试论自动门硬件系统的设计

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！试论自动门硬件系统的设计1控制系统结构设计本文设计自动门控制系统相关功能将基于PLC电子装置具体实现，其中系统设计电路控制方便、可靠性高，交流电机具有效率高、维护成本低的特点，另外该系统驱动交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。2可编程控制器(PLC)的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1）输入输出（I/O）点数的估算I/O输入输出点数估算数据应当在正常需求基础上额外预留一定余量，从而尽可能满足控制系统相关要求。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出12点。2）存储器容量的估算确程序容量，只有在实际调试过程中才能逐渐掌握该项内容。但是由于依然需要合理估计程序容量，此时需要选取存储器容量估算值作为参考依据。模拟量I/O点数总体估计结果作为内存估计总字节数，只是二者放大比例有所差异，另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3）控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。1根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC由于本身控制体系存在特殊性，所以单回路以及多回路控制器在模拟量控制过统运行速度。（2）编程功能PLC和编程器所用CPUCPU资源占用情况也会有所区别。编辑器处于编程状态时，CPU资源将只对编程器开放CPU资源开始对运行设备开放，不再为系统编程提供支持。但是我们必须意识到，即使这种CPU资源不再共用，而且运行过程愈加复杂，数据交换以及编程结果相对独立，只是成本投入也会随之成倍增加，但是由于操作简单且易于实现所以应用十分广泛。另外目前主要有五种标准化编程语言，选取编程语言时除了考虑应用标准相关要求，还要尽可能提升语言实用性能，如此方可在实际运用尽可能具备通用性。（3）诊断功能PLC诊断功能包含硬件、软件检测两大功能模块。硬件诊断主要用于设备运营故障位置判别，而软件诊断则又可细分为内、外诊断两种，判断依据是软件诊断面向资源类型，若是面向PLC内部性能则为内诊断，若是面向PLC的CPU与外部输入输出等部件则为外诊断。4）机型的选择(1)PLC的类型PLC类型由于分类依据不同，通常分类结果也会存在差异，例如按照结构或者应用环境就可将PLC划分为完全不同的两种类型，所以通常情况下PLC类型并不固定，可以根据具体需要具体分析。整体型PLC的I/O毕，而模块型PLC由于硬件资源相对完备，所以无需固定控制系统的I/O点数，用户可依据实际需要动态设置，在大中型控制系统十分常见。2（2）经济性的考虑PLC选择标准之一是经济原则，也即应当努力实现性价比提升，从实际操作以及投入产出等方面综合考虑。其中输入输出点数将深度影响产品价格，因为点数增加往往意味着内存需求量也会随着增加，所以必须在综合考量CPU资源、内存、控制功能基础上才可完成点数增加操作，从而实现控制系统性价比的合理掌控。本课题所设计的自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型PLC。综合以上因素，本文设计将采用三菱FX2N-32M小型PLC实现系统相关控制功能，如图3-1所示。三菱FX2N-32M具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱FX2N-32M具有突出的寄存器容量，所以各类型存储器容量扩充也相对较为便捷，此外元件资源也十分丰富，基本能够满足系统在时间灵敏度方面的应用需求。3驱动装置的选型度实现电机速度的自动调节，从而为自动门运转提供充足动力。根据本课题所设计的自动门的要求应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准规定的，具有噪声低、过载能力强的特点的并且转速不高于500r/min的电机，在结公司生产的型号为YSM100/112、W、S的3相380V交流电机，电机如图3-2所示。4变频器的原理步骤是：通过整流器将交流电源转变为直流电源，然后再将直流电源转换为设备运行所需交流电源，以上即为一个电源变换周期，而变频器电流往往由四部分组成。4.1变频器的选型根据自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点：1）变频器与负载的匹配问题（1）电压匹配；变频器额定电压数值要求十分严格，所以选取变频器时应当重点3关注是否与设备运转需求匹配。（2）电流匹配：变频器额定电流数值要求与电压数值标准基本类似。本项目中使用的三相交流电机的最大启动电流为Y型0.37A，三角形0.64A。本设计采用Y型连接。所用逆变器的最大电流应大于Y型连接电机的最大启动电流。2）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，本课题所用电机的最初起动转矩为1.4Nm，在选型中要考虑。3）变频器用于高速电机驱动时输出电流往往偏大，所以在高速电机应用场景中选取变压器类型时，应当尽可能选取容量较大机型。综合以上因素，本课题变频器采用日本三菱公司生产的FR－500系列中的FR-540变频器（如图3-3所示）作为控制电机转速的控制器三菱FR-540变频器优势在于：1)PLC继电器输出端与变频器控制输入端相连即可实现。2)安装相对灵活，使用者可依据实际需要将该变频器安装至合适位置，同时还可支持远程操控。3)际需求十分契合，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。4.2变频器的参数设定本课题所设计的自动门系统具有如下速度要求：自动门要求快速启动→（限位）常速运行→（限位）慢速运行→停止,构成了如图3-4的开门和关门曲线。根据转速公式：n=60f/p(1-s)可计算得出变频器运转速率，本文设计将参数p设置为6，额定转速值为400r/min，代入式中可得到转差率为-0.25，马达皮带轮与门上的5.712.1,得出马达皮带轮与门上的皮带轮内径转速比为2.4：1。1,加速开门或者关门的距离为30cm0.5S，速度为3600cm/min，此时要求转子的转速为204r/min。2）中速开门和关门的距离为65cm，时间为2s,速度为1950cm/min，此时要求电机的转速为110.4r/min。4330cm,时间为1.5s,速度为1200cm/s转速为67.9r/min。根据以上速度要求设置变频器，变频器的频率具体设定方式见表3-1，根据以下设定方式按课题要求设定好变频器三速控制的频率。表名称12感应开关的选型5随着科学技术发展进程的日益加快，自动门感应开关类型也呈现多元化发展趋势，常见类型有触摸感应开关、微波感应器，红外感应器等。通常不同类型感应器应用场景并不相同，性能指数同样存在差异，所以用户应当仔细分析整理实际应用需求从而选择最佳感应器类型。事实上，感应器性能对于自动门系统所起作用十分重要，对于自动门安全性及稳定性影响尤为凸显，所以设计人员应当在感应开关选取方面给予高度重视。WB-3001微波感应器实现自动门人员检测相关功能，由于能够迅速感知物体移动情况，所以该类型感应器通常应用于行走速度正常人员建筑，而且实际应用过程中工作效果几乎不受周围环境因素影响。5在防夹人感应器的选择上本设计选用上海晶园微电子公司生产的WS-210微型红外安全光线，可避免外界光线干扰。在门下行关闭时,当有人或车经过安全光线时,