丽职院机电信息分院毕业设计
单扇开启宽度（mm） 单扇门的最大承重（kg） 高度（mm） 最快开/关门速度（cm/s） 常速开/关门速度（cm/s） 减速开/关门速度（cm/s） 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
1250mm（最宽） 1x120kg 2550mm 60cm/s 32.5cm/s 20cm/s 15s（程序中可调） 220V AC,50-60Hz 380V AC,50Hz 120W 四、自动门硬件系统设计
4.1系统的结构
本设计运用PLC控制变频器来调节交流电机运转来实现自动门运转的控制方式。采用变频器电路，结构简单，控制方便、可靠性高，交流电机具有效率高、维护成本低的特点。 交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、结构简单、维护方便、易于冷却和寿命长等优点,并且系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转等特性。随着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在自动门中的大量运用提供了条件。控制系统结构图如图3.1所示：
门内外感应器采集信号 P L C 变频器 交流电机 蜂鸣器 图3.1 控制系统结构图 9
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4.2可编程控制器（PLC）的选型
可编程控制器，英文称Programmable Controller，简称PLC。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。它通过运行存储在其内存中的程序，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，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，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。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：
○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（可以实现各种内外中断）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。
像PLC这样全面的功能是别的电控器所没有的，也是传统的继电控制电路所无法比拟的。PLC也因此被自动门行业等现代自动化行业所广泛应用。
本设计采用的是FX2N系列的PLC，具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为自动门应用提供最大的灵活性和控制能力。如图4.2所示：
图4.2 FX2N可编程控制器（PLC）
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4.3变频器的选型
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。
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，本设计变频器采用FR－500系列的变频器（如图4.3所示）作为控制电机转速的控制器。
图4.3 FR-500系列变频器
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4.4 变频器的参数设置
本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4.3.1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4.3.1，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4.3.1 开门和关门曲线
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表4.3.1 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) 操作模式选择(Pr79) 表示 设定范围 最小设定单位 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1Hz 0.1s 0.1s 1 设定值 50Hz 0.1Hz 25.5Hz 13.8Hz 8.5Hz 0.3s 0.3s 2 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～120Hz 0～999s 0～999s 0～4,7,8
4.5控制系统的电气接线
自动门控制系统的控制连接电路主要包括控制系统连接电路、I/O接线电路，详细的接线方式分别在附录I和附录II中列出。
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