基于PLC的自动旋转门控制系统胡设计

绪论

1.1 背景

人们更加注重自动化和人性化的产品。自动旋转门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的最前端。自动旋转门由于其可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，既方便又提高了建筑的档次的原因，在银行、写字楼、酒店等办公娱乐场所得到了广泛普及应用。

由于自动旋转门的人流量有限，通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。但在静态密封效果方面，自动旋转门远不如其他自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。因此针对自动旋转门系统的设计就显得更具有实际意义，不仅可以提高旋转门的智能化程度，更能促进旋转门的技术更新和产品的应用。

1.2 自动旋转门的发展趋势

自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。国外著名厂家有：荷兰的B00N EDAM 瑞典的BESAM 德国的多玛、盖泽日本的纳博克、寺冈等。

经过多年发展，旋转门行业呈现以下发展趋势：

①智能化、多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化,以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。

②免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。

③多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。

④高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将成为非常重要的一项指标，也是一项基本要求。

2 设计方案的确定

旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。

2.1 自动旋转门系统的方案设计

(1)框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。门体结构简图如图2-1所示。

图2-1 门体结构简图

(2)驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。

(3)控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。

(4)检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。

(5)安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。

2.2 旋转门控制方案的确定

通过分析可知本设计是利用可编程控制器（PLC）、变频器传感器等构成三翼自动旋转门的控制系统。根据控制原理和设计要求确定了系统的结构框图如图2-2所示。

红外传感器作用是检测是否有行人通行；红外防夹传感器和防夹接近开关用来检测是否有人被夹；定位接近开关用来检测门翼是否停在定位位置；防碰撞传感器用来检测是否有人被碰或被撞；主控芯片用来判断传感器传来的各种信号并经过判断做出相应控制动作；变频器接收控制信号对电动机进行调速。另外还有运行状态指示灯和过载报警等等。

旋转门控制系统实现了对门的自动启停、自动定位、速度调节、安全智能和夜间闭锁等功能。

图2-2控制原理框图

3 三翼自动旋转门驱动系统设计

3.1 确定各扇门的质量

由于转轴中心两端是对称的，以一边门体计算即可。 铝型材密度：

代号为L090704的线密度为0.966 代号为L090706的线密度为0.836 代号为L090707的线密度为1.152

每扇门框的质量：

123(240040)213151315m ρρρ=-⨯+⨯+⨯铝

=2.360⨯2⨯0.966+1.135⨯0.836+1.135⨯1.152 =8.053kg

式(3-10)

式中：1ρ，2ρ，3ρ分别为各铝型材的密度。 单扇门玻璃的质量：

m v ρ=⨯铝玻

=2.2470 1.2110.006250040.82kg ⨯⨯⨯= 式(3-11)

式中：v 玻为玻璃的体积，ρ为玻璃的密度。

单扇门的质量： m m m =+铝玻 =40.82+8.053

=49kg

式(3-12)

式中：m 玻为单扇玻璃的质量，m 铝单扇门框的质量。

3.2 各部分转动惯量的计算

假设门扇为均匀的质量体,其在宽度方向的面密度σ可以用下式计算,m

RL

σ=其中R 为门扇的宽度，L 为门扇的长度。 则门扇对中心惯量可用下式计算

2

2

22

2

212

r mR J r dm Lr dr r dr σσ====⎰⎰⎰

式(3-13) 由平行轴定理知，门扇相对于轴的转动惯量为：

21()122mR R J m L =++

249 1.31549 1.045512⨯=+⨯

=56.6 式(3-14) 其中L 1为轴的半径。

3.3 惯性力矩的计算

参照物理学力矩的计算，假设门体1s 内加速到门体的快速转速，由于旋转门体的最大转