图3.3 YSM100/112、W、S交流电机
3.4 变频器的选型
3.4.1 变频器原理
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用。
3.4.2 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；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。本课题所用的电机的额定电压为380V，故在选择变频器时要符合电机的额定电压。
（2）电流匹配；变频器的额定电流与电机的额定电流相符，以最大电流确定变频器电流和过载能力。在本课题所使用的三相交流电机的最大起动电流为Y形接法为
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0.37A，△形接法为0.64A，本设计中采用Y形接法，所用的变频器的最大电流应大于电机的Y形接法的最大起动电流。
（3）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。
2. 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
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3.4所示）作为控制电机转速的控制器。
图3.4 三菱FR-540变频器
三菱FR-540变频器具有以下优点：
(1) 接线简单，可运用PLC的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。
(2) 安装灵活，可以根据实际需要，把控制装置安装到任何位置，进行远距离操作。 (3) 频率设置简单，并且具有三速设定功能，可以满足本课题自动门系统的控制要求，且操作方便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设置。
3.4.3 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3.5的开门和关门曲线。
根据转速公式：n=60f/p(1-s)其中f表示电流的频率，p表示电机的极对数，s表示电机的转差率，n表示转子的实际转速，计算出变频器的设定频率。
根据公式和电机参数p=6，额定转速为400 r/min，算出电机的转差率S=-0.25，马达皮带轮与门上的皮带轮外径、门上的皮带轮内径转速比为5.7：1：2.1,得出马达皮带
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轮与门上的皮带轮内径转速比为2.4：1。
1.根据上一章提到的门的规格,加速开门或者关门的距离为30cm，时间控制在0.5S，速度为3600 cm /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。
3.减速开门和关门的距离为30cm,时间为1.5s,速度为1200cm/s，此时要求电机的转速为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。
图3.5 开门和关门曲线
表3.1 变频器设定
名 称 上限频率(Pr1) 下限频率(Pr2) 3速设定（高速）(Pr4) 3速设定（中速）(Pr5) 3速设定（低速）(Pr6) 加速时间(Pr7) 减速时间(Pr8) 表示 设定范围 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～999s 0～999s 最小设定单位 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1s 0.1s 设定值 50Hz 0.1Hz 25.5Hz 13.8Hz 8.5Hz 0.3s 0.3s 17
操作模式选择(Pr79)
3.5 感应开关的选型
0～4,7,8 1 2 目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，红外感应器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中，是自动门系统的关键部位，其性能直接影响自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。
结合本课题的实际需要在设计的自动门的人员检测上运用上海晶园微电子公司生产的WB-3001微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境因素影响。 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,门体会自动停止下行,并自动上行以起到安全作用。
自动门的速度信号采集上运用了Keyence（基恩士）公司生产的ED-130U非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离为20mm，检测距离调节方便，安装简单。
3.6 自动门系统I/O分配表
I/O分配表是编写PLC程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据自动门的控制系统的要求，确定了PLC的I/O分配表，在表3.2中列出。
表3.2 I/O分配表
类型 PLC元件 X0 X1 X2 输入 X3 X4 X5 X6
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作用 紧急停止 手/自动转换开关 感应开关（内） 感应开关（外） 防夹人光栅（常闭） 关门下限 开门下限
X7 X10 X11 X12 X13 X14 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 输出 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 3.7 控制系统的电气接线
开门/关门中速 关门低速/开门高速 手动开门 手动关门 关门高速/开门低速 异常复位 手动开门 手动关门 开/关门中速 开/关门低速 开/关门高速 自动开门灯闪烁 自动关门灯闪烁 开/关门提醒 故障报警灯 自动开门 自动关门 异常停止 本课题设计的自动门控制系统的控制连接电路主要包括自动门控制系统连接电路、自动门I/O接线电路，详细的接线方式分别在附表Ⅰ和Ⅱ中列出。
4. 自动门控制系统软件的设计 4.1 PLC梯形图概述
PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是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）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：
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