四翼自动旋转门机电系统毕业设计

摘要

随着经济的发展和人民水平的提高，自动旋转门的应用也越来越来越广泛。它现在为许多宾馆、超市、百货大楼等现代建筑所必备，不仅可以美化出入口环境，而且具有节能、防尘、隔音等功能，同时也是建筑智能化的重要标志。

本论文主要论述了四翼自动旋转门的设计过程，其主要对门体、传动系统、控制系统做了详细的分析和设计，提出了采用铝合金和玻璃等组成门体框架。传动部分由减速电机和齿轮箱减速机构组成，安装在门中心顶部的保护罩内.用PLC负责完成控制任务，由变频器来实现门体多种转速的调节功能。采用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，使用多个接触式和非接触式传感器及光电接近开关来确保通行安全。设计出了一种安全可靠实用的四翼旋转门。

关键词：四翼旋转门；PLC控制；设计；机械传动；自动化

ABSTRACT

The automatic revolving door is becoming more and more widespread with the development of economic,it is used in modern buildings as many hotels、supermarkets and department stores.Not only can beauty the entrance environment, but also has function of economizing、dust palliative and soundproof.Meanwhile,it is an important symbol of the intelligent building.

This paper mainly discusses the design about gate body、transmission system and control system of the four wings automatic revolving door It proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework. Transmission system is fixed on the top of shaft that include a reduer and gears transmition . PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. People passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.On the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door.

Key words:Four wings revolving door; PLC control; Design;Mechanical transmission;automation

目录

摘要 (Ⅰ)

ABSTRACT...................................................................................II 第1章绪论.. (1)

1.1引言 (1)

1.2旋转门的优缺点 (1)

1.3自动旋转门的发展 (1)

1.3.1国外旋转门发展的状况 (1)

1.3.2我国旋转门技术的发展状况 (2)

1.4旋转门的分类 (2)

1.4.1 旋转门的基本类型 (2)

1.4.2旋转门具体方案的确定 (3)

第2 章门体设计 (5)

2.1确定门扇材料 (6)

2.1.1确定门扇玻璃 (7)

2.1.2确定门扇的尺寸. (7)

2.2曲壁部分设计 (7)

2.2.1确定材料 (8)

2.2.2确定材料尺寸 (8)

2.3华盖的总体设计 (9)

2.4金属盘与轴承支座的设计 (11)

2.4.1 金属盘的设计 (11)

2.4.2 轴承座及防尘盖的设计 (11)

2.5本章小结 (12)

第3章传动系统的设计 (13)

3.1各扇门的质量计算 (13)

3.2各部分转动惯量的计算 (13)

3.3选择电机 (14)

3.4齿轮的设计 (16)

3.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (16)

3.4.2按齿面接触强度设计 (16)

3.4.3按齿根弯曲强度设计 (18)

3.4.4几何尺寸计算 (19)

3.5轴与轴承的选择 (19)

3.5.1 轴的尺寸确定 (19)

3.5.2轴承的选择与验算 (20)

3.5.3轴校核 (20)

3.6本章小结 (22)

第4章控制部分总体设计 (23)

4.1控制系统的控制功能 (23)

4.2变频器的选择 (24)

4.2.1驱动一台电机 (24)

4.2.2指定变频器启动加速时间 (24)

4.2.3指定变频器减速时间 (25)

4.3检测装置的选择 (27)

4.4控制系统硬件设计 (28)

4.4.1 PLC的机型选择 (28)

4.4.2分析控制系统的I/O接点数 (29)

4.4.3PLC外接电气元件的选择 (30)

4.4.4 输入输出口及端口的保护及分配 (32)

4.5PLC的软件设计 (34)

4.5.1锁门程序设计与解释 (34)

4.5.2直流制动程序设计与解释 (35)

4.5.3报警程序设计与解释 (37)

4.5.4变频器复位程序设计与解释 (38)

4.5.5电动机起停程序设计与解释 (39)

4.5.6速度控制程序与解释 (42)

4.6本章小结 (43)

结论 (44)

参考文献 (45)

致谢 (46)

附录A：变频器参数 (48)

附录B：传感器与接近开关的参数 (50)

附录C：PLC控制总体语句表 (54)

第1章绪论

1.1引言

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。

1.2旋转门的优缺点

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。在经济飞速发展的中国，在我们高楼耸立的大都市，在大厦、宾馆、酒店、银行、商场和写字楼，自动旋转门已经是随处可见。自动门不但能给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，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。同时，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。旋转门的市场前景将越来越大。

但是旋转门也存在着缺点,第一它适用范围有一定的局限性,它只能应用在一些高档场合.第二如果控制系统设计不完善,可能出现伤人事件.。

1.3自动旋转门的发展

1.3.1国外旋转门发展的状况

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提供了完美的选择。

国外自动旋转门发展较早，其技术成熟。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，当出现异常时，可准确传回故障信息。

1.3.2我国旋转门技术的发展状况

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。国内旋转门生产专业厂家主要有：北京有凯必盛、宝盾、青木宝盾、信步、欧立宝盾、京跃等。上海康育、广州盛维、青岛福田等。

以京跃公司的产品为例，国内自动旋转门在控制系统方面已有较大的发展，技术也趋于成熟主控部分基本可实现自主生产设计。但就节能方面的设计仍存在较多问题，如旋转速度的调节和温控系统设计等。

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。因此，目前国内四翼自动旋转门的发展趋势主要有：新颖独特的总体设计，高度的安全可靠性设计，多种运转使用方式设计，故障即时显示功能设计，楼宇消防智能化控制设计，停电使用功能设计，大通行能力设计，精巧灵敏的遥控控制系统设计，先进的驱动控制系统设计。

1.4旋转门的分类

1.4.1旋转门的基本类型

(1)自稳定性自动旋转门三翼和四翼旋转门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个或四个门翼呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等，人在内扇之间推动（按顺时针）门扇，就成为一个手动旋转门。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，就成为自动旋转门。

图1.1自稳定性自动旋转门

(2)悬挂式自动旋转门（两翼旋转门）为进一步扩大旋转门人员流量，扩大旋转门门扇之间的距离，可以考虑将旋转门的门扇数量减为两个。中心门轴结构难以实现两翼旋转门的紧急打开功能。于是两翼旋转门采用了上部圆周导轨悬挂整个门体的设计，以一个或两个电机驱动。

图1.2悬挂式自动旋转门

(3)全玻璃自动旋转门从结构上看，全玻璃自动旋转门与自稳定性自动旋转门一样。也分三翼和四翼两种。也是地面支撑的稳定性结构。所不同的是，驱动装置埋在地下。上部和下部各有一个连接门扇的金属盘，金属盘上有固定门扇的门夹，门扇玻璃在中间直接相结合，省略了中心门轴，极大地提高了门轴的通透性。

图1.3全玻璃自动旋转门

1.4.2旋转门具体方案的确定

在选择了旋转门的类型后，本设计还必须确定其设计的具体方案。通过查阅大量的资料，本设计出以下几种方案：

第一个方案：采用立柱式的旋转门，控制系统采用单片机控制。

第二个方案：采用悬挂式的旋转门，控制系统采用PLC控制。

第三个方案：采用中轴式的旋转门，控制系统采用PLC控制。

对于第一个方案由于采用立柱式的旋转门，它在修建的时候必须把立柱修好。如果我们想改变一下旋转门的位置必须另外修建一个立柱。控制系统采用单片机控制，它在大规模生产旋转门的情况下是非常实用的。

对于第二个方案由于使用了悬挂式的旋转门，故其旋转门的每个分隔可以容纳更多的人。控制系统采用PLC控制，它适合于旋转门的小批量生产。

对于第三种方案由于采用了中轴式旋转门，故旋转门的每个分隔将可以容纳较少的人，控制系统采用PLC控制，它适合于旋转门的小批量生产。

由于设计的是一般的高档宾馆，其出入的人数比较少，并且要进行小批量的生产，故选用第三种方案，利用PLC控制。

第2章门体结构设计

本设计选择自稳定性自动旋转门的设计（四翼）由于本设计设计的是一般高档宾馆大门，故必须满足豪华、气派的要求，而旋转门刚好符合上述的条件。但是旋转还分为几大类，由于高档宾馆的出入人数不是很多，故选择一般的自稳定性旋转门就满足其要求了。并且它还具有稳定性、可靠性很高，使用寿命长的特点。

四翼自动旋转门的门体部分设计主要包括旋转门体部分设计和固定部分曲壁设计，旋转门体又包括中间旋转门扇和中轴。其中旋转门扇都由铝型材框架和玻璃构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。

根据文献可以确定四翼自动旋转门的尺寸，其具体尺寸如表2.1所示：

表2.1 四翼旋转门尺寸表

门旋转直径E 3600mm

门净高 A 2163mm

门总高 B 2633mm

门出入口尺寸 C 2427mm

门外径D 3760mm

单扇门半径DW 1005mm

图2.1 四翼旋转门结构尺寸图

2.1确定门扇材料

门扇主要包括门扇骨架的材料和门扇玻璃.根据相关门体标准,可按90系列的推门进行设计。门扇骨架采用90系列推拉门专用铝型材,根据文献，确定门扇骨架铝型材具体选择如表2.2所示：

表2.2 90系列平开门铝型材

类型代号

光企L090704

勾企L090705

上横L090706

下横L090707

90系列铝型材的截面如图2.2所示：

（a）光企截面图（b）勾企截面图

（c）上横截面图（d）下横截面图

图2.2 90系列铝型材的截面