基于PLC变频器控制的两翼自动旋转门设计.doc

毕业论文（设计）基于PLC变频器控制的两翼自动旋转门设计摘 要在现代化工业生产和经济生活中，随着电力电子技术、计算机技术和现代控制理论的发展，变频技术已广泛应用于各个领域，并且日新月异。变频调速由于其调速范围广、调速平滑、运行可靠、节能效果显著、易于实现自动控制等优点，已成为交流电机调速的新潮流。本文介绍了种基于基于PLC变频器控制的两翼自动旋转门设计。用触摸屏实现人机界面运转模式的选择,用PLC实现多任务的切换控制，用变频器实现调速控制，达到控制要求及节能目的。采用变频调速控制系统取代传统控制系统后的节能效果显著。在我国电力供需紧张的情况下，推广应用变频调速技术，对缓和供电紧张局面，促进国民经济的发展具有重要的意义。关键词：PLC；变频器；触摸屏15ABSTRACTIn the modernization of industrial production and economic life, with the power electronics technology, computer technology and the development of modern control theory, frequency conversion technology has been widely used in various fields, and with each passing day. Frequency because of its speed range, speed smooth, reliable operation, the effect of significant energy-saving, easy-to-achieve automatic control, etc., has become a new trend of AC motor speed control. This paper introduces - PLC based on inverter-based control design wings automatic revolving door. Touch Panel with implementation of human-machine interface operation mode selection, and achieve multi-tasking PLC switch control, speed control with frequency converter implementation to achieve the purpose of control and energy saving. Frequency control system used to replace conventional energy-saving control system after the results are obvious. Chinas tight power supply and demand, promote the use of Frequency Control Technology, the electricity supply to ease tensions and promote national economic development is of great significance.Key words: PLC; inverters; touch panel目 录 1.引 言12.两翼自动旋门的概述及功能13.旋转门的硬件选择13.1PLC的选择及扩展13.2PLC的I/O分配13.3 变频器工作原理33.4触摸屏GT01的功能概要34. 控制程序设计44.1 触摸屏设计及操作说明44.2 梯形图控制程序设计55.旋转门的维护与维修65.1 常见故障及处理65.2变频器异常发生及处理66总 结8参 考 文 献9附 录10谢 辞161.引 言近年来，随着国民经济建设的蓬勃发展，城市高楼大厦也犹如雨后春笋纷纷拔地而起。面对如此众多高楼大厦的兴建，作为必不可少的配套设施门的选择及设计，已越来越引起人们的重视，而自动旋转门因其功能齐全、外观大方广泛适用于酒店、宾馆、银行、高级写字楼等场所,因为设计的好坏，不仅关系到门的使用性能，而且还直接影响到人们的安全，因此研究自动旋转门的控制及安全措施意义重大。2.两翼自动旋门的概述及功能自动旋转门以其方便、安全、节能等优点受到人们的喜爱，成为现代化建设中不可缺少的一部分。自动旋转门采用无极变速控制，具有启动力矩大，缓起缓停，防夹慢速，智能停位，运行噪音小，运行平稳，摩擦小，磨损小，使用寿命长，有效防止锁门后被推动现象的发生，提高门的安全性能。充分发挥皮带和齿轮减速的优点，并有效抑制其缺点。旋转门采用双电机驱动，驱动更可靠。平移门采用先进的直流无刷电机与蜗轮、蜗杆减速器一体化合成，效率高，力矩大，寿命长。先制动后驱动的设计使制动性更佳。模块化设计，结构合理，维修方便。具有紧急停位；安全防夹/防撞；残疾优先方式；照明控制；感应智能速度可调；三种自动停位；火警应急；设置密码控制；禁止出入锁门方式。3.旋转门的硬件选择3.1PLC的选择及扩展PLC机型的选择的基本原则5是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优化的机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合，建议选用整体式结构的PLC6；其他情况则最好选用模块式结构的PLC。在此根据门的控制要求选择选择小型PLC松下FP0C14RS即可，由于主机I/O口不够用，可以扩展一个FP0-E8RS来增加4个输入和4个输出端口。I/O分配和扩展3方法是固定的，扩展单元的I/O口的分配是由安装的位置来决定的，当增加一个扩展单元时，的分配就能够自动完成设置。3.2PLC的I/O分配(1)各输入点工作方式：X0: 外部感应器信号输入端，标示为“探头”。此端有信号时，旋转门停止待机状态将以正常主速度运行，但在残疾速度时无效。每次正常感应旋转门会转动两圈后，恢复到停止待机状态。X1：触发防夹、防撞停止功能。标示为“对射防夹”。当此端有信号输入时，旋转门停止，直至信号消失后，旋转门恢复正常速度运行。门里、门外有效防止在运转过程中，由于转速太快或人太多而碰撞到人。X2: 触发防夹、防撞反转功能。标示为“胶皮防夹”。当防夹防撞感应器有信号输入时，旋转门在运行状态中，将停止正转并少许反转。待信号消失，旋转门恢复正转；若信号不消失，则旋转门始终停止不动，直至信号消失。X3：转体位置防夹、防撞功能。标示为“转体防夹”，。当此端的信号在旋转门出入口不能容纳此人进出时有效，其余运行时段无效。X4：冒头位置防夹、为防撞预警功能（此端X1有效时人不会受伤，X2防撞反转功能有效时，人可能会受伤）。标示为“冒头防夹”，。当此端的信号在旋转门出入口不能容纳此人进出时有效，旋转门在运行状态中，将停止正转并少许反转，待信号消失，旋转门恢复正转；若信号不消失，则旋转门始终停止不动，直至信号消失。X5：急停功能。标示为“急停”。适用于自锁型开关。当两翼门以旋转门状态运行时，出现紧急情况闭合此开关，门立即停止。断开此开关旋转门将以停止前状态继续运转。X6: 残疾功能。标示为“残疾”。实用于点动型开关。当残疾人及老年人到旋转门前触发此按钮时，旋转门将以设定的“残疾”专用速度运行二圈后，自动寻位停止，待机下一次再运行时恢复为原来的运行状态。X7: 夏季定位信号。标示为“夏季定位”。适用于接近开关。旋转门以夏季停位模式运行时，当位置开关检测到信号传送给PLC，两圈后PLC发出停止信号，门自动停止在夏季停位位置。X20：冬季定位信号。标示为“冬季定位”。 适用于旋转门以冬季停位模式运行时，当位置开关检测到信号传送给PLC，两圈后PLC发出停止信号，门自动停止在冬季停位位置。X21:平开门及消防通道定位信号。标示为“平开位”。此端用于平开门与旋转门的运行选择切换。适用于接近开关，当选择自由平开及消防能道模式时，旋转门将以低速度运行至平开位时停止，此时，平移门靠外部感应器的信号自动打开与关闭；标示“地”，此端为信号、电源的公共端。标为“+24V”，此端为正电源24V直流，可提供传感器、PLC工作用电。(2)各输出点工作方式：Y0：开车信号。Y1:倒车信号。Y2:低速旋转信号。Y3:高速旋转信号。Y4：自由平开开信号。Y5：消防通道信号。也可称为“火警信号”。Y20：抱闸信号输出端。在紧急停位（防夹、防撞感应器接通）或锁门时，此开关闭合，电机被锁住，不能转动，只有取消此信号，门才能继续旋转。Y21：照明信号。Y22：主接触器线圈。接通变频器电源的接触器。在旋转运行模式与自由平开模式时自动接通与断开，以节约用电。有输入信号时，PLC的X输入端相应指示灯被点亮。有输入信号时，PLC的Y输出端的相应指示灯被点亮。3.3 变频器工作原理变频技术是一种将一种电源频率变换成另一种电源频率的技术，它是在电力技术，交流调速控制理论和计算机技术基础上发展起来的，是应交流异步电动机无极调速和节能需求诞生的。人们根据变频技术创造用于交流异步电动机的电气设备称为变频器13。工作原理是：交流电动机转速公式为： n=60f(1s)/p（2-1）式中：n电机转速(r/min)； f供电电源频率(HZ)； s转差率，一般为0.02；p电机极对数因此，交流电动机有三种基本调速方式：改变极对数；调节转差率；改变供电电源频率f。当水泵电机选定后，p和s都为定值，也就是说电机转速的大与电源的频率高低成正比，频率越高，转速越高；反之，转速越低。通常所说的变频调速就是通过改变供电电源频率f，对交流电动机进行调速，电动机转速泵随之调速。变频调速控制系统有着诸多的优点，变频调整系统是通过改变电动机电源频率实现调整，多级转速切换电机转速将在加速时间或减速时间内完成。因此，即使电机在反向最高速突然切换到正最高速时，电机也会在减速时间内将转速降至0，再在加速时间内将转速慢慢提起，不会对电动机及外围设备产生冲击，变频器的加、减速时间可以分别在0-66秒任意设定。变频调整控制系统以其体积小，通用性强，动态响应快，工作频率高，保护性能完善，可靠性好，使用方便等。变频器9参数调节：第一加速时间P01-01.0 (秒)，第一减速时间P02-01.5(秒)，第二加速时间P39-01.0 (秒)，第二减速时间P40-01.0 (秒)，第二速频率P32-20Hz，第三速频率P33-30Hz选择运行方式P08-4，频率设定信号P09-1，上限频率P54-50.0Hz，载波频率P64-12KHz。3.4触摸屏GT01的功能概要可根据不同情况显示赤、橙、绿三种颜色，在128点X64点的液晶画面上，可自由显示各种各样的信息或者图表以及指示灯、PLC的内部数据和图表等。而且，能够根据设备的状况，对绿/橙/红3种颜色的背光灯进行切换，使设务状况一目了然。4. 控制程序设计4.1 触摸屏设计及操作说明（1）触摸屏8初始显示画面为（图1）。 (2)点击 /进入系统/ 出现第二个画面（图2）。 图1 画面1 图2画面2(3)在此界面输入设置密码。点击顺序为 /输入密码/ 用户密码 /确定/,如果密码正确,系统进入第三个画面。（图3）否则，请重新输入。 图3画面3 图4画面4（4）在图3中点击转门状态后，进入旋转门运行模式（图4）。点击 /冬季停位/ 或 / 夏季停位/ 反黑字显示 ， 系统自动切换到冬季运行停位模式或夏季运行停位模式运行。（5）在图3中点击平开状态后，进入平开门运行模式（图5）。点击 /自由平开/ 或 / 消防通道/ 反黑字显示，系统自动转到平开模式或消防通道模式。 图5画面5 图6画面6（6）锁门功能端。在图3中点击/锁门/后，旋转门无论时在那种运行状态，都将会自动以残疾速度旋转到锁门到位“冬季停位”的位置，停止不动，所有功能均无效。此端断开后，旋转门将恢复为正常使用状态。（7）在图3中点击/照明打开/旋转门天花板上的射灯立即接通并发光，直至照明信号消失后，灯灭。4.2 梯形图控制程序设计PLC的外部设备主要是指控制系统中的输入输出设备，其中输入设备是对系统发出各种控制信号的主令电器，在编写控制程序时必须注意外部输入设备使用的是常开还是常闭触点，尽量选用常开触点的设备，这样可以减少PLC7的通电时间，以延长PLC的使用寿命，程序的设计中需要用到用到跳转指令及主控指令，在此需要了解主控控制触点断开对时MC与MCE之间的指令影响1。在编写程序前仔细阅读PLC特殊内部继电器一览表2,考了大量其它类似控制程序111214,并以此基础进行程序编制。否则易出现控制错误。根据PLC控制系统设计的原则与步骤4，首先画出PLC的控制控制流程图如图7，然后根据旋转门的控制流程图编写旋转门的控制程序,在程序的编写过程中也要实现模块化编写，以便于程序的修改和调试。每个指令都要写入相应的注释，使编制的程序具有可读性，程序用松下PLC专用编程软件10FPWIN GR编写,程序编写完后用鼠标点击“PG转换”按钮把程序转换成PLC可识别的语言。然后用数据线通过计算机RS232接口和PLC连接起来，然后把程序下载到PLC中。然后把触摸屏、PLC、变频器、电动机及其它输入设备联接起来调试程序，直到完成控制要求。 图7 旋转门控制流程图旋转门的PLC控制程序见附录1.5.旋转门的维护与维修5.1 常见故障及处理本系统内置故障检测功能15。当发生故障时，触摸屏以红色显示。并且给出故障指示，请根据指示去排除故障。如表15.2变频器异常发生及处理当变频器发生异常时参照表2做出相应处理即可。表1常见故障及处理显示故障排除方法立柱胶皮请多次按压立柱胶皮排出胶皮里的空气对射防夹请检查对射光线是否被档住冒头防夹请检查冒头红外光线是否被档住转体防夹请检查转体红外光线是否被档住急停开关请检查急停开关是否按下 表2变频器异常发生及处理显示异常内容及其原因处理方法SC1加速时的瞬间过大电流或散热片的一场过热检查是否存在输出短路，以及接地短线；确认周围温度和风扇的正常情况；延长加速时间。SC2定速时的瞬间过大电流或散热片的异常过热检查是否存在输出短路，以及接地短线；确认周围温度和风扇的正常情况；排除负荷过大的急剧变化。SC3减速时的瞬间过大电流或散热片的异常过热检查是否存在输出短路，以及接地短线；确认周围温度和风扇的正常情况；延长减速时间。OC1加速时的过电流确认是否存在输出缺相；延长加速时间；调整力矩提升速度。OC2定速时的过电流确认是否存在输出缺相；排除负荷的急剧变化。OC3减速时的过电流确认是否存在输出缺相；延长减速时间。Ou1加速时的内部直流电压过大延长加速时间。OU2定速时的内部直流电压过大排除负荷的急剧变化。OU3减速时的内部直流电压过大延长减速时间。LU电源电压低于额定值的85%以下测量电源电压；再次确认瞬间停止再次启动功能。OL输出电流在1分钟以上达到电子热敏设定电流的125%以上或变频器额定电流的140%以上确认电子热敏设定电流；确认和调整力矩提升水平；减轻负荷。AU向控制电路端子输入了外部异常停止信号检查外部信号是否正确以及时序控制器电路是否正确。OP在运行信号ON的状态下施加电源在停止状态下设定数据过程中将运行信号ON，并用MODE键复位到运行模式确认启动方式；对设定数据时的运行信号进行检查。CPU对变频器施加了过大的干扰信号减少变频器周围的干扰。6总 结随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得变频调速系统不仅在工业电机拖动领域得到了广泛应用，在我们的日常生活中也得到了广泛的庆用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用PLC和变频器实现自动旋转门的控制。变频器，变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。PLC特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。(1)最大限度地满足被控对象的控制要求；(2)系统结构力求简单；(3)系统工作要稳定、可靠；(4)控制系统能方便的进行功能扩展、升级；(5)人机界面友好。参 考 文 献1 周美兰,周封,王岳宇. PLC电气控制与组态设计M.北京:科学出版社,2001,57-58.2 夏辛明,可编程控制器技术及应用M.北京:北京理工大学出版社,1999,153-154.3 常斗南,李全力.可编程控制器原理及工程应用M.北京:电子工业出版社2006,22-23.4 孙政顺,曹京生.PLC技术M.北京:高等教育出版社,2005,266-280.5 付家才.PLC实验与实践M.北京:高等教育出版社,2006,22-28.6 刘玉绢.PLC编程技能训练M.北京:高等教育出版社,2005,107,120-193.7 李国厚.PLC原理与应用（松下FP0系列）M.北京:清华大学出版社,2005,1-80.8 张运刚,宋小春.从入门到精通触