 -1 .1、旋转门的设计目的- 1 -1 .2、旋转门的发展历史- 1 -2方案选定- 2 -2 .1、旋转门方案一- 2 -2 .2、旋转门方案二- 2 -2 .3、旋转门方案的选择- 3 -3门体结构设计- 3 -3 .1、门结构材料的选用- 4 -3.2旋转门门主要结构尺寸的确定- 5 -4驱动系统设计- 7 -4.1旋转门驱动系统选择- 7 -5 控制系统- 10 -5.1旋转门控制系统选择- 10 -5.2硬件设计- 11 -5.2.1变频器容量选择计算- 11 -5.2.2传感器与安全系统的设计- 16 -5.2.3控制系统功能特点- 17 -5.2.4 控制系统驱动控制原理- 18 -5.2.5 PLC系统控制分析及地址分配设计- 19 -5.3软件设计- 22 -结 论- 32 -致 谢- 33 -参考文献- 34 -附录（图纸）- 35 - 1 绪 论1 .1、旋转门的设计目的自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门已经发展的非常成熟，自动门是指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。最早的自动门是用继电器来控制的，用继电器控制不论是自动门还是自动旋转门都是有很多的缺点，一方面安装起来比较费时费力，另一方面维护也是特别的不方便，怎么样能想一个好的办法能让安装起来不费时费力，同时如果门出现了问题还能准确无误的看出问题所在，在最短的时间内解决问题。那最好的解决方案就是更换控制系统，用PLC代替传统的继电器控制系统，本次课题就是研究自动旋转门的控制系统与机械结构，通过传统与现代对比方式进行新的设计理念。1 .2、旋转门的发展历史1.2.1 国外旋转门的发展现状 自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转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的入口提供了完美的选择。由于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、低噪音、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；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，使自动旋转门的维修不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过网络与设备进行实时交流，校正偏差，让门达到最佳的运行状态。当出现异常时，可以准确无误的传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间等。1.2.2 国内旋转门的发展现状我国旋转门技术的发展来源于荷兰、瑞典及日本等国。90年代后期旋转门在我国开始盛行，进入了建筑领域，成为了建筑领域的点睛之笔，它的豪华、大气、智能、自动化慢慢代替了传统门型，使在重要的场合不仅美观、更加安全、节能、环保。所以在国内也得到了广泛的应用。2方案选定2 .1、旋转门方案一2.1.1 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的设计，每门扉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+0.76+3mm夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，外圆弧玻璃为8mm钢化或4+0.76+4mm夹胶。2.1.2 驱动系统由二个三相交流减速电动机提供动力，用减速器带动旋转盘驱动。2.1.3 控制系统由单片机、变频器、功能开关组成。2.1.4 检测系统由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启动进行操作。2.1.5 安全系统主要有接触和非接触式安全传感器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，旋转门入口右侧立柱胶条内藏式防夹传感器，如受挤压门扉马上停止运转。胶条内传感器恢复正常后，门扉再自动旋转，同理每个门扉底边也装有防碰传感器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条内传感器恢复正常后，门扉再旋转。2 .2、旋转门方案二2.2.1 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。采用上下三交叉加中心立柱的结构，门扉玻璃采用3+0.76+3mm夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，外圆弧玻璃为8mm钢化或4+0.76+4mm夹胶。2.2.2 驱动系统由一个三相交流减速电动机提供动力，用齿轮带动中心门轴驱动。2.2.3 控制系统由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。2.2.4 检测系统由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启动进行操作。2.2.5 安全系统新设计的旋转门不仅豪华而且也加大了安全保障，具有更多的功能，除了第一方案里的防夹防碰安全以为，还添加了紧急刹车功能：在紧急情况下按下门扇就可以停止，残障使用功能：按下门扇可以慢速运行，方便残障人员或老弱人员使用，门扇反转功能：遇到消防断电情况下，门扇可手动旋转，也可以反方向转动方便人员快速疏散等。为使用者的安全保驾护航，更体现了人性化。2 .3、旋转门方案的选择三翼自动旋转门采用方案二的结构，即在中心柱的基础上下多设计了一对三角形叉架子，这个结构会成为一个三角型的展台，里面可以做任何的装饰，增添了旋转门的美感；中心轴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，就成为了一个完整既美观有实用的旋转门。在结构上方案二采用的是中柱式结构，结构轻便，灵活，噪音小，牢固耐用。控制系统也采用了先进的可编程控制器PLC，安全性能又好，即安全又方便，所以选择第二套方案来进行具体的设计。3门体结构设计 三翼自动旋转门根据客户要求尺寸设计如下（表3.1）：内直径A3200外直径B3280出入口宽度C1480展箱门宽度D1000净高E2100滑盖F3003.1门体结构示意图3 .1、门结构材料的选用3.1.1门体主要包括门体骨架的材料根据相关门体标准，所有门体的骨架全部采用铝型材，三翼门有三大部件构成，即固定框架、中心轴组件和旋转组件。固定框架的主要材料有：中立柱（图3.2）、边立柱（图3.3）、上下框（图3.4）等。图3.2中立柱截面图图3.3边立柱截面图 图3.4上门框界面图3.1.2旋转门玻璃选材 一般的三翼旋转门没有特殊的要求可以选择外圆弧玻璃为8mm钢化或4+0.76+4mm夹胶，门扇玻璃为6mm钢化或3+0.76+3mm夹胶。3.2旋转门门主要结构尺寸的确定图3.5旋转门主要结构尺寸 根据前面总体设计可知，三翼旋转门的结构尺寸可以参照表3.1进行设计。当设计三翼旋转门时，在已定的门内径、立柱型材尺寸、展台型材尺寸和门扇型材尺寸的情况下，可以计算出三翼旋转门外形尺寸。外形尺寸计算为：三翼门的内直径为3200，门扇与立柱间的间隙为30mm，门扇与展台一角的间隙为30mm，展台一角与门扇转轴中心点A（闭门器中心）的距离为75mm。设门扇转轴A点到A点的距离与门扇从折点A算起的宽度之差为A。因此可列出以下两个方程：2(B+75)cos30=G-(75-30)+A （3.1）B+G+302=/2式中 B 展台一角长度,mm G 门扇宽度,mm 旋转门内径,mm A 经验常数，考虑到门扇的毛刷长度及折叠后要留有余量，一般取A=134mm。整理后得 1.732B+40.9=G B+G=-60最后得出 B=-36.9=548.75mm （3.2） G=0.317-23.1=991.3mm （3.3） 门进出口宽度 W=(+C)sin30-Kcos30 （3.4） 门内径，mm C 立柱横截面长度，mm K 立柱横截面宽度一半与防碰橡胶高度之和，mm。门扇相关尺寸的计算 门扇宽度=（-70）/2=1565mm 门扇高度H框=E-80=2020mm玻璃尺寸的计算 H=H框-B上下框+212 =2020-134+24 =1850mm 曲壁玻璃的计算 由于旋转门的内半径为1600mm，门口对应的圆角为48，则两边曲壁各对应的圆心角应: (3.5) 所以两边曲壁对应的弧长： （3.6）玻璃尺寸的确定：玻璃的弧长： （3.7） 玻璃的高度： （3.8）4驱动系统设计4.1旋转门驱动系统选择4.1.1 电动机的选择选择电动机类型和结构型式一般采用三相交流异步电动机。在经常启动制动及反转的场合，要求电动机转动惯量小、过载能力大。所以选择的是德国伦茨电机，之所以选择德国伦茨电机是根据旋转门的工作原理及需求。它具有转动惯量小，动态响应快，速度范围更大，传动精度更高，高功率密度，体积小，重量轻，模块化设计，运行可靠，噪音更低，寿命更长。功率范围可达到0.256Kw；速比范围3000rpm4000rpm；封装等级IP54采用优质永磁铁，低转动惯性，高动态特性。4.1.2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。旋转门为一般传动，速度不高，故选7级精度（GB100095-88）。查文献中小齿轮材料为40Cr（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=30，大齿轮齿数=306.86=205.8，取=206.4.1.3按齿面接触强度设计 由设计公式进行计算，即 (4.1)确定公式内的各计算，试选用载荷系数。计算小齿轮传递的转矩 （4.2）由文献中表11-6选取齿宽系数。由文献中表11-4查得材料的弹性系数。由文献中图11-1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。由文献中表11-5查得接触疲劳寿命系数：,，取失效概率为1%，安全系数=1所得结果： （4.3） （4.4）试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值 （4.5） （4.6）计算圆周速度V （4.7）计算齿宽 由文献中表11-6中取 （4.8）计算齿高及齿高之比b/h （4.9）齿高： （4.10）齿高之比： （4.11）4.1.4按齿根弯曲强度设计计算公式： (4.12)确定计算公式内的各计算参数 由文献中表11-1中查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由文献查得弯曲疲劳寿命系数,；计算弯曲疲劳可使用应力去弯曲疲劳安全系统S=1.4，计算得出 （4.13） （4.14）计算载荷系数K (4.15)由文献中表11-8查得，；由文献中表11-9查得,；计算大、小齿轮的并加以比较 （4.16） （4.17）由上式可知大齿轮的数值较大。设计计算 (4.18) 从计算中得知，这样的齿轮传动，即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。5 控制系统5.1旋转门控制系统选择旋转门的控制系统有几大部件组成：可编程控制器PLC，变频器，稳压器，继电器。稳压器变频器 PLC继电器5.2硬件设计5.2.1变频器容量选择计算变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。 表5.1 电机参数表 电动机型号额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）效率（%）功率因素电机转动惯量 飞轮的转动惯量Y881-45501.51380730.762.20.00180.6驱动一台电动机对于连续运转的变频器必须同时满足下列3项计算公式： 满足负载输出/kVA： 式(5.1) 满足电动机容量/kVA： 式(5.2) 满足电动机电流/A： 式（5.3) 式中： 为变频器的容量/kVA 负载要求的电动机轴输出功率/kw 电动机额定电压/v电动机额定电流/A电动机效率电动机功率因数电流波形补偿系数k是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对PWM控制方式的变频器，k约为1.051.1。指定变频器的启动加速时间变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，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，必须事先核实编破器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下： 式(5.4) 式中： 为变频器的容量/kVA 电流补偿系数,对PWM控制方式的变频器,k约为1.051.1电动机效率电动机功率因数电动机额定转速/(r/min)电动机轴上的飞轮力矩/()电动机加速时间/s 负载转矩/()指定变频器的减速时间 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。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。在电压星变频器中，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升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。制动电阻的选择方法：1)计算制动力矩 式(5.5) 式中： 动力矩/电动机转动惯量/折算至电动机轴的负载转动惯量/减速开始速度/() 减速完了速度/()减速时间/s负载转矩/2)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%的铜损被转换为制动力矩。考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。 式(5.6) 式中： 制动电阻直流电路电压/V 对200V级变频器, =380V 对400V级变频器, =760V制动转矩/()电动机额定转矩/()减速开始速度/()上式中，如果，则没必要加制动电阻。放电电路由制动三极管和制动电阻串联而成，因此，制动三极管本身允许通过电流就是放电电路的最大允许值。所以制动电阻的最小值。由上可见，制动电阻的阻值应由来决定。有的变频器生产厂家在产品目录中。给出制动电阻最小值的参考值，可供用户在选择制动电阻时参考。3)计算制动电阻平均消耗的功率/kW如前所述，电动机额定转距的20%制动转距由电动机内部损失产生，所以可以按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率： 式(5.7) =(5.76-0.22.2)1440 =0.802由于三翼自动旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。又因为三翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。因而可以选用通用的变频器，只要所选用的变频器满足一般环境下使用即可。根据以上的计算的数据，选用松下VF0-22G。该变频器的参数如下； 表5.2 变频器参数表变频器型号VF0-22G适配电动机功率/kW0.25额定电流额定容量/kVA2.0电压/V3相,200-230VAC额定频率/Hz50/60额定电流/A16A额定过载短时间额定电流的150%1min电源相数,电压,频率3相,380440,50Hz/60Hz允许波动电压10%-15%,频率5%-5%瞬间电压降低范围165V以上,继续运转所需电源容量/kVA1.2输出频率频率范围0.5250Hz频率显示数字显示频率精度最高设定频率为0.5%（2510：模拟设定时）频率分解能模拟设定时：0.1Hz(50/60Hz模拟时)变频控制方式高载波频率正弦波PWM控制（V/F控制）运行运行停止操作面板上的键或1a接点信号（可设定待机时间）正转反转操作面板上的键或1a接点信号（可设定禁止反转）点动运行运行频率：0.5250Hz可任意设定加速时间和减速时间：0.04999秒 改变任意设定运行停止模式减速停止，惯性停止（选择切换）复位功能停止信号复位，外部复位，操作面板复位（可设定），电源复位停止频率0.560Hz(任意设定)瞬间停止再次启动功能有此功能/无此功能以及0Hz再次启动（选择切换）再试行功能再试行选择：有/无以及再次试行异常内容选择再试行次数：110次任意设定控制频率设定信号面板前设定：电位器，数字设定（面板操作）遥控模拟设定信号：电位器（10k,1/4W以上）05V,010V420Ma(200,连接1/4W以上的外部电阻)遥控数字设定信号：PWM信号（信号周期0.91100ms）频率上升SW降低SW储存SW信号电压/频率特性基底频率：50、60Hz固定设定和45250Hz任意设定V/F曲线：固定力矩、降低力矩型式（选择切换）第2电压/频率特性基底频率：45250Hz任意设定力矩提升040%任意设定第2力矩提升040%任意设定加速减速时间0.01999秒（加速减速个别设定）加速减速特性直线第2加速减速特性0.1999秒（加速减速个别设定）多速频率设定可设定最大8速（频率可任意设定）频率跳跃设定可设定最大3处（频率跳跃幅度在110Hz之间任意设定）上限频率设定0.5250Hz任意设定上限频率设定0.5250Hz任意设定偏置增益频率设定偏置频率：-99250Hz任意设定增益频率：0250Hz任意设定外部停止功能外部异常停止，惯性停止（选择设定）制动再生制度力矩有制动0.4kW：100%以上（短时间）0.75kW：100%以上（短时间）1.5kW：100%以上（短时间）无制动0.2kW：100%以上0.4kW：100%以上0.75kW：100%以上直流制动在停止频率以下动作制动力矩水平：0100（设定20段）制动时间：0.1120秒任意设定输出信号模拟输出输出规格：05V（最大1mA）输出功能：输出频率输出电流比例（选择切换）开路式集电极输出输出规格：最大额定值：50VDC，50mA输出功能：运行信号，到达信号，超负荷报警，频率检测，反转信号，异常报警，输出频率/电流比例PWM信号（周期为1ms）输出信号继电器输出输出规格：1C接点（接点容量250VAC，0.5A电阻负荷）输出功能：运行信号，到达信号，过负荷报警，频率检测，反转信号，异常报警显示运行状态输出频率或线速度（选择切换），输出电流，旋转方向异常内容在保护功能动作时显示符号（异常内容可储存4次）保护电流限制（限流）在额定输出电流的1200%情况下可设定限流功能跳闸（停止）瞬间过大电流温度异常（SC13），过电流（OC13）。过负荷电子热敏继电器（OL），电压不足（LU），过电压(OU13),外部异常（AU），操作异常（OP）防止失速功能防止过电流失速，防止过电压失速环境使用周围温度湿度-1050（防止冻结）90%RH以下（防止凝露）运输、保存温度湿度-2565（防止冻结）90%RH以下标高振动1000m以下-1050（防止冻结）90%RH以下5.9m/s20.6G以下环境气氛室内，无腐蚀性气体，可燃性气体，油雾，灰尘外壳防护等级IP20屏蔽型 但是主电路电线和控制电线的进线孔除外 冷却方式0.20.75kW：自冷 1.5kW：风冷式5.2.2传感器与安全系统的设计检测传感器的选用检测系统是由安装于门口上面的四个传感器来实现的，其主要功能是感知人的进出从而发出开门信号。红外传感器的选择主要考虑检测范围和输出形式及其特点。ADS-A型门传感器是较好的选择。它的检测范围可调，安装高度在门的设计高度范围内，其输出形式为继电器接点，可以直接和控制器相连。那么此检测传感器就可以选择这个。其性能参数见文献16。安全系统设计为防止三翼旋转门在工作过程中因某些原因而发生伤人的事故出现，那么就需要配置一定的安全系统。主要采用以下方式。红外线防夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人，当人在门扇与曲壁立柱安全距离内时，感应器与接近开关信号同时生效,门扇应马上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，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，防止夹伤行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。每扇门扉底边装有全开宽内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转动，防止门扇打倒行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。此外，还采用了4只测量范围为5mm 的电感式接近开关。接近开关用于防夹位置区域设定、直流制动封门及锁门定位。1)防夹接近开关的选用 由于在出入口两个防夹区域内要安装了防夹传感器。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。则需要一个接近开关来判断门翼也走到了防夹区域内。如果在防夹区域内，则接近感应器发出信号表示，如果此时有人进入防夹区则有可能被夹。两信号同时有效时，则使门停转制动。由于人的宽度一般在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，接近开关传感器就可以发出信号。因此选择光电式 BR系列接近传感器,其型号为BPR100-DDT传感器。其性能参数见文献16。2)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。因此当人在防夹区域时，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。因此可以选择红外垂直防夹传感器。红外线防夹传感器安装在门的进出口的两个防夹区域内，即进出口的右边立柱旁的华盖上，其具体位置根据调节而定。基于以上条件,可以选用型号为BX15M-TFR。3)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，而门停转时，电机要先停转而门体有一定惯性而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。根据相关自动门产品类型，可选用CR系列电容圆柱型接近开关为8mm的型号,PNP输出。4)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，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都到不了门体的精确停位，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5mm感应距离高周波振动角柱型接近开关。可选择型号为PS12-4DN，常开触点，PNP输出，三线连接。5)防碰撞传感器的选用 防碰传感器主要时为了防止人和门的速度不一致时，旋转门翼打到行人；而防撞传感器则是为了防止人因不小心撞在门体的立柱上，而引起旋转门体旋转过来撞伤行人。其采用接触式传感器防夹安全带来实现，它是以向其施加垂直压力致使触带内的导电体互相接触，这导致电阻和电流改变而产生开关信号的。防碰传感器安装在两扇旋转门翼的底部，而防撞传感器安装在门体的立柱上。选用型号ASR-001。其性能参数见文献16。6)接近开关的选用 而锁门接近开关则时为了看门翼是否靠近门的锁门位置，因此应该安装在门安装电子锁的位置附近。选用型号ASR-002。其性能参数见文献16。5.2.3控制系统功能特点变速功能 旋转门设有低速，中速，高速三种旋转速度，分别对应残疾，middle和high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。自动转停功能 来人时自动启动，并以正常转速动转，15s时无人进出，则自动停转并封门。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。防撞功能 行人紧靠右侧立柱或遇到物体碰撞右侧立柱,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,自动门恢复运转。防碰功能 行人在旋转门内通行过程中，如遇到门扇碰到行人脚后跟，则门立即停转，以防止碰伤行人。行人离开门扇，门自动恢复旋转。锁门功能 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，快捷方便。急停功能 当出现紧急意外事故十，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。暂停功能(STOP钮) 与急停功能相当，不同的是按STOP钮后，必须用残疾，middle和high三个按钮中的一个进行恢复。残疾优先功能 当按下残疾按钮后，30s内门始终以2r/min的速度低速运转，此时按middle和high钮无效，以确保残疾人安全通过。30s后来人，门自动以正常速度运转。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3s自动复位。漏电保护。5.2.4 控制系统驱动控制原理电气控制系统接线方案 图5.1 控制系统接线图传感器设置方案 红外线被动式感应器安装于旋转门的进口和出口华盖上，每处各安装两个红外传感器，感应行人进入门体，门扇马上以正常的速度旋转。红外线防夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人。当门扇接近曲壁立柱时，感应器与接近开关信号同时生效，门扇马上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，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，防止夹伤行人。胶条内感应器恢复正常以后，转门也随之恢复正常运转。没扇门扉底边装有全开内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转动，防止门扇打倒行人。胶条内感应器恢复正常后，转门也随之运转。此外，还采用了四只测量范围为5mm的电感式接近开关。接近开关用于防夹位置区域设定，直流制动封门及锁门定位。5.2.5 PLC系统控制分析及地址分配设计节点分析及机型的选择 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：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。 PLC产品中OMRON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COM1-CPU11-E型PLC。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。故本系统选用直流输出方式。 表5.3 PLC性能参数表性能指标COM1-CPU11-E程序存储容量3.2KB数据存储容量1KBI/O电数128位指令类型117种指令基本指令执行时间0.5us1.5us扩展I/O模块数量7块记时/记数区512记时器/记数器开关的选择 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。对急停、STOP、middle、high、残疾开关，选择普通按钮开关LA系。Middl、high、残疾、开关为LA2，急停开关为LA2（红色），STOP关为LA2-A红色（十字型）。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(端口本身纯存在阻抗)。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。熔断器的选择 为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据是熔体的额定电流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。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。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1Hz。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。因此采用晶体管输出输出电流的选择，模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时右冲击电流，要留有足够的裕量。允许同时接通的输出点数，在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负载能力。即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流输入输出口及端口的保护及分配 PLC输入口电压定额一般为接有直流24V有一些输入口是不接电源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。 表5.4 输入地址分配表输入地址对应的外部设配I0.0急停按钮I0.1残疾按钮I0.2STOP开关I0.3Middle开关I0.4High高速按钮I0.5锁钥I0.6直流制动接近开关I0.7防夹接近开关1 I1.0红外线传感器1I1.1防撞传感器1 I1.2防碰传感器1I1.3防夹传感器1I1.4变频过载报警输入I1.5锁门接近开关I1.6防夹接近开关2I1.7红外线传感器2 I2.O红外线传感器3I2.1红外线传感器4I2.2防撞传感器2 I2.3防碰传感器2I2.4防夹传感器2I2.5防碰传感器3表5.5 输出地址分配表输出地址信号内容Q0.0上电及报警信号Q0.1电磁锁控制继电器Q0.2电动机启停（变频器智能端子FWD）Q0.3速度控制（变频器职能端子X2）Q0.4速度控制（变频器职能端子X1）Q0.5Q0.6直流制动（变频智能端子REV）Q0.7变频器复位（变频智能端子RESET）表5.6 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 图5.2 PLC接线图5.3软件设计5.3.1 PLC控制系统程序设计1)当电源打开时，要设置PLC的上电程序，由于西门子PLC系统有专门的特殊内部继电器SM0.1来对上电作出反应，用内部继电器M0.0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 由于急停采用转换开关SA1进行外部输入，连接PLC的输入映响寄存器I0.0，用内部继电器M0.1来对相关信号进行中转输出。程序设计如下； 3)过载程序设计 由于变频器过载输出连接PLC输入映像器I1.4，用内部继电器M0.2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，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I2.6进行信号输入，用内部继电器M0.3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，指示灯亮输出，而当急停按下，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100MS为基数定时器T37和T38来实现。具体程序设计如下； 程序解释：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。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Q0.0来实现PLC内部信号输出接口。则程序设计如下；程序解释：当上电时，常开内部继电器触点SM0.1就一直闭合，只要一发生上述问题，相应的常开内部继电器就断开，使指示灯熄灭，然后根据常开定时器触点T37来间隔接通Q0.0，使输出达到指示灯的闪烁。7)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，那样的我们就不用使变频器复位，防止导致错误反应。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100ms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M0.2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。8)复位输出时 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100ms的定时器T39来实现，定时时间为0.5秒。程序设计如下；9)复位输出信号设计。用输出映像寄存器Q0.7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Q0.7常开触点进行自锁设置，同时当复位时间延时到了断开其Q0.7的输出。程序设计如下；程序解释：当过载延时常开触点T50，3秒后闭合后，就接通Q0.7，而同时自锁，由Q0.7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Q0.7停止输出10)红外线启动传感器停止输入定时程序设