3874 智能全自動(dòng)門設(shè)計(jì)

3874 智能全自動(dòng)門設(shè)計(jì),智能,自動(dòng)門,設(shè)計(jì) 1智能全自動(dòng)門設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 引言 智能全自動(dòng)門設(shè)計(jì)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(jué)，同時(shí)營(yíng)造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開(kāi)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。1.2 智能全自動(dòng)門的優(yōu)缺點(diǎn)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，而智能全自動(dòng)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。智能全自動(dòng)門的最大優(yōu)點(diǎn)在于它”永遠(yuǎn)開(kāi)門，又永遠(yuǎn)關(guān)門” ，即對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，門總可以打開(kāi)，可對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)門又總是關(guān)著。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開(kāi)啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果較好。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的中國(guó)，在我們高樓聳立的大都市，在大廈、賓館、酒店、銀行、商場(chǎng)和寫字樓，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門已經(jīng)是隨處可見(jiàn)。自動(dòng)門不但能給我們帶來(lái)人員進(jìn)出方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、降低噪音等好處，更令我們的大門增添了不少高貴典雅的氣息。同時(shí)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng)，2008 年北京申奧成功和 WTO 的加入。旋轉(zhuǎn)門的市場(chǎng)前景將越來(lái)越大。但是智能全自動(dòng)門也存在著缺點(diǎn),第一它適用范圍有一定的局限性,它只能應(yīng)用在一些高檔場(chǎng)合.第二如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善,可能出現(xiàn)傷人事件.。1.3 智能全自動(dòng)門的發(fā)展1.3.1 智能全自動(dòng)門發(fā)展的狀況自 1903 年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座智能全自動(dòng)門，智能全自動(dòng)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)代化樓宇建筑提供了完美的選擇。國(guó)外自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)成熟。智能全自動(dòng)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(zhǎng)、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，有功能更強(qiáng)大，操作更簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；檢測(cè)安全系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外與微波2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(cè)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)，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息。 1.3.2 我國(guó)智能全自動(dòng)門技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的智能全自動(dòng)門技術(shù)來(lái)源于荷蘭、瑞典、日本等國(guó)。90 年代后期旋轉(zhuǎn)門開(kāi)始在我國(guó)建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)門生產(chǎn)專業(yè)廠家主要有：北京有凱必盛、寶盾、青木寶盾、信步、歐立寶盾、京躍等。上海康育、廣州盛維、青島福田等。以京躍公司的產(chǎn)品為例，國(guó)內(nèi)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門在控制系統(tǒng)方面已有較大的發(fā)展，技術(shù)也趨于成熟主控部分基本可實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)設(shè)計(jì)。但就節(jié)能方面的設(shè)計(jì)仍存在較多問(wèn)題，如旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)和溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。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(duì)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(kāi)放的門面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無(wú)可質(zhì)疑的必選設(shè)施，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆。因此，目前國(guó)內(nèi)四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展趨勢(shì)主要有：新穎獨(dú)特的總體設(shè)計(jì)，高度的安全可靠性設(shè)計(jì)，多種運(yùn)轉(zhuǎn)使用方式設(shè)計(jì)，故障即時(shí)顯示功能設(shè)計(jì)，樓宇消防智能化控制設(shè)計(jì)，停電使用功能設(shè)計(jì)，大通行能力設(shè)計(jì)，精巧靈敏的遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.4 智能全自動(dòng)門的分類1.4.1 智能全自動(dòng)門的基本類型(1)自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門 三翼和四翼旋轉(zhuǎn)門軸通過(guò)軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)或四個(gè)門翼呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等，人在內(nèi)扇之間推動(dòng)（按順時(shí)針）門扇，就成為一個(gè)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)門。中心門軸的上方安裝電動(dòng)機(jī)及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門。(2)懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門 （兩翼旋轉(zhuǎn)門）為進(jìn)一步擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門人員流量，擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門門扇之間的距離，可以考慮將旋轉(zhuǎn)門的門扇數(shù)量減為兩個(gè)。中心門軸結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門的緊急打開(kāi)功能。于是兩翼旋轉(zhuǎn)門采用了上部圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)門體的設(shè)計(jì)，以一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。3圖 1.2 懸掛式自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(3)全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門 從結(jié)構(gòu)上看，全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門與自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門一樣。也分三翼和四翼兩種。也是地面支撐的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。所不同的是，驅(qū)動(dòng)裝置埋在地下。上部和下部各有一個(gè)連接門扇的金屬盤，金屬盤上有固定門扇的門夾，門扇玻璃在中間直接相結(jié)合，省略了中心門軸，極大地提高了門軸的通透性。圖 1.3 全玻璃自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門1.4.2 旋轉(zhuǎn)門具體方案的確定在選擇了旋轉(zhuǎn)門的類型后，本設(shè)計(jì)還必須確定其設(shè)計(jì)的具體方案。通過(guò)查閱大量的資料，本設(shè)計(jì)出以下幾種方案：第一個(gè)方案：采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門，控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制。第二個(gè)方案：采用懸掛式的旋轉(zhuǎn)門，控制系統(tǒng)采用 PLC 控制。第三個(gè)方案：采用中軸式的旋轉(zhuǎn)門，控制系統(tǒng)采用 PLC 控制。對(duì)于第一個(gè)方案 由于采用立柱式的旋轉(zhuǎn)門，它在修建的時(shí)候必須把立柱修好。如果我們想改變一下旋轉(zhuǎn)門的位置必須另外修建一個(gè)立柱?？刂葡到y(tǒng)采用單片機(jī)控制，它在大規(guī)模生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)門的情況下是非常實(shí)用的。4對(duì)于第二個(gè)方案 由于使用了懸掛式的旋轉(zhuǎn)門，故其旋轉(zhuǎn)門的每個(gè)分隔可以容納更多的人。控制系統(tǒng)采用 PLC 控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門的小批量生產(chǎn)。對(duì)于第三種方案 由于采用了中軸式旋轉(zhuǎn)門，故旋轉(zhuǎn)門的每個(gè)分隔將可以容納較少的人，控制系統(tǒng)采用 PLC 控制，它適合于旋轉(zhuǎn)門的小批量生產(chǎn)。由于設(shè)計(jì)的是一般的高檔賓館，其出入的人數(shù)比較少，并且要進(jìn)行小批量的生產(chǎn)，故選用第三種方案，利用 PLC 控制。5第 2 章 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選擇自穩(wěn)定性自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計(jì)（四翼） 由于本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是一般高檔賓館大門，故必須滿足豪華、氣派的要求，而旋轉(zhuǎn)門剛好符合上述的條件。但是旋轉(zhuǎn)還分為幾大類，由于高檔賓館的出入人數(shù)不是很多，故選擇一般的自穩(wěn)定性旋轉(zhuǎn)門就滿足其要求了。并且它還具有穩(wěn)定性、可靠性很高，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的門體部分設(shè)計(jì)主要包括旋轉(zhuǎn)門體部分設(shè)計(jì)和固定部分曲壁設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)門體又包括中間旋轉(zhuǎn)門扇和中軸。其中旋轉(zhuǎn)門扇都由鋁型材框架和玻璃構(gòu)成。曲壁是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)門體部分的旋轉(zhuǎn)空間，由進(jìn)出門口和四塊弧形框玻璃構(gòu)成。根據(jù)文獻(xiàn)可以確定四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的尺寸，其具體尺寸如表 2.1 所示：表 2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門尺寸表門旋轉(zhuǎn)直徑 E 3600mm門凈高 A 2163mm門總高 B 2633mm門出入口尺寸 C 2427mm門外徑 D 3760mm單扇門半徑 DW 1005mm圖 2.1 四翼旋轉(zhuǎn)門結(jié)構(gòu)尺寸圖62.1 確定門扇材料門扇主要包括門扇骨架的材料和門扇玻璃.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)。門扇骨架采用 90 系列推拉門專用鋁型材,根據(jù)文獻(xiàn)，確定門扇骨架鋁型材具體選擇如表 2.2 所示：表 2.2 90 系列平開(kāi)門鋁型材類型 代號(hào)光企 L090704勾企 L090705上橫 L090706下橫 L09070790 系列鋁型材的截面如圖 2.2 所示：（a） 光企截面圖 （b） 勾企截面圖（c） 上橫截面圖 （d） 下橫截面圖圖 2.2 90 系列鋁型材的截面7其它附加物體的，并且在上橫、下橫上安裝的毛條與一般的平開(kāi)門的安裝方式是不由于 90 系列平開(kāi)門與一般的旋轉(zhuǎn)門是有區(qū)別的，旋轉(zhuǎn)門是不用在勾企安裝一樣的，故我們旋轉(zhuǎn)門的截面圖都采用光企的截面圖。2.1.1 確定門扇玻璃 門扉玻璃一般有幾種選擇,一是防彈玻璃,二是夾膠玻璃,三是鋼化玻璃.由于門一般用于高級(jí)的賓館,寫字樓等高檔場(chǎng)所,一般無(wú)特殊要求.由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴,并且無(wú)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。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. 2.1.2 確定門扇的尺寸.根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)門尺寸可按 90 系列的平開(kāi)門的尺寸進(jìn)行計(jì)算。光企和勾起的長(zhǎng)度為： L=A-2L'-h (2.1)=2200-2×25-20=2130mm 其中：L 為光企或勾企的長(zhǎng)度，A 門凈高的高度 ，L'為門體上下所留的間隙，h為安裝門扇扁鋼的厚度。上橫和下橫的寬度為： B=DW+L1 (2.2)=1005+64=1069 mm其中：B 為上橫或下橫的寬度，L1 為門扇夾到金屬盤內(nèi)的距離。而玻璃的長(zhǎng)度為: L1=L-2×b1+2×h1 (2.3)=2130-2×64+2×12=2026mm其中：b1 為鋁合金截面的長(zhǎng)度，h1 為鋁合金所夾玻璃的長(zhǎng)度。玻璃的寬度為: B1=B-2×b1+2×h1 (2.4)=1069-2×64+248=965mm2.2 曲壁部分設(shè)計(jì)曲壁由 8 根角鋼做為支撐體，每 4 根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上,進(jìn)出口各布置 1 根，曲壁圓弧中間布置兩根。其中安裝在圓弧中間的兩根角鋼是焊接在一起的。曲壁由四塊相同的圓弧玻璃組成。 2.2.1 確定材料由于曲壁上圓弧梁必須選用專用的鋁型材，根據(jù)中國(guó)建材網(wǎng)選用 6063 專用弧形材，其截面如圖 2.4 所示。由于支撐架必須承受電機(jī)和華蓋的重量，故支架的強(qiáng)度要求比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選用 的角鋼。其截面形式如圖 2.3 所示。80′圖 2.3 角鋼截面圖 圖 2.4 6063 鋁合金截面圖由于曲壁玻璃必須做成圓弧形，必須選用專用玻璃。因此選用 8mm 弧形鋼化玻璃。2.2.2 確定材料尺寸根據(jù)表 2.1 查得四翼旋轉(zhuǎn)門直徑 =3600mm，門出入口尺寸 C=2427mm,故對(duì)應(yīng)的E圓心角為： =2arccos(C/2/ /2)=2arccos(2427/2/3600/2)=96 度。q則兩邊曲壁各對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)為：(2.5)2q-??曲96??4=?9所以兩邊曲壁對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)為： (2.6)2360曲曲 qrL??841.??m.3?則每扇曲壁的弧長(zhǎng)為： (2.7)2L4角曲 —?4.639108.??其中： 為角鋼的厚度， 為曲壁的弧長(zhǎng)，r 為四翼旋轉(zhuǎn)門的半徑。L角 L曲確定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧長(zhǎng) ：3602E曲玻 ）（ qhL???(2.8）1m=玻璃的高度為： h=A-2×h2-2×h3 (2.9)=2200-2×75-2×12=2026mm其中：A 為門凈高度，h2 為 6063 鋁合金的截面長(zhǎng)度，h3 為鋁合金夾玻璃的長(zhǎng)度。角鋼尺寸確定：80′由于要保持角鋼的穩(wěn)定性,預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為 300mm.則角鋼的高度可估算為:h 角 =A+300+l (2.10)10=2200+300+230=2730mm其中：A 為門凈高度，l 為上下華蓋的距離。角鋼與 6063 專用鋁合金是靠螺釘連接的，同時(shí)它與上華蓋也是靠螺釘連接的。6063 專用鋁合金與下華蓋也是通過(guò)螺釘連接的2.3 華蓋的總體設(shè)計(jì)華蓋骨架是由上下兩塊鋼板和穿過(guò)華蓋的八根角鋼組成。它主要用來(lái)安裝軸承、電機(jī)、控制裝置等。由于華蓋要用來(lái)安裝電機(jī)、軸承座等，重量比較大。故選擇的材料要求其強(qiáng)度比較高。根據(jù)文獻(xiàn)選擇一般結(jié)構(gòu)用熱扎鋼板。其厚度為 5 毫米，長(zhǎng)度為 4000 毫米，寬度為 4000 毫米。上下各一張。下華蓋的設(shè)計(jì)：由表 2.1 查得旋轉(zhuǎn)門的外徑為 3760mm,故下面的鋼板要做成一個(gè)直徑為 3760mm的一個(gè)圓。中心軸要通過(guò)下華蓋，故需要在鋼板中心鉆一個(gè)直徑為 170mm 的孔。與此同時(shí)角鋼也要通過(guò)下華蓋，還需要在鋼板上加工八個(gè)槽。其具體尺寸如圖 2.5 所示。上華蓋的設(shè)計(jì)：由于旋轉(zhuǎn)門的外徑為 3760mm，故上面的鋼板要做成一個(gè)直徑為 3760mm 的一個(gè)圓。上面的鋼板要用來(lái)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)度圖 2.5 下華蓋圖11來(lái)支撐電機(jī)的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板通過(guò)焊接連接。由于電機(jī)的重量不大，故根據(jù)文獻(xiàn)選擇型號(hào)為 8 的熱軋槽鋼。具體尺寸如圖 2.6 所示。 圖 2.6 上華蓋圖2.4 金屬盤與軸承支座的設(shè)計(jì)2.4.1 金屬盤的設(shè)計(jì) 由表 2.1 查得旋轉(zhuǎn)門直徑 =3600mm，單扇門半徑 DW=1005mm，故軸的直徑 D= -E E2DW-h=3600-2×1005-60=1530mm(其中 h 為門扇與曲壁之間的間隙).但是實(shí)際上軸的尺寸不可能做得太大。因?yàn)檩S太大不利于安裝和加工。為了解決上述矛盾，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)金屬盤，它一部分連接到軸上，一部分連接到門體上，這樣就很好的解決了因軸太小而不能滿足標(biāo)準(zhǔn)尺寸的要求。其具體尺寸如圖 2.7 所示。圖 2.7 金屬盤尺寸圖為了讓門體固定在金屬盤上，需要使用兩根扁鋼，上下各一根。扁鋼的一部分與門體連接，另一部分與金屬盤連接。根據(jù)文獻(xiàn),選用寬為 32，厚度為 10 的熱扎扁鋼。122.4.2 軸承座及防塵蓋的設(shè)計(jì)為了防止灰塵進(jìn)入軸承，則必須在軸承座上面安裝防塵蓋，其具體尺寸如圖2.10、2.11 所示。圖 2.8 下防塵蓋圖 2.9 上防塵蓋旋轉(zhuǎn)門沒(méi)有固定軸承的地方，則需要設(shè)計(jì)軸承座來(lái)固定軸承。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(duì)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。又由于軸承受到的軸向力比較大，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)，防止軸承的向下滑動(dòng)，其具體的尺寸與結(jié)構(gòu)如下圖 2.8、2.9 所示圖 2.10 上軸承座圖 圖 2.11 下軸承座圖2.5 本章小結(jié)本章內(nèi)容為門體設(shè)計(jì)，既對(duì)門的基本幾何形狀設(shè)計(jì)。從門款的選材到定型， 13再到門的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)，使門的基本情況有了進(jìn)一步的闡述。門體選材為常見(jiàn)材料，大大的節(jié)約成本。支撐部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料也選用熱軋鋼板，避免了加工精度的要求，是設(shè)計(jì)極可能的簡(jiǎn)單化。第 3 章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整個(gè)門體的傳動(dòng)系統(tǒng)由減速電機(jī)提供動(dòng)力,減速電機(jī)通過(guò)一次減速后，再通過(guò)一對(duì)齒輪把動(dòng)力傳給軸,而金屬盤將門扇與軸相連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力裝置到執(zhí)行裝置的動(dòng)力的傳遞過(guò)程。 3.1 各扇門的質(zhì)量計(jì)算由于四翼旋轉(zhuǎn)門的四扇成對(duì)稱分布，其質(zhì)量完全一樣,所以計(jì)算一扇門的質(zhì)量，再乘以四就是整個(gè)門體的質(zhì)量。由文獻(xiàn)查得鋁合金的線密度為 0.836kg/m。則每扇門框的質(zhì)量為：m1=σl (3.1)=σ(2×L+2×B)=0.836×(2×2.13+2×1.069)=5.35kg單扇門玻璃的質(zhì)量： m2=V 玻 ×ρ (3.2)2506.9.08.1???kg3單扇門的質(zhì)量： m=m1+m2 14=29.33+5.35=34.68kg其中：σ 為線密度，l 為鋁合金邊框的總長(zhǎng)度，B 為鋁合金邊框的寬度,ρ為玻璃密度。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, s其中 R 為門扇的寬度， L 為門扇的長(zhǎng)度。mLs=則門扇對(duì)中心慣量可用下式計(jì)算： ?????RRmdrSdmJ02/02221 1由平行軸定理知，門扇相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 212)(LJ?（3.3） 22 )069.73.(68.4109.6834???? .5?其中：L 1 為旋轉(zhuǎn)門的中心到門扇的距離，R 為門體總的長(zhǎng)度。旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為 6r/min,則角速度 。由于傳感srad/560??器一般在 2m 范圍內(nèi)檢測(cè)人的來(lái)臨,當(dāng)人邁進(jìn)門邊時(shí) ,門體要加速到正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)。按照一般情況下，人走過(guò)兩米需要的時(shí)間最小為 2 秒，但是此時(shí)間還要減去變頻器、PLC、傳感器等的滯后時(shí)間 1.5 秒。所以電機(jī)的加速時(shí)間設(shè)為 0.5 秒。在0.5s 內(nèi)加速到 6m/min 速度,則角加速度 ,由于電機(jī)要帶動(dòng)門體轉(zhuǎn)動(dòng),2/5srad??有一個(gè)加速過(guò)程,此過(guò)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: .則可以算出旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩為:mJa=(3.4)4MmN.529602.59????3.3 選擇電機(jī)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算:(3.5)()10WPkwaah=由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為： 15(3.6)3241hha??式中 ， ， 分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。1h23取 ， ， ，則總的傳動(dòng)效率為：0.98=.730.9=9.7834??ah=0.83則可以計(jì)算出電機(jī)的功率： kwPa36.08.1529??由于一般電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速較大,一般在 1500r/min 左右。門體的最大轉(zhuǎn)速為才 6m/min，故需要減速器進(jìn)行減速。減速電機(jī)既能提供動(dòng)力，又能進(jìn)行減速。故選用減速電機(jī)提供動(dòng)力。根據(jù)相關(guān)要求,可以選用一個(gè) JXJ 系列電機(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,建筑機(jī)械行業(yè).JXJ 系列電動(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)。由上面計(jì)算出所需電機(jī)功率為 0.36kw。但是門體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻 ,以及旋轉(zhuǎn)門體周圍無(wú)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(guò)大,則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩.同時(shí)還有一些其他沒(méi)有考慮的因素.因此特將計(jì)算出的功率放大一些.,應(yīng)該選擇電機(jī)功率在 0.36kw 以上的電動(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(jiàn)方案 2 比較合適。即選用 JXJ1-43-0.55 擺線針輪減速器三相異步電機(jī)。其具體參數(shù)如表 3.1 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案圖 3.2 所示。表 3.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)方案 型號(hào) 額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速（r/min)滿載轉(zhuǎn)速 總傳動(dòng)比 齒輪傳 動(dòng)比減速器 動(dòng)比2 JXJ1-43-0.55 0.55 1007 1500 1440 240 5.6 43方案 型號(hào) 額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速（r/min)滿載轉(zhuǎn)速 總傳動(dòng)比 齒輪傳 動(dòng)比減速器 動(dòng)比1 JXJ0-11-0.55 0.55 48.3 1500 1440 240 21.8 112 JXJ1-43-0.55 0.55 1007 1500 1440 240 5.6 433 JXJ1-59-0.55 0.55 207.2 1500 1440 240 4.07 59 16電動(dòng)機(jī)主要外形見(jiàn)圖 3.1 和安裝尺寸見(jiàn)表 3.3：圖 3.1 電動(dòng)機(jī)外形圖表 3.3 電動(dòng)安裝尺寸（單位為毫米）P E M n-d D2 D3 D4 D b h B4 9 82 6-10 160 134 110 25 8 31 2203.4 齒輪的設(shè)計(jì)3.4.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。四翼旋轉(zhuǎn)門是一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB10095-88） 。查文獻(xiàn),選擇小齒輪材料為 45Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS,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) =17，大齒輪齒數(shù) Z2=17×5.6=95.2，取 =96。1z 2z3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)①確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即(3.7)311][2HEZudKT????試選用載荷系數(shù) =1.3。t計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩根據(jù)表 3.3 查得轉(zhuǎn)矩 107.TNm=由文獻(xiàn)選取齒寬系數(shù) =1。df 17由文獻(xiàn)查得材料的彈性系數(shù) 。1289.EaZMP=由文獻(xiàn)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒lim160HaMPs=輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。lim250Has由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(3.8)81 1045.)38(1.360 ?????hjLnN(3.9)7820.2.54由文獻(xiàn)查得接觸疲勞壽命系數(shù)：， 。10.98HNK=21.3HN=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(3.10)MPaSKHNH58609.][1lim???(3.11).2132li2②計(jì)算試計(jì)算小齒輪的分度圓 ，代入[ ]中較小的值1tdHs(3.12)3211 )][(2EdZuKT?????=58.6 mm 3 241 )58.9(6.07.d計(jì)算圓周速度 v(3.13)smpnPVt /1.03.106???計(jì)算齒寬由文獻(xiàn)取 =1df=1 mm (3.14)11dfb??6.58.?計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h模數(shù)： (3.15)1/./73.4ttmzm== 18齒高： (3.16)mmht 76.45.325.???(3.17)/8.6/.b=計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.1m/s，7 級(jí)精度，由文獻(xiàn)查得動(dòng)載系數(shù) Kv=0.75；直齒輪，假設(shè)。由文獻(xiàn)查得/10/AtKFbNm2373.2N 合適。3.5.3 軸的校核在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取 值。對(duì)于推力調(diào)心滾子軸承，a由文獻(xiàn)查得 a=51.5mm。因此，作簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距 l=2301mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖如圖 3.2 所示。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?，F(xiàn)將計(jì)算列于表 3.3.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(duì)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。根據(jù)文獻(xiàn)取 a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為：(3.38)()22caMTWs+=)17054(6.7322????=17.04MPa其中 W 為抗彎、抗扭截面系數(shù)， ，d1 為鋼管的內(nèi)341.(),ddb=-=徑，d 為鋼管的外徑。根據(jù)前面已選定軸的材料為 0Cr18Ni9，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)查得 22。因此 ，故安全.[]160MPas-=[]1cas-<圖 3.2 軸的彎扭組合圖表 3.3 軸的彎扭數(shù)據(jù)載荷 垂直面 水平面支反力 NV1284.7F=HV1243.FN=彎矩 M NmLHz 26.7301.21???T0.7m·總彎矩 76m=·扭矩 0.TN3.6 本章小結(jié)本章內(nèi)容對(duì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行了一系列的而設(shè)計(jì)。旋轉(zhuǎn)門的工作原理更加清晰。門體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算和門體質(zhì)量計(jì)算為設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。電機(jī)選擇則為門體提供了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。電機(jī)選擇的是減速電機(jī)，故齒輪設(shè)計(jì)十分重要。軸的設(shè)計(jì)是為了使門體有一個(gè)強(qiáng)度很好的機(jī)構(gòu)。 23第 4 章 控制部分總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主要是接受來(lái)自檢測(cè)安全系統(tǒng)傳感器的相關(guān)信號(hào)和門體的相關(guān)按鈕信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理后對(duì)門體的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。門體的控制主要是門體轉(zhuǎn)動(dòng)的啟停狀態(tài)控制，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速狀態(tài)控制，制動(dòng)狀態(tài)控制，鎖門狀態(tài)控制以及故障自動(dòng)報(bào)警控制等。由于四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門要實(shí)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)速的變化，則要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制可采用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂破鞯目刂菩盘?hào)通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速變化。四翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的控制系統(tǒng)必須要求有高的可靠性，控制性能高，能適應(yīng)較為多變的控制要求，控制器價(jià)格不不能太高。4.1 控制系統(tǒng)的控制功能（1）變速功能。旋轉(zhuǎn)門設(shè)有低速、中速和高速 3 種旋轉(zhuǎn)速度，分別對(duì)應(yīng)殘疾、中速和高速三個(gè)按鈕進(jìn)行切換，以適應(yīng)殘疾人通過(guò)、正常運(yùn)轉(zhuǎn)和緊急疏散對(duì)轉(zhuǎn)速的不同要求。（2）自動(dòng)轉(zhuǎn)停功能。來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并以正常轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn),15ｓ無(wú)人進(jìn)出， 24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(kāi)防夾區(qū)，門自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）防撞功能。當(dāng)行人緊靠右側(cè)立柱或遇物體碰撞右側(cè)立柱時(shí)，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(kāi)右側(cè)立柱，門自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）防碰功能。行人在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門扇碰行人腳后跟，則門立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，以防止碰傷行人。行人離開(kāi)門扇，門自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。（6）鎖門功能。采用電磁鎖方式鎖門，只要轉(zhuǎn)動(dòng)鎖匙即可完成自動(dòng)鎖門工作，快捷方便。（7）急停功能。當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故時(shí)，按下急停按鈕，門立即停轉(zhuǎn)，解除急停信號(hào)，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)，不同的是按暫停按鈕后，必須用殘疾、中速或高速三個(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內(nèi)門始終以 2r/min 的速度低速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)按高速或中速鈕無(wú)效，以確保殘疾人安全通過(guò)。30ｓ后來(lái)人，門自動(dòng)以正常速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（10）電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)功能。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),門停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報(bào)警。過(guò)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(guò)壓或過(guò)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。4.2 變頻器的選擇變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動(dòng)機(jī)容量、電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。JXJ 型擺線針輪減速電機(jī)是選用的 YS8014V 電動(dòng)機(jī)，根據(jù)[4]P350 頁(yè)確定其參數(shù)如表 4.1 所示。表 4.1 電機(jī)參數(shù)額定功率（W）額定電流（A）額定電壓（V）效率（%）功率因素最大轉(zhuǎn)矩（N.m）電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量550 1.55 380 73.5 0.73 2.4 0.0021 0.35 254.2.1 驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿足下列 3 項(xiàng)計(jì)算公式：查表 4.1 得， =0.73， =550w, 取EcosMPK1.05， =0.735， =380V, =1.55A.hUI滿足負(fù)載要求輸出： (4.1)EhCcos?735.01?KVA滿足電動(dòng)機(jī)容量： (4.2)ECMIUP??5.1380.103?VA7.滿足電動(dòng)機(jī)電流： (4.3)ECMKI?5.10?2式中：P CM是變頻器的容量、P M負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、U E是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、I E電動(dòng)機(jī)的額定電流、 是電動(dòng)機(jī)的效率、 電動(dòng)機(jī)功率因素、hcosK 電流波形補(bǔ)償系數(shù).由于變頻器的輸出波形不是完全的正弦，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對(duì)于 PWM 控制方式的變頻器，K 的取值為 1.05—1.1。4.2.2 指定變頻器啟動(dòng)加速時(shí)間變頻器產(chǎn)品型號(hào)所列的變頻器容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過(guò)載能力以內(nèi)進(jìn)行加速。在進(jìn)行急劇地加速和減速時(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(zhǎng)了加減速時(shí)間。如果生產(chǎn)設(shè)備對(duì)加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核算變頻器的容量是否能夠滿足所要求的加速時(shí)間，如不能，則要選用加大一擋的變頻器容量。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：根據(jù)表 4.1 知，n=1440r/min, =0.35, 。由文獻(xiàn)知，電機(jī)的2GD2.4LT=加減速時(shí)間為 0.1︿2600s。紅外線感應(yīng)器在 2m 以內(nèi)感應(yīng)人的存在，則當(dāng)人到達(dá)旋轉(zhuǎn)門時(shí)，必須加速到指定速度。人一般的最大速度為 1m/s，則人在 2s 鐘時(shí)間就可以走過(guò) 2 米的距離。但是我們不能將此時(shí)間作為加速時(shí)間，我們還要減去變頻器、PLC、傳感器的滯后時(shí)間 1.5 秒。故電機(jī)的加減速時(shí)間為 0.5 秒。 26(4.4)aLCMtnGDEhKTP375cos92??5.0314.0.12??KVA5?式中 PCM變頻器的容量、K 電流波形補(bǔ)償系數(shù)、n 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩、t A電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間、 電動(dòng)機(jī)功率因素、 電動(dòng)機(jī)軸上飛輪力矩。Ecos2GD4.2.3 指定變頻器減速時(shí)間降低變頻器的輸出功率，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)更快地減速。當(dāng)變頻器對(duì)應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種情況下，異步電機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換成電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過(guò)大時(shí)，變頻器本身的過(guò)電保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無(wú)法達(dá)到快速減速的目的。為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量在直流中間回路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓變頻器中，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上升到一定的電壓值時(shí)，制動(dòng)三極管就會(huì)導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)制動(dòng)電阻放電，即將電動(dòng)機(jī)回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱的形式在制動(dòng)電阻消耗掉。制動(dòng)電阻的選擇方法：①計(jì)算制動(dòng)力矩 TB由表 4.1 查得， =0.0021，n1=1440r/min,則MJn2=n1/i=1440/43=33.5r/min。(4.5)12()(95LBLsJnTTt+-=4.2.0)3/4.0. ????Nm2式中：T B為動(dòng)力矩、 JM為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、 JL折算至電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 n 1減速開(kāi)始速度、 n 2減速完了的速度、t s減速時(shí)間、 TL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%的 27銅損轉(zhuǎn)換為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？紤]到這個(gè)因素，可以先按下式初步計(jì)算制動(dòng)電阻的預(yù)選植。(4.6)21(0.).147COBBMURTn=-4).(0.382???=630 歐姆式中：R OB為制動(dòng)電阻、U C為直流電路電壓（對(duì) 200V 級(jí)變頻器，=380V，對(duì)于 400V 級(jí)， =760V） 、T B為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、T M電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩、n 1C為減速開(kāi)始速度③計(jì)算制動(dòng)電阻的平均消耗功率：如前所述，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的 20%制動(dòng)轉(zhuǎn)矩由電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可按下式求得電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電阻上消耗的平均功率(4.7)13)2.0(1047. nTPMBRO???4..82=6.8W由于四翼自動(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)樗囊硇D(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)額定值，電機(jī)不會(huì)過(guò)載。一般變頻器出廠標(biāo)注的額定容量都具有一定的余量系數(shù)，所以選擇變頻器容量與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)容量相同即可。再根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，選擇森蘭變頻器型號(hào)為 BT40 0.75 KWT。其具體數(shù)據(jù)和接線圖見(jiàn)附錄 A4.3 檢測(cè)裝置的選擇（1）直流制動(dòng)接近開(kāi)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。門停轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)要先停轉(zhuǎn)，但門體有一定慣性，使得門無(wú)法停在指定的位置上。這時(shí)我們就需要接近開(kāi)關(guān)，當(dāng)門靠近門停位置時(shí)，就產(chǎn)生信號(hào)發(fā)出制動(dòng)信息，使門體停在這個(gè)位置。接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)大，會(huì)使門制動(dòng)后停在指定位置的前邊。感應(yīng)位置過(guò)小，由于接近開(kāi)關(guān)也有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，則使門停超過(guò)門應(yīng)停的位置。同時(shí)由于門框是金屬的，則接近開(kāi)關(guān)應(yīng)能感應(yīng)金屬物體。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門產(chǎn)品類型，可選用 5mm 感應(yīng)距離的電感式接近開(kāi)關(guān)。型號(hào)為 LF5-2K，常開(kāi)觸點(diǎn)，PNP 輸出， 28三線連接。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)附錄 B。(2)鎖門接近開(kāi)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(kāi)關(guān)提前感應(yīng)鎖門位置的臨近。當(dāng)門體接近鎖門位置時(shí)，鎖門接近開(kāi)關(guān)就發(fā)出鎖門信號(hào)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(wú)需人再來(lái)推門體使其準(zhǔn)確停位。接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離過(guò)小不能精確停位，而使得無(wú)法上鎖。所以感應(yīng)距離為適當(dāng)才可。根據(jù)相關(guān)自動(dòng)門產(chǎn)品類推，可選用 4mm 感應(yīng)距離的電磁感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)?？蛇x擇 LE4-2K。其參數(shù)見(jiàn)附錄 B。(3)防夾接近開(kāi)關(guān)的選用在出入口兩個(gè)防夾區(qū)域內(nèi)安裝了防夾傳感器，而防夾感應(yīng)器是用來(lái)感應(yīng)人是否處于防夾區(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(wú)法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷門翼是否走到了防夾區(qū)域內(nèi)。當(dāng)防夾傳感器和防夾接近開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)出信號(hào)時(shí)，人就有可能被夾，這時(shí)電機(jī)必須停轉(zhuǎn)。由于人的人的寬度一般在 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)，接近傳感器就可以發(fā)出信號(hào)。而門翼是在曲壁門柱的前端面，因此選擇光電式 JD 系列接近傳感器。選擇感應(yīng)距離為 0.5m 的檢測(cè)前端物體的接近傳感器，型號(hào)為 JD-E3L-DS50B1 傳感器。(4)防夾傳感器的選用防夾傳感器是用來(lái)檢測(cè)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(cè)，其檢測(cè)方式是豎直的。當(dāng)人在防夾區(qū)域時(shí)，傳感器只有通過(guò)豎直檢測(cè)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(guò)轉(zhuǎn)門區(qū)時(shí)，防夾傳感器就有可能檢測(cè)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(hào)同時(shí)有效，使門體無(wú)故停轉(zhuǎn)，而造成不必要的麻煩。故選擇型號(hào)為 SA005-2K 光電式開(kāi)關(guān)。其參數(shù)見(jiàn)附錄 B。(5)防碰傳感器的選用為了保證行人在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)通行過(guò)程中，如遇門扇碰后跟，則立即自動(dòng)停轉(zhuǎn)，防止碰傷行人。行人離開(kāi)門扇，門扇自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。則必須在每扇門底邊裝有全開(kāi)寬內(nèi)藏式感應(yīng)器。其型號(hào)為 ASR-001(6)防撞傳感器的選用 29防撞膠條安裝于入口右側(cè)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)。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，旋轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常。故選擇型號(hào)為 ASR-002 防撞傳感器。(7)紅外線被動(dòng)式感應(yīng)器的選用為了保證來(lái)人時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，并一正常轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，15s 時(shí)無(wú)人進(jìn)出，則自動(dòng)停轉(zhuǎn)并封門。必須在四翼旋轉(zhuǎn)門的進(jìn)口和出口華蓋上，每處安裝兩個(gè)紅外線感應(yīng)器，感應(yīng)人體進(jìn)入門體。由於門體的高度是 2-3 米，并且要保證能夠在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)觀測(cè)到人，應(yīng)選擇 ADS-D 型門控傳感器。其具體參數(shù)見(jiàn)附錄 B。傳感器和接近開(kāi)關(guān)的安裝位置如圖 4.1 所示：圖 4.1 接近開(kāi)關(guān)安裝圖4.4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.4.1 PLC 的機(jī)型選擇旋轉(zhuǎn)門的動(dòng)作過(guò)程比較固定，環(huán)境條件較好，控制過(guò)程不復(fù)雜，因此選用整體式結(jié)構(gòu)的三菱 PLC 機(jī)型。因?yàn)樗囊砜刂剖情_(kāi)關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高,在四翼旋轉(zhuǎn)門過(guò)程控制中沒(méi)有模擬量輸入，也沒(méi)有比較環(huán)節(jié)等，因此不需要 A/D 轉(zhuǎn)換功能，PID 調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能。四翼旋轉(zhuǎn)門的過(guò)程控制對(duì) PLC 的處理速度要求不高，允許執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過(guò) 0.5us；不需要采用高速響應(yīng)模塊。使用的指令主要是主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和控制主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令。4.4.2 分析控制系統(tǒng)的 I/O 接點(diǎn)數(shù)通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)門控制要求的分析，PLC 控制輸入信號(hào)有 24 個(gè)（按鈕開(kāi)關(guān) 6 個(gè)、傳感器 12 個(gè)、接近開(kāi)關(guān) 4 個(gè)、變頻器報(bào)警輸入 1 個(gè)、電機(jī)過(guò)熱輸出 1 個(gè)共 24個(gè)），輸出接點(diǎn)共 8 個(gè)（報(bào)警輸出 1 個(gè)、電磁鎖繼電器輸出 1 個(gè)，速度控制 2個(gè)、直流制動(dòng) 1 個(gè)、變頻器復(fù)位 1 個(gè)共 7 個(gè)大）。按照預(yù)留 15%-20%的接點(diǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算，輸入接點(diǎn)至少要 28 個(gè)，輸出接點(diǎn)至少要 10 個(gè)。 30本系統(tǒng)為個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，同時(shí)由上段對(duì) I/O 接點(diǎn)的分析主要有：開(kāi)關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)：32×15=480 開(kāi)關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)：10×7=70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 558 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。由以上兩個(gè) PLC 本身主要方面，兼顧經(jīng)濟(jì)性原則，在眾多市面上的 PLC 產(chǎn)品中 FX 系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在 FX 系列 PLC 中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(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 FX2N—64MR—001 型PLC（輸入為 32 點(diǎn)，輸出為 32 點(diǎn)）。由 PLC 型號(hào)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)。本系統(tǒng)選用直流輸出方式。表 4.2 硬件指標(biāo)環(huán)境溫度0~55℃環(huán)境濕度35﹪~89﹪RH(不接露)抗振 JIS C0911 標(biāo)準(zhǔn) 10~55Hz 0.5mm(最大 ZG) 3 軸方向各 3 次抗沖擊 JIS C0912 標(biāo)準(zhǔn) 10G 3 軸方向各 3 次抗燥聲干擾用噪聲仿真產(chǎn)生電壓為 1000Vp~p，噪聲脈沖寬度為，脈沖頻率為 30~100 的噪聲，在此噪聲干擾下 PC 工作正常耐壓 AC 1500V 1min絕緣電阻5000 歐以上各端子與接地端之間接地 第 3 種接地。不能接地時(shí)，亦可懸空I/O 刷新方式批處理方式(在END 指令執(zhí)行時(shí)成批刷新)有直接 I/O 指令及輸入濾波器時(shí)間常數(shù)調(diào)整指令操作處理時(shí)間基本指令:0.74us/ 步 功能指令:幾百微妙/秒輸入繼電器DC 輸入24V DC,7Ma,光電隔離X0~X177(8 進(jìn)制)輸出繼電器繼電器 250AVAC,30V DC,2A(電阻負(fù)載)Y0~Y177(8 進(jìn)制)I/O 電數(shù)一共 128 點(diǎn) 31雙向晶閘管 242 AC,0.3A/點(diǎn),0.8A/4 點(diǎn)晶體管 30V DC,0.5A/點(diǎn),0.8A/4 點(diǎn)通用型 M0~M499(500 點(diǎn))鎖存型 電池后備(保持) M500~M1023(524 點(diǎn))范圍可通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)改變輔助繼電器特殊型 M8000~M8255(256 點(diǎn))旋轉(zhuǎn)門采用 JXJ 型擺線針輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，森蘭 BT40 變頻器進(jìn)行變頻，以適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速的需要。電氣接線圖如圖 4.2 所示。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過(guò) BT40 智能端子X(jué)1、X2 電平高低組成速度控制字進(jìn)行設(shè)定。速度設(shè)定單元為變頻器的A20、A21、A22、A23 四個(gè)單元，其值由 X4、X5 設(shè)定頻率值，見(jiàn)表 4.3。其中A23 為直流制動(dòng)頻率。表 4.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值智能端子電平高低速度控制字端子 X2 端子 X1速度設(shè)定單元速度設(shè)定值/HZ備注00 0 0 A20 50 高速01 0 1 A21 33.3 中速10 1 0 A22 16.7 低速11 1 1 A23 10 制動(dòng)前速度4.4.3PLC 外接電氣元件的選擇(1)開(kāi)關(guān)的選擇 本控制系統(tǒng)為 PLC 控制，各種開(kāi)關(guān)的容量要求不高，普通的開(kāi)關(guān)足已，主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對(duì)高速按鈕開(kāi)關(guān)，中速按鈕開(kāi)關(guān)、殘疾按鈕開(kāi)關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)[29]可選擇普通按鈕開(kāi)關(guān) LA 系列，選擇為 LAY8（綠色） ，選擇 Stop 停止按鈕開(kāi)關(guān)為 LAY8（紅色）,其額定電壓位 24V，額定電流為1.1A。急停開(kāi)關(guān)可選用 LW22 系萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其額定電壓為 24V,額定電流為1.4A。(2)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(端口本身純存在抗)當(dāng)輸入口上接有一定阻抗的負(fù)載時(shí),其流過(guò)的電流就要減少,PLC 輸入口信號(hào)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(shuō),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。(3)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)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 32定電流等級(jí)為 4。(4)整流器的選擇 為降低電壓的波動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的不良影響，選擇把交流變?yōu)榈蛪褐绷鞴╇?。因此，選擇型號(hào)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。(5)熱繼電器的選擇 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定其型號(hào)和規(guī)格。由于電機(jī)的額定電流為 1.55A，那么熱繼電器的熱元件額定電流應(yīng)接近或略大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。因此可以根據(jù)資料選擇 JR16B-20／3 熱繼電器，其熱元件額定電流位 1.55A。(6)電磁鎖的選擇 可選擇歐姆龍 D4JL 電磁鎖安全門開(kāi)關(guān)。其鎖定強(qiáng)度為3000N，兩個(gè)安全接點(diǎn)加兩個(gè)監(jiān)視用接點(diǎn)，可以有多種監(jiān)視功能，鑰匙插入型，保護(hù)結(jié)構(gòu) IP67。(7)報(bào)警燈的選擇 由系統(tǒng)要求在電機(jī)過(guò)熱和變頻器過(guò)載時(shí)要報(bào)警。因此可選擇聲光報(bào)警燈 XD8(紅色)，直流 24V。(8)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(hào)，轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、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(guò)電壓和過(guò)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(guò) IHz。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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)斷點(diǎn)，因此對(duì)于有此要求的使用場(chǎng)合會(huì)受到限制。由于四翼旋轉(zhuǎn)門啟動(dòng)比較頻繁，故采用晶體管輸出。(9)電氣元件列于表 4.5.4.4.4 輸入輸出口及端口的保護(hù)及分配(1)輸入輸出口及端口的保護(hù)當(dāng)傳感器的輸入漏電流過(guò)大時(shí)有可能引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)而導(dǎo)致 PLC 的誤動(dòng)作，那么就需要多輸入口采取保護(hù)措施。由于紅外傳感器的電源電壓需要 24V,而 PLC 的 CPU 能輸出給傳感器的 電壓為 24V，那么無(wú)需外配電源。PLC 的開(kāi)通閥值電壓為 18V，關(guān)斷值電壓為 12V， 33輸入開(kāi)通電流為 7mA 左右，接點(diǎn)處的等效電阻可約為 1 千歐，為了防止誤動(dòng)作應(yīng)該并聯(lián)電阻。PLC 的輸入電阻為： 24/83.iRK??接點(diǎn)關(guān)斷時(shí)通過(guò)電流為：I=24/(1+3.4)=5.5mA等效電阻的壓降為：V=1*6=5.5V。分到控制器接口的電壓達(dá)到 18.5V，則會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，應(yīng)該并聯(lián)電阻使等效電阻上分到的電壓大于 12V，就能確保不至于導(dǎo)致誤動(dòng)作。并聯(lián) R 后電阻為： ，流過(guò)等效電阻上的電流為0iR??,要求 為好，那么有 ，則有 ,則有 100VIrR??012IrV?0241??0RK??,那么并聯(lián)電阻值應(yīng)該小于 1.4 千歐。3.4??各接近開(kāi)關(guān)的電阻按上述算法可以得出其串聯(lián)電阻也為小于 1.4 千歐。輸出口為晶體管輸出時(shí)，其輸出為阻斷狀態(tài)時(shí)也有漏電流產(chǎn)生，為了防止這個(gè)電流對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響，需要采取一定的保護(hù)措施。連接報(bào)警指示燈和變頻器的輸去口采用并聯(lián) RC 電路的措施，其接點(diǎn)電流 1A 對(duì)應(yīng)電容 0.1～0.5uF,接點(diǎn)電壓 1V 對(duì)應(yīng) 0.5～1 ，連接電子鎖繼電器的輸出口采用并聯(lián)二極管的方式消除，?二級(jí)管的選擇按其反向電壓大于電源電壓，額定電流大于負(fù)載電流的原則。(2) PLC 的 I/O 地址的分配列于表 4.5 和 4.6.表 4.4 控制系統(tǒng)電氣元件表序號(hào) 符號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格1 SB1 停止按鈕開(kāi)關(guān) LAY8紅色，DC24V2 SB2 停止按鈕開(kāi)關(guān) LAY8紅色，DC24V3 SB3 高速按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V4 SB4 高速按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V5 SB5 中速按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V6 SB6 中速按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V 347 SB7 殘疾按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V8 SB8 殘疾按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V9 SA1 急停開(kāi)關(guān) LW22 DC24V10 SA2 電磁鎖 D4JL DC24V11 FR1 熱繼電器 JR16B-20／3 1.6A12 報(bào)警指示燈 XD8 DC24V13 FU PLC 輸入回路熔斷器 RL1-15 6 級(jí)表 4.5 輸入地址分配輸入地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)配X000 急停按鈕X001 殘疾按鈕X002 停止開(kāi)關(guān)X003 中速開(kāi)關(guān)X004 高速開(kāi)關(guān)X005 鎖鑰X006 直流制動(dòng)接近開(kāi)關(guān)X007 防夾接近開(kāi)關(guān) 1X010 紅外線傳感器 1X011 防撞傳感器 1X012 防碰傳感器 1X013 防夾傳感器 1X014 變頻報(bào)警輸出X015 鎖門接近開(kāi)關(guān)X016 防夾接近開(kāi)關(guān) 2X017 紅外線傳感器 2X020 紅外線傳感器 3X021 紅外線傳感器 4X022 防撞傳感器 2X023 防碰傳感器 2X024 防碰傳感器 3X025 防碰傳感器 4 35表 4.6 輸出地址分配輸出地址 信號(hào)內(nèi)容Y000 上電及報(bào)警信號(hào)Y001 電磁鎖控制繼電器Y002 電動(dòng)機(jī)啟停（變頻器智能端子 FWD）Y003 速度控制（變頻器職能端子 X2）Y004 速度控制（變頻器職能端子 X1）Y005Y006 直流制動(dòng)（變頻智能端子 X3）Y007 編派器復(fù)位（變頻智能端子 RESET）4.5 PLC 的軟件設(shè)計(jì)4.5.1 鎖門程序設(shè)計(jì)與解釋(1)機(jī)械鎖位置準(zhǔn)確直接上電磁鎖的機(jī)械輸出程序設(shè)計(jì)：當(dāng)鑰匙和鎖門接近開(kāi)關(guān)同時(shí)有效時(shí),且電機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)才能產(chǎn)生鎖門信號(hào)輸出.三個(gè)信號(hào)應(yīng)該采用串聯(lián)方式進(jìn)行信號(hào)輸入來(lái)控制鎖門輸出.采用輸出映像寄存器 Y001 來(lái)實(shí)現(xiàn).則程序設(shè)計(jì)如下：程序解釋：當(dāng)鑰匙 X005 有輸入，接近開(kāi)關(guān) X015 有輸入，電機(jī)沒(méi)有輸入時(shí)，就接通 Y001,使其產(chǎn)生輸出。當(dāng)接近開(kāi)關(guān)沒(méi)有信號(hào)或電動(dòng)機(jī)沒(méi)有停止運(yùn)轉(zhuǎn)，則沒(méi)有輸出。(2)機(jī)械鎖停位不準(zhǔn)確時(shí)輸入程序設(shè)計(jì)：當(dāng)電磁鎖控制繼電器 Y001 沒(méi)有信號(hào)時(shí)，說(shuō)明機(jī)械鎖停位不準(zhǔn)確。還需要讓門轉(zhuǎn)動(dòng)以保證下次停位準(zhǔn)確，同時(shí)應(yīng)保證此時(shí)門沒(méi)有輸出直流制動(dòng)信號(hào)，也應(yīng)注意實(shí)現(xiàn)自鎖功能。采用 PLC 內(nèi)部繼電器 M13 來(lái)實(shí)現(xiàn)。則程序設(shè)計(jì)如下：X026 防夾傳感器 2X027 電機(jī)過(guò)熱輸入 36程序解釋：當(dāng)鑰匙 X005 有輸入，接近開(kāi)關(guān) X015 沒(méi)有輸入時(shí)，就接通 M13,使其產(chǎn)生輸出,同時(shí)使常開(kāi)觸點(diǎn) M13 產(chǎn)生自鎖。而此時(shí)有制動(dòng)信號(hào)則不能自鎖,