畢業(yè)設計---基于plc變頻器控制的兩翼自動旋轉門設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　基于PLC變頻器控制的兩翼自動旋轉門設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現代化工業(yè)生產和經濟生活中，隨著電力電子技術、計算機技術和現代控制理論的發(fā)展，變頻技術已廣泛應用于各個領域，并且日新月異。變頻調速由于其調

2、速范圍廣、調速平滑、運行可靠、節(jié)能效果顯著、易于實現自動控制等優(yōu)點，已成為交流電機調速的新潮流。本文介紹了—種基于基于PLC變頻器控制的兩翼自動旋轉門設計。用觸摸屏實現人機界面運轉模式的選擇,用PLC實現多任務的切換控制，用變頻器實現調速控制，達到控制要求及節(jié)能目的。采用變頻調速控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)控制系統(tǒng)后的節(jié)能效果顯著。在我國電力供需緊張的情況下，推廣應用變頻調速技術，對緩和供電緊張局面，促進國民經濟的發(fā)展具有重要的意義。</p&

3、gt;<p>　　關鍵詞：PLC；變頻器；觸摸屏</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the modernization of industrial production and economic life, with the power electronics technology, computer tec

4、hnology and the development of modern control theory, frequency conversion technology has been widely used in various fields, and with each passing day. Frequency because of its speed range, speed smooth, reliable operat

5、ion, the effect of significant energy-saving, easy-to-achieve automatic control, etc., has become a new trend of AC motor speed control. This paper introduces - PLC</p><p>　　Key words: PLC; inverters; touch

6、panel</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.引 言1</b></p><p>　　2.兩翼自動旋門的概述及功能1</p><p>　　3.旋轉門的硬件選擇1</p><p>　　3.1　PLC的選擇及擴展1</p&g

7、t;<p>　　3.2　PLC的I/O分配1</p><p>　　3.3 變頻器工作原理3</p><p>　　3.4　觸摸屏GT01的功能概要3</p><p>　　4. 控制程序設計4</p><p>　　4.1 觸摸屏設計及操作說明4</p><p>　　4.2 梯形圖控制程序設計5&l

8、t;/p><p>　　5.旋轉門的維護與維修6</p><p>　　5.1 常見故障及處理6</p><p>　　5.2變頻器異常發(fā)生及處理6</p><p><b>　　6．總 結8</b></p><p><b>　　參 考 文 獻9</b></p>

9、<p><b>　　附 錄10</b></p><p><b>　　謝 辭16</b></p><p><b>　　1.引 言</b></p><p>　　近年來，隨著國民經濟建設的蓬勃發(fā)展，城市高樓大廈也猶如雨后春筍紛紛拔地而起。面對如此眾多高樓大廈的興建，作為必不可少的配套設施門

10、的選擇及設計，已越來越引起人們的重視，而自動旋轉門因其功能齊全、外觀大方廣泛適用于酒店、賓館、銀行、高級寫字樓等場所,因為設計的好壞，不僅關系到門的使用性能，而且還直接影響到人們的安全，因此研究自動旋轉門的控制及安全措施意義重大。</p><p>　　2.兩翼自動旋門的概述及功能</p><p>　　自動旋轉門以其方便、安全、節(jié)能等優(yōu)點受到人們的喜愛，成為現代化建設中不可缺少的一部分。自動

11、旋轉門采用無極變速控制，具有啟動力矩大，緩起緩停，防夾慢速，智能停位，運行噪音小，運行平穩(wěn)，摩擦小，磨損小，使用壽命長，有效防止鎖門后被推動現象的發(fā)生，提高門的安全性能。充分發(fā)揮皮帶和齒輪減速的優(yōu)點，并有效抑制其缺點。旋轉門采用雙電機驅動，驅動更可靠。平移門采用先進的直流無刷電機與蝸輪、蝸桿減速器一體化合成，效率高，力矩大，壽命長。先制動后驅動的設計使制動性更佳。模塊化設計，結構合理，維修方便。</p><p>

12、　　具有緊急停位；安全防夾/防撞；殘疾優(yōu)先方式；照明控制；感應智能速度可調；三種自動停位；火警應急；設置密碼控制；禁止出入鎖門方式。</p><p>　　3.旋轉門的硬件選擇</p><p>　　3.1　PLC的選擇及擴展</p><p>　　PLC機型的選擇的基本原則[5]是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比最優(yōu)化的機型。在工藝過程

13、比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場合，建議選用整體式結構的PLC[6]；其他情況則最好選用模塊式結構的PLC。在此根據門的控制要求選擇選擇小型PLC松下FP0C14RS即可，由于主機I/O口不夠用，可以擴展一個FP0-E8RS來增加4個輸入和4個輸出端口。I/O分配和擴展[3]方法是固定的，擴展單元的I/O口的分配是由安裝的位置來決定的，當增加一個擴展單元時，的分配就能夠自動完成設置。</p><p>　　

14、3.2　PLC的I/O分配</p><p>　　(1)各輸入點工作方式：</p><p>　　X0: 外部感應器信號輸入端，標示為“探頭”。此端有信號時，旋轉門停止待機狀態(tài)將以正常主速度運行，但在殘疾速度時無效。每次正常感應旋轉門會轉動兩圈后，恢復到停止待機狀態(tài)。</p><p>　　X1：觸發(fā)防夾、防撞停止功能。標示為“對射防夾”。當此端有信號輸入時，旋轉門停止，

15、直至信號消失后，旋轉門恢復正常速度運行。門里、門外有效防止在運轉過程中，由于轉速太快或人太多而碰撞到人。</p><p>　　X2: 觸發(fā)防夾、防撞反轉功能。標示為“膠皮防夾”。當防夾防撞感應器有信號輸入時，旋轉門在運行狀態(tài)中，將停止正轉并少許反轉。待信號消失，旋轉門恢復正轉；若信號不消失，則旋轉門始終停止不動，直至信號消失。</p><p>　　X3：轉體位置防夾、防撞功能。標示為“轉體

16、防夾”，。當此端的信號在旋轉門出入口不能容納此人進出時有效，其余運行時段無效。</p><p>　　X4：冒頭位置防夾、為防撞預警功能（此端X1有效時人不會受傷，X2防撞反轉功能有效時，人可能會受傷）。標示為“冒頭防夾”，。當此端的信號在旋轉門出入口不能容納此人進出時有效，旋轉門在運行狀態(tài)中，將停止正轉并少許反轉，待信號消失，旋轉門恢復正轉；若信號不消失，則旋轉門始終停止不動，直至信號消失。</p>

17、<p>　　X5：急停功能。標示為“急?！薄＿m用于自鎖型開關。當兩翼門以旋轉門狀態(tài)運行時，出現緊急情況閉合此開關，門立即停止。斷開此開關旋轉門將以停止前狀態(tài)繼續(xù)運轉。</p><p>　　X6: 殘疾功能。標示為“殘疾”。實用于點動型開關。當殘疾人及老年人到旋轉門前觸發(fā)此按鈕時，旋轉門將以設定的“殘疾”專用速度運行二圈后，自動尋位停止，待機下一次再運行時恢復為原來的運行狀態(tài)。</p>&

18、lt;p>　　X7: 夏季定位信號。標示為“夏季定位”。適用于接近開關。旋轉門以夏季停位模式運行時，當位置開關檢測到信號傳送給PLC，兩圈后PLC發(fā)出停止信號，門自動停止在夏季停位位置。</p><p>　　X20：冬季定位信號。標示為“冬季定位”。 適用于旋轉門以冬季停位模式運行時，當位置開關檢測到信號傳送給PLC，兩圈后PLC發(fā)出停止信號，門自動停止在冬季停位位置。</p><p&g

19、t;　　X21:平開門及消防通道定位信號。標示為“平開位”。此端用于平開門與旋轉門的運行選擇切換。適用于接近開關，當選擇自由平開及消防能道模式時，旋轉門將以低速度運行至平開位時停止，此時，平移門靠外部感應器的信號自動打開與關閉；</p><p>　　標示“地”，此端為信號、電源的公共端。</p><p>　　標為“+24V”，此端為正電源24V直流，可提供傳感器、PLC工作用電。</

20、p><p>　　(2)各輸出點工作方式：</p><p><b>　　Y0：開車信號。</b></p><p><b>　　Y1:倒車信號。</b></p><p>　　Y2:低速旋轉信號。</p><p>　　Y3:高速旋轉信號。</p><p>　　Y

21、4：自由平開開信號。</p><p>　　Y5：消防通道信號。也可稱為“火警信號”。</p><p>　　Y20：抱閘信號輸出端。在緊急停位（防夾、防撞感應器接通）或鎖門時，此開關閉合，電機被鎖住，不能轉動，只有取消此信號，門才能繼續(xù)旋轉。</p><p><b>　　Y21：照明信號。</b></p><p>　　Y2

22、2：主接觸器線圈。接通變頻器電源的接觸器。在旋轉運行模式與自由平開模式時自動接通與斷開，以節(jié)約用電。</p><p>　　有輸入信號時，PLC的X輸入端相應指示燈被點亮。有輸入信號時，PLC的Y輸出端的相應指示燈被點亮。</p><p>　　3.3 變頻器工作原理</p><p>　　變頻技術是一種將一種電源頻率變換成另一種電源頻率的技術，它是在電力技術，交流調速控

23、制理論和計算機技術基礎上發(fā)展起來的，是應交流異步電動機無極調速和節(jié)能需求誕生的。人們根據變頻技術創(chuàng)造用于交流異步電動機的電氣設備稱為變頻器[13]。</p><p>　　工作原理是：交流電動機轉速公式為：</p><p>　　n=60f(1－s)/p　　　　　　　　　　　　　　　　（2-1）</p><p>　　式中：n—電機轉速(r/min)；</p>

24、<p>　　f—供電電源頻率(HZ)；</p><p>　　s—轉差率，一般為0.02；</p><p><b>　　p—電機極對數</b></p><p>　　因此，交流電動機有三種基本調速方式：①改變極對數；②調節(jié)轉差率；③改變供電電源頻率f。當水泵電機選定后，p和s都為定值，也就是說電機轉速的大與電源的頻率高低成正比，頻率越

25、高，轉速越高；反之，轉速越低。通常所說的變頻調速就是通過改變供電電源頻率f，對交流電動機進行調速，電動機轉速泵隨之調速。變頻調速控制系統(tǒng)有著諸多的優(yōu)點，變頻調整系統(tǒng)是通過改變電動機電源頻率實現調整，多級轉速切換電機轉速將在加速時間或減速時間內完成。因此，即使電機在反向最高速突然切換到正最高速時，電機也會在減速時間內將轉速降至0，再在加速時間內將轉速慢慢提起，不會對電動機及外圍設備產生沖擊，變頻器的加、減速時間可以分別在0-66秒任意設定

26、。變頻調整控制系統(tǒng)以其體積小，通用性強，動態(tài)響應快，工作頻率高，保護性能完善，可靠性好，使用方便等。變頻器[9]參數調節(jié)：第一加速時間P01-01.0 (秒)，第一減速時間P02-01.5(秒)，第二加速時間P39-01.0 (秒)，第二減速時間P40-01.0 (秒)，第二速頻率P32-20Hz，第三速頻率P33-30Hz選擇運行方式P08-4，頻率設定信號P09-1，上限頻率P54-</p><p>　　3.

27、4　觸摸屏GT01的功能概要</p><p>　　可根據不同情況顯示赤、橙、綠三種顏色，在128點X64點的液晶畫面上，可自由顯示各種各樣的信息或者圖表以及指示燈、PLC的內部數據和圖表等。而且，能夠根據設備的狀況，對綠/橙/紅3種顏色的背光燈進行切換，使設務狀況一目了然。</p><p><b>　　4. 控制程序設計</b></p><p>

28、;　　4.1 觸摸屏設計及操作說明</p><p>　?。?）觸摸屏[8]初始顯示畫面為（圖1）。 (2)點擊 /進入系統(tǒng)/ 出現第二個畫面（圖2）。</p><p>　　圖1 畫面1 　　　 圖2　畫面2</p><p>　　(3)在此界面輸入設置密碼。點擊順序為 /輸入密碼/ 用戶密碼 /確定/,如果密碼正確,系統(tǒng)進入第

29、三個畫面。（圖3）否則，請重新輸入。</p><p>　　圖3　畫面3 　 圖4　畫面4</p><p>　?。?）在圖3中點擊\轉門狀態(tài)\后，進入旋轉門運行模式（圖4）。點擊 /冬季停位/ 或 / 夏季停位/ 反黑字顯示 ， 系統(tǒng)自動切換到冬季運行停位模式或夏季運行停位模式運行。</p><p>　?。?）在圖

30、3中點擊\平開狀態(tài)\后，進入平開門運行模式（圖5）。點擊 /自由平開/ 或 / 消防通道/ 反黑字顯示，系統(tǒng)自動轉到平開模式或消防通道模式。</p><p>　　圖5　畫面5 　 圖6　畫面6</p><p>　　（6）鎖門功能端。在圖3中點擊/鎖門/后，旋轉門無論時在那種運行狀態(tài)，都將會自動以殘疾速度旋轉到鎖門到位“冬季停位”的位置，停止

31、不動，所有功能均無效。此端斷開后，旋轉門將恢復為正常使用狀態(tài)。</p><p>　?。?）在圖3中點擊/照明打開/旋轉門天花板上的射燈立即接通并發(fā)光，直至照明信號消失后，燈滅。</p><p>　　4.2 梯形圖控制程序設計</p><p>　　PLC的外部設備主要是指控制系統(tǒng)中的輸入輸出設備，其中輸入設備是對系統(tǒng)發(fā)出各種控制信號的主令電器，在編寫控制程序時必須注意

32、外部輸入設備使用的是常開還是常閉觸點，盡量選用常開觸點的設備，這樣可以減少PLC[7]的通電時間，以延長PLC的使用壽命，程序的設計中需要用到用到跳轉指令及主控指令，在此需要了解主控控制觸點斷開對時MC與MCE之間的指令影響[1]。在編寫程序前仔細閱讀PLC特殊內部繼電器一覽表[2],考了大量其它類似控制程序[11][12][14],并以此基礎進行程序編制。否則易出現控制錯誤。</p><p>　　根據PLC控制

33、系統(tǒng)設計的原則與步驟[4]，首先畫出PLC的控制控制流程圖如圖7，然后根據旋轉門的控制流程圖編寫旋轉門的控制程序,在程序的編寫過程中也要實現模塊化編寫，以便于程序的修改和調試。每個指令都要寫入相應的注釋，使編制的程序具有可讀性，程序用松下PLC專用編程軟件[10]FPWIN GR編寫,程序編寫完后用鼠標點擊“PG轉換”按鈕把程序轉換成PLC可識別的語言。然后用數據線通過計算機RS232接口和PLC連接起來，然后把程序下載到PLC中。然后

34、把觸摸屏、PLC、變頻器、電動機及其它輸入設備聯(lián)接起來調試程序，直到完成控制要求。</p><p>　　圖7 旋轉門控制流程圖</p><p>　　旋轉門的PLC控制程序見附錄1.</p><p>　　5.旋轉門的維護與維修</p><p>　　5.1 常見故障及處理</p><p>　　本系統(tǒng)內置故障檢測功能[15]

35、。當發(fā)生故障時，觸摸屏以紅色顯示。并且給出故障指示，請根據指示去排除故障。如表1</p><p>　　5.2變頻器異常發(fā)生及處理</p><p>　　當變頻器發(fā)生異常時參照表2做出相應處理即可。</p><p><b>　　表1常見故障及處理</b></p><p>　　表2變頻器異常發(fā)生及處理</p>&

36、lt;p><b>　　6．總 結</b></p><p>　　隨著電力電子技術以及工業(yè)自動控制技術的發(fā)展，使得變頻調速系統(tǒng)不僅在工業(yè)電機拖動領域得到了廣泛應用，在我們的日常生活中也得到了廣泛的慶用。另外，由于PLC的功能強大、容易使用、高可靠性，常常被用來作為現場數據的采集和設備的控制。本設計就是利用PLC和變頻器實現自動旋轉門的控制。變頻器，變頻器技術是一門綜合性的技術，它建立在控制

37、技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調速控制，有許多優(yōu)點，如節(jié)電、容易實現對現有電動機的調速控制、可以實現大范圍內的高效連續(xù)調速控制、實現速度的精確控制。容易實現電動機的正反轉切換，可以進行高額度的起停運轉，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅動。完善的保護功能:變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別(如電網瞬時電壓降低，電網缺相，直

38、流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。PLC特點：第一，可靠性高、抗干擾能力強，平均故障時間為幾十萬小時。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。第</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 周美蘭,周封,王岳宇. PLC電氣控制與組態(tài)設計[M]

39、.北京:科學出版社,2001,57-58.</p><p>　　[2] 夏辛明,可編程控制器技術及應用[M].北京:北京理工大學出版社,1999,153-154.</p><p>　　[3] 常斗南,李全力.可編程控制器原理及工程應用[M].北京:電子工業(yè)出版社2006,22-23.</p><p>　　[4] 孫政順,曹京生.PLC技術[M].北京:高等教育出版社

40、,2005,266-280.</p><p>　　[5] 付家才.PLC實驗與實踐[M].北京:高等教育出版社,2006,22-28.</p><p>　　[6] 劉玉絹.PLC編程技能訓練[M].北京:高等教育出版社,2005,107,120-193.</p><p>　　[7] 李國厚.PLC原理與應用（松下FP0系列）[M].北京:清華大學出版社,2005,1

41、-80.</p><p>　　[8] 張運剛,宋小春.從入門到精通－觸摸屏技術與應用[M].北京:人民郵電出社,2007,1-59.</p><p>　　[9] 方大千.變頻器軟起動器及PLC實用技術問答[M].北京:人民郵電出社,2007,41-56.</p><p>　　[10] 常斗南,李全利,張學武.可編程序控制器原理·應用·實驗[M].

42、北京:機械工業(yè)出版社,1998,278-328.　</p><p>　　[11] 高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例[M].北京:人民郵電出社,2004 ,123-257.</p><p>　　[12] 金廣業(yè).可編程序控制器應用技術[M].北京:中國電力出版社,2003,111-161.</p><p>　　[13] 馮垛生,張淼.變頻器的應用與維護[M].廣

43、州:華南理工大學出版社,2001,207-270.</p><p>　　[14] 楊公源.常用變頻器應用實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006,387-400.</p><p>　　[15] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計[M].北京:清華大學出版社,2004,125-128.</p><p><b>　　附 錄</b></p&g

44、t;<p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　畢業(yè)論文，算是給自己的大學生涯畫上了一個句號，不管是否圓滿，這兩年的經歷已經成為自己一生的印記。寫這段致謝的時候，我回憶了這兩年有什么值得感謝和紀念的事，發(fā)現很難說完。從論文選題到搜集資料，從寫稿到反復修改，期間經歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復雜的

45、心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。這篇論文不僅凝結了我的汗水，更凝結了老師父母及我的好朋友的關愛。</p><p>　　在畢業(yè)論文寫作過程中，榮曉飛老師給予我悉心的指導和建議，他為人隨和熱情，治學嚴謹細心，給我提供了大量的參考文獻和支持。當完成了這篇論文的初稿之后，榮曉飛老師不顧自身工作繁忙，在百忙中擠出時間，仔細地閱讀了論文初稿，提出了許多珍貴的修改意見，正是榮老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才能夠得