【文章內(nèi)容簡介】 圖 8 3 自動門控制系統(tǒng)的設(shè)備選型 驅(qū)動裝置的選型 根據(jù)本論文所設(shè)計(jì)的自動門的要求選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強(qiáng)、低轉(zhuǎn)速的交流變頻電機(jī)，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮，本論文設(shè)計(jì)的自動控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用本溪市微分電機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的電梯自動門專用三相交流變頻電機(jī)，型號為 SBP9060 型，額定電壓為三相交流 220V，采用 Y 型接法。 根據(jù)生廠商提供的電機(jī)結(jié)構(gòu)和參數(shù)圖如圖 31 所示： 圖 31 電機(jī)結(jié)構(gòu)和參數(shù) 可編程控制器（ PLC）的選型 PLC 概述 可編程控制器（ PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊 9 技術(shù)而展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要，應(yīng)用最多的控制設(shè)備，并已躍居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。 可編程控制器以其可靠性高，組合靈 活，編程簡單，維護(hù)方便等獨(dú)特優(yōu)勢被日趨廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個控制領(lǐng)域，它的應(yīng)用深度和廣度已成為一個國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。 隨著 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已能完成以下控制功能：條件控制功能；定時 /計(jì)數(shù)控制功能；步進(jìn)控制功能；數(shù)據(jù)處理功能； A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能；運(yùn)動控制功能；過程控制功能；擴(kuò)展功能；遠(yuǎn)程 I/O 功能；通訊聯(lián)網(wǎng)功能；監(jiān)控功能等。 像 PLC 這樣集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的機(jī)電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為 PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息 化及智能化創(chuàng)造了條件。 自動門 PLC 的選型 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)的性能、設(shè)備的可靠性。這其中 PLC 的選型至關(guān)重要，如何根據(jù)不同的控制要求選擇合適的 PLC，設(shè)計(jì)出運(yùn)行平穩(wěn)、動作可靠、安全實(shí)用、調(diào)試方便、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)呢 ?在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)確定系統(tǒng)方案，下一步工作就是 PLC 的設(shè)計(jì)選型。選擇 PLC，主要是確定 PLC 的生產(chǎn)廠家和 PLC 的具體型號。 (1) PLC 生產(chǎn)廠家的選擇確定 PLC 的生產(chǎn)廠家，主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶的要求、設(shè)計(jì)者對于不同廠家 PLC 的熟悉程度和設(shè)計(jì)習(xí)慣、配套產(chǎn)品的一致性以及技 術(shù)服務(wù)等方面的因素。從 PLC 本身的可靠性考慮，原則上只要是國外大公司的產(chǎn)品，不應(yīng)該存在可靠性不好的問題。 (2) 輸入輸出 (I/0)點(diǎn)數(shù)的估算 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 的基本參數(shù)之一。 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的總和為依據(jù)。通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 (3) PLC 機(jī)型的選擇 整體型 PLC 的 I/0 點(diǎn)數(shù)較少且相對固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統(tǒng)。這一類 PLC 的代表有：西門子公司的 S7200 系列、三菱公司的 FX 系列、歐姆龍公司的 CPM1A 系列等。 10 (4) 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 綜合以上因素， 根據(jù)作者對 PLC 生產(chǎn)牌子的熟悉程度、 I/O 接入點(diǎn)（初步設(shè)計(jì) 13 個輸入點(diǎn)和 12 個輸出點(diǎn)）的估算、小型控制系統(tǒng)的要求以及經(jīng)濟(jì)可行性等綜合考慮，本論文設(shè)計(jì)采用西門子 S7200（ cpu226）系列小型 PLC 來實(shí)現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制，所選 PLC如圖所示 32 所示。 西門子 S7200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司推出的一種小型 PLC ，它結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性良好、指令功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉，成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。其產(chǎn)品集成一定數(shù)字 I/O 點(diǎn)的 CPU： CPU22 CPU 22 CPU 22 CPU 22 CPU 226XM。 S7200 的編程軟件： STEP7Micro/WIN32。該編程軟件可以方便地在 Windows 環(huán)境下對 PLC 編程、調(diào)試、監(jiān)控。使得 PLC 的編程更加方便、快捷。可以說， S7200 可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。 圖 32 西門子 S7200 系列 PLC 變頻 器的選型和參數(shù)設(shè)置 變頻器的原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式，先把工頻交流電流通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電流，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以提供給電動機(jī)。變頻器的電流一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋 11 式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的 主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相電流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)，幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再提供給電機(jī)使用。 變頻器的選型 根據(jù)本設(shè)計(jì)自動門的需要，配合以上電機(jī)的選型，變頻器選型要確定以下幾點(diǎn)： (1) 電壓匹配。變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。本設(shè)計(jì)選取的三相異步變頻電機(jī)額定輸入電壓值為 220V ，所以變頻器輸出三相電壓應(yīng)為 220V。 (2) 電流匹配。變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。由以上電機(jī)選型參數(shù)可知電機(jī) Y 型連結(jié)啟動最大電流值為 ，所用變頻器最大電流應(yīng)大于該電機(jī)最大啟動電流值。 (3) 容量匹配。在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。本設(shè)計(jì)選取電機(jī)功率為 ， 所以選取變頻器時其容量必須大于 以上。 綜合以上因素，本設(shè)計(jì)選取 三菱 系列單相 200V 級變頻器，考慮該系列 容量級別的型號不帶制動回路和制動電阻，所以本設(shè)計(jì)選取 容量級別帶制動回路的 BFV00042G（ ）型號，外觀如圖 33 所示： 圖 33 松下 VF0 變頻器外觀 12 松下 V F 0 系列變頻器具有以下特點(diǎn)： (1) 為了滿足各類機(jī)器小型化的需要，實(shí)現(xiàn)了同類產(chǎn)品中最小型化的目標(biāo)， 和 型，寬 78mm高 110mm。 (2) 可與 PLC 直接調(diào)節(jié)頻率、直接接收 PLC 的 PWM 信號并可控制電動機(jī)頻率。 (3) 采用了新設(shè)計(jì)的調(diào)頻電位器，用操作盤就可容易地操作正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)。 (4) 內(nèi)裝 8 段速多功能控制功能，可最大滿足自動門多段速調(diào)節(jié) 。 松下 VF0 系列 BFV00042G（ ）型號變頻器主要參數(shù)如表 31 所示 ,多功能 SW 端子設(shè)定為多速功能時的 SW 輸入組合動作如表 32 所示。 表 31 松下 VF0 系列 BFV00042G 變頻器主要參數(shù)表 電機(jī)容量 變頻器控制方式 高載頻正弦波 PWM 控制 (V/F 控制 ) 輸 入 相數(shù) 電壓 頻率 單相 200~230VAC50/60 Hz 電壓變動允許值 額定輸入交流電壓的 +10%,15% 頻率變動允許值 額定輸入頻率的 177。5% 輸 出 頻率范圍 ~250 Hz 頻率顯示 數(shù)字顯示 頻率精度 數(shù)字設(shè)定時： Hz(100 Hz 以上為 1 Hz),模擬設(shè)定時： Hz(50/60 Hz 時 ) 表 32 SW 多功能端子多段速輸入組合 SW1(端子 ) SW2(端子 ) SW3(端子 ) 動作頻率 0 0 0 第 1 速 1 0 0 第 2 速 0 1 0 第 3 速 1 1 0 第 4 速 0 0 1 第 5 速 1 0 1 第 6 速 0 1 1 第 7 速 1 1 1 第 8 速 13 變頻器的參數(shù)設(shè)定 本論文所設(shè)計(jì)的自動門系統(tǒng)具有如下速度要求： 自動門要求高速啟動 (行程開關(guān) 1)→ 中速運(yùn)行 (行程開關(guān) 2)→ 低速運(yùn)行 (行程開關(guān) 2)→停止 (限位下限開關(guān) )，構(gòu)成了如圖 34 的開門 和關(guān)門曲線。 開 門 曲 線關(guān) 門 曲 線VS 圖 34 開關(guān)門曲線 根據(jù)曲線要求，以下對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)線速度和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，公式為： v= 260nr? = 60nD? 。 設(shè)馬達(dá)輪皮帶輪直徑為 1D (m)，轉(zhuǎn)速為 1n (r/min)，線速度為 1v (m/s)；門滑輪外直徑是