通用變頻器和PLC在旋轉(zhuǎn)門控制中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門越來越多，對(duì)旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)的控制要求也就越來邀高。例如：當(dāng)無人接近旋轉(zhuǎn)門時(shí)，旋轉(zhuǎn)門能自動(dòng)停止；當(dāng)進(jìn)出旋轉(zhuǎn)門的人比較多時(shí)，旋轉(zhuǎn)門能自動(dòng)加速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)按下殘疾人專用按鍵時(shí)，旋轉(zhuǎn)門能啟用殘疾人專用旋轉(zhuǎn)速度；當(dāng)行人通過旋轉(zhuǎn)門不慎被夾時(shí)，旋轉(zhuǎn)門能迅速制動(dòng)，待行人解脫后旋轉(zhuǎn)門能自動(dòng)恢復(fù)正常旋轉(zhuǎn)速度；旋轉(zhuǎn)門的全部運(yùn)行狀態(tài)都送入樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)；等等。因此，要求旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)在控制上具有更高的自動(dòng)化和智能化。下面通過一實(shí)例詳細(xì)介紹利用通用變頻器和三菱FX系列可編程邏輯控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)上述要求的控制方法。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1是旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)門、接近傳感器、可編程序控制器和變頻器組成。

1.1 旋轉(zhuǎn)門及接近傳感器

該旋轉(zhuǎn)門由4扇玻璃門相互垂直地鑲嵌在同一個(gè)軸柱上構(gòu)成，電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的軸柱，從而產(chǎn)生門的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（見圖1）。

圖1 旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部自動(dòng)化和智能化，系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)門圓形框架的上端，安裝了4個(gè)接近傳感器，其中3個(gè)面向進(jìn)門的行人（見圖1中的A1），一個(gè)面向出門的行人（見圖1中的A2）；在門框外側(cè)的邊沿上分別安裝了2套防夾傳感器（見圖1中的E1和E2）；在圓弧門框外側(cè)的表面上，分別安裝了暫停按鍵和殘疾人專用換速按鍵（見圖1中的B1、B2和C1、C2）；D1和D2是旋轉(zhuǎn)門的定位或加減速起點(diǎn)行程開關(guān)。

1.2 FX2-32 PLC

該系統(tǒng)利用日本三菱公司的FX2系列PLC，作為該系統(tǒng)的控制指揮中心。該P(yáng)LC把來自旋轉(zhuǎn)門現(xiàn)場的檢測信號(hào)、變頻器的狀態(tài)信號(hào)以及樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的指令，經(jīng)過收集、處理后，完成對(duì)變頻器的頻率控制和對(duì)樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的信息反饋。當(dāng)X0閉合時(shí)，啟動(dòng)該旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)。

當(dāng)xl閉合時(shí)，旋轉(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不受客流量多少的控制，以固定不變的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。反饋給樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的信息狀態(tài)如表1所示。

表1 旋轉(zhuǎn)門運(yùn)行狀態(tài)表

注：表中“1”表示“ON”，“0”表示“OFF”。

1.3 變頻器

由于旋轉(zhuǎn)門處于公共場所，行人或物品阻礙旋轉(zhuǎn)門正常旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，因此導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化大、過電流現(xiàn)象發(fā)生頻繁，所以選用通用FVR0l5E7s—7Ex型變頻器。該變頻器具有快速響應(yīng)的電流限制功能，當(dāng)負(fù)載波動(dòng)相當(dāng)大時(shí)，變頻器不跳閘，能自動(dòng)減速運(yùn)行；當(dāng)負(fù)載恢復(fù)正常時(shí)，變頻器能自動(dòng)升速到設(shè)定值。使用該變頻器，電動(dòng)機(jī)低速驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能達(dá)到額定值的150％。該變頻器還具有電壓自整定等一系列先進(jìn)功能。變頻器接線原理見圖1，所有動(dòng)作都由PLC控制。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 變頻器的主要控制參數(shù)

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試后，變頻器的主要控制參數(shù)確定如下：

當(dāng)客流量比較小或Xl為“ON”時(shí)，變頻器的工作頻率為42 Hz（Y11為“ON”時(shí)），電機(jī)起動(dòng)時(shí)間6 s，制動(dòng)時(shí)間15 s；當(dāng)客流量比較大時(shí)（X3、X4和X5都為“ON”時(shí)），變頻器的工作頻率為50Hz（Y11和Y10同時(shí)為“ON”時(shí)）；當(dāng)?shù)谝淮伟磩?dòng)換速鍵時(shí)，變頻器的工作頻率變?yōu)?1 Hz（Y11和Y13同時(shí)為“ON”時(shí)），當(dāng)?shù)诙伟磩?dòng)換速鍵時(shí)，變頻器的工作頻率由其他現(xiàn)場狀態(tài)控制；當(dāng)有行人不慎被夾時(shí)，旋轉(zhuǎn)門迅速制動(dòng)并待行人解脫后，經(jīng)過10 s的延遲，啟用變頻器第二“加／減速”選擇，自動(dòng)恢復(fù)到正常旋轉(zhuǎn)速度（電機(jī)起動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間均為25 s，實(shí)現(xiàn)方法是Y11和Y3同時(shí)為“ON”）。變頻器主要控制端子與輸出頻率之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 變頻器輸出頻率與控制端子的關(guān)系

2.2 PLC控制變頻器的程序

圖3是根據(jù)系統(tǒng)要求編制的PLC程序。在編制PLC程序時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：① 在旋轉(zhuǎn)門機(jī)械抱閘開始前應(yīng)先讓變頻器脫離電網(wǎng)，以避免變頻器受損；② 當(dāng)殘疾人專用速度啟用時(shí)，無論在門內(nèi)還是門外，第二次按動(dòng)此功能按鍵時(shí)應(yīng)使變頻器恢復(fù)正常運(yùn)行速度。其中“M3”為防夾傳感器動(dòng)作時(shí)的互鎖輔助觸點(diǎn)。

圖3 PLC控制變頻器的程序

2.3 旋轉(zhuǎn)門運(yùn)行狀態(tài)診斷程序

樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)除了使用攝像機(jī)獲取旋轉(zhuǎn)門的外部工作狀態(tài)信息外，還需要使用PLC獲取旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)信息。所以在編輯控制系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)診斷程序時(shí)，不但要照顧到現(xiàn)場維護(hù)人員能利用PLC診斷故障，還照顧到樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確、方便地使用PLC提供的診斷信息。旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)診斷PLC程序梯形圖如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)門運(yùn)行狀態(tài)診斷程序

3 結(jié)語

該旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)新穎、外觀大方、功能齊全、使用控制方便，是集機(jī)電于一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。為了使系統(tǒng)更加可靠，安裝時(shí)要考慮到下雨天避免雨水進(jìn)人控制系統(tǒng)的措施，行人所接觸到的按鍵也一定要保證安全。同時(shí)，接近傳感器的可靠性也是實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)門控制系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化關(guān)鍵之一