第一章 总体设计的方案第一节 自动门的功能分析本设计面向商场，银行，宾馆等入口的应用，需要有安全和可靠性，如图1.1所示：图1.1 自动门结构图本课题所设计的自动门具有以下功能：1．具有手动及自动开门和关门两种控制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，手动开关门无效，由感应器来控制开门或者关门，并且实现自动调速。

2．蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时，PLC输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。

3．防夹人功能为了防止自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人光栅，来杜绝这种事故的发生。

第二节 系统设计的基本步骤在自动门控制系统的设计过程中主要应考虑以下几点：1.了解和分析自动门的控制要求。

2.根据自动门控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、选择开关、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I/O点数选择合适的PLC类型。

4. 列出I/O分配表，5. 画出PLC的原理图及接线图。

6. 设计自动门系统的梯形图程序，先画出流程图，再根据要求编写出程序，这是整个设计的重点部分。

7.系统的调试。

第三节 自动门技术参数的确定公共场所的自动平移门因为使用非常频繁，不同场合使用的情况也不一样，例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，所以在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。

例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。

本次设计的自动门具体参数如表2.1所示。

表1.2 自动门具体参数单扇开启宽度（mm）1300mm（最宽）单扇门的最大承重（kg）1x120kg高度（mm）2450mm最快开/关门速度（cm/s）58cm/s常速开/关门速度（cm/s）32cm/s减速开/关门速度（cm/s）20cm/s开启保持时间（s）10s（程序中可调）可编程控制器（PLC）电源220V AC,50-60Hz驱动器电源380V AC,50Hz驱动器输出额定功率120W第二章 自动门硬件系统的设计本设计运用PLC控制变频器来调节交流电机运转最终实现自动门运转。

P L C变频器门内外感应器采集信号速度采集信号交流电机开/门指示灯手动控制开关蜂鸣器安全感应器图2.1 控制系统结构图第一节 传感器的选用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，光电传感器，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。

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的是微波感应器，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光电传感器，可避免外界光线干扰。

在门关闭时,当有人或车经过安全光线时,门体会自动停止关闭,并自动开门以起到安全作用。

　自动门的速度信号采集上运用了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。

1 接近开关:接近开关又称无触点行程开关，它不仅能代替有触点形成开关来完成行程控制和限位保护，还可以用于高频计数、测速、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接。

接近开关按工作原理来分：高频振荡型，感应电桥型，永久磁铁型等。

在这里我们选择高频振荡型来代替电路图中的限位开关。

高频振荡型接近开关，它的电路是由LC振荡电路，放大电路和输出电路三部分组成。

其基本工作原理是：当被测物（金属）接近到一定距离时，不须接触，就能发出动作信号。

常用的有LJ1、LJ2和LXJO的系列。

2 光电式传感器光电式传感器工作原理光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管或光电三极管组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的反射装置。

它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。

它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。

它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。

它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。

第二节 变频器的选用一 、变频调速技术自从20 世纪80年代以来，变频调速技术在工业化国家已开始了规模化的应用。

80年代以来，我国的民用及工业电气设计等领域也开始使用变频调速技术。

变频调速与通常的调速（如直流电机调速）比较，具有很大的优越性：整个系统体积小、重量轻、控制精度高、保护功能完善，操作过程简便，可靠性高，通用性强。

尤其是该技术用于一些耗能设备的控制上，具有非常显著的节能效果：通过对用电设备进变频调速技术改造，可使总耗电量减少30%-40%，节能的量产生了一种飞跃。

鉴于变频调速设备的价格总体呈现逐渐下将的趋势，而电价却在稳定地上调，因此对建筑工程和企业部分大容量电机进行变频设计与改造，回收投资周期亦很短暂，而所创造的经济效应和社会效益则是显著的。

目前，国外许多优秀的变频调速系统和成套设备已大举进入中国市场，如欧洲的ABB，德国的西门子，丹麦的丹佛思，日本的三肯、三菱、富士，法国的施耐德，韩国三星、LG、九德松益，美国的罗宾康，英国的欧陆等变频器系列。

国内也生产了几种变频调速设备，其质量可与国外的变频器产品相抗衡，如佳灵公司的佳灵变频器，深圳华为公司的ENYDRIVE变频器等。

二、变频调速工作原理由电机学的一个基本公式n=60f/p式中电动机定子绕组的磁极对数p一定，改变电源频率f，即可改变电动机同步转速。

异步电动机的实际转速总低于同步转速，而且随着同步转速而变化。

电源频率增加，同步转速n增加，实际转速也增加；电源频率下降，电机转速也下降，这种通过改变电源频率实现的速度调节过程称为变频调在工程中，鼠笼式电动机在电动机数量中占主导部分。

因此，对鼠笼式电动机的调速控制成为建筑领域中电机调速的主要部分。

在变频调速技术中，向电动机提供频率可变的电源并控制电动机的转速是由变频器完成的。

变频器（VVVF）是Variable Votage Variable Frequency等英文字头的缩写，意思是变压变频器原理三、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2.3所示）作为控制电机转速的控制器。

图2.3 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．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→常速运行→慢速运行→停止, 构成了如图2.4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表示电机的磁极对数，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。

（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2.5，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2.4 开门和关门曲线表2.5 变频器设定最小设定单名 称表示设定范围设定值位上限频率(Pr1)0～120Hz0.1Hz50Hz下限频率(Pr2)0～120Hz0.1Hz0.1Hz3速设定（高0～120Hz0.1Hz25.5Hz 速）(Pr4)3速设定（中0～120Hz0.1Hz13.8Hz 速）(Pr5)3速设定（低0～120Hz0.1Hz8.5Hz 速）(Pr6)加速时间(Pr7)0～999s0.1s0.2s减速时间(Pr8)0～999s0.1s0.2s操作模式选择0～4,7,812 (Pr79)第三节可编程控制器（PLC）一、PLC的概述：1. PLC的基本概念可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。

国际电工委员会在1987年颁发的PLC标准草案中对PLC（Programmable Logic Controller）作了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境中应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。