自动旋转门PLC控制

毕 业 设 计

题 目： 自动旋转门PLC控制 作 者： 学 号： 系 ： 自动控制系 专 业： 电气自动化技术 班 级：

指导者：

(姓 名) (专业技术职务)

评阅者：

(姓 名) (专业技术职务)

2012年5月

自动旋转门PLC控制

摘要 在现代化工业生产和经济生活中，随着电子技术的发展、计算机技术和现代控制理论的发展，各种便民的自动化控制系统已经广泛应用于各个领域，PLC控制是最为常见的一种，并且日新月异，同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。PLC系统具有实时性、可靠性高、系统配置简单灵活、丰富的I/O卡件、控制系统采用模块式结构、价格优势、安装简单，维修方便、体积小，能耗低等优点，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。

本课题研究的是自动旋转门PLC控制，自动旋转门系统包括PLC、传感器、变频器组成。自动旋转门主要由PLC负责完成控制任务,变频器完成对三相异步电动机的驱动。由于是由电机提供动力系统,所以安全问题被放到重要位置。采用微波传感器扫描正常位置是否有人经过，及安全传感器感应危险处，以执行正确的命令和安全措施。

关键词 自动旋转门、PLC、传感器、变频器

目 次

1 绪论 ............................................................................................................................... 1 1.1 课题研究的背景 .................................................................................................... 1 1.2 国外发展现状 ........................................................................................................ 1 1.2.1 国外旋转门发展现状 .................................................................................... 1 1.2.2 国旋转门发展现状 ........................................................................................ 2 1.3 本课题研究的目的和意义 ................................................................................... 2 2 自动旋转门系统总体方案设计 .................................................................................. 4 2.1 自动旋转门控制系统方案 ................................................................................... 4 2.2 自动旋转门用PLC控制与继电器功能比较分析............................................. 5 2.3 自动旋转门的系统构成 ....................................................................................... 5 2.4 自动旋转门的控制要求的特点 ........................................................................... 6 2.5 自动旋转门系统的原理图 ................................................................................... 6 3 自动旋转门系统的硬件设计 ...................................................................................... 7 3.1 PLC选型 ................................................................................................................. 7 3.1.1 PLC概述 .......................................................................................................... 7 3.1.2 PLC组成元素及功能 ..................................................................................... 8 3.1.3 三菱FX系列可编程控制器 ......................................................................... 9

3.1.4 PLC选型 ........................................................................................................ 10 3.1.5 PLC的I/O分配表 ....................................................................................... 11 3.1.6 PLC外部接线图 ........................................................................................... 12 3.2 变频器选型 .......................................................................................................... 13 3.2.1 变频调速的基本原理 .................................................................................. 13 3.2.2 变频器容量选择计算 .................................................................................. 13 3.3 传感器选型 .......................................................................................................... 16 3.3.1 传感器 ........................................................................................................... 16 3.3.2 传感器的选用原则 ...................................................................................... 16 3.3.3 微波传感器选型 .......................................................................................... 17 3.3.4 防夹传感器 ................................................................................................... 17 3.3.5 防撞传感器 ................................................................................................... 18 3.3.6 接近开关传感器 .......................................................................................... 18 3.4 元器件明细表 ...................................................................................................... 19 4 自动旋转门系统的软件设计 .................................................................................... 20 4.1自动旋转门程序设计——梯形图 ..................................................................... 20 4.1.1 梯形图的概述 ............................................................................................... 20 4.1.2 梯形图程序设计语言 .................................................................................. 20 4.2自动旋转门程序梯形图设计 .............................................................................. 22 4.2.1 自动旋转门控制程序流程图 ...................................................................... 22 4.2.2 自动旋转门PLC控制程序 ......................................................................... 23

5 系统程序调试 ............................................................................................................. 26 5.1 触摸屏介绍 .......................................................................................................... 26 5.2 GT-DESIGNER2触摸屏软件调试 ....................................................................... 27 结 论 ................................................................................................................................ 32 致 谢 ................................................................................................................................ 33 参考文献 .......................................................................................................................... 34 附录A 变频器参数 ....................................................................................................... 36 附录B 传感器与接近开关的参数 .............................................................................. 37

1 绪论

1.1 课题研究的背景

近年来，随着国民经济建设的蓬勃发展，人们对建筑物出入口的要求也越来越高，从最初的铝合金门，发展到后来的感应平移门，近两年来自动旋转门也越来越多的应用到了建筑领域。高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动旋转门也随处可见，对自动旋转门控制系统的控制要求也就越来邀高。自动旋转门的最大优点在于它“永远开门，又永远关门”，使其动态密封效果较好，即在保安功能方面具有独特的发展。而且行人可以通过自动或手动进门，更加的方便；但由于自动旋转门的转速是固定，因此通过的人流量有限，这是自动旋转门的不占优势之处。

自动旋转门性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的自动旋转门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前自动旋转门及其自动化行业最稳定的控制装置是PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。目前他在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻化工等领域的应用都得到了长足的发展。因此运用PLC控制自动旋转门具有较高的可靠性、维修方便等优点。由此看来，进行自动旋转门的PLC控制系统设计，可以推动自动旋转门行业的发展，扩大PLC在自动旋转门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。

本课题主要介绍自动旋转门PLC控制的设计，所有产品的设计都要讲究其在各个场合下运作是否简化及稳定。此系统的设计既满足了自动旋转门的基本要求，还可以保证自动旋转门的稳定性。研究本课题意味着减少经济损耗，提高效益。因此是一个比较实用且经济的产品。

1.2 国外发展现状

1.2.1 国外旋转门发展现状

自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。国外著名厂家有荷兰的B00N EDAM；瑞典的BESAM；德国的多玛、盖泽；日本的纳博克、寺冈等。

由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、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，操纵门体的动行，使用各种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。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。利用当前先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过 Internet 与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面显示门体转速、状态和故障等信息。

1.2.2 国旋转门发展现状

我国旋转门技术的发展：我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国专业厂家：有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有康育、盛维、金海、帝盟等。

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，2001年加入WTO和2008年申奥成功，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。但是国家对自动门产品质量、安全性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。

1.3 本课题研究的目的和意义

PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程的存储器用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入输出，来控制各种类型的机械或生产过程。PLC系统具有实时性、可靠性高、系统配置简单灵活、丰富的I/O卡件、控制系统采用模块式结构、价格优势、安装简单，

维修方便、体积小，能耗低等优点。

自动旋转门的普及和应用，改变了人们的防护意识，提升了人们的安全观念。同时对于自动旋转门的控制系统也有了更高的要求。自动旋转门的控制更加突出了安全理念，强调了有效性：有效地防、通行、疏散，同时还融合了建筑艺术的理念，强调门与建筑以及周围环境整体得协调、和谐。

本课题研究的是自动旋转门PLC控制，利用PLC控制，使得自动旋转门在各个场合下运作更简化、更稳定，更快的推广了自动旋转门的使用，并减少经济损耗，也扩大了PLC控制在自动化行业中的应用。

2 自动旋转门系统总体方案设计

2.1 自动旋转门控制系统方案

框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态；门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。

驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。 控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。

检测系统：由微波传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动旋转门入口右侧立柱胶条装有藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动；每扇门扉底边胶条装有藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。

自 动 旋 转 门 P L C 检测系统 驱动系统 控制系统

图2-1 系统框图

当感应器件检测到人体或物体信号时将信号传给PLC，PLC根据已经采集的信号发出控制信号，是驱动装置运行，通过传动装置带动旋转门的运行。

2.2 自动旋转门用PLC控制与继电器功能比较分析

早期的自动旋转门控制系统采用继电器控制，有着安装繁琐、不稳定、不易维修等缺点，逐步被基于PLC控制的自动化系统取代。用PLC作为控制器，能大大提高自动旋转门的稳定性和经济性。推动自动旋转门的发展，扩大PLC在整个自动化行业中的应用。具体比较，如下表：

比较项目 控制功能的实现 继电器控制 由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能 对生产工艺过程变更的 适应性 可靠性 差，触点多，故障多 适应性差，需要重新设计 PLC 各种控制功能是通过编制的程序来实现的 适应性强，只需要对程序进行修改 高，因元器件采取了筛选等可靠性措施 柔韧性与灵活性 差 具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活 扩展的实时性 机械动作时间常数大， 实时性差 占用空间与安装 控制柜体积大、笨重， 安装施工工作量大 使用寿命 复杂控制能力 维护 易损，寿命短 极差 复杂，工作量大 微处理器控制， 实时性非常好 体积小，重量轻， 安装工作量少 寿命长 很强 工作量小

表2-1 PLC控制与继电器控制的比较

2.3 自动旋转门的系统构成

根据自动旋转门设定的方案，系统包括四大系统：驱动系统、控制系统、检测系统和安全系统。

图2-2 系统结构图

电机 PLC 变频器 开关 传感器 安 全感 应 式接近开关 驱动系统 控制系统 检测系统 安全系统 PLC自动旋转门系统

2.4 自动旋转门的控制要求的特点

①变速功能：旋转门设有低速、常速和高速三种旋转速度，两个按钮进行切换，以适应正常运转和残疾人群通过的不同要求。

②自动转停功能：来人时，以高转速动转，2 min无人进出时，则自动停转。 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锁门功能：采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙既可完成自动锁门工作 ⑥STOP钮：与急停功能相当。

⑦电动机过载保护功能：当电动机过载时，门停转。过载消除后门自动恢复运转。

2.5 自动旋转门系统的原理图

图2-3 接线图

3 自动旋转门系统的硬件设计

3.1 PLC选型

对于PLC的选择，我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数；扫描速度；存容量；指令条数；功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。 3.1.1 PLC概述

可编程控制器，英文Programmable Controller,简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，它通过运行储存在其存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。

PLC基于电子计算机，但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境，如便于安装便于门外感应采集信号，便于维修和抗干扰等问题，入出信息变换及可靠地物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。

PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本功能：

①逻辑处理功能； ②数据运算功能； ③准确定时功能； ④高速计数功能；

⑤中断处理(可以实现各种外中断)功能； ⑥程序与数据存储功能； ⑦联网通信功能； ⑧自检测、自诊断功能。

可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。

现代化工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程人员的欢迎。其主要特点有:①抗干扰能力强，可靠性能高；②控制系统结构简单，通用性强；③编程方便，易于使用；④功能强大，成本低；⑤设计、施工、调试的周期短；⑥维护方便。 3.1.2 PLC组成元素及功能

①中央处理器CPU

CPU是可编程控制器的核心，CPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制

整个系统协调一致工作。常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。

②存储器模块Memory

储存器主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单位。

随机存储器RAM用于存储PLC部的输入、输出信息，并存储部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器/计数器以及累加器等的工作状态，还可以存储用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等。

只读存储器ROM用于存储系统程序。可紫外线擦除电编程的只读存储EPROM，它主要用来存放PLC的操作系统和监控程序，如果用户程序已完全调试好，也可将程序固化在EPROM中。

③输入/输出模块

输入/输出模块是可编程控制器与工业控制现场各类信号连接的部分。对输入/输出模块有两个主要的要求，一是要有良好的抗干扰能力，而是能满足工业各类信号的匹配要求。

输入/输出信号有两类：一类是开关量，另一类是模拟量。 ④编程器

编程器是PLC必不可少重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行 人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。 ⑤电源

可编程控制器使用220V交流电源或24V直流电源，部配有一个专用开关式稳

压电源，将DC/AC供电电源转化为PLC部电路需要的工作电源（5V直流）。 3.1.3 三菱FX系列可编程控制器

FX系列可编程控制器是当今国外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。日本三菱电机公司研发的。在FX中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。在FX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。其FX2N PLC还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高50kHz的高速脉冲。

图3-1 PLC三菱FX系列图

FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几PID系统控制。在通信方面，能够方便地与PC计算机实现数据交换与管理。 3.1.3.1 三菱FX系列的结构功能

可编程控制器是一种工业控制微型计算机，它的的结构原理与微型计算机相似。硬件构成有微处理器、存储器和各种输入、输出接口。系统程序和接口器件又与微机不同，这使它的操作使用方法、编程语言、工作方式等与微型机有所不同。PLC是用微处理器实现继电器、定时器和计数器以及A/D、D/A模拟转换器件的

组合体的功能，采用软件编程进行它们之间的联系。

本设计采用FX系列PLC作为控制核心，所以现在就以它来讲述PLC的应用知识、操作技能。FX系列PLC硬件组成与其它类型PLC基本相同，主体由三部分组成，其PLC的基本结构如图3-2所示，系统电源有些在CPU模块，也有单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC部采用总线结构，进行数据和指令的传输。

外部开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信号和数据；经PLC部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各个部分协调一致地实现对现场设备的控制。

图3-2 PLC 的组成框图

3.1.3.2 FX2N所具有优越性能

①基本性能：可靠性高，抗干扰能力强 配套齐全，功能完善，适用性强 ②集成业界领先的功能

晶体管输出型的基本单元置了3轴独立的定位功能，并且增加了新的定位指令：带DOG搜索的原点回归（DSZR），中断单速定位（DVIT）和表格设定定位（TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。FX2N PLC还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高50kHz的高速脉冲。

③强大的扩展性

增强了通信的功能，其置的编程口可以达到115.2kbps的高速通信，而且最多可以同时使用3个通信口（包括编程口在） 3.1.4 PLC选型

通过对旋转门控制要求的分析，PLC控制输入点有15个，输出点10有个，输入点要有15%-20%的预留，则应该考虑选择FX2N－48MR。

3.1.5 PLC的I/O分配表

输入点 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X20 外部设备 残疾人手动按钮 Stop 直流制动接近开关 防夹接近开关1 微波传感器1 防撞传感器1 防夹传感器1 锁门接近开关 防夹接近开关2 微波传感器2 防撞传感器2 防撞传感器3 防夹传感器2 热继电器 开始按钮 符号 SB3/SB4 SB1/SB2 FR1 输出点 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y10 Y11 Y12 Y13 外部设备 启动 报警灯 高速 关门速度 低速 上锁 变频器RUN 变频器多段频率端子X1 变频器多段频率端子X2 变频器RST 表3-1 PLCI/O表

3.1.6 PLC外部接线图

图3-3 PLC外部接线图

3.2 变频器选型

3.2.1 变频调速的基本原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工

60f1s作电源输入频率成正比的关系： n。变频器主要由整流（交流变

p直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

3.2.2 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。降低变频器的输出频率，就可以实现电机减速。

电动机参数，如下表：

电动机 额定型号 功率（W） Y881-4 表3-2 电动机参数

550 1.51 380 73 0.76 2.2 0.0018 0.6 额定电流额定电压效率功率最大转矩电机转动飞轮的 额定转矩惯量 转动惯（%） 因素 （A） （V） (kg.m2) 量 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： Pcm kPm 式(3.1)

cos1.1550

(0.850.76) 0.94

3满足电动机容量/kVA： P103UeIe 式(3.2) cm10333801.51

0.94满足电动机电流/A：IcmkIe 式（3.3)

1.11.51

1.66k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：

kTlGD2n Pcm 式(3.4) 937cos375tA

225.40.621.11440 (9370.730.76)(3753)

0.94③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Tb/N.m

Tb(JmJl)(n1n2)Tl 式(3.5)

9.55ts(0.00180.051)(14401)2.2 (9.551)5.7

计算制动电阻Rb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。

Uc2 式(3.6) Rob0.1047(Tb0.2Tm)n17602 0.1047(5.760.22.2)1440

720.11式中： Rob制动电阻

Uc直流电路电压/V

对200V级变频器, Uc=380V 对400V级变频器, Uc=760V

Tb制动转矩/(N.m1) Tm电动机额定转矩/(N.m1) n1减速开始速度/(r.m1)

上式中，如果(Tb0.2Tm)0，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Ic就是放电电路的最大允许值。所以制动电阻的最小值RminUc/Ic。

由上可见，制动电阻Rb的阻值应由RminRbRob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PR0/kW

如前所述，电动机额定转距的20%制动转距由电动机部损失产生，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：

PR00.1047103(Tb0.2Tm)(n1) 式(3.7) n2 =0.1047103(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。

3.3 传感器选型

3.3.1 传感器

传感器，对其定义为能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换成。元件组传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。 3.3.2 传感器的选用原则

传感器的可靠性是实现自动旋转门控制系统自动化和智能化关键环节之一。如何根据测试目标和实际条件，正确合理地选用传感器，是需要认真考虑的问题。选取时，主要考虑其静态特征、动态响应特性和测试方式等三方面的问题，而镜头特性又包括灵敏度、线性度、精度等指标，动态响应包括稳定性、快速性等指标。

①灵敏度

一般来说，灵敏度传感器越高越好，因为灵敏度越高，就意味着传感器所能感知的变化量小，即只要被测量有一微小变化，传感器就有较大的输出。

②线性围

任何传感器都有一定的线性工作围。在线性围输入和输出成正比，线性围越宽，则表明传感器的工作量呈越大。传感器工作在线性区域，是保证测量精度的

基本条件。而对已任一传感器，保证其绝对工作在区域是不容易的。在某些情况下，在许可的限度，也可以取其近似线性区域。

③稳定性

稳定性是指传感器在所以条件都恒定不变的情况下，在规定的时间能维持其表示值不变的能力。影响传感器稳定性的因素是时间和温度。为了保证稳定性，在选择传感器时，一般应该注意两个问题：一是根据环境条件；而是创造或保持一个稳定的环境。

④快速性

传感器在所测频率围，为保证不失真的测量条件，其输出响应总不可避免地有一定的延迟，但总希望延迟的时间越短越好。一般物理型传感器（如利用光电效应、压电效应等传感器），响应时间短，可工作频率宽，而结构性传感器（如电感式、电容式等传感器），由于受到结构特性的影响，往往由于机械系统惯性质量的限制，影响到传感器的工作频率围。

⑤精确度

传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的一致程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实的反映被测量，对整个测试系统具有直接的影响。然而在是记住也并非要求传感器的精确度越高越好，还需要考虑测量的目的，同时还需要考虑经济性。因为传感器的精确度越高，其价格越昂贵，所以应从实际出发来选型。

⑥测量方式

传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器应考虑的重要因素。例：接触与非接触测量、破坏于非破坏测量、在线与非在线测量等条件不同，对测量

方式的要求也不同。 3.3.3 微波传感器选型

检测系统是由安装于门口的传感器来实现的，其只要功能是能感知人的进出而发出开门信号。

微波传感器，一种新型的非接触式传感器，利用微波特性来检测某些物理量的器件或装置。包括感应物体的存在，运动速度，距离，角度信息。

微波传感器的选择主要考虑检测围和灵敏度，本设计选用HB-100的多普勒微波传感器。其参数见附录B。

微波传感器的特点：微波传感器是以10.525GHz微波频率发射、接收。其探测方式具体如下优点：

①无接触：非接触式，无磨损，无裂痕；

②低环境敏感性：不受温度、噪音、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境； 抗射频干扰能力强；

③无障碍：可以“透视”非金属材料，如木头、塑料、玻璃、砖等。可以隐藏或完全封装来防止破坏。

④安全：能量辐射大大低于OSHA准则，人们不易发觉。

⑤长测程：监测运动的围超过15m。鉴于传感器信号处理技术、目标围和反射率，测程可以更长 3.3.4 防夹传感器

防夹传感器：防夹传感器是用来检测人是否在防夹区域。其检测方式是竖直的。因此当人在防夹区域时，传感器只有通过竖直检测才不会误判。红外线防夹传感器安装在门的进出口的两个防夹区域，即进出口的右边立柱旁的华盖上，其

具体位置根据调节而定。基于以上条件，可以选用型号为SA005-2K。其参数见附录B。

3.3.5 防撞传感器

防撞传感器：防撞传感器主要是为了防止人和门的速度不一致时，旋转门翼打到行人；而防撞传感器则是为了防止人因不小心装在门体的立柱上，而引起旋转门体旋转过来撞伤行人。其采用接触式传感器防夹安全带来实现，它是以向其施加垂直压力使得触带的导电体互相接触，这导致电阻和电流改变而产生开关信号的。故选型为ASR-002。其性能参数见文献[23]。 3.3.6 接近开关传感器 ①防夹接近开关

防夹接近开关：由于在出入口两个防夹区域要安装了防夹传感器。而防夹传感器是用来感应人是否处于防夹区域，而不知到是否门扇已经接近防夹区域，所以仅靠防夹传感器是无法鉴别人是否即将受夹或正在受夹。则需要一个接近开关来判断门翼也走到了防夹区域。如果在防夹区域，则接近感应器发出信号表示，如果此时有人进入防夹区域则有可能被夹。两信号同时有效时，则使门停转制动。由于人的宽度一般在0.5m以下，可设此距离为接近感应器感应距离。当门翼靠近曲壁门柱0.5m时，接近开关传感器就可以发出信号。因此选择光电式接近传感器,其型号为BPR100-DDT。其参数见附录B。 ②直流制动接近开关

直流制动接近开关：由于当电动机停转时，门要停在指定的位置，而门停转时，电机要先停转在门体有一定惯性而使得门无法停在指定的位置上，这时我们就需要接近开关，而门靠近门停位置时，就产生信号发出制动信息，使门体在这

个位置。接近开关的感应距离过大，会使门制动后停在指定位置的前边。感应位置过小。由于接近开关也有一个感应时间，则使门停超过应停的位置。根据相关自动门产品类型，可选用5mm感应距离的电感式接近开关, LF5-2K型号,PNP输出。其参数见附录B。 ③锁门接近开关

锁门接近开关：当锁门时，为了让门精确地停在上锁的位置，同样需要一接近开关提前感应锁门位置的临近，发出锁门信号使门体精确地停在这个位置便于我们上电磁锁和机械锁，而无需人再来推门体使其准确停位，而使得其无法上锁。所以感应距离为适当才可。根据相关自动门产品类推，可选用4mm感应距离的电磁感应接近开关。可选择型号为LE4-2K。其参数见附录B。

3.4 元器件明细表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SA1 SA2 FR1 KA 名称 停止按钮开关 停止按钮开关 残疾按钮开关 残疾按钮开关 开始开关 电磁阀 热继电器 中间继电器 型号 LAY8 LAY8 LAY8 LAY8 LW22 D4JL JR16B-20/3 MY-2P 规格 DC24V DC24V DC24V DC24V DC24V DC24V 发热元件22A，整定值17.1A 线圈电压AC200/220/240V，DC24V； 9 10 L FU3 报警指示灯 XD8 DC24V 4A PLC输入回路熔断器 RL1-15 表3-3 元器件表

4 自动旋转门系统的软件设计

4.1自动旋转门程序设计——梯形图

4.1.1 梯形图的概述

PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者工厂广大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3(可编程控制器语言标准)详细的说明了句法、语义和下述5中编程语言：顺序功能表图编程语言、梯形图编程语言、功能块图编程语言、指令语句表编程语言和结构文本编程语言。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表是一种结构块控制流程图。 4.1.2 梯形图程序设计语言

梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种设计语言。采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件的结果表示在右面。

梯形图设计语言是最常见的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并得到广泛应用。

梯形图程序设计语言的特点：

①与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； ②与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；

③与原有继电器逻辑控制技术的不同点是：梯形图中的能流（Power Flow）不是实际意义的电流，部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。

梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言梯形图与电气控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电器人员掌握，特别适用于开关开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。

设计梯形图的基本方法和步骤：

①首先根据工艺过程控制要求，画出控制流程图，力求表达清晰、准确。必要时可以把控制系统分解成几个相对独立的部分，尽量简化，利于编程

②将所有的输入信号（按键，行程限位开关，压力开关，压力、速度、时间等传感器）和输出控制对象（接触器、电磁阀、电动机、指示灯等）分别列出，按被采用的PLC型号部逻辑元件编号围，对I/O端子做出相应的分配和安排。

③根据控制流程图，有规律的分配和利用PLC部有关的逻辑元件（如辅助继电器、定时器、计数器等）构成相应的基本回路。

④以梯形图的形式来描述控制要求，绘制梯形图要遵循编程原则。

⑤编写程序清单时，必须按梯形图的逻辑行和逻辑单元的编排顺序（由上而下，从左到右）依次进行。

本系统的程序软件采用三菱GX,进行程序设计。在设计过程中应遵循以下编程规则：

①每个继电器的线圈和他的触点均用同一个编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。

②梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有触点）。

③线圈不能直接接在左边的母线上。

④在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，他很容易引起误操作，应避免。

⑤在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有电流流动，这个电流只能在梯形图中单向流动—即从左向右流动，层次的改变只能从上向下流动。

⑥无论选用何种PLC机型，所使用的软件编号（即地址）必须在该机型的有效围以。

4.2自动旋转门程序梯形图设计

4.2.1 自动旋转门控制程序流程图

图4-1 控制流程图

4.2.2 自动旋转门PLC控制程序

图4-2 程序

5 系统程序调试

5.1 触摸屏介绍

触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。

触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。

随着使用电脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的

确具有相当大的优越性。触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚的知道，触摸屏对于各种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够信手拈来，使计算机展现出更大的魅力。解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。

5.2 GT-Designer2触摸屏软件调试

图5-1 开始解锁，启动

图5-2残疾人进，低速运行

图5-3 正常人进，高速运行

图5-4 出现故障，报警

图5-5关门，上锁

结 论

本设计利用PLC取代继电器和变频器等设计了针对三翼自动旋转门的控制系统。设计中根据系统的设计方案，确定了控制原理，给出了结构框图、电气原理图。针对每个环节进行具体设计，对PLC、变频器、传感器进行选型。系统通过PLC对各种传感器（微波传感器、防夹、防撞传感器及接近开关传感器）的连接，对控制信号进行检测和分析，并利用变频调速，实现对自动旋转门的控制。

通过本次毕业设计达到了预期的目的，对PLC应用有了深入的理解，得到了很好的锻炼，大大提升了理论知识在实践中的应用能力。同时，由于对变频器及传感器类型及参数不甚了解，因为在选型的细节方面存在一定的问题，有待改进。

当然，这并不是最完善的，本设计只是完成了一些基本的功能，还有很多功能没有进行设计，例如平开门，在上下班的高峰期，利用平开门可以减少人群的拥挤。

通过这次设计相信将会对今后的工作起到重要作用！

致 谢

毕业设计，可以算是给自己的大学生涯画上了一个句号，不管圆满与否，这几年的大学经历已成为自己一生的印记。

在毕业设计完成的过程中，曹翊老师给予我悉心的指导和建议，她为人随和，教学严谨，给我提供了大量的相关信息以及支持。当完成初稿后，老师从百忙之中抽出时间，仔细阅读设计初稿，并及时给出许多珍贵的修改意见，正是曹老师负责与鼓励，我的毕业设计才能够顺利完成，在此表示感谢！还有我的同学，同样也给了我不少帮助，对于她们的帮助表示诚挚的谢意！

最后，限于本人的水平和时间，误漏之处，敬烦不吝批评指正。

参考文献

[1]永君.自动化技术综合应用[M].天津：天津大学，2007. [2]于长官.自动控制技术与应用[M].：工业大学, 2007.48-187. [3]先允.自动控制系统[M].：高等教育，2003,7. [4]爱民.自动控制原理[M].：清华大学，2006,3.

[5]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].：航空航天大学，2008,3. [6]曾毅.PLC在自动旋转门中的应用[J].数字化期刊，2001,08(6)：59-61. [7]吴迪.PLC的自动旋转门控制系统毕业设计.东北大学分校, 2009,6 [8]军华.传感器技术及应用实例[M].：电子工业，2008,6. [9]何希才.传感器及其应用实例[M].：机械工业，2004,1. [10]聿农.传感器及应用技术[M].：化学工业，2002.

[11]松莉莉.两翼自动旋转门控制系统设计[J].天津职业院校联合学报，2006,(2)：51-54.

[12]立定.电气控制与可编程控制器技术[M]. :人民邮电，2007,3,5. [13]凤阁.电气控制与可编程控制器应用技术[M].：机械工业，2007,12,25. [14]齐占庆.王振臣.电气控制技术[M].：机械工业，2008,7,8. [15]万忠.可编程控制器应用技术[M].：化学工业，2005. [16]常晓玲.电气与可编程可编程控制器[M].:机械工业 2007,5,8. [17]石秋洁.变频器应用基础[M].：机械工业，2005.

[18]曾毅，王效良，吴皓等. 变频调速控制系统的设计与维护[M].：科学技术，1999.

[19]邓松.可编程序控制器综合应用技术[M].：机械工程，2010,3. [20]邵敏，熊建设.用于旋转门红外遥控系统的设计与实现[J].机械与电子，2005,(2)：51-53.

[21]鲍柄豪，周燕.传感器手册[M].化学工业，2008,4. [22]克裕，许福永.微波原理与技术[M].：高等教育，2006,8. [23]光纤传感器 .autonicschina.

附录A 变频器参数

变频器型号JP6C-T9-0.75 适配电动机功率/kW 额定电流 0.75 定容量/kVA 电压/V 额定频率/Hz 额定电流/A 额定过载 电源 短时间 2.0 380~440（三相） 50/60 2.5 额定电流的150%1min 三相，380~440，50/60 Hz 电压10%~15%，频率5%~-5% 310V以上，继续运转 1.2 50~400可变设定 50~400可变设定 0.5~60可变设定 2~6 可变设定 模拟设定 模拟设定 用基本频率可变设定320~440V 相数，电压，频率 允许波动 瞬间电压降低围 所需电源容量/kVA 输出功率 调整 最高频率/Hz 基本频率/Hz 启动频率/Hz 载波频率/Hz 精度 设定分辨率 控制

电压/频率特性

电矩提升 自动：按照负载转矩，调整至最佳 手动设定：0.1~20.0编码设定 启动转矩 制动 制动转矩 可选使用时 直流制动 外壳保护等级 冷却方式 质量/kg IP40 自冷 2.4 150%以上（转矩矢量控制） 100%以上 100%以上（用DBR时） 可选定开关开始频率、时间等

附录B 传感器与接近开关的参数

表B1微波传感器，HB100

型号 供电电压 发射频率 谐波发射 探测围 频率设置精度 输出功率min 工作电流 平均电流（5%DC） HB100 5V±0.25V 10.525GHz <-10 dBm 3～25m可调 3MHz 13dBm EIRP 60mA max，37mA typical 2mA typical

表B2防夹传感器，SA005-2K

检测距离 漫反射型：0.5~5cm 镜反射型 对射型：3m 回差值 指向角 调节方式 残留电压 小于检测距离的10% 3~20° 无 DC三线式：≤1.5VDC 静态电流 响应频率 电流输出 保护等级 工作电压 直流型：10~30VDC DC三线式：≤20mA 300Hz 200 mA IP66

温度影响 绝缘电阻 耐压 抗振动 抗冲击 环境温度 在-25℃到+70℃围，对在+25℃时的检测距离时在10%以下 ≥50M Min （500 VDC Mega基准） 1500VAC 50/60Hz一分钟 抗振动：10~55Hz（周期每分钟）复振幅1mm，X、Y、Z各方向2小时 抗冲击：500M/S2（50G）X、Y、Z各方向3小时 工作时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 储存时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 环境湿度 指示灯 工作时：35%~95%RH 动态显示（红色LED） 连接方式 电缆连接（长度2m）

表B3防夹接近开关, BPR100-DDT

检测距离 储存温度 保护电路 光源 100mm -10℃~+60℃ 短路保护，电源逆接保护功能 发光二极管 连接方式 外部连接 消耗电流 环境湿度 ≤40mA 35%~85%RH

表B4直流制动接近开关，LF5-2K

安装形式 检测距离 设定距离 埋入式 5mm±20% 0~4.0mm 工作电压 静态电流 响应频率 直流型：10~30VDC DC三线式：≤2.5mA 300Hz

回差值 标准检测值 残留电压 温度影响 绝缘电阻 耐压 抗振动 抗冲击 环境温度 小于检测距离的10% 18*18*1铁 电流输出 保护等级 200 mA IP66 DC三线式：≤1.5VDC，DC二线式：≤4VDC，AC二线式：≤8VAC 在-25℃到+70℃围，对在+25℃时的检测距离时在10%以下 ≥50M Min （500 VDC Mega基准） 1500VAC 50/60Hz一分钟 抗振动：10~55Hz（周期每分钟）复振幅1mm，X、Y、Z各方向2小时 抗冲击：500M/S2（50G）X、Y、Z各方向3小时 工作时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 储存时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 环境湿度 指示灯 工作时：35%~95%RH 动态显示（红色LED）

表B5锁门接近开关, LE4-2K

安装形式 检测距离 设定距离 回差值 标 准 检测值 非埋入式 4mm±20% 0~3.2mm 小于检测距离的10% 15*15*1铁 工作电压 静态电流 响应频率 电流输出 保护等级 直流型：10~30VDC DC三线式：≤2.5mA 300Hz 200 mA IP66

残留电压 温度影响 绝缘电阻 耐压 抗振动 抗冲击 环境温度 DC三线式：≤1.5VDC，DC二线式：≤4VDC，AC二线式：≤8VAC 在-25℃到+70℃围，对在+25℃时的检测距离时在10%以下 ≥50M Min （500 VDC Mega基准） 1500VAC 50/60Hz一分钟 抗振动：10~55Hz（周期每分钟）复振幅1mm，X、Y、Z各方向2小时 抗冲击：500M/S2（50G）X、Y、Z各方向3小时 工作时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 储存时：-30℃~+80℃（未结冰状态下） 环境湿度 指示灯 工作时：35%~95%RH 动态显示（红色LED）