摘要：随着我国工业的发展，作为动力源的电机在工业控制中起着十分重要的作用，得到广泛应用。然而在应用的过程中对电机的控制系统提出了要求，特别是在控制精度比较高的设备中提出了相当高的要求，因此对电机的控制系统研究具有非常重要的意义。本文主要以伺服电机作为动力源对电动卷闸门的控制系统进行研究，主要从电动卷闸门系统的控制需求、要求和方案实施等方面来进行研究。
关键词：伺服电机 自动化 控制系统
1伺服电机的控制系统研究的意义
1.1研究的意义
目前在工业自动化领域中，电机作为动力源已是不可缺少的一部分，与此同时也对电机的控制提出了一定要求，包含精度控制、稳定性能等要求，即对电机的控制系统研究有利于提高整个系统的稳定性、使用寿命，提高控制精度、智能性等优点，因此对电机的控制系统研究具有非常重要的意义。
此次以伺服电机作为动力源的电动卷闸门进行控制，主要实现电动卷闸门启停、正反转、加减速控制，而且能够实现自动停止和防撞人控制。
1.2 伺服电机发展过程及趋势
1.2.1伺服电机发展过程
如图1-1所示。
图1-1 伺服电机的发展过程
1.2.2伺服电机发展趋势
发展趋势：高效率化、直接驱动、智能化。
2 伺服电机的分类及应用
2.1直流伺服电机
直流伺服电机，它由定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器构成。
直流伺服电机分为有刷和无刷两种电机，有刷电机具有结构简单、转矩大、能够进行大范围调速等特点。有刷电机的缺点是会产生电子干扰，从而对工作环境有要求。无刷直流伺服电机具有体积小、重量轻、响应速度快、力矩稳定等特点。易于实现智能化、电机不需要维护、效率高、噪音小、寿命长，适用于各种环境。
2.2交流伺服电机
交流伺服电机的结构主要可分为定子和转子两部分。而定子的结构与旋转变压器的定子基本一致，在定子上安放着空间位置构成90度的两相绕组。有一组为激磁绕组，另一组为控制绕组，因此交流伺服电动机又称为两个伺服电动机。
交流伺服电机具有较宽的调速范围、机械特性好、没有“自转”现象等特点，由于交流伺服电机的转子做得细而长，因此它的反应速快、转动惯量小，并且运行平稳，以至于被广泛应用。
2.3伺服电机的应用
由于伺服电动机具有可靠性高、维护方便等优点，又具有运行效率高和调速性能好的特点，故在当今自动化控制领域中，如医疗器械、数控机床、航空等方面得到广泛应用。伺服电动机的应用主要有以下几类：
（1）调速驱动机械。在控制精度要求不高的调速系统分为两种：一种是开环调速系统，另一种是闭环调速系统。通常采用的电机主要有三种：直流电机、交流异步电机和伺服电动机。主要在包装机械、食品机械、印刷机械中应用广泛。
直流电机是调速应用领域中用的最多的，但随着交流调速技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，交流电机和变频器的结合代替了直流电机调速应用的大多领域，由于伺服电动机体积小、重量轻和响应速度快等优点，伺服电机也就运用到了纺织机械、印刷机械等领域。
（2）精密控制。由于伺服电机具有控制精度高的特点，因此在不同的领域对伺服电机的控制性能要求也不同，在实际的应用中，伺服电动机有三种控制形式：转矩控制、速度控制、位置控制。目前在医疗器械、数控机床及航空领域等都广泛采用了伺服电动机。
3 伺服电机控制系统的工作原理
本文主要以伺服电机作为动力源的电动卷闸门进行控制系统的研究，控制伺服电机的启停、加减速、正反转，以改变普通电动卷闸门的运行方式。在电动卷闸门系统中主要由PLC控制器、感应器件、伺服驱动器和传动装置组成，其主要原理是通过改变电机的旋转频率来达到控制电机的运转速度，以及在电动卷闸门下降的过程中通过感应器件来判断门底是否有人，以防止电动卷着门撞人，起到安全运行的作用。系统控制目标为：
（1）实现电机的启停控制。
（2）实现电机的正反转控制。
（3）实现电机的加减速控制。
（4）设计合理的安全保护。
4电动卷闸门的控制系统
4.1 电动卷闸门的功能需求
主要运用于工厂库房门，其主要体现出安全性和可靠性，根据库房门对电动卷闸门在运行中的要求，主要实现以下几个功能：
（1）在开/关门的过程中有手动和遥控两种方式进行开关门控制，主要通过PLC控制器来进行信号的采取并通过伺服驱动器来驱动伺服电机进行相关的动作。
（2）在关门的过程中，如果出现有人经过卷闸门下面，则通过热释传感器来进行卷闸门的关门信号的运行停止控制，同时通过定时器延时来进行关门转开门的运行，以保证卷闸门在运行过程中撞人的危险，起到安全运行的作用。
（3）停止，在开/关门过程中只要触碰到开/关门极限开关电机就立即停止运行，如果在开/关门过程中遇到紧急事故可以通过按下停止按钮或复位按钮来进行电机的停止控制。
4.2 电动卷闸门的控制要求
（1）在进行开门时，只要开门信号接通就进行低速运行、中速运行、高速运行，在高速运行中只要碰触到开门极限开关，电机立即停止运行，开门结束。
（2）在进行关门时，只要开门信号接通就进行高速运行、中速运行、低速运行，在低速运行中只要碰触到关门极限开关，电机立即停止运行，关门结束。
（3）在关门的过程中如有人出现在卷闸门下方，通过热电式传感器来检测信号进行关门停止，并延时0.5S接通开门信号并进行开门高速运行，直至开门结束，此功能主要是起到电动卷闸门在关门过程中的安全运行，防止撞人事故的发生。
（4）当电动卷闸门无论是在开门的过程中还是在关门的过程中如出现紧急情况，可以通过停止按钮或复位按钮来进行电动卷闸门的停止运行。
4.3 电动卷闸门的控制系统构成
电动卷闸门的控制系统包含检测元器件（传感器）、遥控发射接收器件、极限开关、指纹识别器、PLC控制器、伺服驱动器和传动装置（伺服电机和卷闸门）构成。
4.4 电动卷闸门的控制系统实施
在电动卷闸门中，为了实现电机的低速、中速、高速进行自动转换运行，通过PLC控制器的定时器来进行自动接通转换运行。
通过PLC控制器里面的内部定时器进行自动接通转换运行，如方框图4-1。
图4-1方框图
在图4-1方框图中，采用了一个检测元器件（传感器），主要运用于检测在关门的时候是否有人从卷闸门下面通过，如有则发出信号进行关门停止，其中遥控装置、指纹识别装置和手动开关都是用于进行开/关门信号的输入，通过PLC发出信号来进行开/关门的运行，其中通过在PLC内部的定时器来接通伺服驱动器改变其频率进行低、中、高速的输出，以达到电动卷闸门的自动调速运行。在卷闸门进行开/关门的过程中主要是通过极限开关来控制电机的停止以自动完成开/关门的运行。
参考文献：
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[2]陶克瑞，朱连庆.PLC控制伺服电机应用设计[J].中国高新技术企业，2009年第13期.
[3]王兆明，云建军.电气控制与PLC技术[M].清华大学出版社.2005.2.
作者简介：
孔龙（1965 —）男，涪陵人，重庆工贸职业技术学院副教授。主要从事音响技术、家用电器、电子技术、电工电子等方面的教学和研究。
黄晓灵（1966 —）女，武隆人，重庆工贸职业技术学院副教授。主要从事电工电子、机械加工、工程材料等方面的教学和研究。
论文作者:孔龙,黄晓灵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
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