自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[稻谷書屋]

1、 南京理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作 者:學(xué) 號(hào)：學(xué)院(系):專 業(yè):題 目:自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師張雯指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2012 年 6 月南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語學(xué)生姓名： 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 題 目： 綜合成績： 指導(dǎo)者評(píng)語： 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語評(píng)閱者評(píng)語： 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語： 答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要自動(dòng)扶梯是一種以運(yùn)輸帶方式運(yùn)送行人的工具，廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機(jī)場、地鐵等場合，為人們的出行帶來了極大的方便。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于自

2、動(dòng)扶梯要求的提高，自動(dòng)扶梯也向著高科技、節(jié)能、智能化的方向發(fā)展，著力為人們提供安全、穩(wěn)定、節(jié)能、舒適的乘坐體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)中的運(yùn)行控制系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC與西門子MICROMASTER440變頻器相結(jié)合的控制方式，本控制系統(tǒng)應(yīng)用到自動(dòng)扶梯上之后，通過自動(dòng)扶梯兩端安裝的傳感器，可以根據(jù)實(shí)際客流選擇不同的運(yùn)行速度，以達(dá)到節(jié)能、減少磨損的目的，同時(shí)充分發(fā)揮PLC的控制功能，加入了扶梯防倒溜功能，保證自動(dòng)扶梯出現(xiàn)意外時(shí)可以最大限度的保障乘客的安全，提高扶梯的安全性。關(guān)鍵詞 控制系統(tǒng) PLC 變頻器習(xí)題yu教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Title Escalator energy-saving

3、 operation control system design AbstractThe escalator is a conveyor belt transporting pedestrians tool, widely used in shopping malls, supermarkets, airports, subway and other occasions, has brought great convenience for people to travel. With the development of science and technology, the requirem

4、ents of the escalator to improve the escalator toward the high-tech, energy-saving, intelligent direction, and efforts to provide safe, stable, energy-saving, comfortable ride. The design of the operation control system is a Mitsubishi FX2N Series PLC and Siemens MICROMASTER440 inverter combination

5、of control methods, this control system is applied to the escalator, escalators installed the sensor at both ends, according to the actual passenger flux to select different running speed, in order to achieve energy efficiency, reduce wear purpose. Giving full play to the PLC control functions, join

6、 the down escalator anti-slip function, to ensure that the escalator can maximize safeguard the safety of passengers when accident happened, improve the safety of the escalator.Keywords Escalator PLC Frequency converter目 錄1 緒論11.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2 自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)簡介31.3 該課題研究目的及意義41.4 本章小結(jié)52 扶梯控制系統(tǒng)的方案論證62.1 常見的節(jié)能方

7、法和控制系統(tǒng)的比較62.2 控制方式的比較與選擇82.3 本章小結(jié)123 扶梯控制系統(tǒng)元器件的選擇143.1 電動(dòng)機(jī)的選擇143.2 變頻器的選擇163.2.1 變頻器的簡介163.2.2 變頻器的選型183.2.3 變頻器參數(shù)設(shè)定213.3 PLC的選擇233.3.1 PLC的簡介233.3.2 PLC的選型253.4 超聲波傳感器的選擇273.4.1 超聲波傳感器的簡介273.4.2 超聲波傳感器的選型303.5 光電編碼器的選擇313.5.1 光電編碼器的簡介313.5.2 光電編碼器的選型333.6 電機(jī)抱閘器的選擇353.6.1 電磁抱閘器的簡介353.6.2 電磁抱閘器的選型363

8、.7 鑒相器的選擇383.7.1 鑒相器的簡介383.7.2 鑒相電路的設(shè)計(jì)383.8 本章小結(jié)394 自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)414.1 自動(dòng)扶梯硬件控制思路414.2 控制電路設(shè)計(jì)及電路圖424.3 本章小結(jié)475 自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)485.1 控制系統(tǒng)流程圖485.2 PLC程序設(shè)計(jì)495.3 本章小結(jié)53結(jié)束語55致謝56參 考 文 獻(xiàn)57附錄1 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)58附錄2 硬件設(shè)計(jì)電路611 緒論1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著人們生活水平的快速提高，自動(dòng)扶梯作為一種高效、方便、舒適的代步工具，被廣泛應(yīng)用在各種公共場合。自動(dòng)扶梯在帶給人們便捷的同時(shí)，耗能問題也越來越引起廣大

9、用戶的關(guān)心。由于傳統(tǒng)自動(dòng)扶梯運(yùn)行時(shí)約有20%40%1的能量會(huì)以熱量的形式被消耗掉,國內(nèi)有研究人員對(duì)自動(dòng)扶梯運(yùn)行控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，希望從控制系統(tǒng)的角度對(duì)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化控制，以達(dá)到節(jié)能和減少磨損的目的。目前自動(dòng)扶梯上應(yīng)用的控制系統(tǒng)主要有以下三種: 繼電器控制系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)。早期的繼電器控制系統(tǒng)由于系統(tǒng)不穩(wěn)定、維修量大等缺點(diǎn)已經(jīng)逐漸被后兩種控制系統(tǒng)所取代。單片機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制領(lǐng)域有較強(qiáng)的功能，但也存在控制系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)難度大、系統(tǒng)抗干擾性差、維修技術(shù)復(fù)雜等缺陷。PLC 控制系統(tǒng)在國內(nèi)電梯控制領(lǐng)域中已形成主導(dǎo)地位。在國外，自動(dòng)扶梯發(fā)展迅速，發(fā)展歷史比較長，扶梯控制

10、技術(shù)日益成熟。世界上第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)是美國奧的斯升降機(jī)公司于1889年推出的，距今已有一百多年的歷史。隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)扶梯作為一種便捷快速的載人運(yùn)輸工具而被廣泛的應(yīng)用。人們對(duì)于扶梯運(yùn)行的平穩(wěn)、高速、舒適、高效等方面也提出了越來越高的要求。國外電梯行業(yè)發(fā)展迅猛，著力在扶梯節(jié)能化，運(yùn)行智能化，控制遠(yuǎn)程化，元件集成化等方面進(jìn)行改進(jìn)和提高。作為世界電梯主要生產(chǎn)商的日本三菱電梯公司，新推出的Z 系列自動(dòng)扶梯，設(shè)計(jì)上采用了簡約雅致的設(shè)計(jì)風(fēng)格，為用戶提供了融入任何建筑裝飾的最佳靈活性，基于對(duì)自動(dòng)扶梯安全性的重視，三菱電梯多年來在產(chǎn)品安全性方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，“節(jié)能環(huán)保、可靠舒適、運(yùn)行高效”

11、，既符合環(huán)保節(jié)能、又滿足了人性化的技術(shù)要求，使得乘用者在使用自動(dòng)扶梯時(shí)，可獲得三菱電梯良好的性能保障，體驗(yàn)高品質(zhì)電梯帶來的舒適和便捷。這樣的改進(jìn)，使得采用變頻控制的自動(dòng)扶梯相對(duì)于普通標(biāo)準(zhǔn)型自動(dòng)扶梯節(jié)能90%以上，節(jié)能效果非常明顯。由于節(jié)能運(yùn)行時(shí)，扶梯處于低速狀態(tài)，機(jī)械零件的磨損大大降低，相對(duì)延長了扶梯的使用壽命。變頻技術(shù)的使用大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響，確保自動(dòng)扶梯啟動(dòng)的平滑，舒適，可有效地提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少無功損耗。1.2 自動(dòng)扶梯結(jié)構(gòu)簡介自動(dòng)扶梯系統(tǒng)是由一臺(tái)特種結(jié)構(gòu)形式的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和兩臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)形式的帶式輸送機(jī)所組合而成，帶有循環(huán)的運(yùn)動(dòng)梯路，用以在建筑物的不同層高間運(yùn)載人員上下

12、的連續(xù)輸送機(jī)械，如圖1-1。自動(dòng)扶梯的主要部件有牽引鏈條、鏈輪、梯級(jí)、導(dǎo)軌系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、變速裝置、制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)主軸、梯路張緊設(shè)備、扶手、梳板、扶梯骨架和電氣系統(tǒng)等。自動(dòng)行走的梯級(jí)在扶梯入口處進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)，以后逐漸形成階梯；在接近扶梯出口時(shí)再次恢復(fù)水平。這些部件的運(yùn)動(dòng)都是通過自動(dòng)扶梯梯級(jí)的主輪、輔輪沿不同的導(dǎo)軌運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)的。 1.3 該課題研究目的及意義隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高度發(fā)展，自動(dòng)扶梯作為一種方便的運(yùn)輸工具，應(yīng)用場合非常廣泛。隨著扶梯需求量的急劇增加, 我國的電梯生產(chǎn)總量也在逐年上升，中國已成為世界上最大的新裝電梯市場。然而在實(shí)際使用過程中，電梯的安全事故也是頻頻曝出，比如今年發(fā)生的“7.5北京

13、地鐵四號(hào)線電梯事故”、“9.9東莞奧的斯電梯事故”“12.2昆明電梯事故”等等，因此自動(dòng)扶梯的安全、穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。伴隨著自動(dòng)扶梯的廣泛應(yīng)用，其耗能大的問題也逐漸為業(yè)主所關(guān)心，雖然對(duì)于方便顧客和提升服務(wù)質(zhì)量方面起了較大的作用，但由于其使用場合的客流不穩(wěn)定性，使得自動(dòng)扶梯在一些時(shí)段的實(shí)際利用率并不高，經(jīng)常處于輕載或空載狀態(tài)，不僅造成了巨大的電能浪費(fèi)，而且扶梯部件在連續(xù)高速運(yùn)行狀態(tài)下也產(chǎn)生了較大的磨損及疲勞損傷，容易產(chǎn)生運(yùn)行故障。1.4 本章小結(jié)本章介紹了國內(nèi)外在自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)領(lǐng)域研究的最新成果，比較了傳統(tǒng)控制方式與節(jié)能控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。通過對(duì)自動(dòng)扶梯機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡單介紹，分析了自動(dòng)扶梯的

14、節(jié)能對(duì)象和可以采取的辦法。對(duì)比兩種主流節(jié)能控制系統(tǒng)，列出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，單片機(jī)偏向于智能控制，但存在系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、抗干擾性差、難以掌握其維修技術(shù)等缺陷；PLC采用相對(duì)簡單的梯形圖編程語言，具有控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。最后結(jié)合國內(nèi)自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)改造現(xiàn)狀以及各大廠商的生產(chǎn)情況，得出PLC 控制在國內(nèi)電梯控制，特別是節(jié)能控制領(lǐng)域應(yīng)用中的應(yīng)用將成為趨勢。因此本課題的研究具有很好的實(shí)用性和通用性。2 扶梯控制系統(tǒng)的方案論證在自動(dòng)化設(shè)備廣泛應(yīng)用的今天，自動(dòng)扶梯的廣泛應(yīng)用，為人們的出行帶來了方便。然而隨著人們節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)于自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行的要求也越來越高。大多數(shù)自動(dòng)扶梯無論客

15、流量大小，均按照額定速度運(yùn)行，特別是空載時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，具有耗能大，機(jī)械磨損嚴(yán)重，使用壽命低，容易發(fā)生事故等缺點(diǎn)。2.1 常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)的比較目前自動(dòng)扶梯中運(yùn)用的節(jié)能方法主要有以下3種3：（1）自動(dòng)控制運(yùn)行方式自動(dòng)控制運(yùn)行方式實(shí)際上是一種“自動(dòng)重新啟動(dòng)”的運(yùn)行控制方式，由自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)根據(jù)客流需求，自行啟動(dòng)、停止電動(dòng)機(jī)，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的的運(yùn)行方式。這種方式，在扶梯的兩端安裝傳感器，一旦傳感器檢測到有乘客進(jìn)入扶梯(傳感器檢測區(qū)域可設(shè)置，一般距離梳齒板1.5米左右，以保證自動(dòng)扶梯有足夠的時(shí)間啟動(dòng)加速到額定速度，可以應(yīng)對(duì)突發(fā)客流，確保充分發(fā)揮自動(dòng)扶梯的運(yùn)輸能力)扶梯開始啟動(dòng)運(yùn)行，在額

16、定速度運(yùn)行階段，如果不斷檢測到有乘坐需求，扶梯將保持額定運(yùn)行速度運(yùn)行。如果在程序設(shè)定的固定時(shí)間內(nèi)沒有再檢測到乘坐需求，則扶梯控制系統(tǒng)將停止扶梯運(yùn)行。停機(jī)期間再次檢測到乘客進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯會(huì)重新啟動(dòng)運(yùn)行。（3）變頻運(yùn)行方式變頻運(yùn)行方式是在扶梯上增設(shè)變頻裝置，根據(jù)客流情況自動(dòng)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，利用了電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性 4 (2-1) ：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；：電源頻率；：電機(jī)轉(zhuǎn)差率；：電機(jī)極對(duì)數(shù)。通過變頻器將交流工頻電源（50Hz或60Hz）變換成電壓頻率均可以變化的電源形式輸送給電動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本方法的優(yōu)點(diǎn)是：一、調(diào)速的范圍很大。變頻調(diào)速裝置的調(diào)速范圍都比較寬，適合經(jīng)常處于低

17、載荷狀態(tài)下運(yùn)行的電氣設(shè)備的調(diào)速需求；二、調(diào)速的效率高。變頻調(diào)速是通過改變電源的頻率，使電動(dòng)機(jī)仍按照該頻率的同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行，不會(huì)增加轉(zhuǎn)速損失，因此變頻調(diào)速是高效率的調(diào)速方式；三、啟動(dòng)電流小。電機(jī)最高速度可以不受制于電源，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速化、小型化；四、調(diào)速平穩(wěn)可靠?？梢愿鶕?jù)需要實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，選擇最佳的運(yùn)行速度，低速軟啟動(dòng)，平穩(wěn)調(diào)速。五、主電路仍可直接供電。當(dāng)變頻裝置發(fā)生故障時(shí)，可以直接退出運(yùn)行，改由工頻系統(tǒng)直接供電，不會(huì)影響設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。特別適合出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)可以最大限度的保障乘客安全，同時(shí)保證客流暢通。自動(dòng)扶梯中運(yùn)用的控制系統(tǒng)主要有3種： （1）繼電器控制系統(tǒng)（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)（3）PLC

18、控制系統(tǒng)PLC是通過周期循環(huán)掃描方式運(yùn)行，運(yùn)行程序的過程中不受外界影響，減少了外界干擾；同時(shí)PLC在硬件方面具有著良好的屏蔽措施、對(duì)電源及I/O電路有多種形式的濾波、CPU電源自動(dòng)調(diào)整與保護(hù)、CPU與I/O電路之間采用光電隔離、輸出聯(lián)鎖的方式、采用模塊式結(jié)構(gòu)并增加故障顯示電路；在軟件方面，設(shè)置故障自我診斷、數(shù)據(jù)保護(hù)和恢復(fù)程序。PLC采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，按照嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，具備先進(jìn)的內(nèi)部電路抗干擾技術(shù)，具有很高的運(yùn)行可靠性。相對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)，PLC采用相對(duì)簡單的梯形圖編程語言，更貼近工程技術(shù)人員的習(xí)慣，具有良好的控制靈活性、強(qiáng)大的抗干擾能力、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)等特點(diǎn)。因此對(duì)于自動(dòng)扶梯來說

19、，采用PLC進(jìn)行控制是一個(gè)最佳選擇。2.2 控制方式的比較與選擇在進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一般希望盡可能保持電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變（這是為了防止低速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的情況），而要保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，只要保證主磁通量不變化即可。異步電動(dòng)機(jī)的主磁通是定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢產(chǎn)生的，由于三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組每相電動(dòng)勢的有效值為 5 （2-2）本設(shè)計(jì)中主要面對(duì)的是基頻以下的調(diào)速情況。根據(jù)上文所述，要保持不變，當(dāng)調(diào)低頻率時(shí)，必須降低電動(dòng)機(jī)定子每相繞組上由主磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢，使得 （2-3）即采用恒定電動(dòng)勢頻率比的控制方式。這種方式又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的范疇。由于電機(jī)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢是很難直接檢測

20、和測量的，當(dāng)電動(dòng)勢較高時(shí)，可忽略定子繞組漏磁造成的漏磁阻抗壓降，近似的認(rèn)為U1，則有U1,這種控制方式稱為恒壓頻比的控制方式，屬于近似的恒磁通調(diào)速。這種控制方式低頻時(shí)，U1和都比較小，定子阻抗壓降顯著，不可忽略，這種情況下會(huì)人為的把電壓U1提高一些，即增加定子壓降補(bǔ)償，以確保壓頻比為常數(shù)，如圖2-1。 對(duì)于基頻以上的調(diào)速，頻率可以從f1N增加，但是電壓U1受電源電壓U1N限制，最多保持U1=U1N不變。這樣的后果就是主磁通隨著上升而減小，屬于近圖2-1 恒壓頻比控制特性圖2-2 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性似的恒功率調(diào)速控制方式，如圖2-2。 變頻控制方式常見的有U/f控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制

21、、矢量控制。下面詳述三種變頻控制方式之間的區(qū)別。（1）U/f控制方式由于轉(zhuǎn)矩不足而無法克服較大的靜摩擦力時(shí)，存在性能下降，穩(wěn)定性變差的問題。綜上，采用U/f控制方式的通用變頻器的頻率控制只適用于一般要求不高的場合。所以它的運(yùn)用將逐漸被矢量控制所取代。圖2-3 U/f控制方式簡化原理圖轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的頻率，求出轉(zhuǎn)差頻率，再與速度設(shè)定值相加，以兩個(gè)值的和作為逆變器的頻率設(shè)定值，以達(dá)到轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)哪康?。?jīng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償后定子頻率的實(shí)際設(shè)定值為。在這種控制方式中，需要加裝速度傳感器，相比于U/f控制方式，轉(zhuǎn)差頻率控制方式的調(diào)速精度大大提高，但是使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，必須根據(jù)具體的電機(jī)機(jī)械特性來調(diào)節(jié)控制參數(shù)，

22、因而通用性方面還存在欠缺。2.3 本章小結(jié)本章介紹了自動(dòng)扶梯常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)，并對(duì)這些節(jié)能方法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較。自動(dòng)控制運(yùn)行方法省電效果明顯，但頻繁啟停對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，并且對(duì)扶梯自身的機(jī)械設(shè)備磨損很大； U/f控制方式屬于開環(huán)控制，低頻狀態(tài)下輸出電壓壓降明顯，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足的狀況；轉(zhuǎn)差頻率控制屬于閉環(huán)控制，有效的解決了定子在低壓情況下出現(xiàn)較大壓降的問題，但轉(zhuǎn)差頻率控制方式對(duì)硬件要求較高，系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜，并且通用性不高，所以對(duì)于自動(dòng)扶梯這種調(diào)速精度要求不是很高的系統(tǒng)，不適用此種調(diào)速方法；矢量控制對(duì)定子電流矢量分解成勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別加以控制，最大限度的改善了變頻控制系統(tǒng)

23、的輸出特性，在低頻狀態(tài)下可以獲得較好的轉(zhuǎn)矩性能，因此在本系統(tǒng)中使用高性能的矢量變頻調(diào)速的控制方式。3 扶梯控制系統(tǒng)元器件的選擇3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇自動(dòng)扶梯是一種長時(shí)間載人運(yùn)行的設(shè)備，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。作為扶梯主要?jiǎng)恿υ吹碾妱?dòng)機(jī)，必須提供足夠的轉(zhuǎn)矩并且具有良好的機(jī)械性能，保證扶梯運(yùn)行的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)在確定電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，優(yōu)先考慮選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)相比，籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，完全符合上述要求。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)多用在某些工程機(jī)械如橋式起重機(jī)、轎廂式電梯、鍛壓機(jī)等工作狀態(tài)中起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁的場合，為了提高生產(chǎn)率又會(huì)要求電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)

24、、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間，并且對(duì)制動(dòng)的進(jìn)度要求較高。對(duì)這類機(jī)械設(shè)備，可考慮選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。而在自動(dòng)扶梯系統(tǒng)中對(duì)于起動(dòng)性能無過高要求、并且不會(huì)出現(xiàn)頻繁啟停的情況，因此，優(yōu)先考慮使用籠型異步電動(dòng)機(jī)。3.2 變頻器的選擇3.2.1 變頻器的簡介變頻器是一種將交流工頻電源（50Hz或60Hz）變換成電壓、頻率均可變的適合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的變換裝置，英文簡稱VVVF。變頻器電路是由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。其中變頻器主電路由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變電路構(gòu)成。運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號(hào)輸入輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成變頻器的控制電路。整流電路為三相橋式不可控整流電路，功能是將交流

25、電變換成直流電，輸送給中間直流環(huán)節(jié)。中間直流環(huán)節(jié)對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波處理，并進(jìn)行直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。逆變電路的主要元件為絕緣柵晶體管IGBT，構(gòu)成三相橋式逆變電路，將直流電再逆變成交流電，輸出的是脈寬調(diào)制PWM波形的電源，提供給電動(dòng)機(jī)?？刂齐娐肥菍?duì)整個(gè)變換過程進(jìn)行控制。如圖3-2所示。圖3-2 變頻器簡要原理圖3.2.2 變頻器的選型本設(shè)計(jì)中所采用的西門子MICROMASTER 440變頻器，是在簡單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的理想變頻器驅(qū)動(dòng)裝置。MICROMASTER 440具有全面而完善的控制功能，客戶端設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它還可用于更復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。具體型號(hào)（訂貨號(hào)）為6S

26、E6440-2AD27-5CA1，經(jīng)銷商報(bào)價(jià)約為2700元。表3-1 西門子MM440變頻器主要參數(shù)（1）變頻器常用的參數(shù)有輸入電壓、輸出電壓、輸入頻率、輸出頻率、輸出功率、工作溫度、控制方式、串行接口、保護(hù)等級(jí)等。西門子MICROMASTER 440變頻器主要技術(shù)指標(biāo)如表3-1所示7。 變頻器型號(hào)西門子MICROMASTER 440輸入電壓三相（380480）（110%）V工作溫度-1050C輸入頻率4763Hz保護(hù)等級(jí)IP20輸出電壓0380V控制方式V/F，F(xiàn)CC，SVC，VC，TVC輸出頻率范圍0650Hz串行接口RS232，RS485輸出功率7.5kW電磁兼容性EN55011 A級(jí)E

27、N55011 B級(jí)過載倍數(shù)2倍3s，1.5倍60s3.2.3 變頻器參數(shù)設(shè)定西門子MICROMASTER 440變頻器外形圖如圖3-7所示。變頻器在標(biāo)準(zhǔn)供貨方式時(shí)廠商都會(huì)提供狀態(tài)顯示板（SDP），對(duì)于大多數(shù)用戶來說，使用SDP和廠商出廠時(shí)的缺省設(shè)定值，就可以使變頻器成功的投入運(yùn)行。但如果工廠的缺省設(shè)定值不適合具體設(shè)備的情況，或者有擴(kuò)展功能需求的，就必須使用基本操作板BOP或者高級(jí)操作板AOP來進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定。本設(shè)計(jì)中，為了使自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，就必須對(duì)MICROMASTER 440變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。參數(shù)設(shè)定可以通過上文介紹的基本操作板（BOP）進(jìn)行設(shè)置。3.3.2 PLC的

28、選型隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品類型越來越多，功能日趨完善，在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。不同系列、不同型號(hào)的PLC性能各有不同，功能上各有側(cè)重，價(jià)格也有較大差異。選型時(shí)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1）I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要參數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)的合理選擇，不僅可以滿足控制系統(tǒng)的要求，還可以實(shí)現(xiàn)最低的總投資，提高控制系統(tǒng)的成本效益。PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)和類型應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控對(duì)象所需控制的模擬量、開關(guān)量和輸入輸出設(shè)備情況來合理選擇，一般一個(gè)輸入/輸出元件要占用一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。并且考慮到系統(tǒng)升級(jí)的因素，應(yīng)在預(yù)估總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上增加約2030%的備用點(diǎn)數(shù)。本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制系

29、統(tǒng)約需要有20個(gè)輸入，17個(gè)輸出。3.4 超聲波傳感器的選擇3.4.1 超聲波傳感器的簡介超聲波傳感器是利用超聲波回聲測距原理研制而成的傳感器，使用精確的時(shí)差測量技術(shù)，可以檢測傳感器與目標(biāo)物之間的距離，非接觸測量，具有測量精度較高、防水、防腐蝕、低成本等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和民用設(shè)備中。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由壓電晶片在電壓的激勵(lì)下振動(dòng)產(chǎn)生，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小的優(yōu)點(diǎn)，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播的特點(diǎn)。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，也可以將接收到的超聲波轉(zhuǎn)換為電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器，也有

30、超聲波傳感器兼作發(fā)送器和接收器。本設(shè)計(jì)中以超聲波作為檢測手段，需要同時(shí)產(chǎn)生和接收超聲波。超聲波傳感器就可以實(shí)現(xiàn)這種功能，實(shí)際應(yīng)用中也被稱為超聲換能器或超聲探頭。3.4.2 超聲波傳感器的選型本設(shè)計(jì)中使用的超聲波傳感器是由深圳市金瓷科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NU40D22TR-2的超聲波傳感器，外形圖如圖3-12所示。該超聲波傳感器頻率穩(wěn)定，采用壓電陶瓷材料，靈敏度較高，12m以內(nèi)的檢測精度很高。符合自動(dòng)扶梯的檢測需求，并且性價(jià)比較高。圖3-12 超聲波傳感器外形圖3.5 光電編碼器的選擇3.5.1 光電編碼器的簡介光電編碼器是一種集光學(xué)、機(jī)械、電氣技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度測量被測物體

31、的轉(zhuǎn)角或直線位移量，并通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量輸出，是目前應(yīng)用最廣泛的一種傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是一種在固定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔的帶孔圓盤。由于光柵盤與電動(dòng)機(jī)軸相連，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤在電動(dòng)機(jī)軸的帶動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測并輸出兩路存在固定相位差的脈沖信號(hào)，其原理如圖3-13所示，只要計(jì)算光電編碼器每秒輸出的脈沖個(gè)數(shù)就能得到當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)碼盤上相位相差90度的兩路脈沖信號(hào)先后順序，就可以得到電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。圖3-13 光電編碼器輸出光電編碼器的分類方法很多。按照編碼器的刻度

32、方法和信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。這里主要介紹根據(jù)信號(hào)輸出形式進(jìn)行分類。3.5.2 光電編碼器的選型本設(shè)計(jì)中使用的光電編碼器的目的是檢測扶梯的運(yùn)行方向，一旦檢測到電梯方向運(yùn)行異常時(shí)（如倒溜的情況），PLC立即報(bào)警，對(duì)變頻器、電機(jī)斷電，同時(shí)安裝在與電動(dòng)機(jī)同軸的抱閘裝置對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行緊急制動(dòng)，確保扶梯出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)能立即停穩(wěn)，避免發(fā)生更大的事故。3.6 電機(jī)抱閘器的選擇3.6.1 電磁抱閘器的簡介三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)從電源切斷后能迅速制動(dòng)停轉(zhuǎn)。常見的機(jī)械制動(dòng)有電磁抱閘制動(dòng)和電磁離合器制動(dòng)12。（1）電磁抱閘制動(dòng)電路3.6.2 電磁抱閘器的選型本設(shè)計(jì)中使用電磁

33、抱閘器的目的是為了出現(xiàn)緊急情況時(shí)，能讓扶梯盡可能快的停下來，防止出現(xiàn)電梯事故?？紤]到自動(dòng)扶梯停止時(shí)扶梯上仍然可能有人，因此，使用的是斷電電磁抱閘制動(dòng)。本設(shè)計(jì)中使用的是石家莊五龍制動(dòng)器股份有限公司生產(chǎn)的五龍牌MWZ系列電磁抱閘制動(dòng)器。MWZ系列交轉(zhuǎn)直流電磁塊式制動(dòng)器是一種外抱瓦塊式短行程常閉制動(dòng)器，工作方式為斷電制動(dòng)、通電松閘。主要用于運(yùn)輸、起重、冶金、礦山、化工、港口、建筑、建材機(jī)械的制動(dòng)中。其驅(qū)動(dòng)裝置是ZDZ系列單相交流直推式制動(dòng)電磁鐵，該制動(dòng)器技術(shù)指標(biāo)居國際領(lǐng)先水平，具有高效、快速、節(jié)能、低噪聲和易維護(hù)等特點(diǎn)。3.7 鑒相器的選擇3.7.1 鑒相器的簡介3.7.2 鑒相電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中選

34、用的D觸發(fā)器是74LS74。74LS74是帶置位復(fù)位正觸發(fā)的雙D觸發(fā)器。應(yīng)用74LS74的上升沿觸發(fā),得到第5 管腳和第6 管腳信號(hào)，根據(jù)各自電平高低判斷正反轉(zhuǎn)。光電編碼器鑒相電路圖如圖3-19所示。3.8 本章小結(jié)本章主要介紹了自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)的元器件選擇。自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)元器件包括電動(dòng)機(jī)、變頻器、PLC、超聲波傳感器、光電編碼器、鑒相器、電磁抱閘器等。4 自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1 自動(dòng)扶梯硬件控制思路本設(shè)計(jì)中采用的PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式，可以根據(jù)客流靈活安排扶梯的運(yùn)行狀態(tài)，相對(duì)于傳統(tǒng)不可變速的自動(dòng)扶梯，節(jié)能效果明顯，并且增加了安全器件，在發(fā)揮自動(dòng)扶梯最大效能的同時(shí)，還為乘

35、客提供了更加安全、舒適的人性化乘坐體驗(yàn)。4.2 控制電路設(shè)計(jì)及電路圖（1）控制電路總體設(shè)計(jì)（3）傳感器與PLC的連接電路 當(dāng)自動(dòng)模式（變頻控制方式）啟動(dòng)扶梯后，PLC不斷檢測超聲波傳感器的電脈沖信號(hào)的輸入，通過X17或X20輸入口檢測，兩個(gè)傳感器分別置于電梯的兩端，根據(jù)上行或下行狀態(tài)選擇傳感器，正常工作時(shí)只有入口處一個(gè)傳感器接入工作，出口處的傳感器則忽略。人工急停端口X20是為了當(dāng)電梯出現(xiàn)緊急情況（比如倒溜時(shí)），人們可以通過遍布于自動(dòng)扶梯上的3個(gè)急停按鈕使電梯在短時(shí)間內(nèi)停機(jī)抱閘，最大限度的確保乘客的生命安全。另外，本設(shè)計(jì)為防止電梯在上行階段出現(xiàn)倒溜這種嚴(yán)重的事故，特加裝了光電編碼器，當(dāng)扶梯在上

36、行階段電梯運(yùn)行方向發(fā)生改變時(shí)，會(huì)觸發(fā)與光電編碼器相連的鑒向器動(dòng)作，通過X22、X23端口發(fā)出脈沖，此時(shí)PLC也會(huì)進(jìn)行急停報(bào)警。人工操作急停按鈕的功能是通過用X21端口進(jìn)行。4.3 本章小結(jié)本章主要介紹了自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)思路及具體的電路圖。設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)充分發(fā)揮PLC的擴(kuò)展性能，增加防倒溜功能，提高扶梯系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，增加了切換到工頻模式運(yùn)行的功能，這樣可以滿足多樣化的用戶需求，使得扶梯可以在客流高峰時(shí)期由人工控制直接進(jìn)行工頻運(yùn)行，這樣能夠減少變頻器高頻工作時(shí)的噪聲，以及不必要的頻繁速度切換動(dòng)作。本控制系統(tǒng)所有操作都可以通過中央控制面板進(jìn)行操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，扶梯運(yùn)行

37、狀態(tài)在中控面板上一目了然，便于維護(hù)人員對(duì)扶梯運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。5 自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)5.1 控制系統(tǒng)流程圖圖5-1 系統(tǒng)控制流程圖控制系統(tǒng)流程圖如圖5-1所示。本系統(tǒng)PLC加電后，首先進(jìn)行的是自動(dòng)扶梯的自檢過程，包括驅(qū)動(dòng)鏈、曳引鏈、扶手帶、梯級(jí)故障、安全回路、變頻器的故障檢測，如果有故障，則制動(dòng)閘不松開，同時(shí)PLC報(bào)警提示檢修。自檢正常后，根據(jù)用戶選擇進(jìn)入上行或下行模式?？紤]到用戶需求的多樣性，本控制系統(tǒng)保留了切換到工頻系統(tǒng)的功能，可以在中控臺(tái)進(jìn)行切換。接下來扶梯進(jìn)入運(yùn)行階段。針對(duì)近期自動(dòng)扶梯出現(xiàn)的嚴(yán)重倒溜事故，本設(shè)計(jì)中特加入了電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向檢測，本功能是通過安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

38、軸上的獨(dú)立的光電編碼器進(jìn)行檢測的，光電編碼器和PLC連接，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸方向與預(yù)先選擇的上行或下行方向相反時(shí)，立即報(bào)警，斷開變頻器與電動(dòng)機(jī)的電源，并通過電動(dòng)機(jī)軸上的抱閘器緊急抱閘制動(dòng)，盡可能迅速平穩(wěn)的使出現(xiàn)故障的電梯停下來，最大限度的保證乘客的生命安全，確保足夠的安全性。由于光電編碼器是直接對(duì)轉(zhuǎn)軸方向進(jìn)行檢測，并且是獨(dú)立設(shè)置，因此檢測對(duì)象更加直觀，可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的異常狀況。正常無故障運(yùn)行時(shí)，安裝于扶梯入口處的傳感器會(huì)不停的檢測是否有乘客需要乘梯，只要檢測到有乘客，就向PLC發(fā)出一個(gè)電脈沖，PLC會(huì)對(duì)兩個(gè)電脈沖之間的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，如果有乘客進(jìn)入，則繼續(xù)額定速度運(yùn)行；如果固定時(shí)間T內(nèi)都沒有乘

39、客，則自動(dòng)扶梯進(jìn)入低速節(jié)能速度運(yùn)行。5.2 PLC程序設(shè)計(jì)圖5-3 故障報(bào)警程序當(dāng)用戶已經(jīng)選擇了變頻模式運(yùn)行后，自動(dòng)扶梯會(huì)根據(jù)傳感器信號(hào)對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行切換，以達(dá)到節(jié)能的目的。變頻上行程序如圖5-6。圖5-6 變頻上行程序5.3 本章小結(jié)本章主要介紹了PLC的程序編制。自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心是PLC，而PLC安全穩(wěn)定運(yùn)行很大程度上取決于程序的正確性。通過預(yù)先編寫好的程序就能夠?qū)崿F(xiàn)PLC的自動(dòng)控制。程序的好壞，直接影響了PLC的運(yùn)算量以及程序運(yùn)行的快慢。本控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，采用了三菱公司的GX Developer8.52編程軟件，這樣編寫好的程序轉(zhuǎn)換后，可以通過相應(yīng)的接口，直接將程序

40、上載至PLC。軟件還可以實(shí)現(xiàn)程序糾錯(cuò)，功能模擬等功能，極大的方便了工程技術(shù)人員對(duì)程序的修改，增加了PLC控制系統(tǒng)的靈活性。結(jié)束語隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速進(jìn)步，自動(dòng)扶梯正向著高科技、節(jié)能、智能化的方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)中的節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)，由于采用了PLC與變頻器相結(jié)合的運(yùn)行控制方式，相比于原有工頻控制系統(tǒng)節(jié)電效果明顯，并且還實(shí)現(xiàn)了扶梯防倒溜的功能。設(shè)計(jì)的前期工作，我參考了大量的文獻(xiàn)和扶梯技術(shù)資料，對(duì)目前扶梯中使用的運(yùn)行控制系統(tǒng)現(xiàn)狀有了大致的了解，對(duì)比了國內(nèi)外幾種先進(jìn)的節(jié)能運(yùn)行控制方式，結(jié)合國內(nèi)自動(dòng)扶梯廠商技術(shù)現(xiàn)狀，最終選擇PLC與變頻器進(jìn)行控制的方式。此種方式的編程控制相對(duì)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，工作環(huán)境

41、適應(yīng)力好，可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工作環(huán)境。對(duì)于人流量不規(guī)律的商場、超市、地鐵等場合來說，運(yùn)用節(jié)能運(yùn)行控制系統(tǒng)的自動(dòng)扶梯可以有效節(jié)約能源，進(jìn)一步降低運(yùn)行成本，減少機(jī)械磨損，防止出現(xiàn)機(jī)械故障，延長扶梯壽命。當(dāng)然本系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，比如低頻低速狀態(tài)下，控制系統(tǒng)噪音大，電動(dòng)機(jī)的效率不高。針對(duì)此問題，目前也有廠商生產(chǎn)出專門應(yīng)用在變頻器上的變頻電機(jī)，比如西門子的變頻電機(jī)系列，這種電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更寬的變速范圍和更高的運(yùn)行效率。相信在不久的將來，會(huì)有更為先進(jìn)的控制系統(tǒng)和高性能的控制元件被開發(fā)出來，自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行控制技術(shù)也會(huì)越來越完善，越來越成熟。由于本人能力有限，加之時(shí)間倉促，本設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)缺點(diǎn)和疏漏，還懇請(qǐng)各位老師、同學(xué)、朋友們提出寶