旋转门系统介绍

旋转门系统介绍
一自动旋转门的使用要求
1.旋转门的特点
旋转门的最大优点在于它"永远开门，又永远关门"，即对于人员来说门总是开着的，而对于建筑物来说又总是关闭着的。

因此，旋转门在安保功能方面具有独到的特点，但在进出人员流量方面却没有优势。

由于门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的，因此在大型公共场合还是会混合选择其它类型的门，如自动平开门或手动平开门。

另一方面，在静态密封效果方面，旋转门远不如其它门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。

2.旋转门的安全配制
旋转门的安全装置完全不能省略。

第一，活动翼与固定门体之间很容易夹人，所以自动旋转门出入口两侧的防夹感应胶条必须匹配。

第二，旋转门的旋转运动相对稳定，人在通过旋转门时的行走速度必须与其转速一致，否则就很容易发生碰撞。

防碰撞功能是通过类似自动反向功能来实现的，包括对人为的推动进行反应。

人为的推动是造成旋转门功能障碍的主要原因之一。

二系统设备特性简介
1.可编程序控制器 PLC
1.1 PLC的发展
工业生产过程中，具有大量的电气顺序控制，要求按照逻辑条件和状态反馈进行合理的动作。

传统上，这些功能是通过继电控制系统来实现的。

自1968年美国通用公司公开招标，提出研制能够取代继电器控制系统的装置后，可编程序控制器——Programmable Logic Controlle（PLC）便逐步的发展和完善起来。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，
控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则进行设计。

上世纪80年代至90年代中期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了大幅提高，并逐渐进入到了过程控制领域。

现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等诸多优点。

在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。

1.2 PLC的构成与功能
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

1.2.1 CPU
CPU是PLC的核心，主要由运算器、控制器、寄存器及数据、控制及状态总线构成。

CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，诊断电源和PLC内部电路的工作状态，诊断用户程序错误，从用户程序存储器中读取指令并逐条分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU的速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

1.2.2 I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。

通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块按I/O点数确定模块规格及数量。

I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力限制。

1.3 PLC软件系统及常用编程语言
PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。

系统程序包括监控程序、编
译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。

系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。

用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序用来实现各种控制。

梯形图语言是最常用的一种编程语言，作为一种图形语言，沿用了传统控制图中的继电器触点、线圈、连接方式等图形符号构成，更直观地描绘出了用户程序的控制要求。

2.变频器
变频器是近几年兴起的一种调速节能新产品，它是电力电子技术和计算机应用技术的完美结合，因其调速精度高、操作方便，现已被广泛应用在机械、化工、轻工等领域。

它利用电力半导体器件的通断将工频交流电变换为任一频率的交流电源，常采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），即先把工频交流电源整流成直流电源，然后再转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器内部电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率环节，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，输出为PWM波形。

3.接近传感器
接近传感器又称无触点接近传感器，是理想的电子开关量传感器。

当金属体接近传感器的感应区域，开关就能迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程。

即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，也是一般机械式行程开关所不能相比的，因此它被广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业，在自动控制系统中作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。

接近传感器具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。

对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近传感器，以使其在系统中具有高的性能价格比。

当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近传感器；当检测体为非金属材料时，如；木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近传感器；金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近传感器或超声波型接近传感器。

对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近传感器或霍尔式接近传感器。

图1
三系统硬件设计
图2和图3是旋转门控制系统原理图和实物接线图。

该系统主要由旋转门、接近传感器、可编程序控制器和变频器组成。

图2 旋转门控制系统原理图
图3 旋转门实物接线图
1.旋转门及接近传感器
该旋转门由4扇玻璃门相互垂直地镶嵌在同一个轴柱上构成，电机通过减速机构带动旋转门的轴柱，从而产生门的旋转运动。

为了实现系统的全部自动化和智能化，系统在旋转门圆形框架的上端，安装了4个接近传感器，其中3个面向进门的行人（图3中的A1），一个面向出门的行人(图3中的A2)；在门框外侧的边沿上分别安装了2套防夹传感器（图3中的B1和B2）；在圆弧门框外侧的表面上，分别安装了暂停按键和换速按键（见图3中的C1、C2和E1、E2）；D1和D2是旋转门的定位或加减速起点行程开关。

2.控制部分
该系统利用松下公司的FP1-C40系列PLC，作为该系统的控制指挥中心（见图4）。

该PLC把来自旋转门现场的检测信号、变频器（见图5与图6）的状态信号以及楼宇自动监控系统的指令，经过收集、处理后，完成对变频器的频率控制和对楼宇自动监控系统的信息反馈。

图4
图5
图6
3.I/O分配表。

见表1
输入输出
X0 启动旋转门系统Y4 自动监控
X1 运行系统并自动监控Y5 自动监控
X2 进门防夹传感器B1 Y6 自动监控
X3 门外接近传感器A1 Y7 自动监控
X4 门外接近传感器A1 Y8 变频器电源X5 门外接近传感器A1 Y9 机械抱闸控制X6 定位行程开关D2 YA 变频器控制X7 出门防夹传感器B2 YB 变频器控制X10 门内换速按钮E2 YC 变频器控制X11 门外换速按钮E1
X12 门外急停按钮C1
X13 定位行程开关D1
X14 门内接近传感器A2
X15 门内暂停按钮C2
表1 ：PLC输入输出分配表
4.反馈给楼宇自动监控系统的信息状态如表2所示。

表2：反馈数值与对应信息
四系统软件设计
1.变频器的主要控制参数
当客流量比较小或Xl为“ON”时，变频器的工作频率为42 Hz（YA为“ON”时），电机起动时间6 s，制动时间15 s；当客流量比较大时（X3、X4和X5都为“ON”时），变频器的工作频率为50Hz（YA和YB同时为“ON”时）；当第一次按换速键时，变频器的工作频率变为21 Hz（YA和YC同时为“ON”时），当第二次按换速键时，变频器的工作频率由其他现场状态控制；当有行人不慎被夹时，旋转门迅速制动并待行人解脱后，经过10 s的延迟，自动恢复到正常旋转速度。

2.PLC控制变频器的程序
图7是根据系统要求编制的PLC程序。

在编制PLC程序时，应注意如下几点：①在旋转门机械抱闸开始前应先让变频器脱离电网，以避免变频器受损；
②当残疾人专用速度启用时，无论在门内还是门外，第二次按动此功能按键时应使变频器恢复正常运行速度。

图7 PLC控制变频器的程序
3.旋转门运行状态诊断程序
楼宇自动监控系统除了使用摄像机获取旋转门的外部工作状态信息外，还需要使用PLC获取旋转门控制系统内部的工作状态信息。

所以在编辑控制系统内部状态诊断程序时，不但要照顾到现场维护人员能利用PLC诊断故障，还照顾到楼宇自动监控系统准确、方便地使用PLC提供的诊断信息。

旋转门控制系统内部状态诊断PLC程序梯形图如图8所示。

图8 旋转门运行状态诊断程序
4.元件清单
元件名称型号数量注释
PLC 松下FP1-C40 1台
变频器松下VF0C 1台400V/1.5KW
接近开关XS1N08NA349 6个
按钮AK2026 4个
接触器LC1-D0601B7N 1个
表3
五、总结
旋转门设计新颖、外观大方、功能齐全、使用控制方便，是集机电于一体化的高新技术产品。

为了使系统更加可靠，安装时要考虑到下雨天避免雨水进人控制系统的措施，行人所接触到的按键也一定要保证安全。

同时，接近传感器的可靠性也是实现旋转门控制系统自动化和智能化关键之一。

通过不断的学习和调试过程，终于完成了这个设计，完成了预期的目标。

参考文献：
（1）任为民《电子技术基础课程设计》中央广播电视大学出版社1997年5月第1版（2）廖常初《PLC基础及应用》机械工业出版社2004年2月版（3）原魁《变频器基础及应用》冶金工业出版社2002年1月版。