旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計
旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計,旋轉(zhuǎn)門,設(shè)計
攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 1 緒論
1 緒論
1.1旋轉(zhuǎn)門的課題背景
自動旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(shè)備中的光機電一體化技術(shù)產(chǎn)品,它給人以親切大方的感覺,同時營造出奢華的氣氛,其全新的概念,寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計,堪稱建筑物的點睛之筆,立足于建筑時代大潮的最前端。大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時,又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美,這是建筑師所遇到的一大難題,而旋轉(zhuǎn)門為大廈提供了理想的解決方案,它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音,從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它"永遠開門,又永遠關(guān)門",即對于行人來說,門總可以打開,可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠開啟的同時又永遠關(guān)閉的特點,使其動態(tài)密封效果較好。因此,自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。
自動旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它“永遠開門,又永遠關(guān)門”,即對于人員來說,門總可以打開,可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。因此,自動旋轉(zhuǎn)門在保安功能方面具有獨到的發(fā)展,但在人員流量方面自動旋轉(zhuǎn)門卻沒有優(yōu)勢,因為門的轉(zhuǎn)速是固定的,每個門翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動旋轉(zhuǎn)門都有標(biāo)定的人員流量數(shù)值。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠開啟的同時又永遠關(guān)閉的特點,使其動態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對于其他自動門要好。由于自動旋轉(zhuǎn)門的人流量有限,通常在自動旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動或手動平開門,一方面增加通行能力,另一方面當(dāng)自動旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時,不影響人的通過。但在靜態(tài)密封效果方面,自動旋轉(zhuǎn)門遠不如其他自動門,因為其門體運動方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。
1.2國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀
自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉(zhuǎn)門,旋轉(zhuǎn)門至今已有一百年的歷史,發(fā)展到今天,旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進的驅(qū)動技術(shù),其智能化高格調(diào)的設(shè)計為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國外著名廠家有:荷蘭的B00N EDAM? 瑞典的BESAM? 德國的多瑪、蓋澤? 日本的納博克、寺岡等。
由于國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早,其技術(shù)也較為成熟。自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點;控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計的系統(tǒng)作為控制中樞,有功能更強大,操作更簡便等優(yōu)點;檢測安全系統(tǒng)采用先進的紅外與微波感應(yīng)技術(shù),用于感知物體的移動,操縱門體的動行,使用各種安全檢測傳感器,實現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時某些廠家生產(chǎn)的自動旋轉(zhuǎn)門還具有遠程控制和液晶顯示。利用當(dāng)前先進的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使自動門的維護不再受時間、地域和專業(yè)維護技術(shù)的限制,制造商可通過 internet 與設(shè)備進行實時交流,校正偏差,讓自動門達到最佳運行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常時,可準確傳回故障信息,實現(xiàn)遠程維護,縮短維護、保養(yǎng)時間;采用液晶顯示屏,進行可視化設(shè)計,全面顯示門體轉(zhuǎn)速、狀態(tài)和故障等信息。
1.2.2國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀
①我國旋轉(zhuǎn)門技術(shù)的發(fā)展:我國的全自動旋轉(zhuǎn)門技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90年代后期旋轉(zhuǎn)門開始在我國建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)門的廠家:國內(nèi)專業(yè)廠家:北京有凱必盛、寶盾、青木、智輝、巨方圓、信步等。外省市有上??涤?、廣州盛維、沈陽金海、青島帝盟等。
②旋轉(zhuǎn)門在我國的市場前景:隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定地增長,2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀開始,我國進入了全面建設(shè)小康社會的新階段,創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力?,F(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中,將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上,使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展,旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念,寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計,自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流,無可質(zhì)疑的必選設(shè)施。堪稱建筑物的點睛之筆。但是國家對自動門產(chǎn)品質(zhì)量、安全性、節(jié)能性、噪音、施工質(zhì)量、售后服務(wù)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準,所有國內(nèi)建筑業(yè)院校都沒有相關(guān)的專業(yè)或課程,也沒有權(quán)威的咨詢機構(gòu),自動門市場的管理尚處于無序狀態(tài)。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展,這一狀況一定會有所改變。
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攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 2 方案確定
2 方案的確定
旋轉(zhuǎn)門主要設(shè)計是從門體,傳動系統(tǒng),控制系統(tǒng),檢測系統(tǒng),安全系統(tǒng)等幾個方面進行考慮。從上面幾個方面具體分析可以設(shè)計兩種方案。
2.1方案一的設(shè)計
①框架總成: 分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分,均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強度鋁合金型材,結(jié)構(gòu)簡潔,精密牢固。圓周導(dǎo)軌懸掛整個旋轉(zhuǎn)門體及其驅(qū)動設(shè)計,每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸,使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用(3+3)夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃,曲壁玻璃一般采用(4+4)夾膠玻璃,安全可靠。
②傳動系統(tǒng):由二個三相交流電機提供動力,用減速器帶動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動。
③控制系統(tǒng):由單片機、變頻器、功能開關(guān)組成。由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。
④檢測系統(tǒng):由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測,自動對電機啟停進行操作。
⑤安全系統(tǒng):主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條,防止行人夾傷,自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器,如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常,門扉則自動轉(zhuǎn)動;每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器,碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常,門扉則自動轉(zhuǎn)動。
2.2方案二的設(shè)計
? ①框架總成:分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分,均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強度鋁合金型材,結(jié)構(gòu)簡潔,精密牢固。采用中心門軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)門體設(shè)計,每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸,使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用(3+3)夾膠玻璃或6MM厚鋼化玻璃,曲壁玻璃一般采用(4+4)夾膠玻璃,安全可靠。
②驅(qū)動系統(tǒng):由一個三相交流電機提供動力,用減速器帶動中心門軸驅(qū)動。
③控制系統(tǒng):由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。
④檢測系統(tǒng):由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測,自動對電機啟停進行操作。
⑤安全系統(tǒng):主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條,防止行人夾傷,自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器,如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常,門扉則自動轉(zhuǎn)動;每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器,碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常,門扉則自動轉(zhuǎn)動。
2.3方案選擇
三翼旋轉(zhuǎn)門采用方案二這種結(jié)構(gòu),即中心門軸通過軸承機構(gòu)垂直安裝于地面,三個呈發(fā)散式固定在中心門軸上,各門扇之間的角度相等。中心門軸的上方安裝電動機及其他電氣控制部件,再配以感應(yīng)裝置和安全裝置,就成為一個完整的自動旋轉(zhuǎn)門。但是,這種旋轉(zhuǎn)門門翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門扇寬度不能太大,所以這種旋轉(zhuǎn)門的直徑最大只有約4m。為了解決這一問題,工程師們將中心門軸設(shè)計成了門扇固定在大鋼管上面,相對減小了門扇寬度,增加了電機對門中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩,使這種旋轉(zhuǎn)門的最大直徑擴大到6m。這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定性,使用的可靠性很高,使用壽命長。考慮到旋轉(zhuǎn)門在停止時一定耍密封,所以三翼旋轉(zhuǎn)門的每個分隔可以容納更多的人,可是門的凈開口寬度較小。而方案一由于采用兩個電機驅(qū)動也給驅(qū)動系統(tǒng)帶來了許多麻煩,同時也不利于節(jié)能。在控制系統(tǒng)上,由于單片機的程序設(shè)計和接口設(shè)計較為繁雜,只利于大批量生產(chǎn),不適于單件設(shè)計。綜合兩種方案進行比較,可以看出第二種方案在具體設(shè)計中更具有實用性,完善性。故選擇第二種方案。
攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3 門結(jié)構(gòu)的設(shè)計
三翼自動旋轉(zhuǎn)門的尺寸可以根據(jù)可以確定其尺寸,其具體尺寸如下所示;
表3.1 門體尺寸
門旋轉(zhuǎn)直徑
3200mm
門凈高 A
2400mm
門總高 B
2710mm
門出入口尺寸 C
1430mm
門外徑D
3360mm
單扇門半徑DW
1315mm
圖3.1 門體結(jié)構(gòu)簡圖
3.1門結(jié)構(gòu)材料的選用
門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃。
①根據(jù)相關(guān)門體標(biāo)準,可按90系列的推門進行設(shè)計。門體骨架采用90系列推拉門專用鋁型材,根據(jù)中可以確定門體骨架鋁型材;
三翼旋轉(zhuǎn)門門扇 左邊框 選代號 L090704
右邊框 選代號 L090704
上橫 選代號 L090706
下橫 選代號 L090707
圖3.2 L090706型鋁型材
圖3.3 L090707型鋁型材
圖3.4 L090704型鋁型材
②門體玻璃的選用
門扉玻璃一般有幾種選擇,一是防彈玻璃,二是夾膠玻璃,三是鋼化玻璃。由于自動旋轉(zhuǎn)門一般用于高級的賓館,寫字樓等高檔場所,一般無特殊要求。由于防彈玻璃價格較為昂貴,并且無多大實際用處,而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好。因此選擇鋼化玻璃是最合適的。根據(jù)參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況,可以選6mm的鋼化透明玻璃。
3.2門結(jié)構(gòu)尺寸的確定
根據(jù)前面的總體設(shè)計可知,三翼旋轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)尺寸可參照中90系列(尺寸高度為2400mm,一扇門寬度為1315mm)進行設(shè)計。
根據(jù)以上節(jié)點,可以計算單扇門的相關(guān)尺寸為:
左邊框和右邊框的高度為: 式(3.1)
=2400-225
=2350mm
式中:為門扇邊框高度尺寸,為門凈高度。
上橫和下橫的寬度為: 式(3.2)
=1315mm
式中:為門扇寬度。
玻璃的實際高度為: 式(3.3)
式中: 為玻璃外顯示尺寸,,玻璃上下門邊尺寸。
實際寬度為: 式(3.4)
=1315-264212
=1211mm
式中:門扇上邊框安裝玻璃的寬度,玻璃邊框?qū)嶋H尺寸。
3.3中間軸的設(shè)計與軸承的選用
①中間軸的設(shè)計
軸的直徑為:= 式(3.5)
=3200-21315-23-216
=532mm
式中:為門體旋轉(zhuǎn)直徑,為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙,為
扇門邊框安裝膠條的寬度。
由于軸是用來安裝軸承、齒輪、門扇的,并且在軸向受到力不大。所以選用結(jié)構(gòu)用不銹鋼焊接鋼管。用牌號0Cr18Ni9制造,以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm,壁厚為8mm,定尺長度為3000mm,中間軸在安裝軸承的兩端要車削1mm,并且達到530mm,尺寸精度為普通級。
②軸承的選用
為了使軸承能很好的固定,必須使用軸承座。由于要使用兩個軸承,則軸承座也要使用兩個,上下各一個。對于軸承座,其內(nèi)徑為軸承的外徑,其厚度必須滿足強度要求。因為軸所計算的直徑為532mm,兩端車削后直徑為530mm,故選用雙列圓錐滾子軸承,根據(jù)(GB/T-22-1995)選型號為35000型,代號為3519/530。 安裝在軸上的軸承主要受軸向力。并且軸承受到的軸向力比較大,故需在門安裝地面設(shè)計一個凹型臺,防止軸的向下滑動和安裝時防止其他雜質(zhì)進入軸襯內(nèi)。
圖3.5 下軸承座
3.4曲壁部分設(shè)計
曲壁由4根角鋼做為支撐體,每2根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上,進出口各布置2根,然后頂部又用一圓形角鋼將4根角鋼固定在一起。形成曲壁的整體框架,然后安裝鋁合金玻璃壁。曲壁由2塊相同的圓弧玻璃組成。
①材料的選用
曲壁上圓弧梁選用6063專用弧形材。頂部用的角鋼彎曲成一個圓弧,由四段構(gòu)成,便于加工。玻璃的選用8mm彎鋼化玻璃。
②材料尺寸的確定
由于圓的內(nèi)圓半徑為1600mm,門口對應(yīng)的圓角為
則兩邊曲壁各對應(yīng)的圓心角應(yīng): 式(3.6)
所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長: 式(3.7)
玻璃尺寸的確定
玻璃的弧長: 式(3.8)
玻璃的高度: 式(3.9)
曲壁立柱()角鋼尺寸確定:
由于要保持角鋼的穩(wěn)定性,預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為100mm。則角鋼的高度可估算為:
式(3.10)
頂部圓周鋼材尺寸的確定:
頂部周鋼材的內(nèi)直徑為3200mm,分為兩半圓角鋼用螺栓固定在立柱角鋼上,則圓周角鋼內(nèi)圓弧長為:
式(3.11)
式中:d為旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)直徑。
則每段內(nèi)圓弧長: 式(3.12)
3.5華蓋的設(shè)計
華蓋部分是用來安裝驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分,其主要由和型材框架和薄金屬版構(gòu)成一個圓柱形體。其主要安裝軸承,電機,控制裝置等。
由于華蓋要用來安裝電機,電機的有一定重量。為了保證電機在工作時不發(fā)生振動現(xiàn)象,故選擇的鋼架結(jié)構(gòu)要求其剛度比較高。故選擇熱扎鋼板。其厚度為2毫米,直徑為3360mm的圓形,上下各一張。
①華蓋底部設(shè)計
旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm,由于底部要安裝軸承,必須在鋼板中間打孔。與此同時角鋼也要穿過鋼板,也必須在鋼板上加工槽。
圖3.6下華蓋尺寸圖
②上華蓋的設(shè)計
旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm,由于上面的鋼板要用來安裝電機,故必須在其上面打孔。同時為了保證鋼板用足夠的強度來支撐電機的重量,則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板焊接在一起。由于電機的重量不大,故用一般方鋼。其具體尺寸如下圖所示:
圖3.7 上華蓋尺寸圖
攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
4.1軸和軸承設(shè)計計算
4.1.1軸的尺寸設(shè)計
由于軸承還沒有缺定出來,但是軸的直徑已知。并且旋轉(zhuǎn)軸在徑向受力不大主要受到徑向力的作用,故可以選擇圓錐滾子軸承。根據(jù)文獻[5]中預(yù)選雙列圓錐滾子軸承,型號為3519。其寬度為190 mm。又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離,一般選擇為40mm。其具體尺寸如下圖所示:
圖4.1 軸的結(jié)構(gòu)圖
軸的質(zhì)量計算:由公式W=0.02491(D-S)S
其中W為鋼管的線密度(kg/m),D為鋼管的外徑(mm),S為鋼管的壁厚(mm)。
M=WL (L為鋼管的長度)
= 式(4.1)
=152.73kg
4.1.2軸承的選擇與驗算
徑向力確定:軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉(zhuǎn)矩除以大齒輪的分度圓半徑。其值為Fr= ==850.6N
軸向力的確定:Fa=Mg
=
=(152.73+449) 10 式(4.2)
=3487.3N
設(shè)定工作時間為87600小時(10年365天24小時)
由中間軸兩端按軸承的地方車削后d=530mm,由文獻[5]中表6-2-80預(yù)選雙列圓錐滾子軸承,型號為3519。其中e=0.41,Y1=1.6,Y2=2.5,Y0=1.6,Cr =2390KN。
當(dāng)==4.1大于0.41時
當(dāng)量動載荷 Pr =0.45Fr +YFa
=0.45×850.6+2.5×3487.3 式(4.3)
=9101.02N
查文獻[3]中表10-5得Y=Y2=2.5
查文獻[5]中表6-2-8﹀6-2-11得fh=2.0,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1
根據(jù)式C= (fh ×fd× ×fT) ×Pe
=(2×1.1××0.9) ×9101.2 式(4.4)
=12557.8N
軸承Cr=2390000N>12557.8N,故合適。
4.2軸的校核
在確定軸承的支點位置時,由文獻[5]中查取值。對于雙列圓錐滾子軸承,由文獻[5]中查得。作簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖4.2 中間軸受力圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?,F(xiàn)將計算出軸的受力情況:
①水平面的受力分析
支反力 式(4.5)
②垂直面受力
支反力 式(4.6)
③彎矩的計算
式(4.7)
④扭矩的計算
T=225.4 式(4.8)
按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強度進行校核時,只需對軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面C)的強度。由文獻[3]中公式15—5及上表中的數(shù)值,并取,軸的計算應(yīng)力
= 式(4.9)
=4.68MPa
其中W為抗彎、抗扭截面系數(shù),,d1為鋼管的內(nèi)徑,d為鋼管的外徑。
前面已選定軸的材料為0Cr18Ni9,調(diào)質(zhì)處理,由文獻[3]中表15—1查得 。因此 ,故安全。
4.3電機的確定
4.3.1確定各扇門的質(zhì)量
由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對稱的,以一邊門體計算即可。
鋁型材密度:
代號為L090704的線密度為0.966
代號為L090706的線密度為0.836
代號為L090707的線密度為1.152
每扇門框的質(zhì)量:
=2.36020.966+1.1350.836+1.1351.152 式(4.10)
=8.053kg
式中:,,分別為各鋁型材的密度。
單扇門玻璃的質(zhì)量:
= 式(4.11)
式中:為玻璃的體積,為玻璃的密度。
單扇門的質(zhì)量: 式(4.12)
=40.82+8.053
=49kg
式中:為單扇玻璃的質(zhì)量,單扇門框的質(zhì)量。
4.3.2各部分轉(zhuǎn)動慣量的計算
假設(shè)門扇為均勻的質(zhì)量體,其在寬度方向的面密度可以用下式計算,其中R為門扇的寬度,L為門扇的長度。
則門扇對中心慣量可用下式計算
式(4.13)
由平行軸定理知,門扇相對于軸的轉(zhuǎn)動慣量為:
式(4.14)
=56.6 (其中L1為軸的半徑)
4.3.3 慣性力矩的計算
假設(shè)門體1s內(nèi)加速到門體的快速轉(zhuǎn)速,由于旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min,即角速度,由于傳感器一般工作在2m范圍內(nèi)檢測人是否來臨,當(dāng)人邁進門邊時,門體要以正常速度轉(zhuǎn)動,則在這時門體要加速到正常速度。在0.5s內(nèi)加速到此速度,則角速度,由于電機要帶動門體轉(zhuǎn)動,有一個加速過程,有一個加速過程此過程需要克服旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動,根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動慣量和角速度的關(guān)系。則可能算出旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩為:
式(4.15)
4.3.4電機的確定
根據(jù)機械設(shè)計中電機所需功率按下式計算:
式(4.16)
由電動機至轉(zhuǎn)動軸的傳動總效率為:
式(4.17)
式中,,分別為滾子軸承,齒輪,聯(lián)軸器的傳動效率。
取,,,則總的傳動效率為:
式(4.18)
=0.83
則可以計算出電機的功率
式(4.19)
由于門體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻,以及旋轉(zhuǎn)門體周圍無條件與曲壁門體間的摩擦阻力,盡管其產(chǎn)生的力較小,但由于門體直徑過大,則會產(chǎn)生較大的阻力矩。同時還有一些其他沒有考慮的因素,如齒輪的轉(zhuǎn)動慣量,因此特將計算出的功率放大一些同時門體的轉(zhuǎn)動較底,則電機應(yīng)適應(yīng)轉(zhuǎn)速較底的,根據(jù)相關(guān)的計算結(jié)果 可以選以下兩種電機。
表4.1 電機參數(shù)表
方案
型號
額定功率
(KW)
轉(zhuǎn)矩
(N.m)
同步 滿載
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速
r/min)
總傳 齒輪傳 減速器 動比
動比
1
JCJ71-0.55
0.55
23.5
1500
1440
240
21.8
11
2
JXJ1-35-0.37
0.37
82.0
1500
1440
240
6.9
35
由于電機輸出的轉(zhuǎn)速較大,一般在1500r/min,通過減速器難以實現(xiàn)門體轉(zhuǎn)速6r/min,因此在選電機時可以選用帶減速器的電機來實現(xiàn)要求。根據(jù)相關(guān)要求,可以選用一個JXJ系列齒輪減速三相異步電機,JXJ系列異步電機按照TB1T6442-92標(biāo)準設(shè)計制造,廣泛用于輕工,紡織,建筑機械行業(yè)。JXJ系列異步電動機是直接輸出低轉(zhuǎn)速,大轉(zhuǎn)距,且有轉(zhuǎn)速型譜寬,運轉(zhuǎn)平衡,噪聲低,高效節(jié)能,體積小,重量輕,規(guī)格多,選用方便等特點。
由于計算出所需電機功率為0.26KW,加上一些忽略因素,應(yīng)該選擇電機功率在0.26KW上的電動機才行。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和齒輪傳動,可見方案2比較合適。即選用JXJ1-35-0.75擺線針輪減速器三相異步電機。
表4.2 電機參數(shù)表
型號
額定功率
(KW)
轉(zhuǎn)矩
(N.m)
同步 滿載轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速
r/min)
總傳 齒輪傳 減速器 動比
動比
JXJ1-35-0.37
0.37
67.9
1500
1440
240
6.9
35
圖4.3 電機尺寸圖
表4.3 電機尺寸表
P
E
M
n-d
D2
D3
D4
D
b
h
B
4
9
129
4-12
290
260
230
45
8
31
576
4.4齒輪的設(shè)計計算
4.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
按傳動方案,選用直齒圓柱齒輪傳動。旋轉(zhuǎn)門為一般傳動,速度不高,故選用7級精度(GB10095-88)。查文獻[3]中小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪的材料選用45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =30,大齒輪齒數(shù) ,取=206。
4.4.2按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計公式進行計算,即
式(4.20)
①確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)
試選用載荷系數(shù)=1.25。
計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
式(4.21)
由文獻[3]中表10-7選取齒寬系數(shù)=1。
由文獻[3]中表10-6查得材料的彈性系數(shù)。
由文獻[3]中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限,大齒輪的接觸疲勞強度極限。
由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
式(4.22)
式(4.23)
由文獻[3]中圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù):,。
計算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,得
式(4.24)
式(4.25)
②計算
試計算小齒輪的分度圓,代入[]中較小的值
式(4.26)
計算圓周速度v
式(4.27)
計算齒寬
由文獻[3]中表10—7取=0.6
式(4.28)
計算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù): 式(4.29)
齒高: 式(4.30)
式(4.31)
計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.125m/s,7級精度,由文獻[3]中圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.4;
直齒輪,假設(shè)。由文獻[3]中圖10—3查得
由文獻[3]中表10-2查得兩段的齒輪的使用系數(shù),
由文獻[3]中表10-47級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時,
式(4.32)
將數(shù)據(jù)代入后得
式(4.33)
由b/h=13.322,=2.79,查文獻[3]中圖10-13得=2.65
故載荷系數(shù)
式(4.34)
按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式可得
式(4.35)
計算模數(shù)
式(4.36)
4.4.3按齒根彎曲強度設(shè)計
設(shè)計計算公式
式(4.37)
①確定計算公式內(nèi)的各計算參數(shù)
由文獻[3]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限;大齒輪的彎曲疲勞強度極限;
由文獻[3]中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù),;
計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由下式得
式(4.38)
式(4.39)
計算載荷系數(shù)K
式(4.40)
查取齒形系數(shù)
由文獻[3]中表10-5查得,;
查取應(yīng)力校正系數(shù)
由文獻[3]中表10-5可查得,;
計算大、小齒輪的并加以比較
式(4.41)
式(4.42)
由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。
②設(shè)計計算
式(4.43)
此計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù),由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取有彎曲強度算得的模數(shù)2.62并就近圓整為標(biāo)準值m=3;按接觸強度算得的分度圓直徑,算出小齒輪齒數(shù):,取=33。大齒輪齒數(shù):取
這樣的齒輪傳動,既滿足齒面接觸疲勞強度,又滿足齒根彎曲疲勞強度,而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費。
4.4.4幾何尺寸計算
①計算分度圓直徑
式(4.44)
式(4.45)
②計算中心距
式(4.46)
③計算齒輪寬度
式(4.47)
取。
④驗算
式(4.48)
,合適。 式(4.49)
由于軸的尺寸非常大,故將齒輪改為齒圈其設(shè)計。其設(shè)計與一般齒輪設(shè)計時完全一樣的。
攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 5 控制系統(tǒng)部分設(shè)計
5 控制系統(tǒng)設(shè)計
5.1硬件設(shè)計
5.1.1變頻器容量選擇計算
變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定,列如電動機的容量,電動機的額定電流,電動機加速時間等,其中最主要的電動機的額定電流。
表5.1 電機參數(shù)表
電動機型號
額定功率(W)
額定電流(A)
額定電壓(V)
效率(%)
功率因素
電機轉(zhuǎn)動慣量
飛輪的轉(zhuǎn)動慣量
Y881-4
550
1.51
380
73
0.76
2.2
0.0018
0.6
①驅(qū)動一臺電動機
對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足下列3項計算公式:
滿足負載輸出/kVA: 式(5.1)
滿足電動機容量/kVA: 式(5.2)
滿足電動機電流/A: 式(5.3)
式中: 為變頻器的容量/kVA
負載要求的電動機軸輸出功率/kw
電動機額定電壓/v
電動機額定電流/A
電動機效率
電動機功率因數(shù)
電流波形補償系數(shù)
k是電流波形補償系數(shù),由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波,而含有高次諧波的成分,其電流應(yīng)有所增加。對PWM控制方式的變頻器,k約為1.05~1.1。
②指定變頻器的啟動加速時間
變頻器產(chǎn)品型號所列的變頻容量,一般以標(biāo)準條件為準,在變頻器過載能力以內(nèi)進行加減速,在進行急劇加速和減速時,一般利用失速防止功能,以避免變頻器跳閘,但同時也加長了加減速時間。
如果生產(chǎn)設(shè)備對加速時間有特殊要求時,必須事先核實編破器的容量是否能夠滿足所要求的加速時間,如不能滿足,則要選用加大一檔的變頻器容量。
在指定加速時間的情況下,變頻器所必需的容量計算如下:
式(5.4)
式中: 為變頻器的容量/kVA
電流補償系數(shù),對PWM控制方式的變頻器,k約為1.05~1.1
電動機效率
電動機功率因數(shù)
電動機額定轉(zhuǎn)速/(r/min)
電動機軸上的飛輪力矩/()
電動機加速時間/s
負載轉(zhuǎn)矩/()
③指定變頻器的減速時間
降低變頻器的輸出頻率,就可以實現(xiàn)電動機減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率,可使電動機更快的減速。當(dāng)變頻器輸出頻率對應(yīng)的速度低于電動機的實際轉(zhuǎn)速時,電動機就進行再生制動。在這種運行狀況下,異步電動機將變成異步發(fā)電機,而負載的機械能將被轉(zhuǎn)換為電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過大時,變頻器本身的過電壓保護電路將會動作并切斷變頻器的輸出,使電動機處于自由減速狀態(tài),反而無法達到快速減速的目的。
為了避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象,使上述能量能在直流中間回路的其他部分消耗,而不造成電壓升高。在電壓星變頻器中,一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動三極管和制動電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值,制動三極管就回導(dǎo)通,使直流電壓通過制動電阻放電,既電動機回饋給變頻器的直流中間回路的能量,以熱能的形式在制動電阻上消耗掉。
制動電阻的選擇方法:
1)計算制動力矩
式(5.5)
式中: 動力矩/
電動機轉(zhuǎn)動慣量/
折算至電動機軸的負載轉(zhuǎn)動慣量/
減速開始速度/()
減速完了速度/()
減速時間/s
負載轉(zhuǎn)矩/
2)計算制動電阻的阻值
在進行再生制動時,即使不加放電的制動電阻,電動機內(nèi)部也將有20%的銅損被轉(zhuǎn)換為制動力矩??紤]這個因數(shù),可以按下式初步計算制動電阻的預(yù)選值。
式(5.6)
式中: 制動電阻
直流電路電壓/V
對200V級變頻器, =380V
對400V級變頻器, =760V
制動轉(zhuǎn)矩/()
電動機額定轉(zhuǎn)矩/()
減速開始速度/()
上式中,如果,則沒必要加制動電阻。
放電電路由制動三極管和制動電阻串聯(lián)而成,因此,制動三極管本身允許通過電流就是放電電路的最大允許值。所以制動電阻的最小值。
由上可見,制動電阻的阻值應(yīng)由來決定。有的變頻器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品目錄中。給出制動電阻最小值的參考值,可供用戶在選擇制動電阻時參考。
3)計算制動電阻平均消耗的功率/kW
如前所述,電動機額定轉(zhuǎn)距的20%制動轉(zhuǎn)距由電動機內(nèi)部損失產(chǎn)生,所以可以按下式求得電動機制動時,制動電阻上消耗的平均功率:
式(5.7)
=(5.76-0.22.2)1440
=0.802
由于三翼自動旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負載,故變頻器選用通用型的。又因為三翼旋轉(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過額定值,電機不會過載。因而可以選用通用的變頻器,只要所選用的變頻器滿足一般環(huán)境下使用即可。根據(jù)以上的計算的數(shù)據(jù),選用佳靈JP6C-T9-0.75。該變頻器的參數(shù)如下;
表5.2 變頻器參數(shù)表
變頻器型號JP6C-T79
-0.75
適配電動機功率/kW
0.75
額
定
電
流
額定容量/kVA
2.0
電壓/V
3相,380~440
額定頻率/Hz
50/60
額定電流/A
2.5
額定過載
短時間
額定電流的150%1min
電
源
相數(shù),電壓,頻率
3相,380~440,50Hz/60Hz
允許波動
電壓10%~-15%,頻率5%~-5%
瞬間電壓降低范圍
310V以上,繼續(xù)運轉(zhuǎn)
所需電源容量/kVA
1.2
輸
出
功
率
調(diào)整
最高頻率/Hz
50~400可變設(shè)定
基本頻率/Hz
50~400可變設(shè)定
啟動頻率/Hz
0.5~60可變設(shè)定
載波頻率/Hz
2~6可變設(shè)定
精度
模擬設(shè)定
設(shè)定分辨率
模擬設(shè)定
控
制
電壓/頻率特性
用基本頻率可變設(shè)定320~440V
電矩提升
自動:按照負載轉(zhuǎn)矩,調(diào)整至最佳
手動設(shè)定:0.1~20.0編碼設(shè)定
啟動轉(zhuǎn)矩
150%以上(轉(zhuǎn)矩矢量控制)
制
動
制動轉(zhuǎn)矩
100%以上
可選使用時
150%以上(用DBR時)
直流制動
可設(shè)定制動開關(guān)開始頻率,時間等
外殼防護等級
IP40
冷卻方式
自冷
質(zhì)量/kg
2.4
5.1.2傳感器與安全系統(tǒng)的設(shè)計
①檢測傳感器的選用
檢測系統(tǒng)是由安裝于門口上面的四個傳感器來實現(xiàn)的,其主要功能是感知人的進出從而發(fā)出開門信號。紅外傳感器的選擇主要考慮檢測范圍和輸出形式及其特點。ADS-A型門傳感器是較好的選擇。它的檢測范圍可調(diào),安裝高度在門的設(shè)計高度范圍內(nèi),其輸出形式為繼電器接點,可以直接和控制器相連。那么此檢測傳感器就可以選擇這個。其性能參數(shù)見文獻[16]。
②安全系統(tǒng)設(shè)計
為防止三翼旋轉(zhuǎn)門在工作過程中因某些原因而發(fā)生傷人的事故出現(xiàn),那么就需要配置一定的安全系統(tǒng)。主要采用以下方式。紅外線防夾安全感應(yīng)器防止門扇與曲壁柱之間夾傷行人,當(dāng)人在門扇與曲壁立柱安全距離內(nèi)時,感應(yīng)器與接近開關(guān)信號同時生效,門扇應(yīng)馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側(cè)門立柱上,膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器,如遇物體碰撞或受壓,門扇馬上停止轉(zhuǎn)動,防止夾傷行人,膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后,轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。每扇門扉底邊裝有全開寬內(nèi)藏式感應(yīng)器,如碰到物體或受壓,門扇馬上停止轉(zhuǎn)動,防止門扇打倒行人,膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后,轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。此外,還采用了4只測量范圍為5mm 的電感式接近開關(guān)。接近開關(guān)用于防夾位置區(qū)域設(shè)定、直流制動封門及鎖門定位。
1)防夾接近開關(guān)的選用 由于在出入口兩個防夾區(qū)域內(nèi)要安裝了防夾傳感器。而防夾感應(yīng)器是用來感應(yīng)人是否處于防夾區(qū)域內(nèi),而不知道是否門扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi),所以僅靠防夾傳感器是無法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一個接近開關(guān)來判斷門翼也走到了防夾區(qū)域內(nèi)。如果在防夾區(qū)域內(nèi),則接近感應(yīng)器發(fā)出信號表示,如果此時有人進入防夾區(qū)則有可能被夾。兩信號同時有效時,則使門停轉(zhuǎn)制動。由于人的寬度一般在0.5m以下,可設(shè)此距離為接近感應(yīng)器感應(yīng)距離。當(dāng)門翼靠近曲壁門柱0.5m時,接近開關(guān)傳感器就可以發(fā)出信號。因此選擇光電式 BR系列接近傳感器,其型號為BPR100-DDT傳感器。其性能參數(shù)見文獻[16]。
2)防夾傳感器的選用 防夾傳感器是用來檢測人是否在防夾區(qū)域內(nèi)用的。應(yīng)采用紅外線傳感器檢測,其檢測方式是豎直的。因此當(dāng)人在防夾區(qū)域時,傳感器只有通過豎直檢測才不會誤判。假如傳感器不是豎直的,而是發(fā)散的,如人正常經(jīng)過轉(zhuǎn)門區(qū)時,防夾傳感器就有可能檢測到人的存在,而此時門翼又有可能正好在防夾接近傳感器范圍內(nèi)。兩者信號同時有效,使門體無故停轉(zhuǎn),而造成不必要的麻煩。因此可以選擇紅外垂直防夾傳感器。紅外線防夾傳感器安裝在門的進出口的兩個防夾區(qū)域內(nèi),即進出口的右邊立柱旁的華蓋上,其具體位置根據(jù)調(diào)節(jié)而定?;谝陨蠗l件,可以選用型號為BX15M-TFR。其性能參數(shù)見文獻[16]。
3)直流制動接近開關(guān)選用 由于當(dāng)電動機停轉(zhuǎn)時,門要停在指定的位置,而門停轉(zhuǎn)時,電機要先停轉(zhuǎn)而門體有一定慣性而使得門無法停在指定的位置上。這時我們就需要接近開關(guān),當(dāng)門靠近門停位置時,就產(chǎn)生信號發(fā)出制動信息,使門體在這個位置。接近開關(guān)的感應(yīng)距離過大,會使門制動后停在指定位置的前邊。感應(yīng)位置過小,由于接近開關(guān)也有一個響應(yīng)時間,則使門停超過門應(yīng)停的位置。根據(jù)相關(guān)自動門產(chǎn)品類型,可選用CR系列電容圓柱型接近開關(guān)為8mm的型號,PNP輸出。其性能參數(shù)見文獻[16]。
4)鎖門接近開關(guān)的選用 當(dāng)鎖門時,為了讓門精確的停位在上鎖的位置,同樣需要一接近開關(guān)提前感應(yīng)鎖門位置的臨近,發(fā)出鎖門信號使門體精確停在這個位置便于我們上電磁鎖和機械鎖,而無需人再來推門體使其準確停位。接近開關(guān)的感應(yīng)距離過小都到不了門體的精確停位,而使得無法上鎖。所以感應(yīng)距離為適當(dāng)才可。根據(jù)相關(guān)自動門產(chǎn)品類推,可選用5mm感應(yīng)距離高周波振動角柱型接近開關(guān)。可選擇型號為PS12-4DN,常開觸點,PNP輸出,三線連接。其性能參數(shù)見文獻[16]。
5)防碰撞傳感器的選用 防碰傳感器主要時為了防止人和門的速度不一致時,旋轉(zhuǎn)門翼打到行人;而防撞傳感器則是為了防止人因不小心撞在門體的立柱上,而引起旋轉(zhuǎn)門體旋轉(zhuǎn)過來撞傷行人。其采用接觸式傳感器防夾安全帶來實現(xiàn),它是以向其施加垂直壓力致使觸帶內(nèi)的導(dǎo)電體互相接觸,這導(dǎo)致電阻和電流改變而產(chǎn)生開關(guān)信號的。防碰傳感器安裝在兩扇旋轉(zhuǎn)門翼的底部,而防撞傳感器安裝在門體的立柱上。選用型號ASR-001。其性能參數(shù)見文獻[16]。
6)接近開關(guān)的選用 而鎖門接近開關(guān)則時為了看門翼是否靠近門的鎖門位置,因此應(yīng)該安裝在門安裝電子鎖的位置附近。選用型號ASR-002。其性能參數(shù)見文獻[16]。
5.1.3控制系統(tǒng)功能特點
①變速功能 旋轉(zhuǎn)門設(shè)有低速,中速,高速三種旋轉(zhuǎn)速度,分別對應(yīng)殘疾,middle和high三個按鈕進行切換,以適應(yīng)殘疾人通過,正常運轉(zhuǎn)和緊急疏散對轉(zhuǎn)速的不同要求。
②自動轉(zhuǎn)停功能 來人時自動啟動,并以正常轉(zhuǎn)速動轉(zhuǎn),15s時無人進出,則自動停轉(zhuǎn)并封門。
③防夾功能 當(dāng)門扇運轉(zhuǎn)靠近曲壁立柱時,如果行人試圖從兩者之間(防夾區(qū))進入旋轉(zhuǎn)門,則門立即自動停轉(zhuǎn)以防夾傷行人。行人離開防夾區(qū),門自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
④防撞功能 行人緊靠右側(cè)立柱或遇到物體碰撞右側(cè)立柱,則旋轉(zhuǎn)門馬上停轉(zhuǎn),以防止撞傷行人或撞壞物體,行人或物體離開右側(cè)立柱,自動門恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
⑤防碰功能 行人在旋轉(zhuǎn)門內(nèi)通行過程中,如遇到門扇碰到行人腳后跟,則門立即停轉(zhuǎn),以防止碰傷行人。行人離開門扇,門自動恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。
⑥鎖門功能 采用電磁鎖方式鎖門,只要轉(zhuǎn)動鑰匙既可完成自動鎖門工作,快捷方便。
⑦急停功能 當(dāng)出現(xiàn)緊急意外事故十,按下急停按鈕,門立即停轉(zhuǎn),解除急停信號,門又自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
⑧暫停功能(STOP鈕) 與急停功能相當(dāng),不同的是按STOP鈕后,必須用殘疾,middle和high三個按鈕中的一個進行恢復(fù)。
⑨殘疾優(yōu)先功能 當(dāng)按下殘疾按鈕后,30s內(nèi)門始終以2r/min的速度低速運轉(zhuǎn),此時按middle和high鈕無效,以確保殘疾人安全通過。30s后來人,門自動以正常速度運轉(zhuǎn)。
⑩電動機過載保護功能 當(dāng)電動機過載時,門停轉(zhuǎn)并且指示燈閃爍報警。過載消除后門自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
變頻器報警輸出和延時自動復(fù)位功能 當(dāng)變頻器過壓或過流時,關(guān)閉輸出,門停轉(zhuǎn)并報警( 指示燈閃爍),延時3s自動復(fù)位。
漏電保護。
5.1.4 控制系統(tǒng)驅(qū)動控制原理
①電氣控制系統(tǒng)接線方案
圖5.1 控制系統(tǒng)接線圖
②傳感器設(shè)置方案 紅外線被動式感應(yīng)器安裝于旋轉(zhuǎn)門的進口和出口華蓋上,每處各安裝兩個紅外傳感器,感應(yīng)行人進入門體,門扇馬上以正常的速度旋轉(zhuǎn)。紅外線防夾安全感應(yīng)器防止門扇與曲壁柱之間夾傷行人。當(dāng)門扇接近曲壁立柱時,感應(yīng)器與接近開關(guān)信號同時生效,門扇馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側(cè)門立柱上,膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器,如遇物體碰撞或受壓,門扇馬上停止轉(zhuǎn)動,防止夾傷行人。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常以后,轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。沒扇門扉底邊裝有全開內(nèi)藏式感應(yīng)器,如碰到物體或受壓,門扇馬上停止轉(zhuǎn)動,防止門扇打倒行人。膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后,轉(zhuǎn)門也隨之運轉(zhuǎn)。此外,還采用了四只測量范圍為5mm的電感式接近開關(guān)。接近開關(guān)用于防夾位置區(qū)域設(shè)定,直流制動封門及鎖門定位。
5.1.5 PLC系統(tǒng)控制分析及地址分配設(shè)計
①節(jié)點分析及機型的選擇 通過對旋轉(zhuǎn)門控制要求的分析,PLC控制輸入信號有22個,輸出接點共8個。按照預(yù)留15%-20%的接點數(shù)來計算,輸入接點至少要30個,輸出接點至少要10個。
本系統(tǒng)為個簡單控制系統(tǒng),按一般經(jīng)驗來估算,同時由上段對I/O接點的分析主要有:開關(guān)量輸入字節(jié)數(shù):30×15=450
開關(guān)量輸出字節(jié)數(shù):10×8=80
系統(tǒng)推斷定時器/計數(shù)器字節(jié)數(shù):8×1=8
總計大約需要538個字節(jié)數(shù)容量。加上預(yù)留30%,有1K的程序容量足夠了。
由以上可得,同時兼顧經(jīng)濟性原則。 PLC產(chǎn)品中OMRON系列可編程控制器是當(dāng)今國內(nèi)外最新,最具特色、最具代表性的微型PLC。在此系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計數(shù)器,對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進行中斷處理,擴大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)選擇了COM1-CPU11-E型PLC。由PLC型號主回路電壓AC(100~240)V;輸入端參數(shù)為電壓DC24V,電流5/7mA;繼電器輸出端電壓AC150V,DC30V以內(nèi)。故本系統(tǒng)選用直流輸出方式。
表5.3 PLC性能參數(shù)表
性能指標(biāo)
COM1-CPU11-E
程序存儲容量
3.2KB
數(shù)據(jù)存儲容量
1KB
I/O電數(shù)
128位
指令類型
117種指令
基本指令執(zhí)行時間
0.5us~1.5us
擴展I/O模塊數(shù)量
7塊
記時/記數(shù)區(qū)
512記時器/記數(shù)器
②開關(guān)的選擇 本控制系統(tǒng)為PLC控制,各種開關(guān)的容量要求不高,普通的開關(guān)足已,主要考慮輸入?yún)?shù)要求。對急停、STOP、middle、high、殘疾開關(guān),選擇普通按鈕開關(guān)LA系。Middl、high、殘疾、開關(guān)為LA2,急停開關(guān)為LA2(紅色),STOP關(guān)為LA2-A紅色(十字型)。
③電源的選擇 PLC自帶的輸入口電源一般為直流24V。輸入口每一點的電流定額一般為7mA,這個電流是輸入口短接時產(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載時,其流過的電流就要減少,PLC輸入口信號傳遞所需的最小電流一般為2mA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2000歐。從另一方面說,輸入口機內(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,需另配專用電源供電。
④熔斷器的選擇 為了保護電路(短路保護)需要有熔斷器FU,選擇的依據(jù)是熔體的額定電流IR大于線路工作電流I(I=2A),所以選擇RL1-15,熔體額定電流等級為4。
⑤整流器的選擇 為降低電壓的波動對控制系統(tǒng)的不良影響,選擇把交流變?yōu)榈蛪褐绷鞴╇?。因此,選擇型號為ZBA-10/24型整流器,它的輸入電壓為交流220V,輸出電壓為直流0~24V,額定電流10A。
⑥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,轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號,以驅(qū)動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式:繼電器輸出、雙向晶閘管輸出、達林頓晶體管輸出。這幾種輸出形式均有各自的特點,用戶可根據(jù)系統(tǒng)的要求加以確定。繼電器輸出價格便宜,使用電壓范圍廣。通電壓降小,承受瞬時過電壓和過電流的能力較強,且有隔離作用。但繼電器有舢點;壽命較短,且響應(yīng)速度較慢,適用于動作不頻繁的交直流負載。當(dāng)驅(qū)動
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