1、xx 理工大学本科毕业设计论文I摘 要随着电子技术的发展，由继电器逻辑控制的仓库自动门控系统因存在许多缺陷而逐步被淘汰，而可编程控制器（以下简称 PLC）不断更新、发展，PLC 控制是自动控制中最常见的控制方式之一，仓库自动门就是自动控制应用的一个典型例子。由于可编程控制器具有很好的处理仓库自动门的开关控制及良好的稳定性，而且可以很简单地改变控制的方式。因此，仓库自动门在日常生活中运用越来越广泛。本文介绍了三菱可编程控制器（PLC）在仓库门控系统中的应用，对系统选型、工作原理、设计步骤、控制流程图、原理图和接线图做了详细阐述。仓库自动门控系统主要由以下几部分构成：可编程控制器（PLC） 、信号
2、采集装置、变频器、驱动装置、传动装置。通过信号采集装置有无人经过并将信号转换成开关量信号传到 PLC，PLC 根据开关信号来控制变频器的开停和速度的变换，再由传动装置带动仓库门运动。本系统设计结构简单，具有较高的可靠性、安全性、稳定性，并且可扩展能力强、维修方便。程序中也加强了仓库自动门控系统的安全性以及门的故障提示功能。关键字： PLC 门 硬件配置 软件设计 组态软件xx 理工大学本科毕业设计论文IIBased on PLC warehouse automatic gating system designStudent ：LI Min-rong Teacher: ZHI YanAbstra
3、ctAlong with electronic technologys development, because of has many flaws by the relay logical controls automatic gating system, but is eliminated gradually, but the programmable controller (hereafter refers to as PLC) to renew, the development unceasingly, the PLC control is in the automatic contr
4、ol one of most common control modes, the warehouse automatic valve is an automatic control application typical example. Because the programmable controller has the very good processing warehouse automatic valves stop-go control and the good stability, moreover may change the control very simply the
5、way. Therefore, the warehouse automatic valve utilizes in the daily life is getting more and more widespread.This article introduced the Mitsubishi programmable controller (PLC) in the warehouse gating systems application, to the system shaping, the principle of work, the design procedure, the contr
6、ol flow chart, the schematic diagram and the wiring diagram has made the detailed elaboration.Warehouse automatic gating system mainly by the following several parts of constitutions: Programmable controller (PLC), signal gathering installment, frequency changer, drive, transmission device.Installs
7、the human whether there is proceed signal gathering to pass through and passes to the signal conversion switch quantity signal PLC, PLC to control according to the switching signal the frequency changer to open stops with the speed transformation, leads the warehouse gate movement again by the trans
8、mission device.This system design structure is simple, has the high reliability, the security, the stability, and may expand ability to be strong, the service is convenient. In the procedure also strengthened the warehouse automatic gating systems security by the xx 理工大学本科毕业设计论文IIIdisciple breakdown
9、 prompt facility.Key words: PLC Gate Hardware disposition Software design Configuration software xx 理工大学本科毕业设计论文IV目 次摘 要 .IAbstract .II1 概述 .11.1 仓库自动门控系统设计的目的和意义 .11.2 国内外自动门发展现状 .21.3 本课题研究的内容 .32 仓库自动门控系统总体设计方案 .42.1 仓库自动门的功能需求分析 .42.2 系统设计的基本步骤 .52.3 仓库自动门技术参数的确定 .62.4 仓库自动门的机械传动机构设计 .73 仓库自动门硬件
10、系统的设计 .93.1 控制系统结构设计 .93.2 可编程控制器（PLC）的选型 .93.2.1 PLC 概述 .93.2.2 可编程控制器（PLC）的选型 .103.3 驱动装置的选型 133.4 变频器的选型 143.4.1 变频器的原理 143.4.2 变频器的选型 143.4.3 变频器的参数设定 .153.5 感应开关的选型 173.6 自动门系统 I/O 分配表 183.7 控制系统的电气接线 184 仓库自动门控系统软件的设计 204.1 PLC 梯形图概述 204.2 梯形图编程环境 204.3 程序流程图 23xx 理工大学本科毕业设计论文V4.4 梯形图的设计 245 系
11、统调试 255.1 梯形图程序的下载 .255.2 系统调试步骤 .265.3 程序调试记录及结果分析 .276 结论 29致 谢 30参考文献 .32附录 梯形图程序 .33xx 理工大学本科毕业设计论文11 概述1.1 仓库自动门控系统设计的目的和意义在经济飞速发展的中国，高楼耸立的大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼，自动化已经是随处可见。仓库自动门的工作方式是通过仓库自动门内外两侧的感应开关来感应人的出入，当人走进仓库自动门时，感应开关感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于仓库自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给
12、我们带来人员进出方便、节约空调能源、 防风、防尘、降低噪音等好处，更另我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。仓库自动门在国外早已得到普遍应用，在我国也以其优异的性能逐步得到大家的认同，中国已经迎来了仓库自动门发展的黄金时期。仓库自动门的性能优劣主要取决于它的控制装置，早期的仓库自动门控制系统采用继电器逻辑控制，造成安装繁琐、体积大、不稳定、不易维修等缺点已逐渐被淘汰。目前仓库自动门及自动化行业最稳定的控制装置是可编程控制器（以下简称 PLC） ，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运
13、算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式和开关量的逻辑控制的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。PLC 具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小重量轻，能耗低等优点。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足发展。因此，运用 PLC 控制仓库自动门具有较高的可靠性，维修方便等特点；进行自动化的 PLC 控制系统设计，可以推动自动门行业的发展，扩大 PLC 在自动门行业乃至整个自动化行业的应用，具有一定的经济和理论研究价值。本课题主要介绍运用 PLC 为控制器的仓库自动门的开发和研究，所有产
14、品的开发都要讲究实用，本课题开发的产品对许多的场合都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用。因此，本设计就是解决了这样一个问题，还可以保证仓库自动门的稳定性。xx 理工大学本科毕业设计论文21.2 国内外自动门发展现状在国外，进入 90 年代以来，自动化技术发展很快，技术已经相对成熟，并取得了惊人的成就，自动化技术是自动门的重要部分。 在现代人们生活中自动门可以节约空调能源、降低噪音、防风、防尘，同时可以使出入口显得庄重高档，因此应用非常广泛。随着我国经济的飞速
15、发展，自动门在人们的生活中的运用越来越广泛，自动门适合于仓库、宾馆、酒店、银行、写字楼、医院、商店等使用。但在国内，自动门的自主研发尚处于初级阶段。在自动门控制系统的设计中，稳定、节能、环保、安全及人性化是需要首先考虑的因素。由于门体的重量及体积不同会对自动门驱动和传动系统提出不同的要求，所以各种自动门又可以分为重型自动门和轻型自动门。客流量的差异会对自动门的使用产生很大影响，因此，自动门还可以分为一般自动门和可频繁使用的自动门。自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等，其中平开门用的场合较少，旋转门由于昂贵而且非常庞大，一般只用于有需
16、要的高档宾馆，自动平移门使用得最广泛，大家一般所说的自动门、 感应门就是指自动平移门，目前市场上流行的平移型自动门一般是两开，这种门的特点是简单易控，维护方便。自动平移门最常见的形式是自动门内外两侧加感应器，当人走近自动门时，感应器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。当人通过门之后，再将门关闭。由于自动平移门在通电后可以实现无人管理，既方便又提高了建筑的档次，于是迅速在国内外建筑市场上得到大范围的普及。自动门的控制方法很多，从控制器的不同来分，有传统的继电器控制，即通过按钮和复杂的接线安装来控制；智能控制器控制， 即通过运用现代化设备来控制，它具有稳定性高、安全等
17、优点，因此被很多生产厂商所运用。由于继电器逻辑控制的自动门系统因存在许多缺陷而逐步被智能控制器控制的自动门所淘汰。在智能控制器的选择上，自动门的主控器有微电脑控制器控制和可编程控制器（PLC）控制，微电脑控制主要有体积小、安装方便，目前许多大型的商场的自动门都是由这种方式来控制 12。xx 理工大学本科毕业设计论文31.3 本课题研究的内容本系统设计将在以下几个方面对仓库自动门的控制系统进行研究和论证。1、仓库自动门类型的选择。综合了仓库自动门的简洁、简单的要求，在本课题中主要研究自动平移门，本课题设计的自动平移门具有手动和自动门功能和分时间段控制功能以及配备安全防夹人光线、后备电源等辅助装置
18、来满足仓库、商场等人流众多的场所的高效率、高安全性的要求。2、仓库自动门硬件系统的设计。本课题设计的仓库自动门要求有很高的稳定性来满足日常的需要，故在本设计中所选用的智能控制器为稳定性良好的三菱 FX 系列PLC。在仓库自动门的开关门速度控制上本设计以三菱变频器作为调节器，运用变频器的三段速控制来实现仓库自动门的转速控制，为了解决变频器在频率很低的时候会出现不稳定的问题，驱动装置选用功率强大、稳定性好的自带减速装置的三相交流电机，在感应器运用自动门专用的微波雷达感应器和在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给 PLC 来实现 PLC
19、 对仓库自动门的控制。由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了仓库自动门的经济、实用、稳定的需要。3、仓库自动门软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计仓库自动门控制的要求，并能更好的考虑安全性和故障报警等问题，梯形图的编写运用三菱的 GX Developer 编程软件，此软件支持全部的三菱的 PLC， 并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。4、仓库自动门器件的选择。在本设计中，可编程控制器选用日本三菱电机公司生产的 FX2N-32M 小型 PLC；信号采集装置选用上海晶园微电子公司生产的微
20、波感应器；变频器选用日本三菱电机公司生产的 FR-540 变频器；驱动装置采用天津安全电机有限公司生产的 YSM100/112、W、S 三相异步电动机，额定转矩为 0.43N.M，额定转速为400r/min；传动装置采用皮的来带动仓库门的运动。本设计对周围环境的要求较低。xx 理工大学本科毕业设计论文42 仓库自动门控系统总体设计方案2.1 仓库自动门的功能需求分析本设计面向仓库入口的应用，需要有安全和可靠性，在设计的时候改进了仓库自动门的友好性，结构如图 2.1 所示：图 2.1 仓库自动门结构图根据仓库中对自动门的具体要求，本课题所设计的自动门应具有以下功能 3：1、开门和关门控制应具有手
21、动和自动方式为了便于维护，仓库自动门应具有手动和自动方式。手动和自动开门方式由手自动转换开关来控制。当转换开关拨向手动位置时，门可以手动调节开或者关。当转换开关拨向自动位置时，手动开门失效，由感应器检测到有人接近门口且门未打开或者检测到已无人接近门且门未关闭，PLC 动作输出信号给变频器来控制电机的正转或者反转来实现开门或者关门。 2、蜂鸣器的提示功能当自动门开启和关闭时，PLC 输出信号给蜂鸣器，蜂鸣器响以提醒来往行人注意。3、防夹人功能为了杜绝仓库自动门的夹人事件，在门两侧安装防夹人红外感应器，以防止停留在门附近的人被门所夹住 4。仓库自动门控制系统包含 PLC 控制和动作执行元件构成。采
22、用自动和手动点动控制方式，这种控制模式为目前大多仓库自动门的控制方式。本课题所设计的仓库自动门控制系统采用 PLC 为控制中心来控制传动机构，从而控制门的开和关实现仓库门的自动化控制。xx 理工大学本科毕业设计论文52.2 系统设计的基本步骤在仓库自动门控系统设计和调试过程中最主要的是先列出设计的主要步骤流程图（如图 2.2 所示） 。在仓库自动门控系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1、深入了解和分析仓库自动门的工艺条件和控制要求。2、确定 I/O 设备。根据仓库自动门控系统的功能要求，确定系统所需要的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器
23、、接触器、指示灯等。3、根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。4、分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入/输出(I/O)分配表或者输入输出端子的接线图。5、设计仓库自动门控系统的梯形图程序。根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个仓库自动门控系统设计的核心工作。6、将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。7、仓库自动门控系统的整体调试。在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功 5。图 2.2 设计调试步骤图xx 理工大学本科毕业设计论文62.3 仓库自动门技术参数的确定
24、仓库自动平移门安装和调试的关键是提高精度，即导轨的平直和水平度，门体的两个吊挂点所形成的直线与导轨的平行度和垂直度，最大限度地减少门体的静态侧摆。在仓库自动门投入使用后，尤其是初期，应经常调节门体，修正运行产生的误差。要严格限制门体重量，不能超过仓库自动门的额定负重。通常在三个月最多一年内要对仓库自动门进行全面的清理和调整。公共场所的自动平移门因为使用频率非常频繁，而任何自动门的使用频率和使用寿命都有限。例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等
25、。具体参数如表 2.1所示：表 2.1 仓库自动门具体参数单扇开启宽度（mm） 1250mm(最宽)单扇门的最大承重（kg） 1*120kg高度（mm） 2500mm最快开/关门速度（cm/s） 60cm/s常速开/关门速度（cm/s） 32.5cm/s减速开/关门速度（cm/s） 20cm/s开启保持时间（s） 15s(程序中可调)可编程控制器（PLC）电源 220V AC,50-60Hz驱动器电源 380V AC,50Hz驱动器输出额定功率 120W2.4 仓库自动门的机械传动机构设计本课题设计的仓库自动门控系统针对人流较多的商场和仓库，应对周围环境进行综合考虑，所以在本课题的仓库自动门机
26、械传动设计中考虑了以下几个方面 6：1、仓库自动门的传动主要包括安装板、轨道、门机、皮带和吊挂件等。2、所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。3、电机：驱动电机采用 380V 三相交流电机，功率大，可调性强。4、导轨：水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，从而确保了门扇的xx 理工大学本科毕业设计论文7稳定性，并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方面的特点。5、滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。6、皮带：采用齿形皮带，齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效
27、率。皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。7、传动结构如图 2.3 所示。其中马达皮带轮直径为 5cm，皮带滑轮内径为13.5cm，外径为 28.5cm。图 2.3 机械传动xx 理工大学本科毕业设计论文83 仓库自动门硬件系统的设计3.1 控制系统结构设计本设计运用 PLC 控制变频器来调节交流电机运转来实现仓库自动门运转的控制方式。采用变频器电路，结构简单、控制方便、可靠性高，交流电机具有效率高，维护成本低等特点。交流电机驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、结构简单、维护方便、易于冷却和寿命长等优点，并且系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转等特性。随
28、着变频技术的发展，交流电机控制的成本得以降低，为交流驱动系统在仓库自动门中的大量运用提供了条件 7。控制系统结构图如图 3.1 所示：图 3.1 控制系统结构图3.2 可编程控制器（PLC）的选型3.2.1 PLC 概述可编程控制器，英文名称 programmable controler，简称 PLC，本课题中用 PLC 作为它的简称。PLC 是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的的控制。PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算
29、机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而 PLC 则要考虑信息入出xx 理工大学本科毕业设计论文9的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点。PLC 可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多，强得多。PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，有大量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：1、逻辑处理功能；2、数据运算功能；3、准确定时功能；4、高速计
30、数功能；5、中断处理（可以实现各种内外中断）功能；6、程序与数据存储功能；7、联网通信功能；8、自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC 几乎也都可以做到。像 PLC 这样集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为仓库自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件 8。3.2.2 可编程控制器（PLC）的选型在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特
31、点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。1、输入输出（I/O）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的 I/O 点数为输入 13 点，输出 12 点。2、存储器容量的估算xx 理工大学本科毕业设计论文10存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬
32、件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字） ，另外再按此数的 25%考虑余量。因此本课题的 PLC 内存容量选择应能存储 2000 条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3、控制
33、功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的仓库自动门控系统的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能离线编程方式：PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用
34、和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC） 、梯形图（LD） 、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL ） 、结构文本（ST ）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123）,同时，还应支持多种语言编程形式，如 C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。（3）诊断功能PLC 的诊断功能
35、包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的xx 理工大学本科毕业设计论文11故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。4、机型的选择（1）PLC 的类型PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型
36、PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。（2）经济性的考虑选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计
37、的仓库自动门属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型 PLC。综合以上因素，本课题的设计采用日本三菱公司生产的 FX2N-32M 小型 PLC 来实现整个自动系统的控制。如图 3.2 所示：FX2N 系列 可编程序控制器图 3.2 FX2N 可编程控制器（PLC）三菱 FX2N-32M 具有如下优点：最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全xx 理工大学本科毕业设计论文12面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块。它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱 FX2N-32M 具有突出的寄存器容量：三菱 FX2N-32M 包括 8K 步内置 R
38、AM 寄存器，用一个寄存器盒可扩充到 16K 步 RAM 或 EEPROM。丰富的元件资源：3072 点辅助继电器、256 点计时器、235 点计数器和 8000 点数据寄存器、实时时钟、使用标准型号实时时钟满足时间灵敏度应用要求。3.3 驱动装置的选型仓库自动门的驱动器是仓库自动门能否良好工作的保障，在本设计中是运用变频器的三段速度调节来自调节电机的速度，以达到驱动仓库自动门的目的。这种方法具有稳定性能好，维修方便，连接简单，成本较低，是在目前的仓库自动门行业主流控制方式。根据本课题所设计的仓库自动门的要求应选用绝缘电阻、绝缘介电强度、接地装置、过电压保护等符合国际安全标准规定的，具有噪声低
39、、过载能力强的特点的并且转速不高于 500r/min 的电机，在结合了安全、稳定的考虑本课题所设计的自动控制系统的驱动装置选用天津安全电机有限公司生产的型号为 YSM100/112、W、S 的三相 380V交流电机。电机如图 3.3 所示：图 3.3 YSM100/112、W、S 交流电机xx 理工大学本科毕业设计论文133.4 变频器的选型3.4.1 变频器的原理变频器是利用电力半导器性的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF 变频或矢量控制变频） ，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源。然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的
40、交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、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、逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器。且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功半。变频器是输出频率可改变的交流电力拖动设备。变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电，以此为电源再供给电机使用 8。3.4.2 变频器的选型根据仓库自动门的需要，变频器选型时要确定以下几点：1、变频器与负载的匹配问题（1） 电压匹配：变频器的额定电压与负载
41、的额定电压相符。本课题所用的电机的额定电压为 380V，故在选择变频器时要符合电机的额定电压。（2）电流匹配：变频器的额定电流与电机的额定电流相符，以最大电流确定变频器电流和过载能力。在本课题所使用的三相交流电机的最大起动电流为 Y 形接法为0.37A，形接法为 0.64A，本设计中采用 Y 形接法，所用的变频器的最大电流应大于电机的 Y 形接法的最大起动电流。（3）转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生，本课题所用电机的最初起动转矩为 1.4Nm。在选型中要考虑。2、在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选
42、型，其容量要稍大于普通电机的选型。综合以上因素，本课题变频器采用日本三菱公司生产的 FR-500 系列中的 FR-540变频器（如图 3.4 所示）作为控制电机转速的控制器。xx 理工大学本科毕业设计论文14图 3.4 三菱 FR-540 变频器三菱 FR-540 变频器 11具有以下优点：（1）接线简单，可运用 PLC 的继电器输出接到变频器的控制输入端来控制变频的正反转和频率。（2）安装灵活，可以根据实际需要，把控制装置安装到任何位置，进行远距离操作。（3）频率设置简单，并且具有三速设定功能，可以满足本课题仓库自动门系统的控制要求，且操作方便，只需轻轻转动外接电位器的旋钮，就可以进行频率设
43、置。3.4.3 变频器的参数设定 本课所设计的仓库自动门系统具有如下速度要求： 仓库自动门要求快速启动（限位）常速运行（限位）慢速运行停止，构成了如图 3.5 的开门和关门曲线。根据转速公式：n=6of/p(1-s)其中 f 表示电流的频率，P 表示电机的极对数，s表示电机的转差率，n 表示转子的实际转速，计算出变频器的设定频率。根据公式和电机参数 p=6，额定转速为 400r/min，算出电机的转差率 S=0.25。马达皮带轮与门上的皮带轮外径、门上的皮带轮内径转速比为 5.7：1:2.1，得出马达皮带轮与门上的皮带轮内径转速比为 2.4:1。1、根据上一章提到的规格，加速开门或者关门的距离
44、为 30cm，时间控制在0.5S，速度为 3600cm/min，此时要求转子的转速为 204r/min。2、 中速开门和关门的距离为 65cm，时间为 2s，速度为 1950cm/min,此时要求电xx 理工大学本科毕业设计论文15机的转速 为 110.4r/min。3、减速开门和关门的距离为 30cm,时间为 1.5s 速度为 1200cm/s,此时要求电机的转速为 67.9r/min。根据以上速度要求设置变频器，变频器的频率具体设定方式见表 3.1，根据以下设定方式课题要求设定好变频器三速控制的频率 10。图 3.5 开门和关门曲线表 3.1 变频器设定 名称 表示 设定范围 最小设定单位
45、 设定值上限频率（Pr1） P 1 0120Hz 0.1Hz 50Hz下限频率（Pr2） P 2 0120Hz 0.1Hz 0.1Hz3 速设定（高速）（Pr4）P 4 0120Hz 0.1Hz 25.5Hz3 速设定（中速）（Pr5）P 5 0120Hz 0.1Hz 13.8Hz3 速设定（低速）（Pr6）P 6 0120Hz 0.1Hz 8.5Hz加速时间（Pr7） P 7 0999s 0.1s 0.3s减速时间（Pr8） P 8 0999s 0.1s 0.3s操作模式选择（Pr79）P79 04,7,8 1 2xx 理工大学本科毕业设计论文163.5 感应开关的选型目前仓库自动门行业运用
46、的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，红外感应器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的仓库自动门控制系统中，是仓库自动门系统的关键部位，其性能直接影响仓库自动门系统的安全及稳定，如在高档酒店、写字楼，可以选择高灵敏度的感应器；在人行道边上的银行、商店等经常有人路过的地方，选择窄区域的感应器。微波自动门感应器 WB-3001：先进的微波运动检测技术，X 波段微波探头设计技术，易于调节的微波感应探头，可以适应不同的自动感应门，工业门感应器等应用场合。自动门安全光线 WS-210：微处理器控制技术，主动红外控制技术，电缆长度可选择，单双组探头可选择。其主要特征：微型红外光线
47、(1 or 2 ), 可避免外界光线干扰，可以靠近地面安装 (20 - 40cm) 也可确保较长的检测范围 (5 10 米)，WS-210-1带一个继电器的控制盒，WS-210-2带二个继电器的控制盒 WS-210- 3可监控控制盒/晶体管输出。ED-130U 非埋入型接近传感器：线内置放大器小型接近开关 ，独立型接近开关，独立型所有金属接近开关，长距离放大器分离型接近开关，超小型有色金属接近开关，高精度定位接近开关。结合本课题的实际需要在设计的仓库自动门的人员检测上运用上海晶园微电子公司生产的 WB-3001 微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常
48、的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境因素影响。在防夹人感应器的选择上本设计选用上海晶园微电子公司生产的 WS-210 微型红外安全光线，可避免外界光线干扰。在门下行关闭时，当有人或车经过安全光线时，门体会自动停止下行，并自动上行以起到安全作用。仓库自动门的速度信号采集上运用了 Keyence（基恩士）公司生产的 ED-130U 非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离为 20mm。检测距离调节方便，安装简单。3.6 自动门系统 I/O 分配表I/O 分配表是编写 PLC 程序首先要做的前提条件，也是现场接线和调试的重要依据。根据仓库自动门控系统的要求，确定了
49、 PLC 的 I/O 分配表，在表 3.2 中列出。表 3.2 I/O 分配表xx 理工大学本科毕业设计论文17类型 PLC 元件作用 类型 PLC 元件 作用X0 紧急停止 Y1 手动开门X1 手 /自动转换开关 Y2 手动关门X2 感应开关（内） Y3 开/关门中速X3 感应开关（外） Y4 开/关门低速X4 防夹人光栅（常闭） Y5 开/关门高速X5 关门下限 Y6 自动开门灯闪烁X6 开门下限 Y7 自动关门灯闪烁X7 开门/关门中速 Y10 开/关门提醒X10 关门低速/开门高速 Y11 故障报警灯X11 手动开门 Y12 自动开门X12 手动关门 Y13 自动关门X13 关门高速/开门低速 Y14 异常停止输入X14 异常复位输出3.7 控制系统的电气接线本课题设计的仓库自动门控系统的控制连接电路主要包括仓库自动门控系统连接电路、仓库自动门 I/O 接线电路，详细的接线方式分别在图 3.6、图 3.7 中列出。xx 理工大学本科毕业设计论文18图 3.6 仓库自动门控系统的硬件连接电路图 3.7 PLC 的 I/O 地址分布图xx 理工大学本科毕业设计论文194 仓库自动门
