【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 便等特點(diǎn)。 綜合各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，PLC 是對(duì)兩翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最佳選擇。 變頻器的選擇變頻器的選擇主要涉及變頻器容量的選擇，而變頻器的容量又由很多因素決定，如電動(dòng)機(jī)容量、電動(dòng)機(jī)減速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。 變頻器的容量計(jì)算由于變頻器只驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，而對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須滿(mǎn)足下列 3 項(xiàng)計(jì)算公式：滿(mǎn)足負(fù)載要求輸出： cosMCKP??? ???（）滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)容量： 310CMEPKUI? 式（）????滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)電流： CMEI? ??（）式中：PCM 是變頻器的容量、 PM 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率、 UE 是電動(dòng)機(jī)的額定電壓、IE 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、K 電流波形補(bǔ)償hcos198。系。K 是電流波形補(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 —。 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12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 式（）12()(95MLLsJnTt+=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、 n2 減速完了的速度、t s 減速時(shí)間、 TL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由于整個(gè)門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 311 ，總共的傳動(dòng)比為 1440/6=240，算到電機(jī)軸上慣量為 ，由于中間齒輪和減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量沒(méi)有折213()054.??算到電機(jī)軸上，可將上值取為 ，減速時(shí)間為 。那么有： 式（）(.)(40).+180。=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)選值。 式（）212(0.).147380.(.5.)4036COBBMURTn?????式中：R OB 為制動(dòng)電阻、U C 為直流電路電壓、T B 為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、T M 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩、n 1為減速開(kāi)始速度，n 2 為減速完了的速度，t s 為減速時(shí)間， TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。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：13 式（）(0.)(.????根據(jù)以上條件可選擇文獻(xiàn) [6]浙江盛華公司 TE280 系列變頻器型號(hào)為 TE2802022，其相關(guān)參數(shù)如表 ：表 變頻器參數(shù)Table Inverter parameters型號(hào) TE2802022最大適用電機(jī)功率／KW 額定容量／KA 額定電流／A 輸入信號(hào) 模擬設(shè)定 420mA輸出信號(hào) 報(bào)警輸出 DC28V 表 頻率設(shè)定Table Frequency Setting智能端子電平高低速度控制字端子 M11 端子 M12速度設(shè)定單元速度設(shè)定值／Hz說(shuō)明00 0 0 A11 50 高速01 0 1 A12 中速10 1 0 A13 低速11 1 1 A14 10 制動(dòng)前速度 變頻器的頻率設(shè)定根據(jù)前面控制功能分析可知變頻器要實(shí)現(xiàn)三種電機(jī)速度，由于快速時(shí)為 6r/min，而在門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就以最高速設(shè)計(jì)的。那么轉(zhuǎn)最高速時(shí)電機(jī)接受正常的供電頻率為 50Hz；轉(zhuǎn)中速時(shí)為 4r/min，那么變頻器輸出頻率就為 ；轉(zhuǎn)殘疾低速時(shí)為 ，那么變頻器輸出頻率就為 。由于考慮到制動(dòng)的原因，制動(dòng)前應(yīng)把速度減到較低的速度，可設(shè)置這個(gè)頻率為 10Hz。變頻器通過(guò)外部給定方式，由外部數(shù)字量給定，外部端子輸入，那么電機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)TE2803007 變頻器的智能端子 M1M22 電平高低組成的速度控制字進(jìn)行設(shè)定。速度設(shè)定單元為變頻器的 A1A1A1A14 四個(gè)單元，其設(shè)定值 （頻率）見(jiàn)表 ，其中 A14為直流制動(dòng)前的頻率。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14 PLC 的機(jī)型選擇兩翼旋轉(zhuǎn)控制是開(kāi)關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高,在其控制中沒(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)等功能。兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)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) ；不需要采用高速響應(yīng)模塊。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)門(mén)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，因此可選用西門(mén)子公司的 SIMATIC S7200 系列 PLC 機(jī)型，它是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型 PLC。它指令豐富、功能強(qiáng)大、可靠性高、適應(yīng)性好 、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴(kuò)展、性?xún)r(jià)比高,可以盡乎完美的滿(mǎn)足小規(guī)?？刂频囊?。①分析控制系統(tǒng)的 I/O 接點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)有：急停開(kāi)關(guān)、殘疾按鈕、STOP 暫停按鈕、Middle 中速按鈕、High 高速按鈕、鎖鑰、直流制動(dòng)接近開(kāi)關(guān)、防夾接近開(kāi)關(guān) 紅外線(xiàn)傳感器 防撞傳感器 防碰傳感器防夾傳感器 變頻過(guò)載報(bào)警輸入、鎖門(mén)接近開(kāi)關(guān)、防夾接近開(kāi)關(guān) 紅外線(xiàn)傳感器 紅外線(xiàn)傳感器 紅外線(xiàn)傳感器 防撞傳感器 防碰傳感器 防夾傳感器 2。通過(guò)對(duì)兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)控制點(diǎn)數(shù)的分析可知輸入點(diǎn)數(shù)有：傳感器輸入 14 個(gè)，按鈕開(kāi)關(guān) 4 個(gè)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)輸入有 2 個(gè)，熱繼電器輸入 1 個(gè)，變頻器過(guò)載輸入 1 個(gè)。所以，一共有 22 個(gè)輸入點(diǎn)。輸出點(diǎn)有：上電及報(bào)警指示燈信號(hào)、電磁鎖控制繼電器、速度控制（變頻器職能端子M11）、速度控制（變頻器職能端子 M12）、直流制動(dòng)（變頻智能端子 REV）、變頻器復(fù)位（變頻智能端子 RST）。根據(jù)分析可知控制需要輸出點(diǎn)數(shù)有：報(bào)警輸出 1 個(gè)，啟?？刂?1 個(gè)，速度設(shè)定 2 個(gè)，直流制動(dòng)輸出 1 個(gè)，變頻器復(fù)位輸出 1 個(gè)，電磁鎖控制繼電器輸出 1 個(gè)。綜上所述總共有 7 個(gè)輸出點(diǎn)。因此，PLC 控制輸入信號(hào)共有 22 個(gè)，輸出信號(hào)共有 7 個(gè)。則 PLC 所需要的 I/O 端口必須大于 22／7，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)預(yù)留 30%的點(diǎn)數(shù)來(lái)方便以后的改進(jìn)，但如果因?yàn)轭A(yù)留需選擇更高級(jí)的 PLC 時(shí)，這樣做時(shí)不值得的，何況這個(gè)系統(tǒng)控制功能較為穩(wěn)定。那么可以初選定西門(mén)子S7200 系列 CPU226 模塊，此模塊有 24 點(diǎn)輸入／16 點(diǎn)輸出。②容量大小估算本系統(tǒng)為個(gè)較為簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，按一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，同時(shí)根據(jù)上面對(duì) I/O 接點(diǎn)的分析主要有：開(kāi)關(guān)量輸入字節(jié)數(shù)輸入為輸入點(diǎn)數(shù)乘以 10 字，那么有：2210=220 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出字節(jié)數(shù)為輸出總點(diǎn)數(shù)乘以 10 字，那么有：710=7 點(diǎn)假設(shè)需要 15 個(gè)定時(shí)器，則所需容量為定時(shí)器個(gè)數(shù)乘以 5 字，那么有： 155=75 點(diǎn)15總計(jì)大約需要 315 個(gè)字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留 30%，有 1K 的程序容量就已經(jīng)足夠了。而西門(mén)子 S7200 系列 CPU226 模塊有用戶(hù)存儲(chǔ)器容量位 2056 字，遠(yuǎn)大于所需存儲(chǔ)器的 容量，因此，此模塊是完全符合要求的。綜上幾點(diǎn)所述，本控制系統(tǒng)就選擇西門(mén)子 S7200 系列 CPU226 模塊作為控制系統(tǒng)的硬件支持來(lái)實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的控制。 ③S7200 系列 CPU226 硬件指標(biāo) 為了后面的設(shè)計(jì)，特根據(jù)資料 [7]查的 PLC 的一些硬件指標(biāo)如附錄 1。 PLC 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（High）按鈕開(kāi)關(guān)，中速（Middle）按鈕開(kāi)關(guān)、殘疾按鈕開(kāi)關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn) [7]193 頁(yè)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L(zhǎng)AY8（紅色）,其額定電壓位 24V，額定電流為 。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 。②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 ，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[7]選擇 JR16B20／3 熱繼電器，其熱元件額定電流位 。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)是熔體的額定電流 IR， 大于電機(jī)的工作電流（I=），小于電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流 I（I=），所以根據(jù)資料[7]可選擇 RL115，熔體額定電流等級(jí)為 6。④電磁鎖的選擇可選擇歐姆龍 D4JL 電磁鎖安全門(mén)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。其工作電壓為 24V。⑤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。⑥輸入模塊的確定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 4mA，這個(gè)電流是輸入口短接時(shí)產(chǎn)生的最大電流(端口本身純存在阻抗)。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 3mA 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2022 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(zhuān)用電源供電。16PLC 輸入模塊工作電壓可采用直流電壓 24V，因?yàn)檩斎胄盘?hào)與 PLC 輸入模塊距離較近，不超過(guò)六米。⑦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、晶體管輸出。這幾種輸出形式均有各自的特點(diǎn)，用戶(hù)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。通過(guò)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。由于 PLC 的輸出主要是控制變頻器，而變頻器的控制模塊是直流負(fù)載，其控制較為頻繁，同時(shí)又由于晶體管輸出適合直流負(fù)載，那么 PLC 的輸出接口就可以選擇晶體管輸出。⑧電氣元件列表如表 輸入輸出口的保護(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，PLC 的開(kāi)通閥值電壓為 14V，關(guān)斷值電壓為 5V，輸入開(kāi)通電流為 3mA 左右，接點(diǎn)處的等效電阻可約為 歐，為了防止誤動(dòng)作應(yīng)該并聯(lián)電阻。PLC 的輸入電阻為： 式（）24/36iRK??接點(diǎn)關(guān)斷時(shí)通過(guò)電流為：I=24/(+6)= 式（）等效電阻的壓降為：V= =。分到控制器接口的電壓達(dá)到 22V，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 5V，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 ,要求 為好，0iR??00VIrR??05IrV?那么有 ，則有 ,則有 ,那么并聯(lián)電阻值應(yīng)該小于 3 千歐。.?????6R??各接近開(kāi)關(guān)按上述算法可以得出其串聯(lián)電阻也為小于 3 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 1～,接點(diǎn)電壓 1V 對(duì)應(yīng) ～1 ，連接電子鎖繼電?17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。 表 控制系統(tǒng)電氣元件表Table Table control system electrical ponents序號(hào) 符號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 規(guī)格1 SB1 Stop 停止按鈕開(kāi)關(guān) LAY8紅色，DC24V2 SB2 Stop 停止按鈕開(kāi)關(guān) LAY8紅色，DC24V3 SB3 High 按鈕開(kāi)關(guān) LAY8綠色，DC24V4 SB4 High 按鈕開(kāi)關(guān) LAY8