§1.1旋转门的课题背景
自动旋转门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的最前端。大厦在需要持续不断的人流出入的同时，又要保持建筑物内良好的空气循环及环境的优美，这是建筑师所遇到的一大难题，而旋转门为大厦提供了理想的解决方案，它可有效地防风、防尘和隔音，从而改善了大厦入口附近的环境。旋转门的最大优点在于它\"永远开门，又永远关门\"，即对于行人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果较好。因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。
自动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，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。因此，自动旋转门在保安功能方面具有独到的发展，但在人员流量方面自动旋转门却没有优势，因为门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的。每种自动旋转门都有标定的人员流量数值。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果在经常使用的条件下相对于其他自动门要好。由于自动旋转门的人流量有限，通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开
门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。但在静态密封效果方面，自动旋转门远不如其他自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。 §1.2国内外旋转门发展现状
§1.2.1国外旋转门发展现状
自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。国外著名厂家有：荷兰的B00N EDAM 瑞典的BESAM 德国的多玛、盖泽 日本的纳博克、寺冈等。
由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化设计的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家生产的自动旋转门还具有远程控制和液晶显示。利用当前先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过 internet 与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面显示门体转速、
状态和故障等信息。 §1.2.2国内旋转门发展现状
1、我国旋转门技术的发展：我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国内专业厂家：北京有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有上海康育、广州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。
2、旋转门在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。现代城市建筑物装饰装修中，将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化。对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施。堪称建筑物的点睛之笔。但是国家对自动门产品质量、安全性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国内建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国内建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。
第二章 方案的确定
旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。 §2.1方案一的设计
§2.1.1框架总成：
分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。圆周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。 §2.1.2传动系统：
由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。 §2.1.3控制系统：
由单片机、变频器、功能开关组成。由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。 §2.1.4检测系统：
由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 §2.1.5安全系统：
主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。 §2.2方案二的设计
§2.2.1框架总成：
分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成 立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态;门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或6MM厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃，安全可靠。 §2.2.2驱动系统：
由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。 §2.2.3控制系统：
由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。 §2.2.4检测系统：
由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 §2.2.5安全系统：
主要有接触和非接触安全感应器。 旋转门入口立柱均装有安全胶条，防
止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。 §2.3方案选择
三翼旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。但是，这种旋转门门翼与中心轴的固定方式决定了门扇宽度不能太大，所以这种旋转门的直径最大只有约4m。为了解决这一问题，工程师们将中心门轴设计成了门扇固定在大钢管上面，相对减小了门扇宽度，增加了电机对门中心的旋转作用力矩，使这种旋转门的最大直径扩大到6m。这种结构是稳定性，使用的可靠性很高，使用寿命长。考虑到旋转门在停止时一定耍密封，所以三翼旋转门的每个分隔可以容纳更多的人，可是门的净开口宽度较小。而方案一由于采用两个电机驱动也给驱动系统带来了许多麻烦，同时也不利于节能。在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量生产，不适于单件设计。综合两种方案进行比较，可以看出第二种方案在具体设计中更具有实用性，完善性。故选择第二种方案。
第三章 三翼自动旋转门控制系统设计
§3.1硬件设计
§3.1.1变频器容量选择计算
变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。
表3.1 电机参数表 电额额额效功率因最大转矩额定转矩电飞动机型定功定电定电率号 率（W） 流（A） 压（V） 机转动轮的惯量 转动（%） 素 (kg.m2惯量) Y881-4 50 5.51 180 33 7.76 02.2 018 0.0.6 01、驱动一台电动机
对于连续运转的变频器必须同时满足下列3项计算公式： 满足负载输出/kVA： PcmkPm 式
cos(3.1)
1.1550
(0.850.76) 0.94
3 满足电动机容量/kVA：P103UeIe 式cm(3.2)
10333801.51
0.94满足电动机电流/A：IcmkIe 式
（3.3)
1.11.51
1.66式中： Pcm为变频器的容量/kVA
Pm负载要求的电动机轴输出功率/kw Ue电动机额定电压/v
Ie电动机额定电流/A
电动机效率
cos电动机功率因数 k电流波形补偿系数
k是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对PWM控制方式的变频器，k约为1.05~1.1。
2、指定变频器的启动加速时间
变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载
能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，一般利用失速防止功能，以避免变频器跳闸，但同时也加长了加减速时间。
如果生产设备对加速时间有特殊要求时，必须事先核实编破器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。
在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下：
kTlGD2n Pcm 式937cos375tA(3.4)
225.40.621.11440 (9370.730.76)(3753)
0.94式中： Pcm为变频器的容量/kVA
k电流补偿系数,对PWM控制方式的变频器,k约为1.05~1.1
电动机效率
cos电动机功率因数
n电动机额定转速/(r/min)
GD2电动机轴上的飞轮力矩/(N.m2) tA电动机加速时间/s
tl负载转矩/(N.m1) 3、指定变频器的减速时间
降低变频器的输出频率，就可以实现电动机减速。加快变频器输出频率
的降低速率，可使电动机更快的减速。当变频器输出频率对应的速度低于电动机的实际转速时，电动机就进行再生制动。在这种运行状况下，异步电动机将变成异步发电机，而负载的机械能将被转换为电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身的过电压保护电路将会动作并切断变频器的输出，使电动机处于自由减速状态，反而无法达到快速减速的目的。
为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。在电压星变频器中，一般都在直流中间回路的电容器两端并联上制动三极管和制动电阻。当直流中间回路的电压升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。
制动电阻的选择方法： （1）计算制动力矩Tb/N.m Tb(JmJl)(n1n2)Tl 式
9.55ts(3.5)
(0.00180.051)(14401)2.2 (9.551)5.7式中： Tb动力矩/N.m1
Jm电动机转动惯量/kg.m2
Jl折算至电动机轴的负载转动惯量/kg.m2 n1减速开始速度/(r.min1)
n2减速完了速度/(r.min1)
ts减速时间/s Tl负载转矩/N.m1
（2）计算制动电阻Rb的阻值
在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也将有20%的铜损被转换为制动力矩。考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。
Uc2 Rob
0.1047(Tb0.2Tm)n1式(3.6)
7602 0.1047(5.760.22.2)1440
720.11式中： Rob制动电阻
Uc直流电路电压/V
对200V级变频器, Uc=380V 对400V级变频器, Uc=760V
Tb制动转矩/(N.m1) Tm电动机额定转矩/(N.m1) n1减速开始速度/(r.m1)
上式中，如果(Tb0.2Tm)0，则没必要加制动电阻。
放电电路由制动三极管和制动电阻串联而成，因此，制动三极管本身允
许通过电流Ic就是放电电路的最大允许值。所以制动电阻的最小值
RminUc/Ic。
由上可见，制动电阻Rb的阻值应由RminRbRob来决定。有的变频器生产厂家在产品目录中。给出制动电阻最小值的参考值，可供用户在选择制动电阻时参考。
（3）计算制动电阻平均消耗的功率PR0/kW
如前所述，电动机额定转距的20%制动转距由电动机内部损失产生，所以可以按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率：
PR00.1047103(Tb0.2Tm)(n1) n2式(3.7)
=0.1047103(5.76-0.22.2)1440 =0.802
由于三翼自动旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。又因为三翼旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。因而可以选用通用的变频器，只要所选用的变频器满足一般环境下使用即可。根据以上的计算的数据，选用佳灵JP6C-T9-0.75。该变频器的参数如下；
表3.2 变频器参数表
变频器型号JP6C-T79 适配电动机功率 0.75 -0.75 /kW 额 定 电 流 电压/V 额定频率/Hz 额定电流/A 额定过载 短时间 电 源 允许波动 相数,电压,频率 2.0 3相,380~440 50/60 2.5 额定电流的150%1min 3相,380~440,50Hz/60Hz 电压10%~-15%,频率5%~-5% 瞬间电压降低范围 转 所需电源容量/kVA 输 出 功 率 整 最高1.2 50~400可变设定 310V以上,继续运调频率/Hz 基本频率/Hz 启动频率/Hz 0.5~60可变设定 50~400可变设定 载波频率/Hz 精度 设定分辨率 控 制 性 电矩提升 电压/频率特2~6可变设定 模拟设定 模拟设定 用基本频率可变设定320~440V 自动:按照负载转矩,调整至最佳 手动设定:0.1~20.0编码设定 启动转矩 制 动 制动转矩 可选使用时 直流制动 150%以上(转矩矢量控制) 100%以上 150%以上(用DBR时) 可设定制动开关开始频率,时间等 外壳防护等级 冷却方式 质量/kg IP40 自冷 2.4 §3.1.2传感器与安全系统的设计
1、检测传感器的选用
检测系统是由安装于门口上面的四个传感器来实现的，其主要功能是感知人的进出从而发出开门信号。红外传感器的选择主要考虑检测范围和输出
形式及其特点。ADS-A型门传感器是较好的选择。它的检测范围可调，安装高度在门的设计高度范围内，其输出形式为继电器接点，可以直接和控制器相连。那么此检测传感器就可以选择这个。
2、安全系统设计
为防止三翼旋转门在工作过程中因某些原因而发生伤人的事故出现，那么就需要配置一定的安全系统。主要采用以下方式。红外线防夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人，当人在门扇与曲壁立柱安全距离内时，感应器与接近开关信号同时生效,门扇应马上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，胶条内装有内藏式感应器，如遇物体碰撞或受压，门扇马上停止转动，防止夹伤行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。每扇门扉底边装有全开宽内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转动，防止门扇打倒行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。此外，还采用了4只测量范围为5mm 的电感式接近开关。接近开关用于防夹位置区域设定、直流制动封门及锁门定位。
（1）防夹接近开关的选用 由于在出入口两个防夹区域内要安装了防夹传感器。而防夹感应器是用来感应人是否处于防夹区域内，而不知道是否门扇已经靠近防夹区域内，所以仅靠防夹传感器是无法鉴别人是否即将受夹或正在受夹。则需要一个接近开关来判断门翼也走到了防夹区域内。如果在防夹区域内，则接近感应器发出信号表示，如果此时有人进入防夹区则有可能被夹。两信号同时有效时，则使门停转制动。由于人的宽度一般在0.5m以下，可设此距离为接近感应器感应距离。当门翼靠近曲壁门柱0.5m时，接近开关
传感器就可以发出信号。因此选择光电式 BR系列接近传感器,其型号为BPR100-DDT传感器。
（2）防夹传感器的选用 防夹传感器是用来检测人是否在防夹区域内用的。应采用红外线传感器检测，其检测方式是竖直的。因此当人在防夹区域时，传感器只有通过竖直检测才不会误判。假如传感器不是竖直的，而是发散的，如人正常经过转门区时，防夹传感器就有可能检测到人的存在，而此时门翼又有可能正好在防夹接近传感器范围内。两者信号同时有效，使门体无故停转，而造成不必要的麻烦。因此可以选择红外垂直防夹传感器。红外线防夹传感器安装在门的进出口的两个防夹区域内，即进出口的右边立柱旁的华盖上，其具体位置根据调节而定。基于以上条件,可以选用型号为BX15M-TFR。
（3）直流制动接近开关选用 由于当电动机停转时，门要停在指定的位置，而门停转时，电机要先停转而门体有一定惯性而使得门无法停在指定的位置上。这时我们就需要接近开关，当门靠近门停位置时，就产生信号发出制动信息，使门体在这个位置。接近开关的感应距离过大，会使门制动后停在指定位置的前边。感应位置过小，由于接近开关也有一个响应时间，则使门停超过门应停的位置。根据相关自动门产品类型，可选用CR系列电容圆柱型接近开关为8mm的型号,PNP输出。
（4）锁门接近开关的选用 当锁门时，为了让门精确的停位在上锁的位置，同样需要一接近开关提前感应锁门位置的临近，发出锁门信号使门体精确停在这个位置便于我们上电磁锁和机械锁，而无需人再来推门体使其准确
停位。接近开关的感应距离过小都到不了门体的精确停位，而使得无法上锁。所以感应距离为适当才可。根据相关自动门产品类推，可选用5mm感应距离高周波振动角柱型接近开关出，三线连接。
（5）防碰撞传感器的选用 防碰传感器主要时为了防止人和门的速度不一致时，旋转门翼打到行人；而防撞传感器则是为了防止人因不小心撞在门体的立柱上，而引起旋转门体旋转过来撞伤行人。其采用接触式传感器防夹安全带来实现，它是以向其施加垂直压力致使触带内的导电体互相接触，这导致电阻和电流改变而产生开关信号的。防碰传感器安装在两扇旋转门翼的底部，而防撞传感器安装在门体的立柱上。选用型号ASR-001。
（6）接近开关的选用 而锁门接近开关则时为了看门翼是否靠近门的锁门位置，因此应该安装在门安装电子锁的位置附近。选用型号ASR-002。 §3.1.3控制系统功能特点
1、变速功能 旋转门设有低速，中速，高速三种旋转速度，分别对应残疾，middle和high三个按钮进行切换，以适应残疾人通过,正常运转和紧急疏散对转速的不同要求。
2、自动转停功能 来人时自动启动，并以正常转速动转，15s时无人进出，则自动停转并封门。
3、防夹功能 当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间(防夹区)进入旋转门，则门立即自动停转以防夹伤行人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。
。可选择型号为PS12-4DN，常开触点，PNP输
4、防撞功能 行人紧靠右侧立柱或遇到物体碰撞右侧立柱,则旋转门马上停转，以防止撞伤行人或撞坏物体，行人或物体离开右侧立柱,自动门恢复运转。
5、防碰功能 行人在旋转门内通行过程中，如遇到门扇碰到行人脚后跟，则门立即停转，以防止碰伤行人。行人离开门扇，门自动恢复旋转。
6、锁门功能 采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙既可完成自动锁门工作，快捷方便。
7、急停功能 当出现紧急意外事故十，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。
8、暂停功能(STOP钮) 与急停功能相当，不同的是按STOP钮后，必须用残疾，middle和high三个按钮中的一个进行恢复。
9、残疾优先功能 当按下残疾按钮后，30s内门始终以2r/min的速度低速运转，此时按middle和high钮无效，以确保残疾人安全通过。30s后来人，门自动以正常速度运转。
图3.1 控制系统接线图
10、电动机过载保护功能 当电动机过载时，门停转并且指示灯闪烁报警。过载消除后门自动恢复运转。
11、变频器报警输出和延时自动复位功能 当变频器过压或过流时，关闭输出，门停转并报警( 指示灯闪烁)，延时3s自动复位。
12、漏电保护。
3.1.4 控制系统驱动控制原理 1、电气控制系统接线方案 2、传感器设置方案
红外线被动式感应器安装于旋转门的进口和出口华盖上，每处各安装两个红外传感器，感应行人进入门体，门扇马上以正常的速度旋转。红外线防
夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人。当门扇接近曲壁立柱时，感应器与接近开关信号同时生效，门扇马上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，胶条内装有内藏式感应器，如遇物体碰撞或受压，门扇马上停止转动，防止夹伤行人。胶条内感应器恢复正常以后，转门也随之恢复正常运转。没扇门扉底边装有全开内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转动，防止门扇打倒行人。胶条内感应器恢复正常后，转门也随之运转。此外，还采用了四只测量范围为5mm的电感式接近开关。接近开关用于防夹位置区域设定，直流制动封门及锁门定位。 §3.1.5 PLC系统控制分析及地址分配设计
1、节点分析及机型的选择 通过对旋转门控制要求的分析，PLC控制输入信号有22个，输出接点共8个。按照预留15%-20%的接点数来计算，输入接点至少要30个，输出接点至少要10个。
本系统为个简单控制系统，按一般经验来估算，同时由上段对I/O接点的分析主要有：开关量输入字节数：30×15=450
开关量输出字节数：10×8=80
系统推断定时器/计数器字节数：8×1=8
总计大约需要538个字节数容量。加上预留30%，有1K的程序容量足够了。
由以上可得，同时兼顾经济性原则。 PLC产品中OMRON系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在此系列PLC中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩
大了PLC的应用领域。本系统选择了COM1-CPU11-E型PLC。由PLC型号主回路电压AC（100～240）V；输入端参数为电压DC24V，电流5/7mA；继电器输出端电压AC150V，DC30V以内。故本系统选用直流输出方式。
表3.3 PLC性能参数表
性能指标 程序存储容量 数据存储容量 I/O电数 指令类型 基本指令执行时间 扩展I/O模块数量 记时/记数区 2、开关的选择
本控制系统为PLC控制，各种开关的容量要求不高，普通的开关足已，主要考虑输入参数要求。对急停、STOP、middle、high、残疾开关，选择普通按钮开关LA系。Middl、high、残疾、开关为LA2，急停开关为LA2（红色），STOP关为LA2-A红色（十字型）。
3、电源的选择
PLC自带的输入口电源一般为直流24V。输入口每一点的电流定额一般为7mA,这个电流是输入口短接时产生的最大电流(端口本身纯存在阻抗)。当输入口上接有一定阻抗的负载时,其流过的电流就要减少,PLC输入口信号传递
COM1-CPU11-E 3.2KB 1KB 128位 117种指令 0.5us~1.5us 7块 512记时器/记数器 所需的最小电流一般为2mA左右,这样就规定了输入口接人的最大阻抗。为了保障最小有效电流,输入口所接器件的总阻抗要小于2000欧。从另一方面说,输入口机内电源功率一般只有几瓦,当输入口所接的传感器所需功耗较大时,需另配专用电源供电。
4、熔断器的选择
为了保护电路（短路保护）需要有熔断器FU,选择的依据是熔体的额定电流IR大于线路工作电流I（I=2A），所以选择RL1-15，熔体额定电流等级为4。
5、整流器的选择
为降低电压的波动对控制系统的不良影响，选择把交流变为低压直流供电。因此，选择型号为ZBA-10/24型整流器，它的输入电压为交流220V，输出电压为直流0～24V，额定电流10A。
6、输出模块的确定 输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号，转换为外部所需电平的输出信号，以驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向晶闸管输出、达林顿晶体管输出。这几种输出形式均有各自的特点，用户可根据系统的要求加以确定。继电器输出价格便宜，使用电压范围广。通电压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有舢点；寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交直流负载。当驱动感性负载时，最大操作频率不得超过1Hz。双向晶闸管输出（交流）和达林顿晶体管输出（直流）都属干无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高的反向电压，必须
采取抑制措施。另外，这两种形式的输出均不具备明确的输出开关断点，因此对于有此要求的使用场合会受到限制。因此采用晶体管输出输出电流的选择，模块的输出电流必须大于负载电流的额定值。如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时右冲击电流，要留有足够的裕量。允许同时接通的输出点数，在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负载能力。即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流
7、输入输出口及端口的保护及分配 PLC输入口电压定额一般为接有直流24V有一些输入口是不接电源输出口的电压定额常接工频低压交流电源和直流电源。当输入口端连接电感类设备时,为了防止电路关断时刻产生高电压对输入输出口造成破坏,应在感性元件两端加接保护元件。对于直流电源,应并接续流二极管,对于交流电路应并接阻容电路。阻容电路中电阻可取51~120欧,电容可以取0.1~0.47uF。电容的额定电压应大于电源的峰值电源,续流二极管可以选1A的管子,其额定电压应大于电源电压的3倍。对PLC输入端电阻分析，自带电阻为3k欧,对于DC24V的电流为标准电流，对输入口保护不需做特别处理。输出为直流感性负载时，需在负载两端并联续流二极管或齐纳二极管加以抑制。查有关资料时，在直流感性负载输出时可选电流为1A左右的二极管，电阻约为50欧左右。本系统中输出口选交流电源，电阻取65欧。
表3.4 输入地址分配表
输入地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.O I2.1 I2.2 对应的外部设配 急停按钮 残疾按钮 STOP开关 Middle开关 High高速按钮 锁钥 直流制动接近开关 防夹接近开关1 红外线传感器1 防撞传感器1 防碰传感器1 防夹传感器1 变频过载报警输入 锁门接近开关 防夹接近开关2 红外线传感器2 红外线传感器3 红外线传感器4 防撞传感器2 I2.3 I2.4 I2.5 防碰传感器2 防夹传感器2 防碰传感器3
表3.5 输出地址分配表
输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 信号内容 上电及报警信号 电磁锁控制继电器 电动机启停（变频器智能端子FWD） Q0.3 速度控制（变频器职能端子X2） Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 速度控制（变频器职能端子X1） 直流制动（变频智能端子REV） 变频器复位（变频智能端子RESET）
表3.6 控制系统电气元件表
序号 符名称 号 红色，1 SB1 停止按钮开关 LAY8 DC24V 红色，2 SB2 停止按钮开关 LAY8 DC24V 绿色，3 SB3 高速按钮开关 LAY8 DC24V 绿色，4 SB4 高速按钮开关 LAY8 DC24V 绿色，5 SB5 中速按钮开关 LAY8 DC24V 6 SB6 中速按钮开关 LAY8 绿色，型号 规格 DC24V 绿色，7 SB7 残疾按钮开关 LAY8 DC24V 绿色，8 SB8 残疾按钮开关 LAY8 DC24V 9 10 11 12 SA1 SA2 FR1 急停开关 电磁锁 热继电器 报警指示灯 PLC输入回路熔13 FU 断器
RL1-15 D4JL JR16B-20／3 XD8 LW22 DC24V DC24V 1.6A DC24V 6级
图3.2 PLC接线图
§3.2软件设计
§3.2.1 PLC控制系统程序设计
1、当电源打开时，要设置PLC的上电程序，由于西门子PLC系统有专门的特殊内部继电器SM0.1来对上电作出反应，用内部继电器M0.0来对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；
2、急停程序设计 由于急停采用转换开关SA1进行外部输入，连接PLC的输入映响寄存器I0.0，用内部继电器M0.1来对相关信号进行中转输出。程序设计
如下；
3、过载程序设计 由于变频器过载输出连接PLC输入映像器I1.4，用内部
继电器M0.2对相关信号进行中转输出，则程序设计如下；
4、过热程序设计 由于电机常时间进行，可能带来电机过热，所以在电机上连接热继电器FR1，当电机过热时热继电器闭合通过PLC的输入映像I2.6进行信号输入，用内部继电器M0.3对相关信号进行处理输出，则程序设计如下；
5、指示灯闪烁定时期设计 当PLC上电后，指示灯亮输出，而当急停按下，
变频器过载，电机过热时，指示灯就闪烁已示警告，设指示灯的闪烁时间为0.5S，则需要用两个以100MS为基数定时器T37和T38来实现。具体程序设计如下；
程序解释：当PLC的内部扫描信号过来时T37就开始记时，0.5秒后T37的常开触头闭合，只要T38常开触头不断开使T37复位，则T37常开一直闭合。当过载、过热、急停内部继电器有信号时使相应触点闭合，导致T38开始记时，0.5秒后T38常开触点断开使T37复位，同时常开T37复位，至使T38常闭触点复位，而使T37又开始记时，0.5秒后又响应，周而复始。其中T38的作用是使T37循环计时0.5秒。
6、报警上电输出程序设计 当变频器过载，过热，急停按下时用相应内部继电器常开触点进行设计，并上一个定时器T37来实现相关功能，用输出映像继电器Q0.0来实现PLC内部信号输出接口。则程序设计如下；
程序解释：当上电时，常开内部继电器触点SM0.1就一直闭合，只要一发生上述问题，相应的常开内部继电器就断开，使指示灯熄灭，然后根据常开定时器触点T37来间隔接通Q0.0，使输出达到指示灯的闪烁。
7、变频器过载复位定时程序设计 由于变频器可能出现瞬时的过载而不是长期过载，那样的我们就不用使变频器复位，防止导致错误反应。因此，我们设置变频器发生过载3秒后才对变频器实行复位操作，这3秒的时间用来判断变频器是真的过载还是假的过载。这里采用基波为100ms的接通定时器T50来实现。程序设计如下；
程序解释：当过载信号来临时，常开触点M0.2闭合接通T50，其中T39常闭触点是复位输出信号定时器，用来对T50进行复位操作。
8、复位输出时 由于变频器的复位开关需要有一定的接触时间才能真正接通产生复位信号，因此当有复位信号输出后，定时器就开始计时，用基数为100ms的定时器T39来实现，定时时间为0.5秒。程序设计如下；
9、复位输出信号设计。用输出映像寄存器Q0.7对PLC处理的信号输出与外界连接，为了有持续信号输出应采用Q0.7常开触点进行自锁设置，同时当复位时间延时到了断开其Q0.7的输出。程序设计如下；
程序解释：当过载延时常开触点T50，3秒后闭合后，就接通Q0.7，而同时自锁，由Q0.7常开触点闭合使定时器T39接通，则0.5秒后常闭定时器T39断开，从而使Q0.7停止输出
10、红外线启动传感器停止输入定时程序设计 由于红外线传感器检测有人时就一直有信号输入，则电机就应该开始转动，而当人进入时，电机也应该带动门转动，设红外线无信号输入时电机仍能转动15秒。
用基波
为100ms的定时器T40来实现定时。而四个启动传感器分别接输入映像寄存器I1.0、I1.7、I2.0、I2.1用其常闭触点来实现。则程序设计如下；
程序解释：当红外线传感器检测有人时，其I1.0、I1.7、I2.0、I2.1断开，使定时器T40复位，而当无信号输入时，I1.0、I1.7、I2.0、I2.1复位闭合使T40开始重新计时控制门转动15秒，而当红外线一直没有信号输入时，定时器一直计时直到计满为止，而T40相关触点保持持续接通状态。用M1.1常闭触点串联其中是为了实现高、中变速输入时保证电机只保持相应状态15秒后，门自动恢复原状态或停止。
11、防夹传感器输入程序设计 由于要判断是否已有夹人现象发生，则需要用防夹传感器来判断是否已碰到人，又需要一部接近开关来判断门翼是否处于防夹区域，当两个信号都有输入时，则说明已有夹人现象发生，则同一门口的防夹传感器的接近开关用串联方式连接起来。四部传感器分别接PLC输入映像寄存器为I1.3、I0.7、I1.5、I1.6。采用门口防夹传感器并联输入，只要有一个门口的防夹传感器有信号输入时就使PLC发出内部信号指令，用内部继电器M1.5对其信号中转，程序设计如下；
12、防碰撞传感器输入程序设计 由于安装有四个防碰传感器，分别接入PLC的输入映像寄存器为I1.1、I1.2、I2.2、I2.3，当有一个防碰传感器发出信号时就使PLC的内部继电器发出信号指令，用内部继电器M6.0来实现PLC信号中转。传感器信号输入用并联方式实现，则程序设计如下；
13、高、中、残疾速度输入程序设计 由高、中、残疾速度输入采用的是点动开关，则在程序输入时应加入串入微分平操作指令，以铺捉点动闭合的上升沿过程，三个按扭并联进行信号输入，有一个信号时就产生一个指令信号。三个按扭分别接入映像器为I0.1、I0.3、I0.4用内部继电器M1.1来实现指令的中转。则程序设计如下；
程序解释：当任意按扭按下时，就产生一个内部继电器M1.1的信号，如I0.1常开触点一闭合，在闭合瞬间的上升沿过程中，使M1.1输出信号。
14、残疾按扭输入时定时程序设计 由残疾人进入时，门转动较慢，且经过门的时间较长，所以在程序设计时应注意残疾人经过时的专门定时程序。当残疾人按扭有输入时，就启动定时器开始定时30秒后让电机恢复原来的状态。则计如下；
15、残疾人输入程序设计 当外界按扭按下时，在这个上升沿的过程中产生PLC内部继电器输出，当残疾输入定时30秒到了后就自动断开其输出。由于输出是一个较长的过程，则应设计自锁程序。残疾按扭外界输入接PLC输入映像器I0.1，同时使用M3.0来实现指令信号中转。则程序设计如下；
程序解释：当I0.1闭合时，在这个上升沿的过程中使M3.0产生信号输出同时常开触点M3.0闭合形成自锁，使M3.0一直有输出，当30秒定时到了以后，常开触点T42断开，使M3.0停止输出。
16、暂停（STOP）输入程序设计 STOP按扭是实现临时的停转功能，当STOP按下后，必须用高、中、残疾按扭才能恢复门翼的转动。所以，程序设
计中应串联一个变速输入时的常闭触点以方便恢复正常状态。同时由于暂停输出是一个较长的过程，也应有自锁设计。STOP按扭接输入映像器I0.2，同时STOP是按扭开关，应注意捕捉其按下瞬间的上升沿过程，同时采用内部继电器M1.2才实现信号的中转输出，则程序设计如下；
程序解释：当I0.2瞬间闭合的上升沿过程中M1.2产生输出，同时M1.2常开触点闭合产生自锁，直到变速常闭触点断开时，使STOP输出停止。
17、急停、防夹、暂停定时程序设计 为了防止急停、防夹、暂停时受到偶然因素产生输出，而不是真正的相关紧急情况发生，则应设计一个定时程序来鉴别输入信号的真伪，采用输入后等待0.3秒后响应相关指令的方式来实现，采用基数为100ms的接通定时T41来实现定时，同时三个信号的输入采用并联方式连接，则程序设计如下；
程序解释：当M1.2、M1.5、M0.1中的任一个触点闭合，就启动定时器T41实现定时。
18、直流制动输出定时程序设计 当发生防夹、急停、暂停和直流制动按扭有输入的紧急情况时，就要输出制动，同时当门没有精确停位后也要采用直流制动防止门的惯性转矩使门继续转动。而直流制动是一个时间过程输出才有效应，则对其输出定时为0.5秒，采用基数为100ms的定时器T43来实现，三个传感器采用并联输入。则程序设计如下；
程序解释：当常开触点T41、M1.3、M1.4任意一个闭合时，就启动定时器。
19、无人来才响应直流制动开关定时程序设计 当红外线没有感应到人的时候，说明此时已确定无人进入了。再通过一个中转定时器来响应制动按扭的输入，此定时器时间设定无关紧要，只是一个中转作用，设其定时为0.4
秒。采用基数为100ms的定时器T44来实现。同时应串联上一个确无人时的信号输入，则前面的一个红外线检测无人时的定时常开触点串联。其中，无疑是最好的选择，则程序设计如下；
20、直流制动开关输入程序设计 当外部直流制动按扭有输入时，同时再加上无人进出时才能确定直流制动的输出。由于外部直流制动按扭是瞬时接触开关，则应捕捉其按下时的上升沿过程，同时应注意串联无人来时的中转触点，以及自锁和定时直流制动输出触点的连接。采用PLC内部继电器M1.3来实现中转指令。则程序设计如下；
程序解释：当直流制动开关闭合瞬间，同时又没有人进出时，即I0.6
闭合，同时常开触点T44也闭合，响应制动M1.3产生输出，同时常开触点M1.3闭合使其自锁。当直动时间到了时，常闭触点T43断开停止制动输出。
21、机械锁停位不准确时输入程序设计 当钥匙、锁门、接近开关不符合时说明机械停位不准确。任需要让门转动以保证下次停位准确，同时应保证此时门没有输出直流制动信号，也应注意实现自锁功能。采用PLC内部继电器M7.0来实现。则程序设计如下；
程序解释：当钥匙I0.5输入时，接近开关I1.5没有输入时，常闭触点I1.5以及常开触点I1.5就接通M7.0，使其产生输出,同时使常开触点M7.0产生自锁，而此时有制动信号则不能自锁，常闭触点T43断开使M7.0不能产生一个长期有效信号。
22、门精确停位时锁门程序设计 当机械锁停位不准确时，无输出时,同时接近开关又闭合的瞬时，说明门停位已准确。 注意应捕捉的信号和谐一致的瞬时上升沿过程，同时钥匙也此时扭动开关，则说明此时已能上锁了，还应注意自锁的实现。采用PLC内部继电器M1.4来实现准确锁门的信号输出，则程序设计如下；
程序的解释：当常开触点M7.0无输出时，同时钥匙和接近开关的常开触点又同时闭合的瞬时使M1.4产生锁门的信号输出，同时常开触点M1.4闭合产生自锁效应。
23、红外线检测有人时，残疾人时30秒停转，高，中转速时15秒停转的程序设计。当红外线检测有人时启动电，直到无人时让电机15秒后停转。当变速输入时实现电机转动，同时实现残疾按扭的优先功能，而当直流制动开关启用时要保证电机的停转，所以应串联一个直流制动启用信号。同时由于各种信号的输入都有可能是瞬时信号，要保证电机的转动需要一个持续的信号，则还应在程序设计中设置互锁。采用PLC内部继电器M1.0来实现。则设计如下；
程序解释：当红外线检测有人时,四个传感器的常开触点I1.0，I1.7，
I2.0，I2.1，同时计时器T40复位，常闭触点T40任然闭合。当红外线检测无人时，即四个触点复位启动T40计时15秒后常闭触点T40断开，使M1.0停止输出。当高，中速输入M1.1闭合时其响应过程和上次一样。只要M1.0一经启用，常开触点M1.0就闭合产生自锁效应。当残疾输入M1.1常开触点闭合时，M3.0也同时启用使其有一条通路接通M1.0.即使十五秒后，定时器的常开触点T40断开对其接通也无影响，30秒后常开触点M3.0复位断开，切断M1.0的信号输入。这就保证了残疾速度的优先功能，此时按变速按扭也是无效的。
24、高速速度控制程序设计 当高速按扭输入时，同时加上变速输入信号串联，实现同时输入时则使高速信号输出。由于高速输入是瞬间信号，则应捕捉住上升沿过程，同时应该注意任意信号的自锁货互锁。同时在自锁路中应串联上高速输入时间设定，以保证高速运转时间限制后恢复原状态。采用PLC内部继电器M0.5来实现信号的输出中转。则程序设计如下；
程序解释：当高速输入常开触点I0.4闭合时，再加上变速输入常开触点M1.0闭合，则在使M5.0启动输出信号，同时常开触点M5.0闭合自锁。此时如有残疾输入和中速输入时其常闭触点M3.0，I0.3断开使M5.0停止信号输出。自锁时，如果定时器常闭触点T4015秒后断开，其保持了高速运转15
秒。同时也实现残疾优先功能。
25、机械锁位置准确，直接上电磁锁的机械输出程序设计 当钥匙和锁门接近开关同时有效时,且电机已经停止运转才能产生锁门信号输出.三个信号应该采用串联方式进行信号输入来控制锁门输出。采用输出映像寄存器Q0.1来实现。则程序设计如下；
26、电机起停控制程序设计 当红外线检测有人时，和门没有精确停位任需要再转时以及变速，残疾输入时都应启动电机。采用相关触点的常开触点并联实现。同时当电机过热，变频器过载，急停，锁门，门精确停位上锁，防夹暂停，发生碰撞时都应该停止电机的运行。所以采用相关信号的常闭触点的串联来实现停止电机的运行。采用PLC的输出映像寄存器Q0.2来实现电机起停信号输出，则设计如下；
程序解释：当常开触点M1.0，M7.0任意一个闭合时就启用Q0.2让电机运转，而串联其中的常闭触点只要一个断开就停止Q0.2信号输出，让电机停转。
27、低速时控制程序设计 根据前面的控制字设计，当电机转低速时及制动前的速度时，此程序输出信号。即产生控制’1’信号。当有防夹，防碰
撞，STOP，急停，门未精确到位时，电机都要停转，同时变频器的低速控制字也输出，再加上红外线检测无人来时15秒后也让变频器低速程序输出信号，还加上一个残疾人来时低速控制字也应有输出.使它们采用并联方式来进行信号输入，采用PLC输出映像寄存器Q0.4来输出低速时的控制信号.则程序设计如下；
程序解释：当M3.0，M7.0，M0.1，M1.2，M1.5和T40常开触点任意一个有信号输入闭合时就使Q0.4 产生输出。
28、高速时控制字程序设计 根据前面的控制字设计，转高速时等情况使控制字输出为0。根据控制字要求残疾人来的此程序不输出相关信号，高速输入的此程序也无信号输出。当门未精确停位时，急停，STOP，防夹，无人来时此信号输出控制信号。采用输出映像寄存器Q0.3来实现高速控制字的输
出。
程序解释：当残疾人输入常闭触点M3.0，高速控制字常闭触点M5.0断开时，使Q0.3停止信号输出，即输出控制字为0，而当M7.0，M0.1，M1.2，M1.5等常开触点任意一个闭合时就使Q0.3输出，即控制字为1。与上面的Q0.4控制字组合形成相关高速控制字。
结 论
通过设计任务的分析与国内外相关课题的调研,提出较为合理的设计方案,完成了设计任务.主要进行了以下几个方面的设计：
(1)门体的结构设计：根据建筑标准对门体的材料、尺寸和结构进行选择与设计
(2)驱动部分设计：根据机械标准对传动系统进行结构设计。 (3)对控制部分的设计：控制部分的软件和硬件设计。
三翼自动旋转门的控制系统由于其控制功能零散，控制功能模块间没有复杂的顺序关系，所以一般不采用微机来进行控制，采用可编程控制系统来
完成。三翼自动旋转门具有良好的使用性能和高档的设计格调，能广泛的应用于写字楼、宾馆、机场、商厦、娱乐中心等建筑物的入口。相信随着社会的发展和进步，三翼自动旋转门以其独特的优点将会得到更进一步的广泛应用。
通过本次课程设计达到了预期的目的，对PLC应用有了深入的理解，得到了很好的锻炼，大大提升了理论知识在实践中的应用能力。同时，由于对建筑规范及建材类型不甚了解，因此在材料的选用及具体细节结构方面存在一定问题，有待今后改进。通过这次设计相信将会对以后的进入工作都会起到重要的作用！
参考文献
[1] 房海容，李建勇主编.现代机械工程综合实践教程[M].机械工业出版社.2001
[2] 扬帮文主编.现代新潮传感器应用手册[M].机械工业出版社.2004 [3] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著.机械设计[M].高等教育出版社.2001
[4] 国家机械工业局编.中国机电产品目录（14）[M].机械工业出版社.2004 [5] 机械设计手册编委会编.机械设计手册（3）[M].机械工业出版社.2004 [6] 洪向道主编.新编常用建筑材料手册[M].中国建筑工业出版社.2005 [7] 王寿华主编.建筑门窗手册[M].中国建筑工业出版社.2002 [8] 成大先主编（轴承）.机械设计手册[M].化学工业出版社.2000 [9] 王延才，王伟主编.变频器原理及应用[M].机械工业出版社.2005 [10]建筑设计资料集(第二版) [M].中国建筑工业出版社.2004 [11]求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践[M].2004
[12]袁任光编著.交流变频调速器选用手册[M].广东科技出版社.2004 [13] Machine Tools N.chernor 1984
[14] Machine Tools Netalworking John L.Feirer 1973 [15] Handbook of Machine Tools Manfred weck 1984 [16] 光纤传感器 www.autonicschina.com
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容