四翼自动旋转门机电系统设计（含有全套CAD图纸）.doc

四翼自动旋转门机电系统设计（含有全套CAD图纸） 优秀设计全套CAD图纸,联系 174320523 各专业都有 全套完整版CAD图纸,联系 174320523 各专业都有第1章 绪 论1.1 引言 自动旋转门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旋转门的优缺点 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,而旋转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。旋转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。 但是旋转门也存在着缺点,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自动旋转门的发展1.3.1国外旋转门发展的状况 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提供了完美的选择。 国外自动旋转门发展较早,其技术成熟。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。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我国旋转门技术的发展状况 我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、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旋转门的分类1.4.1 旋转门的基本类型 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。图1.1自稳定性自动旋转门 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 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: LA-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: BDW+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: L1L-2b1+2h12.3 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: B1B-2b1+2h12.4 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C2427mm,故对应的圆心角为:2arccosC/2/22arccos2427/2/3600/296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: hA-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DW1005mm,故轴的直径D-2DW-h3600-21005-601530mm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: m1l3.1 2L+2B 0.83622.13+21.069 5.35kg 单扇门玻璃的质量: m2V玻 3.2 单扇门的质量:mm1+m229.33+5.3534.68kg 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:3.43.3 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Z2175.695.2,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S1,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:3.163.17 计算载荷系数 根据v0.1m/s,7级精度,由文献查得动载系数Kv0.75;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/h7.6,1.41,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 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S1.4 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m2.5;按接触强度算得的分度圆直径,小齿轮齿数大齿轮齿数:取Z2134.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: mm3.30 计算齿顶高: mm3.31 验算 3.32 ,合适。3.333.5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FrM/R100700/170/21184.7N. 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d170mm,按表6-2-80预选推力滚子轴承,型号为29334。 由于Fa /Fr 2432.3/1184.70.49,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: fh0.73,fn1.435,fd1.1,fT0.9,fm1 根据式 Cfh fd fm/ fn fTPe 3.37 0.7231.11/1.4350.9 3853.94 2373.2N 轴承Cr1878000N2373.2N 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a51.5mm。因此,作简支梁的轴的支承跨距l2301mm。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a0.6,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,15s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,30s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。30s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3s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1.05?1.1。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,n1440r/min, 0.35, 。由文献知,电机的加减速时间为0.1?2600s。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,n11440r/min,则n2n1/i1440/4333.5r/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。 4.6630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-0016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:3215480 开关量输出字节数:10770 系统推断定时器/计数器字节数:818 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FX2N?64MR?001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35?89?RH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X0X1778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 Y0Y1778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M0M499500点范围可通过参数设置来改变锁存型电池后备保持M500M1023524点特殊型M8000M8255256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1010A22