plc的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 示燈等。(3) 根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。(4) 分配I/O點(diǎn)數(shù)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。(5) 設(shè)計(jì)自動門系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)自動門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 自動門技術(shù)參數(shù)的確定自動平移門安裝和調(diào)試的關(guān)鍵是提高精度，即導(dǎo)軌的平直度和水平度，門體地兩個(gè)吊掛點(diǎn)所形成的直線與導(dǎo)軌的平行度和垂直度，最大限度地減少門體的靜態(tài)側(cè)擺。在自動門投入使用后，尤其是初期，應(yīng)經(jīng)常調(diào)節(jié)門體，修正運(yùn)行產(chǎn)生的誤差。要嚴(yán)格限制門體重量，不能超過自動門的額定負(fù)重。通常在三個(gè)月最多一年內(nèi)要對自動門進(jìn)行全面的清理和調(diào)整。公共場所的自動平移門因?yàn)槭褂妙l率非常頻繁，而任何自動門的使用頻率和使用壽命都有限。例如機(jī)場、大型超市和醫(yī)院外門的人員流量每天可達(dá)到成千上萬人次，或者在特定時(shí)間段里集中通過大量人員，在這種情況下，要使用自動門就必須進(jìn)行綜合考慮。例如增加門的數(shù)量，加大門扇寬度，增加關(guān)門延遲時(shí)間等。具體參數(shù)如表21所示。表21 自動門具體參數(shù)單扇開啟寬度(mm)1250(最寬)單扇門的最大承重(kg)1120kg高度(mm)2500mm最快開/關(guān)門速度(cm/s)60cm/s減速開/關(guān)門速度(cm/s)20cm/s開啟保持時(shí)間(s)15s(程序中可調(diào))可編程控制器電源220V AC，5060Hz驅(qū)動器電源380V AC，50Hz驅(qū)動器輸出額定功率120W 自動門的控制要求(1) 當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SBl或SB2時(shí)，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl、KM2動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)門到達(dá)開門減速開關(guān)SB3位置時(shí)，電機(jī)開始減速，門到達(dá)開門限位開關(guān)SB4位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。(2) 自動門在開門位置停留8秒后，自動進(jìn)入關(guān)門過程，關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMKM4被起動，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門移動到關(guān)門減速開關(guān)SB5位置時(shí)，電機(jī)開始減速，門移動到關(guān)門限位開關(guān)SB6位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。(3) 在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SBl或SB2時(shí)，自動進(jìn)入開門程序。(4) 在門打開后的8秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SBl或SB2時(shí)，必須重新開始等待8秒后，再自動進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。(5) 當(dāng)有人站在門口不進(jìn)入時(shí)，感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SBl或SB2就會一直檢測到信號，定時(shí)器處于循環(huán)定時(shí)狀態(tài)。自動門控制裝置由門外感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SBl、門內(nèi)感應(yīng)探測器檢測開關(guān)SB開門減速開關(guān)SB開門到限位開關(guān)SB關(guān)門減速開關(guān)SB關(guān)門到限位開關(guān)SB開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KMl/KM2(使直流電動機(jī)正轉(zhuǎn))、關(guān)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)KM3/KM4(使直流電動機(jī)反轉(zhuǎn))等部件組成。考慮到自動控制門在出現(xiàn)故障時(shí)的維修方便，所以增加了手動開門K手動關(guān)門K2. 自動門硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用PLC控制變頻器來調(diào)節(jié)交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)自動門運(yùn)轉(zhuǎn)的控制方式。采用變頻器電路，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，可靠性高，交流電機(jī)具有效率高、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相比具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，并且系統(tǒng)調(diào)速范圍寬，而且能實(shí)現(xiàn)低速恒轉(zhuǎn)矩、高速橫功率運(yùn)轉(zhuǎn)等特性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)控制的成本得以降低，為交流驅(qū)動系統(tǒng)在自動門中的大量運(yùn)用提供了條件。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖31所示： 圖31控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 驅(qū)動裝置的選擇自動門的驅(qū)動器是自動門能否良好工作的保障，本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用變頻器來自動調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到驅(qū)動自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動門行業(yè)的主流控制方式。根據(jù)本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的自動門的要求應(yīng)選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮，本設(shè)計(jì)的自動門控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)同定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100％)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。PLC對電機(jī)的控制有兩種方式：一種是脈沖+方向控制；一種是正反向脈沖輸出。這里采用第1種方法。PLC的高速脈沖輸出(FrO)提供一個(gè)指定脈沖數(shù)目的方波輸出(占空比為50％)。在加速和減速時(shí)輸出脈沖的頻率(或周期)線性變化，而在恒定頻率段部分保持不變。一旦產(chǎn)生完指定數(shù)目的脈沖，PTO輸出變?yōu)榈碗娖剑钡窖b載一個(gè)新的指定值時(shí)才產(chǎn)生脈沖。PTO輸出占用一個(gè)PLC輸出點(diǎn)，用于控制門體的位移和速度，由另一個(gè)輸出點(diǎn)的信號控制門體運(yùn)動的方向。這兩個(gè)信號送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器去驅(qū)動電機(jī)，以帶動門體完成相應(yīng)的運(yùn)動。 變頻器的選擇 變頻器原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機(jī)使用。 變頻器的選型根據(jù)自動門的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：1. 變頻器與負(fù)載的匹配問題(1) 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本設(shè)計(jì)所用的電機(jī)的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時(shí)要符合電機(jī)的額定電壓。(2) 電流匹配：變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。，故所用的變頻器的最大電流應(yīng)大于電機(jī)的最大啟動電流。(3) 轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生，所以，在選型中要考慮。2. 在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。綜合以上因素，本設(shè)計(jì)變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR540變頻器作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制器。三菱FR540變頻器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 接線簡單，可運(yùn)用PLC的繼電器輸出接到變頻器的控制輸入端來控制變頻的正反轉(zhuǎn)和頻率。(2) 安裝靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要，把控制裝置安裝到任何位置，進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。(3) 頻率設(shè)置簡單，并且具有三速設(shè)定功能，可以滿足本設(shè)計(jì)自動門系統(tǒng)的控制要求，且操作方便，只需輕輕轉(zhuǎn)動外接電位器的旋鈕，就可以進(jìn)行頻率設(shè)置。 探測器的選擇目前自動門行業(yè)的運(yùn)用的感應(yīng)開關(guān)主要有觸摸感應(yīng)開關(guān)，微波感應(yīng)開關(guān)，紅外感應(yīng)器，接近感應(yīng)開關(guān)等，根據(jù)不同的功能和性能運(yùn)用在各類不同場合的自動門控制系統(tǒng)中，是自動門系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，其性能直接影響自動門系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，如在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應(yīng)器。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要選用人體感應(yīng)探測器。人體都有恒定的體溫，一般在37176。，發(fā)出波長為10微米左右的紅外線。熱釋電元件探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，對波長為10微米左右的紅外輻射非常敏感，在接收到人體紅外輻射時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號。被動式紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)反向相串聯(lián)的熱釋電元件，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的用，使其產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，因而產(chǎn)生相應(yīng)的信號。人體感應(yīng)探測電路由被動紅外探頭、放大電路及電子開關(guān)電路組成，安裝在