度出发,通常可按照控制功能或输入输出点数选型。
整体型OLC的IO点数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统;模块型PLC提供多种IO卡件或插卡,因此用户可以较合理地选择和配置控制系统的IO点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。
(2)经济性的考虑
选择PLC时,应考虑性价比。考虑经济性时,应兼顾应用的可拓展性、可操作性、投入产出比等因素,最终选出比较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量相应增加。因此,点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑。本课题所设计的自动门属于小型控制系统,结合经济性的考虑选择整体性PLC。
综合以上因素,本课题的设计采用智能控制器为稳定性良好的日本三菱公司司生产的FX2N-32M小型PLC来实现整个自动系统的控制。
三菱FX2N-32M具有如下优点:最大范围地包容了标准特点、程序执行快、全面补充了通信功能,为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。具有突出的寄存器容量和丰富的元件资源。
2.7 驱动装置的选型
自动门的驱动器是自动门能否良好工作的保障,在本设计中是运用变频器的三段速度调节来自动调节电机的速度,以达到驱动自动门的目的。这种方法具有稳定性能好,维修方便,连接简单,成本较低,是在目前的自动门行业主流控制方式。
本课题所设计的自动门要求选用绝缘电阻、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,具有噪音低、过载能力强的特点,并且转速不高于500rmin的电机,在结合安全、稳定的考虑,本课题所设计的自动门控制系统的驱动装置选用天津安全电机有限公司生产的型号为YSM100112、W、S的3相380V交流电机。
2.8 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:
变频器的额度电流应与负载的额定电压相符:均为380V。变频器的额定电流
与应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0.37A,△形接法为0.64A。在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的电机类型。
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变频器作为控制电机转速的控制器。
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,可以满足自动门控制要求,且操作简单,只需要转动外接电位器的旋钮,就可以进行频率设置。
2.9 感应开关的选型
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,根据不同的性能和功能运用在各类不同场合的自动门控制系统中。
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了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,对物体的位移进行反应,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影响。
3 自动门控制系统的整体方案
3.1 设计流程
1.深入了解和分析自动门的控制要求和控制部件。
2.确定IO设备。根据自动门控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。
3.根据IO点数选择合适的PLC类型。
4.分配IO点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。
5.设计自动门系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个自动门系统设计的核心工作。
6.将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善。 7.自动门系统的整体调试,在PLC软硬件设计和现场施工完成后,就可以进行整个系统的联机调试,调试种发现的问题要逐一排除,直至调试成功。
3.2 自动门的功能需求分析
本设计面向商场入口的应用,需要有安全性和可靠性。根据商场中对自动门的具体要求,本课题所设计的自动门应由以下功能: (1)开门和关门控制应有手动和自动方式
为了便于维护,自动门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时,门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时,手动开门失效,由感应器检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门且门未关闭,PLC动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。 (2)紧急停止
当自动门出现夹人现象时,可闭合紧急停止开关,自动门自动进入开门过程。PLC控制和执行元件构成是自动门控制系统的两个重要组成。采用自动和手动控制方式,此种控制模式为自动门的主要控制方式。本课题所设计的自动门控制系统采用PLC为控制中心来控制传动机构从而控制门的开和关实现门的自动化控制。
3.3 自动门的控制要求
经分析设计任务,可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备一下功能部件:微波检测开关,限位开关,超载要实现电机正保护开关。先确定电机与门扇轨道组成的系统,要实现电机正转—开门,电机反转—关门。
首先按下启动按钮,当传感器检测到能有人体通过信号时,开关上有电流
通过,(光电检测开关是脉冲触发需对其自锁)所以线圈上有电流通过,电动机正传,带动自动门执行开门过程。
当门完全打开之后,使开门限位开关由闭合到断开,此时自动门停止,延时8秒。 若此时感应器重新检测到有人体信号时,则在重新进行8秒延时。
当8秒的延时完毕后,电动机反转执行关门过程。在关门过程中,传感器重新检测到人体信号时,此时中断关门转向开门过程。
考虑到自动门若出现故障或维修的时候,使用自动控制系统有所不适,于是设置手动开门和手动关门。
3.4 自动门技术参数
表 3-1自动门技术参数
单扇门的最大承重(kg) 单扇开启最大宽度(mm) 高度(mm) 开关门速度(cms) 开启保持时间(s) 可编程控制器(PLC)电源 驱动器电源 驱动器输出额定功率 1x120kg 1250mm 2500mm 32.5cms 8S 220V AC,50-60Hz 380V AC,50Hz 120W 3.5 自动门具体构成
自动门系统的具体组成如下图:
图 3-1 自动门系统组成
由上图可知,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,通过传动装置带动自动门的运行。
4 电动机的选型
4.1 直流电动机的调速
直流电动机与交流异步电动机相比,虽然结构复杂,价格高,维修也不方便,但是在调速性能上有其独特的优点。因为鼠笼式电动机在一般情况下是不能调速的,更不能无级调速,因此对调速要求高的设备,均采用直流电动机。这是因为直流电动机能无级调速,机械传动结构比较简单。
在额定状态下,电枢纽电流Ia为额定值,如果调速时负载转矩依旧保持不变,故调速后负载必须减小。这种调速方法适用于转矩月转速成反比而输出功率基本不变的场合。
这种调速方法有3个优点:调速平滑,可无级调节;调速经济,控制方便;机械特性较硬,稳定性较好。而局限是转速只能升高,即调速后的转速要超过额定转速。
4.2 直流电动机的优势
因为直流电动机在调速方面很简单,相对于异步电动机有以下的优势: (1)由于采用高性能永磁材料,无刷直流电机的转子尺寸得以减小,可以具有较低的惯性、更快的响应速度、更高的转矩惯量比。
(2)由于没用转子损耗,也无需定子励磁电流分量,所以无刷直流电机具有较高的功率。对于同等容量输出,交流异步电机需要更大功率的整流器和逆变器。
(3)由于没有转子发热,无刷直流电机也无需考虑转子冷却问题。 综上所述,直流无刷电机具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能,如将节能因素、省却变频器以及产能提高因素考虑在内,使用者的综合成本下降很大,所以在本课题中选用无刷直流电动机。
4.3 传动装置
在本课题设计的自动门针对人流较多的商场,应对周围环境进行综合考虑,所以在本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面:
(1)自动门的传动主要包括安装板,轨道,门机,皮带,吊挂件等。 (2)所有的组件都为插入式元件,使得安装很简便。
(3)电机:驱动电机采用380V三相交流电机,功率大,可调性强。