基于三菱PLC的自动旋转门控制系统硬件设计.docx
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基于三菱PLC的自动旋转门控制系统硬件设计
摘 要
三翼自动旋转门作为自动门中的顶级产品，旋转门给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，堪称建筑物的点睛之笔。
其最大的特点在于它“永远开门，又永远关门”，即对于人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说，门又总是关着。
因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。
本次的毕业设计主要论述了三翼自动旋转门的系统设计过程，主要对控制系统、安全系统做了详细的分析和设计。
控制系统用PLC负责完成控制任务，根据要求选定PLC型号为FXOS-32MR-001,并查阅相关资料确定PLC接线图。
由变频器来实现门体多种转速的调节功能，根据功能要求选取了佳灵JP6C-T9-0.75型变频器，并画出了其电控系统电气原理图。
安全系统采用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，使用多个接触式和非接触式传感器及光电接近开关来确保通行安全。
关键词：
自动旋转门；控制系统；安全系统；PLC；变频器
Abstract
Threewingsautomaticrevolvingdoorisleadingproductsinautomaticdoors,itcangivegenerouslywarmandfeelingandcreatingluxuriousatmosphere,Meanwhile,itisaeyeinmodernbuilding.Thebiggestcharacteristicisthatit"openandclosedforever,forever",namely,thedoorforpeopletoalwayscanopendoors,buildingandalwaysclosed.Therefore,theautomaticrevolvingdoorinfunctionofuniquedevelopment.
Thegraduationdesignmainlydiscussesthedesignaboutcontrolsystemandsafelysystemofthethreewingsautomaticrevolvingdoor.PLCisresponsibleforthetaskofcontrollerandthefunctionofrotationalspeedisrelyontheVVF.AccordingtotherequirementsofPLCfortheselectedmodelsFXOS-32MR-001andrelateddataPLChookup。
AccordingtothefunctionrequirementJiaLingchoseJP6C-T9-0.75andtypeinvertercontrolsystemoftheelectricaldiagram。
Peoplepassinginandofftherevolvingdoorischeckedbytheinfraredraysensor,thesafetyofpeopleareensuredbymanycontactandnon-contactsensorsandphotoelectricproximityswitches
KeyWords：
automaticrevolvingdoor，controlsystem，safelysystem，PLC，Inverter
目 录
1.绪论……………………………………………………………………………...…..1
1.1选题背景…………………………………………………………………1
1.1.1旋转门浅析…………………………………………………….……....2
2系统整体方案设计………………………………………………………………….5
2.1PLC控制系统功能要求分析…………………………………….….5
2.2.2PLC控制系统设计方案……………………………………………….6
3.1PLC简介………………………………………………………………….8
3.1.1PLC基本结构…………………………………………………………..8
3.1.2PLC的工作原理………………………………………………….….12
3.1.3PLC的应用领域及发展趋势……………………………………..….14
3.2PLC控制系统硬件设计……………………………………………..…16
3.2.1PLC选型及I/O分配确定………………………………………..….16
3.2.2变频器选型……………………………………………….…..………19
3.2.3传感器选型及安全系统设计…………………………………..….…27
3.2.4其它设备选型………………………………………………..…….…33
3.2.5PLCI/O接线图设计………………………………………..………..33
3.2.6电控系统电气原理图设计…………………………………..….……33
结论…………………………………………………………………………………..37
参考文献…………………………………………………..…………………………39
1绪论
1.1选题背景
旋转门起源于荷兰，至今已有一百年的历史，在这段时间内，从以前意义的专门到今天的全自动旋转门，旋转门经历了一个漫长的发展历史。
其种类较多，按控制方式可分为全自动旋转门、半自动旋转门和手动旋转门；按旋转翼结构方式可分为两翼旋转门、三翼旋转门和四翼旋转门；按结构材料科分为金属框架旋转门、水晶旋转门和木旋转门。
国外自动旋转门发展较早。
器技术也较为成熟。
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；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，操纵门体的运行，使用各种安全检测传感器，实现防夹、防撞、防碰功能。
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功能。
新中国成立以来，特别是改革开放以后，旋转门也大量的出现在我国的各种公共和高档场合。
在我们高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动门已经是随处可见。
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。
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。
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。
因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。
1.2旋转门浅析
1）旋转门的定义
旋转门：
单扇或多扇沿竖轴转动的门叫旋转门。
自动旋转门：
利用各种控制器、信号控制，实现单扇或多扇沿竖轴自动转动和自动停止的门叫自动旋转门。
自动门中的顶级产品，旋转门给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其宽敞的开放门面和高格调设计，堪称建筑物的点睛之笔。
其全新的概念，无可动摇地立足于建筑时代大潮的最前端。
但其高造价也不是一般人能接受的。
2）自动旋转门的结构
传统的三翼和四翼旋转门就是这种结构，即中心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（按逆时针）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。
这种结构是稳定性，使用的可靠性很高，使用寿命长。
考虑到旋转门在停止时一定要密封，所以三翼旋转门的每个分隔可以容纳更多的人，可是门的净开口的宽度较小。
而四翼旋转门的每个分隔可以容纳较少的人，可是门的净开口宽度却较大。
但是，这种旋转门门翼与中心轴的固定方式决定了门扇宽度不能太大，所以这种旋转门的直径最大只有约4M。
为了解这一问题，工程师们将中心门轴设计成了中间展示室，相对减小了门扇宽度，增加了电机对门中心的旋转作用力矩，使这种旋转门的最大直径扩大到6M，中间展示室又有很好的装饰效果。
作为通道门的自动旋转门还要考虑紧急状态时人员的快速疏散，于是旋转门的门翼要能够在停电时手动推开，所以带紧急打开功能的自动旋转门采用特制的类似合页的门体接五金件。
可是当风压很大时，这种门扇结构容易被风吹开。
五金件的强度也成为这种自动旋转门的主要质量问题之一。
国际自动旋转门生产厂又设计了专用的电磁锁，在断电时才使门扇可以被推动。
3）自动旋转门的性能
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。
因此，自动旋转门在保安功能方面具有独特的发展，但在人员流量方面自动旋转门却没有优势，因为门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的。
每种自动旋转门都有标定的人员流量数值。
自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果在经常使用的条件下相对于其它两种自动门要好。
由于自动旋转门的人流量有限，在大型公共场合还是选择其它两种自动门，毕竟自动旋转门的本成较高。
通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。
但是在静态密封效果方面，自动旋转门远不如其它自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。
4）旋转门在我国的市场前景
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。
从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。
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。
1.3自动旋转门设计实例
自动旋转门控制系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。
1）旋转门及接近传感器
该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋转运动。
为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人，一个面向出门的行人；在门框外侧的边沿上分别安装了2套防夹传感器；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和残疾人专用换速按键。
2）可编程控制器PLC
该系统利用三菱公司的FXOS-32MR-001系列PLC，作为该系统的控制指挥中心。
该PLC把来自旋转门现场的检测信号、变频器的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。
3）变频器
由于旋转门处于公共场所，行人或物品阻碍旋转门正常旋转的现象时常发生，因此导致电动机的负载变化大、过电流现象发生频繁，所以选用通用JP6C-T9-0.75型变频器。
该变频器具有快速响应的电流限制功能，当负载波动相当大时，变频器不跳闸，能自动减速运行；当负载恢复正常时，变频器能自动升速到设定值。
使用该变频器，电动机低速驱动能力强，起动转矩能达到额定值的150％。
该变频器还具有电压自整定等一系列先进功能。
4）旋转门运行状态诊断程序
楼宇自动监控系统除了使用摄像机获取旋转门的外部工作状态信息外，还需要使用PLC获取旋转门控制系统内部的工作状态信息。
所以在编辑控制系统内部状态诊断程序时，不但要照顾到现场维护人员能利用PLC诊断故障，还照顾到楼宇自动监控系统准确、方便地使用PLC提供的诊断信息。
综上所述，该旋转门设计新颖、外观大方、功能齐全、使用控制方便，，行人所接触到的按键也能够保证安全。
同时，接近传感器的可靠性也是实现旋转门控制系统自动化和智能化关键之一。
是集机电于一体化的高新技术产品。
同时其较好地满足了广大用户的求，扩大了PLC和通用变额器的应用范围，提高了旋转门控制系统的自动化和智能化程度，深受物业管理行业科技人员和维护人员的青睬。
2系统整体方案设计
2.1PLC控制系统功能要求分析
PLC控制系统硬件设计需满足如下几个功能：
（1）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。
（2）残疾变速功能
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。
30s内始终以2r/min的速度低速运转，此时按中速（Middle）和高速（High）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。
（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
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。
（5）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。
（6）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。
（7）暂停功能（STOP按钮）
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。
（8）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。
（9）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。
2.2PLC控制系统设计方案
2.2.1PLC控制系统设计的基本原则
1）最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
2）保证控制系统的安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
3）满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单经济适用和维修方
在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4）选择PLC是要考虑生产和工艺改进所需的余量
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有余量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.2.2PLC控制系统设计方案
自动旋转门PLC控制系统由信号输入元件、输出执行元件、显示器件和PLC构成。
因此，自动旋转门PLC控制系统的设计，就包括这些器件的选取和连接等。
1）选取信号输入器件、输出执行器件、显示器件等
为了满足自动旋转门的各种功能，需要选取红外感应器、防碰传感器、防撞传感器、防夹传感器及相应开关等。
其输入信号在进入PLC后，可以在PLC内部多次重复使用，而且还可获得其常开、常闭、延时等各种形式的触电。
因此，所选用信号输入器件有一个触点。
输出器件则选取相同电源电压、工作电流较小的器件。
显示器件则选取寿命较长，而且工作电流较小的LED器件。
2）设计控制系统主回路
由于行人可能有残疾人，故自动旋转门需选取变频器来满足其要求。
合理进行调速，按此设计控制系统主回路，绘制电控系统电气原理图。
3）选取PLC
根据自动旋转门输入、输出信号的数量，以及输入输出信号的空间分布，程序容量的大致情况等条件选择PLC。
4）进行I/O分配
根据自动旋转门的设计要求及输入输出信号，进行I/O分配。
绘制PLCI/O接线图。
5）编写使用说明书。
3PLC硬件系统设计
3.1PLC简介
3.1.1PLC基本结构
PLC硬件基本结构主要有中央处理单元（CPU）、存储器、I/O接口电路（或称为I/O模块）、通信接口、扩展接口和电源等部分组成。
其中，CPU是PLC核心，I/O模块是连接现场I/O设备与CPU之间的桥梁，通信接口用于与编程器、上位计算机等外围设备连接。
1）中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。
PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类，通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器（如AMD29W等）。
小型PLC得多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC大多采用16位微处理器和单片微处理器，大型PLC大同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。
PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类多采用高速位片式微处理器。
目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中国多达8个CPU。
对于双CPU系统，一般一个为字处理器，通常采用8位或16位处理器，另一个为位处理器，采用各厂商设计制造的专用芯片。
字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和微处理器进行控制等。
位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言转换。
位处理器的采用提高了PLC的速度，是PLC更好的满足实时控制的要求。
在PLC中，CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：
（1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入印象寄存器或数据寄存器中。
（4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出印象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。
有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。
2）存储器
存储器主要有两种，一种可读/写操作的随机存储器（RAM），另一种是只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、电可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。
在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据等。
系统程序是由PLC的制造厂商编写的，与PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。
系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂商直接固化在ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。
用户程序是随PLC的控制对象而定，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。
为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。
为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常不需要改变时，可将其固化在EPROM中。
先在许多PLC直接采用EEPROM或闪速（Flash）ROM作为用户存储器。
工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据，它存放在RAM中，以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储器中，设有存放I/O继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。
根据需要部分数据在掉点时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉点时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
由于系统程序及工作数据与用户无直接关系，所以在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量一般指用户程序存储器。
当PLC提供的用户程序存储器容量不够用时，许多PLC还提供存储器扩展功能。
3）I/O接口电路
I/O接口电路通常也称为I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。
PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据。
同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控对象，以达到控制目的。
由于外围输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理信息只能是标准电平，所以I/O接口可以实现这种转换。
I/O接口一般都具有光隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。
另外，I/O接口上通常还有状态指示，工作状况能够直观的显示出来，以便于维护。
PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口以便用户选用。
I/O接口模块的主要类型有：
开关量（数字量）输入、开关量输出和模拟量输入、模拟量输出等。
常用开关量输入接口按其使用的电源不同分为三种类型：
直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口。
常用开关量输出接口按其输出功率开关器件分为三种类型：
继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。
继电器输出电路可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；晶体管输出电路的响应时间快，动作频率高，只能用于驱动直流负载；双向晶闸管VT输出接口的响应速度快，只能用于驱动交流负载。
PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC的I/O点数。
I/O点数是选择PLC的重要依据之一。
当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。
4）通信接口
PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。
PLC通过这些通信接口可与打印机、监视器、其他PLC计算机等设备实现通信。
PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印。
与监视器连接，可将控制过程图像显示出来。
与其他PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制。
与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。
远程I/O系统也必须配备相应的通讯接口模块。
5）编程装置
编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。
它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。
编程装置可以使专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。
专用编程器是由PLC厂商生产，专供该厂商生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。
专用编程
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