本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 ：基于PLC的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)

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1、1 緒論 1.1旋轉(zhuǎn)門的課題背景 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時(shí)營造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆，立足于建筑時(shí)代大潮的最前端。大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時(shí)，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而旋轉(zhuǎn)門為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點(diǎn)在于它"永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門"，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果

2、較好。因此，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨(dú)特的發(fā)展。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點(diǎn)在于它“永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門”，即對于人員來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。因此，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門在保安功能方面具有獨(dú)到的發(fā)展，但在人員流量方面自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門卻沒有優(yōu)勢，因?yàn)殚T的轉(zhuǎn)速是固定的，每個(gè)門翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門都有標(biāo)定的人員流量數(shù)值。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對于其他自動(dòng)門要好。由于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的人流量有限，通常在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動(dòng)或手動(dòng)平開門，一方面增加通行能力，另一方面當(dāng)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時(shí)，不影響人的通過。但在靜態(tài)密封效果方

3、面，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門遠(yuǎn)不如其他自動(dòng)門，因?yàn)槠溟T體運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。 1.2國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國外著名廠家有：荷蘭的B00N EDAM 瑞典的BESAM 德國的多瑪、蓋澤日本的納博克、寺岡等。 由于國外自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)也較為成熟。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作為控制中樞，有

4、功能更強(qiáng)大，操作更簡便等優(yōu)點(diǎn)；檢測安全系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動(dòng)，操縱門體的動(dòng)行，使用各種安全檢測傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家生產(chǎn)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示。利用當(dāng)前先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使自動(dòng)門的維護(hù)不再受時(shí)間、地域和專業(yè)維護(hù)技術(shù)的限制，制造商可通過 internet 與設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，校正偏差，讓自動(dòng)門達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，縮短維護(hù)、保養(yǎng)時(shí)間；采用液晶顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，全面顯示門體轉(zhuǎn)速、狀態(tài)和故障等信息。 1.2.2國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 ①我國旋轉(zhuǎn)門技術(shù)的發(fā)展：我國的全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門

5、技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90年代后期旋轉(zhuǎn)門開始在我國建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)門的廠家：國內(nèi)專業(yè)廠家：北京有凱必盛、寶盾、青木、智輝、巨方圓、信步等。外省市有上海康育、廣州盛維、沈陽金海、青島帝盟等。 ②旋轉(zhuǎn)門在我國的市場前景：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀(jì)開始，我國進(jìn)入了全面建設(shè)小康社會(huì)的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對門的選擇由單一的功用型向個(gè)性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)

6、，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設(shè)施?？胺Q建筑物的點(diǎn)睛之筆。但是國家對自動(dòng)門產(chǎn)品質(zhì)量、安全性、節(jié)能性、噪音、施工質(zhì)量、售后服務(wù)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有國內(nèi)建筑業(yè)院校都沒有相關(guān)的專業(yè)或課程，也沒有權(quán)威的咨詢機(jī)構(gòu)，自動(dòng)門市場的管理尚處于無序狀態(tài)。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，這一狀況一定會(huì)有所改變。 2 方案的確定 旋轉(zhuǎn)門主要設(shè)計(jì)是從門體,傳動(dòng)系統(tǒng),控制系統(tǒng)，檢測系統(tǒng),安全系統(tǒng)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。從上面幾個(gè)方面具體分析可以設(shè)計(jì)兩種方案。 2.1方案一的設(shè)計(jì) ①框架總成： 分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。

7、圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)旋轉(zhuǎn)門體及其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃，安全可靠。 ②傳動(dòng)系統(tǒng)：由二個(gè)三相交流電機(jī)提供動(dòng)力，用減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)。 ③控制系統(tǒng)：由單片機(jī)、變頻器、功能開關(guān)組成。由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實(shí)現(xiàn)有無人自動(dòng)檢測，自動(dòng)對電機(jī)啟停進(jìn)行操作。 ⑤安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動(dòng)門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即

8、馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.2方案二的設(shè)計(jì) ①框架總成：分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。采用中心門軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門體設(shè)計(jì)，每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或6MM厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃，安全可靠。 ②驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由一個(gè)三相交流電機(jī)提供動(dòng)力，用減速器帶動(dòng)中心門軸驅(qū)動(dòng)。 ③控制系統(tǒng)：

9、由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實(shí)現(xiàn)有無人自動(dòng)檢測，自動(dòng)對電機(jī)啟停進(jìn)行操作。 ⑤安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動(dòng)門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.3方案選擇 三翼旋轉(zhuǎn)門采用方案二這種結(jié)構(gòu)，即中心門軸通過軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等。中心門軸的上方安裝電動(dòng)機(jī)及其他電氣控制部件

10、，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為一個(gè)完整的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門。但是，這種旋轉(zhuǎn)門門翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門扇寬度不能太大，所以這種旋轉(zhuǎn)門的直徑最大只有約4m。為了解決這一問題，工程師們將中心門軸設(shè)計(jì)成了門扇固定在大鋼管上面，相對減小了門扇寬度，增加了電機(jī)對門中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩，使這種旋轉(zhuǎn)門的最大直徑擴(kuò)大到6m。這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定性，使用的可靠性很高，使用壽命長?？紤]到旋轉(zhuǎn)門在停止時(shí)一定耍密封，所以三翼旋轉(zhuǎn)門的每個(gè)分隔可以容納更多的人，可是門的凈開口寬度較小。而方案一由于采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來了許多麻煩，同時(shí)也不利于節(jié)能。在控制系統(tǒng)上，由于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)較為繁雜，只利于大批量生產(chǎn)，

11、不適于單件設(shè)計(jì)。綜合兩種方案進(jìn)行比較，可以看出第二種方案在具體設(shè)計(jì)中更具有實(shí)用性，完善性。故選擇第二種方案。 3 門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的尺寸可以根據(jù)可以確定其尺寸，其具體尺寸如下所示； 表3.1 門體尺寸 門旋轉(zhuǎn)直徑 3200mm 門凈高 A 2400mm 門總高 B 2710mm 門出入口尺寸 C 1430mm 門外徑D 3360mm 單扇門半徑DW 1315mm 圖3.1 門體結(jié)構(gòu)簡圖 3.1門結(jié)構(gòu)材料的選用 門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃。 ①根據(jù)相關(guān)門體標(biāo)準(zhǔn),可按90系列的推門進(jìn)行設(shè)計(jì)。門體骨架采用90系列推拉門專用鋁型材，根

12、據(jù)中可以確定門體骨架鋁型材； 三翼旋轉(zhuǎn)門門扇 左邊框 選代號 L090704 右邊框 選代號 L090704 上橫 選代號 L090706 下橫 選代號 L090707 圖3.2 L090706型鋁型材 圖3.3 L090707型鋁型材 圖3.4 L090704型鋁型材 ②門體玻璃的選用 門扉玻璃一般有幾種選擇，一是防彈玻璃，二是夾

13、膠玻璃，三是鋼化玻璃。由于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門一般用于高級的賓館，寫字樓等高檔場所,一般無特殊要求。由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴，并且無多大實(shí)際用處，而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好。因此選擇鋼化玻璃是最合適的。根據(jù)參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況，可以選6mm的鋼化透明玻璃。 3.2門結(jié)構(gòu)尺寸的確定 根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，三翼旋轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)尺寸可參照中90系列（尺寸高度為2400mm,一扇門寬度為1315mm）進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)以上節(jié)點(diǎn),可以計(jì)算單扇門的相關(guān)尺寸為： 左邊框和右邊框的高度為： 式(3.1) =2400-225

14、 =2350mm 式中：為門扇邊框高度尺寸，為門凈高度。 上橫和下橫的寬度為： 式(3.2) =1315mm 式中：為門扇寬度。 玻璃的實(shí)際高度為： 式(3.3) 式中： 為玻璃外顯示尺寸，，玻璃上下門邊尺寸。 實(shí)際寬度為： 式(3.4) =1315-264212 =1211mm 式中：門扇上邊框安裝玻璃的寬度，玻璃邊框?qū)嶋H尺寸。

15、 3.3中間軸的設(shè)計(jì)與軸承的選用 ①中間軸的設(shè)計(jì) 軸的直徑為：=式(3.5) =3200-21315-23-216 =532mm 式中：為門體旋轉(zhuǎn)直徑，為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙，為 扇門邊框安裝膠條的寬度。 由于軸是用來安裝軸承、齒輪、門扇的，并且在軸向受到力不大。所以選用結(jié)構(gòu)用不銹鋼焊接鋼管。用牌號0Cr18Ni9制造，以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm,壁厚為8mm,定尺長度為3000mm,中間軸在安裝軸承的兩端要車削1mm，并且達(dá)到530mm，尺寸精度為普通級。

16、 ②軸承的選用 為了使軸承能很好的固定，必須使用軸承座。由于要使用兩個(gè)軸承，則軸承座也要使用兩個(gè)，上下各一個(gè)。對于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿足強(qiáng)度要求。因?yàn)檩S所計(jì)算的直徑為532mm,兩端車削后直徑為530mm，故選用雙列圓錐滾子軸承，根據(jù)(GB/T-22-1995)選型號為35000型，代號為3519/530。 安裝在軸上的軸承主要受軸向力。并且軸承受到的軸向力比較大，故需在門安裝地面設(shè)計(jì)一個(gè)凹型臺(tái)，防止軸的向下滑動(dòng)和安裝時(shí)防止其他雜質(zhì)進(jìn)入軸襯內(nèi)。 圖3.5 下軸承座 3.4曲壁部分設(shè)計(jì) 曲壁由4根角鋼做為支撐體，每2根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板

17、上，進(jìn)出口各布置2根，然后頂部又用一圓形角鋼將4根角鋼固定在一起。形成曲壁的整體框架，然后安裝鋁合金玻璃壁。曲壁由2塊相同的圓弧玻璃組成。 ①材料的選用 曲壁上圓弧梁選用6063專用弧形材。頂部用的角鋼彎曲成一個(gè)圓弧，由四段構(gòu)成，便于加工。玻璃的選用8mm彎鋼化玻璃。 ②材料尺寸的確定 由于圓的內(nèi)圓半徑為1600mm,門口對應(yīng)的圓角為 則兩邊曲壁各對應(yīng)的圓心角應(yīng)： 式(3.6) 所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長： 式(3.7) 玻璃尺寸的確定 玻璃的弧長： 式(3.8) 玻璃的高度：

18、 式(3.9) 曲壁立柱（）角鋼尺寸確定： 由于要保持角鋼的穩(wěn)定性，預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為100mm。則角鋼的高度可估算為： 式(3.10) 頂部圓周鋼材尺寸的確定： 頂部周鋼材的內(nèi)直徑為3200mm,分為兩半圓角鋼用螺栓固定在立柱角鋼上,則圓周角鋼內(nèi)圓弧長為： 式(3.11) 式中：d為旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)直徑。 則每段內(nèi)圓弧長： 式(3.12) 3.5華蓋的設(shè)計(jì) 華蓋部分是用來安裝驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分，其主要由和型材框架和薄金屬版構(gòu)成一個(gè)圓柱形體。其主要安裝軸承，電機(jī)，控制裝置等。

19、 由于華蓋要用來安裝電機(jī)，電機(jī)的有一定重量。為了保證電機(jī)在工作時(shí)不發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，故選擇的鋼架結(jié)構(gòu)要求其剛度比較高。故選擇熱扎鋼板。其厚度為2毫米，直徑為3360mm的圓形，上下各一張。 ①華蓋底部設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm，由于底部要安裝軸承，必須在鋼板中間打孔。與此同時(shí)角鋼也要穿過鋼板，也必須在鋼板上加工槽。 圖3.6下華蓋尺寸圖 ②上華蓋的設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm，由于上面的鋼板要用來安裝電機(jī)，故必須在其上面打孔。同時(shí)為了保證鋼板用足夠的強(qiáng)度來支撐電機(jī)的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板焊接在一起。由于電機(jī)的重量不大，故用一般方鋼。其具體尺寸如下圖所示： 圖

20、3.7 上華蓋尺寸圖 4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1軸和軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1軸的尺寸設(shè)計(jì) 由于軸承還沒有缺定出來，但是軸的直徑已知。并且旋轉(zhuǎn)軸在徑向受力不大主要受到徑向力的作用，故可以選擇圓錐滾子軸承。根據(jù)文獻(xiàn)[5]中預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號為3519。其寬度為190 mm。又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離，一般選擇為40mm。其具體尺寸如下圖所示： 圖4.1 軸的結(jié)構(gòu)圖 軸的質(zhì)量計(jì)算：由公式W=0.02491(D-S)S 其中W為鋼管的線密度（kg/m）,D為鋼管的外徑（mm），S為鋼管的壁厚（mm）。 M=WL (L為鋼管的長度) = 式(4.1)

21、 =152.73kg 4.1.2軸承的選擇與驗(yàn)算 徑向力確定：軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉(zhuǎn)矩除以大齒輪的分度圓半徑。其值為Fr= ==850.6N 軸向力的確定：Fa=Mg = =(152.73+449) 10 式(4.2) =3487.3N 設(shè)定工作時(shí)間為87600小時(shí)(10年365天24小時(shí)) 由中間軸兩端按軸承的地方車削后d=530mm，由文

22、獻(xiàn)[5]中表6-2-80預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號為3519。其中e=0.41，Y1=1.6，Y2=2.5，Y0=1.6，Cr =2390KN。 當(dāng)==4.1大于0.41時(shí) 當(dāng)量動(dòng)載荷 Pr =0.45Fr +YFa =0.45×850.6+2.5×3487.3 式(4.3) =9101.02N 查文獻(xiàn)[3]中表10-5得Y=Y2=2.5 查文獻(xiàn)[5]中表6-2-8﹀6-2-11得fh=2.0,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1 根據(jù)式C= (fh×fd××fT) ×Pe =(2×1.1××0.

23、9) ×9101.2 式(4.4) =12557.8N 軸承Cr=2390000N>12557.8N，故合適。 4.2軸的校核 在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，由文獻(xiàn)[5]中查取值。對于雙列圓錐滾子軸承，由文獻(xiàn)[5]中查得。作簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。 圖4.2 中間軸受力圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算出軸的受力情況： ①水平面的受力分析 支反力 式(4.5) ②垂直面受力 支反力

24、 式(4.6) ③彎矩的計(jì)算 式(4.7) ④扭矩的計(jì)算 T=225.4 式(4.8) 按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，只需對軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)[3]中公式15—5及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力 = 式(4.9) =4.68MPa 其中W為抗彎、抗扭截面系數(shù)，，d1為鋼管的內(nèi)徑，d為鋼管的外徑。 前面已選定軸的材料為0Cr18

25、Ni9，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[3]中表15—1查得 。因此 ，故安全。 4.3電機(jī)的確定 4.3.1確定各扇門的質(zhì)量 由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對稱的，以一邊門體計(jì)算即可。 鋁型材密度： 代號為L090704的線密度為0.966 代號為L090706的線密度為0.836 代號為L090707的線密度為1.152 每扇門框的質(zhì)量： =2.36020.966+1.1350.836+1.1351.152 式(4.10) =8.053kg 式中：，，分別為各鋁型材的密度。 單扇門玻璃的質(zhì)量： = 式(4.11) 式中：為玻璃的體積，為玻璃的密度。 單扇門的質(zhì)量：

26、 式(4.12) =40.82+8.053 =49kg 式中：為單扇玻璃的質(zhì)量，單扇門框的質(zhì)量。 4.3.2各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 假設(shè)門扇為均勻的質(zhì)量體,其在寬度方向的面密度可以用下式計(jì)算,其中R為門扇的寬度，L為門扇的長度。 則門扇對中心慣量可用下式計(jì)算 式(4.13) 由平行軸定理知，門扇相對于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 式(4.14) =56.6 （其中L1為軸的半徑） 4.3.3 慣性力矩

27、的計(jì)算 假設(shè)門體1s內(nèi)加速到門體的快速轉(zhuǎn)速，由于旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min，即角速度，由于傳感器一般工作在2m范圍內(nèi)檢測人是否來臨，當(dāng)人邁進(jìn)門邊時(shí)，門體要以正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則在這時(shí)門體要加速到正常速度。在0.5s內(nèi)加速到此速度,則角速度，由于電機(jī)要帶動(dòng)門體轉(zhuǎn)動(dòng)，有一個(gè)加速過程，有一個(gè)加速過程此過程需要克服旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的關(guān)系。則可能算出旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩為： 式(4.15) 4.3.4電機(jī)的確定 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算： 式(4.16) 由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為： 式(4.17) 式中,,分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)

28、軸器的傳動(dòng)效率。 取，，，則總的傳動(dòng)效率為： 式(4.18) =0.83 則可以計(jì)算出電機(jī)的功率 式(4.19) 由于門體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻，以及旋轉(zhuǎn)門體周圍無條件與曲壁門體間的摩擦阻力，盡管其產(chǎn)生的力較小，但由于門體直徑過大，則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩。同時(shí)還有一些其他沒有考慮的因素，如齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此特將計(jì)算出的功率放大一些同時(shí)門體的轉(zhuǎn)動(dòng)較底，則電機(jī)應(yīng)適應(yīng)轉(zhuǎn)速較底的，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果 可以選以下兩種電機(jī)。 表4.1 電機(jī)參數(shù)表 方案 型號 額定功率 (KW) 轉(zhuǎn)矩 (N.m) 同步

29、 滿載 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 r/min) 總傳 齒輪傳 減速器 動(dòng)比 動(dòng)比 1 JCJ71-0.55 0.55 23.5 1500 1440 240 21.8 11 2 JXJ1-35-0.37 0.37 82.0 1500 1440 240 6.9 35 由于電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大，一般在1500r/min，通過減速器難以實(shí)現(xiàn)門體轉(zhuǎn)速6r/min，因此在選電機(jī)時(shí)可以選用帶減速器的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)要求。根據(jù)相關(guān)要求，可以選用一個(gè)JXJ系列齒輪減速三相異步電機(jī)，JXJ系列異步電機(jī)按照TB1T6442-92標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造,廣泛用于輕工,紡織，建

30、筑機(jī)械行業(yè)。JXJ系列異步電動(dòng)機(jī)是直接輸出低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)距，且有轉(zhuǎn)速型譜寬，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，噪聲低，高效節(jié)能，體積小，重量輕，規(guī)格多，選用方便等特點(diǎn)。 由于計(jì)算出所需電機(jī)功率為0.26KW,加上一些忽略因素，應(yīng)該選擇電機(jī)功率在0.26KW上的電動(dòng)機(jī)才行。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和齒輪傳動(dòng)，可見方案2比較合適。即選用JXJ1-35-0.75擺線針輪減速器三相異步電機(jī)。 表4.2 電機(jī)參數(shù)表 型號 額定功率 (KW) 轉(zhuǎn)矩 (N.m) 同步 滿載轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 r/min) 總傳 齒輪傳 減速器 動(dòng)比 動(dòng)比 JXJ1-35-0.37

31、 0.37 67.9 1500 1440 240 6.9 35 圖4.3 電機(jī)尺寸圖 表4.3 電機(jī)尺寸表 P E M n-d D2 D3 D4 D b h B 4 9 129 4-12 290 260 230 45 8 31 576 4.4齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)門為一般傳動(dòng)，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。查文獻(xiàn)[3]中小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為2

32、80HBS，大齒輪的材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =30，大齒輪齒數(shù) ，取=206。 4.4.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即 式(4.20) ①確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) 試選用載荷系數(shù)=1.25。 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(4.21) 由文獻(xiàn)[3]中表10-7選取齒寬系數(shù)=1。 由文獻(xiàn)[3]中表10-6查得材料的彈性系數(shù)。 由文獻(xiàn)[3]中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。 由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式(4.22) 式(4.23) 由文獻(xiàn)[3]中圖10-1

33、9查得接觸疲勞壽命系數(shù)：，。 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1，得 式(4.24) 式(4.25) ②計(jì)算 試計(jì)算小齒輪的分度圓，代入[]中較小的值 式(4.26) 計(jì)算圓周速度v 式(4.27) 計(jì)算齒寬 由文獻(xiàn)[3]中表10—7取=0.6 式(4.28) 計(jì)算齒寬和齒高之比b/h 模數(shù)： 式(4.29) 齒高： 式(4.30) 式(4.31) 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.125m/s，7級精度，由文獻(xiàn)[3]中圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)

34、Kv=1.4； 直齒輪，假設(shè)。由文獻(xiàn)[3]中圖10—3查得 由文獻(xiàn)[3]中表10-2查得兩段的齒輪的使用系數(shù)， 由文獻(xiàn)[3]中表10-47級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時(shí)， 式(4.32) 將數(shù)據(jù)代入后得 式(4.33) 由b/h=13.322,=2.79，查文獻(xiàn)[3]中圖10-13得=2.65 故載荷系數(shù) 式(4.34) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 式(4.35) 計(jì)算模數(shù) 式(4.36) 4.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式 式(4.37） ①確定計(jì)算公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) 由文獻(xiàn)[3]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲

35、勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； 由文獻(xiàn)[3]中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，； 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 式(4.38) 式(4.39) 計(jì)算載荷系數(shù)K 式(4.40) 查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)[3]中表10-5查得，； 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn)[3]中表10-5可查得，； 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 式(4.41) 式(4.42) 由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。 ②設(shè)計(jì)計(jì)算 式(4.43) 此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲

36、疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.62并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3；按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)：，取=33。大齒輪齒數(shù)：取 這樣的齒輪傳動(dòng)，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4.4.4幾何尺寸計(jì)算 ①計(jì)算分度圓直徑 式(4.44) 式(4.45) ②計(jì)算中心距 式(4.46) ③計(jì)算齒輪寬度 式(4.47) 取。 ④驗(yàn)算 式(4.48) ，合適。 式(4.

37、49) 由于軸的尺寸非常大，故將齒輪改為齒圈其設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)與一般齒輪設(shè)計(jì)時(shí)完全一樣的。 5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1硬件設(shè)計(jì) 5.1.1變頻器容量選擇計(jì)算 變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定，列如電動(dòng)機(jī)的容量，電動(dòng)機(jī)的額定電流，電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中最主要的電動(dòng)機(jī)的額定電流。 表5.1 電機(jī)參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)型號 額定功率（W） 額定電流（A） 額定電壓（V） 效率（%） 功率因素 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Y881-4 550 1.51 380 73 0.76 2.2 0.0018 0.6 ①驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī) 對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必

38、須同時(shí)滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式： 滿足負(fù)載輸出/kVA： 式(5.1) 滿足電動(dòng)機(jī)容量/kVA： 式(5.2) 滿足電動(dòng)機(jī)電流/A： 式（5.3) 式中： 為變頻器的容量/kVA 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率/kw 電動(dòng)機(jī)額定電壓/v 電動(dòng)機(jī)額定電流/A 電動(dòng)機(jī)效率 電動(dòng)機(jī)功率因數(shù) 電流波形補(bǔ)償系數(shù) k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所

39、增加。對PWM控制方式的變頻器，k約為1.05~1.1。 ②指定變頻器的啟動(dòng)加速時(shí)間 變頻器產(chǎn)品型號所列的變頻容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過載能力以內(nèi)進(jìn)行加減速，在進(jìn)行急劇加速和減速時(shí)，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時(shí)也加長了加減速時(shí)間。 如果生產(chǎn)設(shè)備對加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核實(shí)編破器的容量是否能夠滿足所要求的加速時(shí)間，如不能滿足,則要選用加大一檔的變頻器容量。 在指定加速時(shí)間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下： 式(5.4) 式中： 為變頻器的容量/kVA 電流補(bǔ)償系數(shù),對PWM控制方式的變頻器,k約為1.05~1.1 電動(dòng)機(jī)效率

40、 電動(dòng)機(jī)功率因數(shù) 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速/(r/min) 電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩/() 電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間/s 負(fù)載轉(zhuǎn)矩/() ③指定變頻器的減速時(shí)間 降低變頻器的輸出頻率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動(dòng)機(jī)更快的減速。當(dāng)變頻器輸出頻率對應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種運(yùn)行狀況下，異步電動(dòng)機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過大時(shí)，變頻器本身的過電壓保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器的輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無法達(dá)到快速減速的目的。 為了避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量能在直流中間回

41、路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓星變頻器中，一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動(dòng)三極管和制動(dòng)電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值，制動(dòng)三極管就回導(dǎo)通，使直流電壓通過制動(dòng)電阻放電，既電動(dòng)機(jī)回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱能的形式在制動(dòng)電阻上消耗掉。 制動(dòng)電阻的選擇方法： 1)計(jì)算制動(dòng)力矩 式(5.5) 式中： 動(dòng)力矩/ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/ 折算至電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/ 減速開始速度/() 減速完了速度/() 減速時(shí)間/s 負(fù)載轉(zhuǎn)矩/ 2)計(jì)算制動(dòng)電阻的阻值 在進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)，即使不加放電的制動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部也將有20

42、%的銅損被轉(zhuǎn)換為制動(dòng)力矩。考慮這個(gè)因數(shù)，可以按下式初步計(jì)算制動(dòng)電阻的預(yù)選值。 式(5.6) 式中： 制動(dòng)電阻 直流電路電壓/V 對200V級變頻器,=380V 對400V級變頻器, =760V 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩/() 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩/() 減速開始速度/() 上式中，如果，則沒必要加制動(dòng)電阻。 放電電路由制動(dòng)三極管和制動(dòng)電阻串聯(lián)而成，因此，制動(dòng)三極管本身允許通過電流就是放電電路的最大允許值。所以制動(dòng)電阻的最小值。 由上可見，制動(dòng)電阻的阻值應(yīng)由來決定。有的變頻器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品目錄中。給出制動(dòng)電阻最小值的參考值，可供用戶在選擇制動(dòng)電阻時(shí)參考。 3)計(jì)算制動(dòng)電阻平均消耗的功

43、率/kW 如前所述，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)距的20%制動(dòng)轉(zhuǎn)距由電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可以按下式求得電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電阻上消耗的平均功率： 式(5.7) =2.2)1440 =0.802 由于三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故變頻器選用通用型的。又因?yàn)槿硇D(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過額定值，電機(jī)不會(huì)過載。因而可以選用通用的變頻器，只要所選用的變頻器滿足一般環(huán)境下使用即可。根據(jù)以上的計(jì)算的數(shù)據(jù)，選用佳靈JP6C-T9-0.75。該變頻器的參數(shù)如下； 表5.2 變頻器參數(shù)表 變頻器型號JP6C-T79 -0.75 適配電動(dòng)機(jī)功率/kW

44、 0.75 額 定 電 流 額定容量/kVA 2.0 電壓/V 3相,380~440 額定頻率/Hz 50/60 額定電流/A 2.5 額定過載 短時(shí)間 額定電流的150%1min 電 源 相數(shù),電壓,頻率 3相,380~440,50Hz/60Hz 允許波動(dòng) 電壓10%~-15%,頻率5%~-5% 瞬間電壓降低范圍 310V以上,繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 所需電源容量/kVA 1.2 輸 出 功 率 調(diào)整 最高頻率

45、/Hz 50~400可變設(shè)定 基本頻率/Hz 50~400可變設(shè)定 啟動(dòng)頻率/Hz 0.5~60可變設(shè)定 載波頻率/Hz 2~6可變設(shè)定 精度 模擬設(shè)定 設(shè)定分辨率 模擬設(shè)定 控 制 電壓/頻率特性 用基本頻率可變設(shè)定320~440V 電矩提升 自動(dòng):按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩,調(diào)整至最佳 手動(dòng)設(shè)定:0.1~20.0編碼設(shè)定 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 150%以上(轉(zhuǎn)矩矢量控制) 制 動(dòng) 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 100%以上 可選使用時(shí) 150%以上(用DBR時(shí)) 直流制動(dòng) 可設(shè)定制動(dòng)開關(guān)開始頻率,時(shí)間等 外殼防護(hù)等級 IP40

46、 冷卻方式 自冷 質(zhì)量/kg 2.4 5.1.2傳感器與安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ①檢測傳感器的選用 檢測系統(tǒng)是由安裝于門口上面的四個(gè)傳感器來實(shí)現(xiàn)的，其主要功能是感知人的進(jìn)出從而發(fā)出開門信號。紅外傳感器的選擇主要考慮檢測范圍和輸出形式及其特點(diǎn)。ADS-A型門傳感器是較好的選擇。它的檢測范圍可調(diào)，安裝高度在門的設(shè)計(jì)高度范圍內(nèi)，其輸出形式為繼電器接點(diǎn)，可以直接和控制器相連。那么此檢測傳感器就可以選擇這個(gè)。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 ②安全系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為防止三翼旋轉(zhuǎn)門在工作過程中因某些原因而發(fā)生傷人的事故出現(xiàn)，那么就需要配置一定的安全系統(tǒng)。主要采用以下方式。紅外線防夾安全感應(yīng)器防止門扇與曲壁

47、柱之間夾傷行人，當(dāng)人在門扇與曲壁立柱安全距離內(nèi)時(shí)，感應(yīng)器與接近開關(guān)信號同時(shí)生效,門扇應(yīng)馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側(cè)門立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器，如遇物體碰撞或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止夾傷行人，膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。每扇門扉底邊裝有全開寬內(nèi)藏式感應(yīng)器，如碰到物體或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止門扇打倒行人，膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，還采用了4只測量范圍為5mm 的電感式接近開關(guān)。接近開關(guān)用于防夾位置區(qū)域設(shè)定、直流制動(dòng)封門及鎖門定位。 1)防夾接近開關(guān)的選用 由于在出入口兩個(gè)防夾區(qū)域內(nèi)要安裝了防夾傳感器。而防夾感應(yīng)器是用來感應(yīng)人是否

48、處于防夾區(qū)域內(nèi)，而不知道是否門扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi)，所以僅靠防夾傳感器是無法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一個(gè)接近開關(guān)來判斷門翼也走到了防夾區(qū)域內(nèi)。如果在防夾區(qū)域內(nèi)，則接近感應(yīng)器發(fā)出信號表示，如果此時(shí)有人進(jìn)入防夾區(qū)則有可能被夾。兩信號同時(shí)有效時(shí)，則使門停轉(zhuǎn)制動(dòng)。由于人的寬度一般在0.5m以下，可設(shè)此距離為接近感應(yīng)器感應(yīng)距離。當(dāng)門翼靠近曲壁門柱0.5m時(shí)，接近開關(guān)傳感器就可以發(fā)出信號。因此選擇光電式 BR系列接近傳感器,其型號為BPR100-DDT傳感器。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 2)防夾傳感器的選用 防夾傳感器是用來檢測人是否在防夾區(qū)域內(nèi)用的。應(yīng)采用紅外線傳感器檢測，其檢測方式是豎直

49、的。因此當(dāng)人在防夾區(qū)域時(shí)，傳感器只有通過豎直檢測才不會(huì)誤判。假如傳感器不是豎直的，而是發(fā)散的，如人正常經(jīng)過轉(zhuǎn)門區(qū)時(shí)，防夾傳感器就有可能檢測到人的存在，而此時(shí)門翼又有可能正好在防夾接近傳感器范圍內(nèi)。兩者信號同時(shí)有效，使門體無故停轉(zhuǎn)，而造成不必要的麻煩。因此可以選擇紅外垂直防夾傳感器。紅外線防夾傳感器安裝在門的進(jìn)出口的兩個(gè)防夾區(qū)域內(nèi)，即進(jìn)出口的右邊立柱旁的華蓋上，其具體位置根據(jù)調(diào)節(jié)而定?；谝陨蠗l件,可以選用型號為BX15M-TFR。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 3)直流制動(dòng)接近開關(guān)選用 由于當(dāng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，門要停在指定的位置，而門停轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)要先停轉(zhuǎn)而門體有一定慣性而使得門無法停在指定的位置上。

50、這時(shí)我們就需要接近開關(guān)，當(dāng)門靠近門停位置時(shí)，就產(chǎn)生信號發(fā)出制動(dòng)信息，使門體在這個(gè)位置。接近開關(guān)的感應(yīng)距離過大，會(huì)使門制動(dòng)后停在指定位置的前邊。感應(yīng)位置過小，由于接近開關(guān)也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，則使門停超過門應(yīng)停的位置。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門產(chǎn)品類型，可選用CR系列電容圓柱型接近開關(guān)為8mm的型號,PNP輸出。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 4)鎖門接近開關(guān)的選用 當(dāng)鎖門時(shí)，為了讓門精確的停位在上鎖的位置，同樣需要一接近開關(guān)提前感應(yīng)鎖門位置的臨近，發(fā)出鎖門信號使門體精確停在這個(gè)位置便于我們上電磁鎖和機(jī)械鎖，而無需人再來推門體使其準(zhǔn)確停位。接近開關(guān)的感應(yīng)距離過小都到不了門體的精確停位，而使得無法上鎖。所以感應(yīng)距離

51、為適當(dāng)才可。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門產(chǎn)品類推，可選用5mm感應(yīng)距離高周波振動(dòng)角柱型接近開關(guān)?？蛇x擇型號為PS12-4DN，常開觸點(diǎn)，PNP輸出，三線連接。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 5)防碰撞傳感器的選用 防碰傳感器主要時(shí)為了防止人和門的速度不一致時(shí)，旋轉(zhuǎn)門翼打到行人；而防撞傳感器則是為了防止人因不小心撞在門體的立柱上，而引起旋轉(zhuǎn)門體旋轉(zhuǎn)過來撞傷行人。其采用接觸式傳感器防夾安全帶來實(shí)現(xiàn)，它是以向其施加垂直壓力致使觸帶內(nèi)的導(dǎo)電體互相接觸，這導(dǎo)致電阻和電流改變而產(chǎn)生開關(guān)信號的。防碰傳感器安裝在兩扇旋轉(zhuǎn)門翼的底部，而防撞傳感器安裝在門體的立柱上。選用型號ASR-001。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 6)接近

52、開關(guān)的選用 而鎖門接近開關(guān)則時(shí)為了看門翼是否靠近門的鎖門位置，因此應(yīng)該安裝在門安裝電子鎖的位置附近。選用型號ASR-002。其性能參數(shù)見文獻(xiàn)[16]。 5.1.3控制系統(tǒng)功能特點(diǎn) ①變速功能 旋轉(zhuǎn)門設(shè)有低速，中速，高速三種旋轉(zhuǎn)速度，分別對應(yīng)殘疾，middle和high三個(gè)按鈕進(jìn)行切換，以適應(yīng)殘疾人通過,正常運(yùn)轉(zhuǎn)和緊急疏散對轉(zhuǎn)速的不同要求。 ②自動(dòng)轉(zhuǎn)停功能 來人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并以正常轉(zhuǎn)速動(dòng)轉(zhuǎn)，15s時(shí)無人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門。 ③防夾功能 當(dāng)門扇運(yùn)轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時(shí)，如果行人試圖從兩者之間(防夾區(qū))進(jìn)入旋轉(zhuǎn)門，則門立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)以防夾傷行人。行人離開防夾區(qū)，門自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 ④防撞功能 行

53、人緊靠右側(cè)立柱或遇到物體碰撞右側(cè)立柱,則旋轉(zhuǎn)門馬上停轉(zhuǎn)，以防止撞傷行人或撞壞物體，行人或物體離開右側(cè)立柱,自動(dòng)門恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑤防碰功能 行人在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)通行過程中，如遇到門扇碰到行人腳后跟，則門立即停轉(zhuǎn)，以防止碰傷行人。行人離開門扇，門自動(dòng)恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。 ⑥鎖門功能 采用電磁鎖方式鎖門，只要轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙既可完成自動(dòng)鎖門工作，快捷方便。 ⑦急停功能 當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故十，按下急停按鈕，門立即停轉(zhuǎn)，解除急停信號，門又自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑧暫停功能(STOP鈕) 與急停功能相當(dāng)，不同的是按STOP鈕后，必須用殘疾，middle和high三個(gè)按鈕中的一個(gè)進(jìn)行恢復(fù)。 ⑨殘疾優(yōu)先功能 當(dāng)按下殘疾按鈕后，30s

54、內(nèi)門始終以2r/min的速度低速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)按middle和high鈕無效，以確保殘疾人安全通過。30s后來人，門自動(dòng)以正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 ⑩電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)功能 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，門停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報(bào)警。過載消除后門自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 變頻器報(bào)警輸出和延時(shí)自動(dòng)復(fù)位功能 當(dāng)變頻器過壓或過流時(shí)，關(guān)閉輸出，門停轉(zhuǎn)并報(bào)警( 指示燈閃爍)，延時(shí)3s自動(dòng)復(fù)位。 漏電保護(hù)。 5.1.4 控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制原理 ①電氣控制系統(tǒng)接線方案 圖5.1 控制系統(tǒng)接線圖 ②傳感器設(shè)置方案 紅外線被動(dòng)式感應(yīng)器安裝于旋轉(zhuǎn)門的進(jìn)口和出口華蓋上，每處各安裝兩個(gè)紅外傳感器，感應(yīng)行人進(jìn)入門體，門扇馬上以正常的速度旋轉(zhuǎn)。紅外線

55、防夾安全感應(yīng)器防止門扇與曲壁柱之間夾傷行人。當(dāng)門扇接近曲壁立柱時(shí)，感應(yīng)器與接近開關(guān)信號同時(shí)生效，門扇馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側(cè)門立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器，如遇物體碰撞或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止夾傷行人。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常以后，轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。沒扇門扉底邊裝有全開內(nèi)藏式感應(yīng)器，如碰到物體或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止門扇打倒行人。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)門也隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，還采用了四只測量范圍為5mm的電感式接近開關(guān)。接近開關(guān)用于防夾位置區(qū)域設(shè)定，直流制動(dòng)封門及鎖門定位。 5.1.5 PLC系統(tǒng)控制分析及地址分配設(shè)計(jì) ①節(jié)點(diǎn)分析及機(jī)型的選擇 通過對旋轉(zhuǎn)門控制要求的

56、分析，PLC控制輸入信號有22個(gè)，輸出接點(diǎn)共8個(gè)。按照預(yù)留15%-20%的接點(diǎn)數(shù)來計(jì)算，輸入接點(diǎn)至少要30個(gè)，輸出接點(diǎn)至少要10個(gè)。 本系統(tǒng)為個(gè)簡單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來估算，同時(shí)由上段對I/O接點(diǎn)的分析主要有：開關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：30×15=450 開關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：10×8=80 系統(tǒng)推斷定時(shí)器/計(jì)數(shù)器字節(jié)數(shù)：8×1=8 總計(jì)大約需要538個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%，有1K的程序容量足夠了。 由以上可得，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。 PLC產(chǎn)品中OMRON系列可編程控制器是當(dāng)今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在此系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖

57、進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)選擇了COM1-CPU11-E型PLC。由PLC型號主回路電壓AC（100～240）V；輸入端參數(shù)為電壓DC24V，電流5/7mA；繼電器輸出端電壓AC150V，DC30V以內(nèi)。故本系統(tǒng)選用直流輸出方式。 表5.3 PLC性能參數(shù)表 性能指標(biāo) COM1-CPU11-E 程序存儲(chǔ)容量 3.2KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量 1KB I/O電數(shù) 128位 指令類型 117種指令 基本指令執(zhí)行時(shí)間 0.5us~1.5us 擴(kuò)展I/O模塊數(shù)量 7塊 記時(shí)/記數(shù)區(qū) 512記時(shí)器/記數(shù)器 ②開關(guān)的選擇 本控制系統(tǒng)為PLC控制，各種開關(guān)的容量

58、要求不高，普通的開關(guān)足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對急停、STOP、middle、high、殘疾開關(guān)，選擇普通按鈕開關(guān)LA系。Middl、high、殘疾、開關(guān)為LA2，急停開關(guān)為LA2（紅色），STOP關(guān)為LA2-A紅色（十字型）。 ③電源的選擇 PLC自帶的輸入口電源一般為直流24V。輸入口每一點(diǎn)的電流定額一般為7mA,這個(gè)電流是輸入口短接時(shí)產(chǎn)生的最大電流(端口本身純存在阻抗)。當(dāng)輸入口上接有一定阻抗的負(fù)載時(shí),其流過的電流就要減少,PLC輸入口信號傳遞所需的最小電流一般為2mA左右,這樣就規(guī)定了輸入口接人的最大阻抗。為了保障最小有效電流,輸入口所接器件的總阻抗要小于2000歐。從另一方面說,

59、輸入口機(jī)內(nèi)電源功率一般只有幾瓦,當(dāng)輸入口所接的傳感器所需功耗較大時(shí),需另配專用電源供電。 ④熔斷器的選擇 為了保護(hù)電路（短路保護(hù)）需要有熔斷器FU,選擇的依據(jù)是熔體的額定電流IR大于線路工作電流I（I=2A），所以選擇RL1-15，熔體額定電流等級為4。 ⑤整流器的選擇 為降低電壓的波動(dòng)對控制系統(tǒng)的不良影響，選擇把交流變?yōu)榈蛪褐绷鞴╇姟Ｒ虼?，選擇型號為ZBA-10/24型整流器，它的輸入電壓為交流220V，輸出電壓為直流0～24V，額定電流10A。 ⑥輸出模塊的確定 輸出模塊的任務(wù)是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號，轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號，以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器

60、輸出、雙向晶閘管輸出、達(dá)林頓晶體管輸出。這幾種輸出形式均有各自的特點(diǎn)，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的要求加以確定。繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣。通電壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有舢點(diǎn)；壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，最大操作頻率不得超過1Hz。雙向晶閘管輸出（交流）和達(dá)林頓晶體管輸出（直流）都屬干無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的反向電壓，必須采取抑制措施。另外，這兩種形式的輸出均不具備明確的輸出開關(guān)斷點(diǎn)，因此對于有此要求的使用場合會(huì)受到限制。因此采用晶體管輸出輸出電流的選擇，模塊的輸出

61、電流必須大于負(fù)載電流的額定值。如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)右沖擊電流，要留有足夠的裕量。允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)，在選用輸出模塊時(shí)，不但要看一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要看整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)載能力。即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流 ⑦輸入輸出口及端口的保護(hù)及分配 PLC輸入口電壓定額一般為接有直流24V有一些輸入口是不接電源輸出口的電壓定額常接工頻低壓交流電源和直流電源。當(dāng)輸入口端連接電感類設(shè)備時(shí),為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高電壓對輸入輸出口造成破壞,應(yīng)在感性元件兩端加接保護(hù)元件。對于直流電源,

62、應(yīng)并接續(xù)流二極管,對于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51~120歐,電容可以取0.1~0.47uF。電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電源,續(xù)流二極管可以選1A的管子,其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。對PLC輸入端電阻分析，自帶電阻為3k歐,對于DC24V的電流為標(biāo)準(zhǔn)電流，對輸入口保護(hù)不需做特別處理。輸出為直流感性負(fù)載時(shí)，需在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管或齊納二極管加以抑制。查有關(guān)資料時(shí)，在直流感性負(fù)載輸出時(shí)可選電流為1A左右的二極管，電阻約為50歐左右。本系統(tǒng)中輸出口選交流電源，電阻取65歐。 表5.4 輸入地址分配表 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)配 I0.0 急停按鈕

63、I0.1 殘疾按鈕 I0.2 STOP開關(guān) I0.3 Middle開關(guān) I0.4 High高速按鈕 I0.5 鎖鑰 I0.6 直流制動(dòng)接近開關(guān) I0.7 防夾接近開關(guān)1 I1.0 紅外線傳感器1 I1.1 防撞傳感器1 I1.2 防碰傳感器1 I1.3 防夾傳感器1 I1.4 變頻過載報(bào)警輸入 I1.5 鎖門接近開關(guān) I1.6 防夾接近開關(guān)2 I1.7 紅外線傳感器2 I2.O 紅外線傳感器3 I2.1 紅外線傳

64、感器4 I2.2 防撞傳感器2 I2.3 防碰傳感器2 I2.4 防夾傳感器2 I2.5 防碰傳感器3 表5.5 輸出地址分配表 輸出地址 信號內(nèi)容 Q0.0 上電及報(bào)警信號 Q0.1 電磁鎖控制繼電器 Q0.2 電動(dòng)機(jī)啟停（變頻器智能端子FWD） Q0.3 速度控制（變頻器職能端子X2） Q0.4 速度控制（變頻器職能端子X1） Q0.5 Q0.6 直流制動(dòng)（變頻智能端子REV） Q0.7 變頻器復(fù)位（變頻智能端子RESET） 表5.6 控制系統(tǒng)電氣元件表 序號 符號 名稱 型號 規(guī)格 1

65、SB1 停止按鈕開關(guān) LAY8 紅色，DC24V 2 SB2 停止按鈕開關(guān) LAY8 紅色，DC24V 3 SB3 高速按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 4 SB4 高速按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 5 SB5 中速按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 6 SB6 中速按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 7 SB7 殘疾按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 8 SB8 殘疾按鈕開關(guān) LAY8 綠色，DC24V 9 SA1 急停開關(guān) LW22 DC24V 10 SA2 電磁鎖 D4JL

66、DC24V 11 FR1 熱繼電器 JR16B-20／3 1.6A 12 報(bào)警指示燈 XD8 DC24V 13 FU PLC輸入回路熔斷器 RL1-15 6級 圖5.2 PLC接線圖 5.2軟件設(shè)計(jì) 5.2.1PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 1)當(dāng)電源打開時(shí)，要設(shè)置PLC的上電程序，由于西門子PLC系統(tǒng)有專門的特殊內(nèi)部繼電器SM0.1來對上電作出反應(yīng)，用內(nèi)部繼電器M0.0來對相關(guān)信號進(jìn)行中轉(zhuǎn)輸出，則程序設(shè)計(jì)如下； 2)急停程序設(shè)計(jì) 由于急停采用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1進(jìn)行外部輸入，連接PLC的輸入映響寄存器I0.0，用內(nèi)部繼電器M0.1來對相關(guān)信號進(jìn)行中轉(zhuǎn)輸出。程序設(shè)計(jì)如下； 3)過載程序設(shè)計(jì) 由于變頻器過載輸出連接PLC輸入映像器I1.4，用內(nèi)部繼電器M0.2對相關(guān)信號進(jìn)行中轉(zhuǎn)輸出，則程序設(shè)計(jì)如下； 4)過熱程序設(shè)計(jì) 由于電機(jī)常時(shí)間進(jìn)行，可能帶來電機(jī)過熱，所以在電機(jī)上連接熱繼電器FR1，當(dāng)電機(jī)過熱時(shí)熱繼電器閉合通過PLC的輸入映像I2.6進(jìn)行信號輸入，用內(nèi)部繼電器M0.3對相關(guān)信號進(jìn)行處理輸出，則程序設(shè)計(jì)如下； 5)指示燈閃爍定時(shí)期設(shè)計(jì) 當(dāng)PLC上電