毕业设计基于PLC的旋转门控制系统设计.docx

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毕业设计基于PLC的旋转门控制系统设计

引言

随着计算机、网络、通信技术的发展，各种方便生活的自动控制系统逐步进人了人们的生活。

基于PLC的自动控制系统具有抗干扰能力强，可靠性高，体积小，设计、使用和维护方便等优点。

在商场、公共建筑、银行、医院等人口，使用PLC技术控制自动门已得到广泛应用

关键词：

PLC自动门软件控制

硬件设计

变频器容量选择计算

变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。

表5.1电机参数表

电动机型号

额定功率（W）

额定电流（A）

额定电压（V）

效率（%）

功率因素

电机转动惯量

飞轮的转动惯量

Y881-4

550

1.51

380

73

0.76

2.2

0.0018

0.6

①驱动一台电动机

对于连续运转的变频器必须同时满足下列3项计算公式：

满足负载输出/kVA：

式（5.1）

满足电动机容量/kVA：

式（5.2）

满足电动机电流/A：

式（5.3）

k是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。

对PWM控制方式的变频器，k约为1.05~1.1。

②指定变频器的启动加速时间

变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，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，必须事先核实编破器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。

在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下：

式（5.4）

③指定变频器的减速时间

为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。

在电压星变频器中，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升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。

制动电阻的选择方法：

计算制动力矩

式（5.5）

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%的铜损被转换为制动力矩。

考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。

式（5.6）

式中：

制动电阻

直流电路电压/V

对200V级变频器,

=380V

对400V级变频器,

=760V

制动转矩/（

）

电动机额定转矩/（

）

减速开始速度/（

）

上式中，如果

，则没必要加制动电阻。

放电电路由制动三极管和制动电阻串联而成，因此，制动三极管本身允许通过电流

就是放电电路的最大允许值。

所以制动电阻的最小值

。

由上可见，制动电阻

的阻值应由

来决定。

有的变频器生产厂家在产品目录中。

给出制动电阻最小值的参考值，可供用户在选择制动电阻时参考。

计算制动电阻平均消耗的功率

/kW

如前所述，电动机额定转距的20%制动转距由电动机内部损失产生，所以可以按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率：

式（5.7）

=

（5.76-0.2

2.2）

1440

=0.802

由于三翼自动旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。

又因为三翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。

因而可以选用通用的变频器，只要所选用的变频器满足一般环境下使用即可。

根据以上的计算的数据，选用佳灵JP6C-T9-0.75。

控制系统驱动控制原理

①电气控制系统接线方案

图5.1控制系统接线图

②传感器设置方案红外线被动式感应器安装于旋转门的进口和出口华盖上，每处各安装两个红外传感器，接近开关用于防夹位置区域设定，直流制动封门及锁门定位。

PLC系统控制分析及地址分配设计

①节点分析及机型的选择通过对旋转门控制要求的分析，PLC控制输入信号有22个，输出接点共8个。

按照预留15%-20%的接点数来计算，输入接点至少要30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：

30×15=450

开关量输出字节数：

10×8=80

系统推断定时器/计数器字节数：

8×1=8

总计大约需要538个字节数容量。

加上预留30%，有1K的程序容量足够了。

由以上可得，同时兼顾经济性原则。

PLC产品中OMRON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。

在此系列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COM1-CPU11-E型PLC。

由PLC型号主回路电压AC（100～240）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。

故本系统选用直流输出方式。

表5.3PLC性能参数表

性能指标

COM1-CPU11-E

程序存储容量

3.2KB

数据存储容量

1KB

I/O电数

128位

指令类型

117种指令

基本指令执行时间

0.5us~1.5us

扩展I/O模块数量

7块

记时/记数区

512记时器/记数器

②开关的选择本控制系统为PLC控制，各种开关的容量要求不高，普通的开关足已，主要考虑输入参数要求。

对急停、STOP、middle、high、残疾开关，选择普通按钮开关LA系。

Middl、high、残疾、开关为LA2，急停开关为LA2（红色），STOP关为LA2-A红色（十字型）。

③电源的选择PLC自带的输入口电源一般为直流24V。

输入口每一点的电流定额一般为7mA,这个电流是输入口短接时产生的最大电流（端口本身纯存在阻抗）

④熔断器的选择为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据是熔体的额定电流IR大于线路工作电流I（I=2A），所以选择RL1-15，熔体额定电流等级为4。

⑤整流器的选择为降低电压的波动对控制系统的不良影响，选择把交流变为低压直流供电。

因此，选择型号为ZBA-10/24型整流器，它的输入电压为交流220V，输出电压为直流0～24V，额定电流10A。

⑥输出模块的确定输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号

⑦输入输出口及端口的保护及分配PLC输入口电压定额一般为接有直流24V有一些输入口是不接电源输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源。

当输入口端连接电感类设备时,为了防止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏,应在感性元件两端加接保护元件。

对输入口保护不需做特别处理。

输出为直流感性负载时，需在负载两端并联续流二极管或齐纳二极管加以抑制。

查有关资料时，在直流感性负载输出时可选电流为1A左右的二极管，电阻约为50欧左右。

本系统中输出口选交流电源，电阻取65欧。

图5.2PLC接线图

软件设计

PLC控制系统程序设计

当电源打开时，要设置PLC的上电程序，由于西门子PLC系统有专门的特殊内部继电器SM0.1来对上电作出反应，用内部继电器M0.0来对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；

急停程序设计由于急停采用转换开关SA1进行外部输入，连接PLC的输入映响寄存器I0.0，用内部继电器M0.1来对相关信号进行中转输出。

程序设计如下；

过载程序设计由于变频器过载输出连接PLC输入映像器I1.4，用内部继电器M0.2对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；

过热程序设计由于电机常时间进行，可能带来电机过热，所以在电机上连接热继电器FR1，当电机过热时热继电器闭合通过PLC的输入映像I2.6进行信号输入，用内部继电器M0.3对相关信号进行处理输出，则程序设计如下；

指示灯闪烁定时期设计当PLC上电后，指示灯亮输出，而当急停按下，变频器过载，电机过热时，指示灯就闪烁已示警告，设指示灯的闪烁时间为0.5S，则需要用两个以100MS为基数定时器T37和T38来实现。

具体程序设计如下；

程序解释：

当PLC的内部扫描信号过来时T37就开始记时，0.5秒后T37的常开触头闭合，只要T38常开触头不断开使T37复位，则T37常开一直闭合。

当过载、过热、急停内部继电器有信号时使相应触点闭合，导致T38开始记时，0.5秒后T38常开触点断开使T37复位，同时常开T37复位，至使T38常闭触点复位，而使T37又开始记时，0.5秒后又响应，周而复始。

其中T38的作用是使T37循环计时0.5秒。

报警上电输出程序设计当变频器过载，过热，急停按下时用相应内部继电器常开触点进行设计，并上一个定时器T37来实现相关功能，用输出映像继电器Q0.0来实现PLC内部信号输出接口。

则程序设计如下；

程序解释：

当上电时，常开内部继电器触点SM0.1就一直闭合，只要一发生上述问题，相应的常开内部继电器就断开，使指示灯熄灭，然后根据常开定时器触点T37来间隔接通Q0.0，使输出达到指示灯的闪烁。

变频器过载复位定时程序设计由于变频器可能出现瞬时的过载而不是长期过载，那样的我们就不用使变频器复位，防止导致错误反应。

因此，我们设置变频器发生过载3秒后才对变频器实行复位操作，这3秒的时间用来判断变频器是真的过载还是假的过载。

这里采用基波为100ms的接通定时器T50来实现。

程序设计如下；

程序解释：

当过载信号来临时，常开触点M0.2闭合接通T50，其中T39常闭触点是复位输出信号定时器，用来对T50进行复位操作。

复位输出时由于变频器的复位开关需要有一定的接触时间才能真正接通产生复位信号，因此当有复位信号输出后，定时器就开始计时，用基数为100ms的定时器T39来实现，定时时间为0.5秒。

程序设计如下；

复位输出信号设计。

用输出映像寄存器Q0.7对PLC处理的信号输出与外界连接，为了有持续信号输出应采用Q0.7常开触点进行自锁设置，同时当复位时间延时到了断开其Q0.7的输出。

程序设计如下；

程序解释：

当过载延时常开触点T50，3秒后闭合后，就接通Q0.7，而同时自锁，由Q0.7常开触点闭合使定时器T39接通，则0.5秒后常闭定时器T39断开，从而使Q0.7停止输出

红外线启动传感器停止输入定时程序设计由于红外线传感器检测有人时就一直有信号输入，则电机就应该开始转动，而当人进入时，电机也应该带动门转动，设红外线无信号输入时电机仍能转动15秒。

用基波为100ms的定时器T40来实现定时。

而四个启动传感器分别接输入映像寄存器I1.0、I1.7、I2.0、I2.1用其常闭触点来实现。

则程序设计如下；

防夹传感器输入程序设计由于要判断是否已有夹人现象发生，则需要用防夹传感器来判断是否已碰到人，又需要一部接近开关来判断门翼是否处于防夹区域，当两个信号都有输入时，则说明已有夹人现象发生，则同一门口的防夹传感器的接近开关用串联方式连接起来。

四部传感器分别接PLC输入映像寄存器为I1.3、I0.7、I1.5、I1.6。

采用门口防夹传感器并联输入，只要有一个门口的防夹传感器有信号输入时就使PLC发出内部信号指令，用内部继电器M1.5对其信号中转，程序设计如下；

防碰撞传感器输入程序设计由于安装有四个防碰传感器，分别接入PLC的输入映像寄存器为I1.1、I1.2、I2.2、I2.3，当有一个防碰传感器发出信号时就使PLC的内部继电器发出信号指令，用内部继电器M6.0来实现PLC信号中转。

传感