自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)設(shè)計

1、.1理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學(xué) 號：學(xué)院(系):專業(yè):題 目:自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)設(shè)計高級實驗師*雯指導(dǎo)者：評閱者： 2021 年 6 月*理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文評語學(xué)生：班級、*：題目：綜合成績：指導(dǎo)者評語：指導(dǎo)者(簽字)：年月日畢業(yè)設(shè)計論文評語評閱者評語： 評閱者(簽字)：年月日辯論委員會小組評語：辯論委員會小組負責(zé)人(簽字)： 年月日畢業(yè)設(shè)計說明書論文中文摘要自動扶梯是一種以運輸帶方式運送行人的工具，廣泛應(yīng)用于大型商場、超市、機場、地鐵等場合，為人們的出行帶來了極大的方便。隨著科技的開展，人們對于自動扶梯要求的提高，自動扶梯也向著高科技、節(jié)能、智能化的方向開展，著力為人們

2、提供平安、穩(wěn)定、節(jié)能、舒適的乘坐體驗。本設(shè)計中的運行控制系統(tǒng)采用三菱F*2N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)用到自動扶梯上之后，通過自動扶梯兩端安裝的傳感器，可以根據(jù)實際客流選擇不同的運行速度，以到達節(jié)能、減少磨損的目的，同時充分發(fā)揮PLC的控制功能，參加了扶梯防倒溜功能，保證自動扶梯出現(xiàn)意外時可以最大限度的保障乘客的平安，提高扶梯的平安性。關(guān)鍵詞 控制系統(tǒng) PLC 變頻器.1畢業(yè)設(shè)計說明書論文外文摘要Title Escalator energy-saving operation control system design AbstractTh

3、e 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 requirements of the escalator to improve the escalat

4、or toward the high-tech, energy-saving, intelligent direction, and efforts to provide safe, stable, energy-saving, fortable ride. The design of the operation control system is a Mitsubishi F*2N Series PLC and Siemens MICROMASTER440 inverter bination of control methods, this control system is applied

5、 to the escalator, escalators installed the sensor at both ends, according to the actual passenger flu* to select different running speed, in order to achieve energy efficiency, reduce wear purpose.Giving full play to the PLC control functions,join the down escalator anti-slip function, to ensure th

6、at the escalator can ma*imize safeguard the safety of passengers when accident happened, improve the safety of the escalator.Keywords Escalator PLC Frequency converter.1目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc998 1 緒論 PAGEREF _Toc998 1 HYPERLINK l _Toc6019 1.1 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc6019 1 HYPERLINK l _Toc2536

7、1 1.2 自動扶梯構(gòu)造簡介 PAGEREF _Toc25361 3 HYPERLINK l _Toc18081 1.3 該課題研究目的及意義PAGEREF _Toc18081 4 HYPERLINK l _Toc31992 1.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc31992 5 HYPERLINK l _Toc23509 2 扶梯控制系統(tǒng)的方案論證 PAGEREF _Toc23509 6 HYPERLINK l _Toc2758 2.1 常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)的比較 PAGEREF _Toc2758 6 HYPERLINK l _Toc26570 2.2 控制方式的比較與選擇 PAGER

8、EF _Toc26570 8 HYPERLINK l _Toc28136 2.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc28136 12 HYPERLINK l _Toc13309 3 扶梯控制系統(tǒng)元器件的選擇 PAGEREF _Toc13309 14 HYPERLINK l _Toc2211 3.1 電動機的選擇 PAGEREF _Toc2211 14 HYPERLINK l _Toc17776 3.2 變頻器的選擇 PAGEREF _Toc17776 16 HYPERLINK l _Toc4215 3.2.1 變頻器的簡介 PAGEREF _Toc4215 16 HYPERLINK l _To

9、c22026 3.2.2 變頻器的選型 PAGEREF _Toc22026 18 HYPERLINK l _Toc20624 3.2.3 變頻器參數(shù)設(shè)定 PAGEREF _Toc20624 21 HYPERLINK l _Toc436 3.3 PLC的選擇 PAGEREF _Toc436 23 HYPERLINK l _Toc17620 3.3.1 PLC的簡介 PAGEREF _Toc17620 23 HYPERLINK l _Toc3519 3.3.2 PLC的選型 PAGEREF _Toc3519 25 HYPERLINK l _Toc31312 3.4 超聲波傳感器的選擇 PAGERE

10、F _Toc31312 27 HYPERLINK l _Toc9236 3.4.1 超聲波傳感器的簡介 PAGEREF _Toc9236 27 HYPERLINK l _Toc18447 3.4.2 超聲波傳感器的選型 PAGEREF _Toc18447 30 HYPERLINK l _Toc26937 3.5 光電編碼器的選擇 PAGEREF _Toc26937 31 HYPERLINK l _Toc19358 3.5.1 光電編碼器的簡介 PAGEREF _Toc19358 31 HYPERLINK l _Toc19252 3.5.2 光電編碼器的選型 PAGEREF _Toc19252

11、33 HYPERLINK l _Toc11984 3.6 電機抱閘器的選擇 PAGEREF _Toc11984 35 HYPERLINK l _Toc6354 3.6.1 電磁抱閘器的簡介 PAGEREF _Toc6354 35 HYPERLINK l _Toc10364 3.6.2 電磁抱閘器的選型 PAGEREF _Toc10364 36 HYPERLINK l _Toc11230 3.7 鑒相器的選擇 PAGEREF _Toc11230 38 HYPERLINK l _Toc30793 3.7.1 鑒相器的簡介 PAGEREF _Toc30793 38 HYPERLINK l _Toc1

12、606 3.7.2 鑒相電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc1606 38 HYPERLINK l _Toc24008 3.8 本章小結(jié) PAGEREF _Toc24008 39 HYPERLINK l _Toc327 4 自動扶梯控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc327 41 HYPERLINK l _Toc19817 4.1 自動扶梯硬件控制思路 PAGEREF _Toc19817 41 HYPERLINK l _Toc26388 4.2 控制電路設(shè)計及電路圖 PAGEREF _Toc26388 42 HYPERLINK l _Toc312484.3 本章小結(jié) PAGEREF

13、_Toc31248 47 HYPERLINK l _Toc21140 5 自動扶梯控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計 PAGEREF _Toc21140 48 HYPERLINK l _Toc16466 5.1 控制系統(tǒng)流程圖 PAGEREF _Toc16466 48 HYPERLINK l _Toc20007 5.2 PLC程序設(shè)計 PAGEREF _Toc20007 49 HYPERLINK l _Toc10407 5.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc10407 53 HYPERLINK l _Toc12700 完畢語 PAGEREF _Toc12700 55 HYPERLINK l _Toc8

14、206 致 PAGEREF _Toc8206 56 HYPERLINK l _Toc182 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc182 57 HYPERLINK l _Toc17144 附錄1 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 PAGEREF _Toc17144 58 HYPERLINK l _Toc22256 附錄2 硬件設(shè)計電路 PAGEREF _Toc22256 61.11 緒論1.1 國外研究現(xiàn)狀隨著人們生活水平的快速提高，自動扶梯作為一種高效、方便、舒適的代步工具，被廣泛應(yīng)用在各種公共場合。自動扶梯在帶給人們便捷的同時，耗能問題也越來越引起廣闊用戶的關(guān)心。由于傳統(tǒng)自動扶梯運行時約有20%40%1

15、的能量會以熱量的形式被消耗掉,國有研究人員對自動扶梯運行控制系統(tǒng)進展了研究，希望從控制系統(tǒng)的角度對自動扶梯的運行進展優(yōu)化控制，以到達節(jié)能和減少磨損的目的。目前自動扶梯上應(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、維修量大等缺點已經(jīng)逐漸被后兩種控制系統(tǒng)所取代。單片機控制系統(tǒng)雖在智能控制領(lǐng)域有較強的功能，但也存在控制系統(tǒng)編程設(shè)計難度大、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)在國電梯控制領(lǐng)域中已形成主導(dǎo)地位。在國外，自動扶梯開展迅速，開展歷史比較長，扶梯控制技術(shù)日益成熟。世界上第一部以電動機為動力的升降機是美國奧

16、的斯升降機公司于1889年推出的，距今已有一百多年的歷史。隨著科技的開展，自動扶梯作為一種便捷快速的載人運輸工具而被廣泛的應(yīng)用。人們對于扶梯運行的平穩(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)開展迅猛，著力在扶梯節(jié)能化，運行智能化，控制遠程化，元件集成化等方面進展改進和提高。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 系列自動扶梯，設(shè)計上采用了簡約雅致的設(shè)計風(fēng)格，為用戶提供了融入任何建筑裝飾的最正確靈活性，基于對自動扶梯平安性的重視，三菱電梯多年來在產(chǎn)品平安性方面積累了豐富的經(jīng)歷，“節(jié)能環(huán)保、可靠舒適、運行高效，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

17、使用自動扶梯時，可獲得三菱電梯良好的性能保障，體驗高品質(zhì)電梯帶來的舒適和便捷。這樣的改進，使得采用變頻控制的自動扶梯相對于普通標準型自動扶梯節(jié)能90%以上，節(jié)能效果非常明顯。由于節(jié)能運行時，扶梯處于低速狀態(tài)，機械零件的磨損大大降低，相對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時對電網(wǎng)的影響，確保自動扶梯啟動的平滑，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 自動扶梯構(gòu)造簡介自動扶梯系統(tǒng)是由一臺特種構(gòu)造形式的鏈式輸送機和兩臺特殊構(gòu)造形式的帶式輸送機所組合而成，帶有循環(huán)的運動梯路，用以在建筑物的不同層高間運載人員上下的連續(xù)輸送機械，如圖1-1。自動扶梯的主要部件有牽引鏈條

18、、鏈輪、梯級、導(dǎo)軌系統(tǒng)、電動機、變速裝置、制動器、驅(qū)動主軸、梯路緊設(shè)備、扶手、梳板、扶梯骨架和電氣系統(tǒng)等。自動行走的梯級在扶梯入口處進展水平運動，以后逐漸形成階梯；在接近扶梯出口時再次恢復(fù)水平。這些部件的運動都是通過自動扶梯梯級的主輪、輔輪沿不同的導(dǎo)軌運行來實現(xiàn)的。 1.3 該課題研究目的及意義隨著經(jīng)濟社會的高度開展，自動扶梯作為一種方便的運輸工具，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。然而在實際使用過程中，電梯的平安事故也是頻頻曝出，比方今年發(fā)生的“7.5地鐵四號線電梯事故、“9.9奧的斯電梯事故“12.2電梯事故等

19、等，因此自動扶梯的平安、穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。伴隨著自動扶梯的廣泛應(yīng)用，其耗能大的問題也逐漸為業(yè)主所關(guān)心，雖然對于方便顧客和提升效勞質(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，使得自動扶梯在一些時段的實際利用率并不高，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，而且扶梯部件在連續(xù)高速運行狀態(tài)下也產(chǎn)生了較大的磨損及疲勞損傷，容易產(chǎn)生運行故障。1.4 本章小結(jié)本章介紹了國外在自動扶梯控制系統(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。通過對自動扶梯機械構(gòu)造的簡單介紹，分析了自動扶梯的節(jié)能對象和可以采取的方法。比照兩種主流節(jié)能控制系統(tǒng)，列出了各自的優(yōu)缺點，單片機

20、偏向于智能控制，但存在系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、抗干擾性差、難以掌握其維修技術(shù)等缺陷；PLC采用相對簡單的梯形圖編程語言，具有控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點。最后結(jié)合國自動扶梯控制系統(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用性和通用性。2 扶梯控制系統(tǒng)的方案論證在自動化設(shè)備廣泛應(yīng)用的今天，自動扶梯的廣泛應(yīng)用，為人們的出行帶來了方便。然而隨著人們節(jié)能意識的增強，對于自動扶梯節(jié)能運行的要求也越來越高。大多數(shù)自動扶梯無論客流量大小，均按照額定速度運行，特別是空載時仍以額定速度運行，具有耗能大，機械磨損嚴

21、重，使用壽命低，容易發(fā)生事故等缺點。2.1 常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)的比較目前自動扶梯中運用的節(jié)能方法主要有以下3種3：1自動控制運行方式自動控制運行方式實際上是一種“自動重新啟動的運行控制方式，由自動扶梯控制系統(tǒng)根據(jù)客流需求，自行啟動、停頓電動機，到達節(jié)能運行目的的運行方式。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，以保證自動扶梯有足夠的時間啟動加速到額定速度，可以應(yīng)對突發(fā)客流，確保充分發(fā)揮自動扶梯的運輸能力)扶梯開場啟動運行，在額定速度運行階段，如果不斷檢測到有乘坐需求，扶梯將保持額定運行速度運行。如果在程序設(shè)定的固

22、定時間沒有再檢測到乘坐需求，則扶梯控制系統(tǒng)將停頓扶梯運行。停機期間再次檢測到乘客進入扶梯時，扶梯會重新啟動運行。3變頻運行方式變頻運行方式是在扶梯上增設(shè)變頻裝置，根據(jù)客流情況自動改變電動機電源頻率，利用了電動機同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性4 (2-1)：異步電動機轉(zhuǎn)速；：電源頻率；：電機轉(zhuǎn)差率；：電機極對數(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機，從而到達調(diào)速的目的。本方法的優(yōu)點是：一、調(diào)速的圍很大。變頻調(diào)速裝置的調(diào)速圍都比較寬，適合經(jīng)常處于低載荷狀態(tài)下運行的電氣設(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，使電動機仍按照該頻率的

23、同步轉(zhuǎn)速運行，不會增加轉(zhuǎn)速損失，因此變頻調(diào)速是高效率的調(diào)速方式；三、啟動電流小。電機最高速度可以不受制于電源，從而實現(xiàn)電機的高速化、小型化；四、調(diào)速平穩(wěn)可靠?？梢愿鶕?jù)需要實現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，選擇最正確的運行速度，低速軟啟動，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，可以直接退出運行，改由工頻系統(tǒng)直接供電，不會影響設(shè)備的連續(xù)運行。特別適合出現(xiàn)突發(fā)情況時可以最大限度的保障乘客平安，同時保證客流暢通。自動扶梯中運用的控制系統(tǒng)主要有3種：1繼電器控制系統(tǒng)2單片機控制系統(tǒng)3PLC控制系統(tǒng)PLC是通過周期循環(huán)掃描方式運行，運行程序的過程中不受外界影響，減少了外界干擾；同時PLC在硬件方面具有著良好

24、的屏蔽措施、對電源及I/O電路有多種形式的濾波、CPU電源自動調(diào)整與保護、CPU與I/O電路之間采用光電隔離、輸出聯(lián)鎖的方式、采用模塊式構(gòu)造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)保護和恢復(fù)程序。PLC采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，按照嚴格的生產(chǎn)工藝制造，具備先進的部電路抗干擾技術(shù)，具有很高的運行可靠性。相對于單片機控制系統(tǒng)，PLC采用相對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、強大的抗干擾能力、穩(wěn)定的運行狀態(tài)等特點。因此對于自動扶梯來說，采用PLC進展控制是一個最正確選擇。2.2 控制方式的比較與選擇在進展異步電動機調(diào)速時，一般希望盡可能保持電動機的電磁

25、轉(zhuǎn)矩不變這是為了防止低速運行時出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩缺乏的情況，而要保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，只要保證主磁通量不變化即可。異步電動機的主磁通是定、轉(zhuǎn)子合成磁動勢產(chǎn)生的，由于三相異步電動機定子繞組每相電動勢的有效值為5 2-2本設(shè)計中主要面對的是基頻以下的調(diào)速情況。根據(jù)上文所述，要保持不變，當(dāng)調(diào)低頻率時，必須降低電動機定子每相繞組上由主磁通感應(yīng)的電動勢，使得 2-3即采用恒定電動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)速的疇。由于電機繞組的感應(yīng)電動勢是很難直接檢測和測量的，當(dāng)電動勢較高時，可忽略定子繞組漏磁造成的漏磁阻抗壓降，近似的認為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

26、的恒磁通調(diào)速。這種控制方式低頻時，U1和都比較小，定子阻抗壓降顯著，不可忽略，這種情況下會人為的把電壓U1提高一些，即增加定子壓降補償，以確保壓頻比為常數(shù)，如圖2-1。 對于基頻以上的調(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 異步電動機變壓變頻調(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、矢量控制。下面詳述三種變頻控制方式之間的區(qū)別。1U/f控制方式由于轉(zhuǎn)矩缺乏而無法抑制較大的靜摩擦力時，存在性能下降，穩(wěn)定性變差的問題

27、。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，以兩個值的和作為逆變器的頻率設(shè)定值，以到達轉(zhuǎn)差補償?shù)哪康摹＝?jīng)轉(zhuǎn)差補償后定子頻率的實際設(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)具體的電機機械特性來調(diào)節(jié)控制參數(shù)，因而通用性方面還存在欠缺。2.3 本章小結(jié)本章介紹了自動扶梯常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)，并對這些節(jié)能方法以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)進展了比較。自動控

28、制運行方法省電效果明顯，但頻繁啟停對電網(wǎng)沖擊較大，并且對扶梯自身的機械設(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)矩缺乏的狀況；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)差頻率控制方式對硬件要求較高，系統(tǒng)計算復(fù)雜，并且通用性不高，所以對于自動扶梯這種調(diào)速精度要求不是很高的系統(tǒng)，不適用此種調(diào)速方法；矢量控制對定子電流矢量分解成勵磁電流和轉(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)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 電動機

29、的選擇自動扶梯是一種長時間載人運行的設(shè)備，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。作為扶梯主要動力源的電動機，必須提供足夠的轉(zhuǎn)矩并且具有良好的機械性能，保證扶梯運行的穩(wěn)定。本設(shè)計在確定電動機種類時，優(yōu)先考慮選用三相籠型異步電動機，和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機相比，籠型異步電動機構(gòu)造簡單，運行可靠，維護方便，完全符合上述要求。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機多用在*些工程機械如橋式起重機、轎廂式電梯、鍛壓機等工作狀態(tài)中起動、制動比較頻繁的場合，為了提高生產(chǎn)率又會要求電動機具有較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩以縮短起動、制動時間，并且對制動的進度要求較高。對這類機械設(shè)備，可考慮選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。而在自動扶梯系統(tǒng)中對于起動性能無過高

30、要求、并且不會出現(xiàn)頻繁啟停的情況，因此，優(yōu)先考慮使用籠型異步電動機。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機調(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個局部組成。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。運算電路、檢測電路、控制信號輸入輸出電路和驅(qū)動電路構(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)對整流電路的輸出進展濾波處理，并進展直流儲能和緩沖無功功率。逆變電路的主要元件為絕緣柵晶體管IG

31、BT，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，提供給電動機?？刂齐娐肥菍φ麄€變換過程進展控制。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)計中所采用的西門子MICROMASTER 440變頻器，是在簡單的電動機控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的理想變頻器驅(qū)動裝置。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)雜的電動機控制系統(tǒng)。具體型號訂貨號為6SE6440-2AD27-5CA1，經(jīng)銷商報價約為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

32、、輸出頻率、輸出功率、工作溫度、控制方式、串行接口、保護等級等。西門子MICROMASTER 440變頻器主要技術(shù)指標如表3-1所示7。變頻器型號西門子MICROMASTER 440輸入電壓三相380480110%V工作溫度-1050C輸入頻率4763Hz保護等級IP20輸出電壓0380V控制方式V/F，F(xiàn)CC，SVC，VC，TVC輸出頻率圍0650Hz串行接口RS232，RS485輸出功率7.5kW電磁兼容性EN55011 A級EN55011 B級過載倍數(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。變頻器在標準供貨方式時廠

33、商都會提供狀態(tài)顯示板SDP，對于大多數(shù)用戶來說，使用SDP和廠商出廠時的缺省設(shè)定值，就可以使變頻器成功的投入運行。但如果工廠的缺省設(shè)定值不適合具體設(shè)備的情況，或者有擴展功能需求的，就必須使用根本操作板BOP或者高級操作板AOP來進展參數(shù)的設(shè)定。本設(shè)計中，為了使自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，就必須對MICROMASTER 440變頻器的參數(shù)進展設(shè)定。參數(shù)設(shè)定可以通過上文介紹的根本操作板BOP進展設(shè)置。3.3.2 PLC的選型隨著PLC技術(shù)的開展，PLC產(chǎn)品類型越來越多，功能日趨完善，在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。不同系列、不同型號的PLC性能各有不同，功能上各有側(cè)重，價格也有較大差異

34、。選型時，應(yīng)該注意以下幾點：1I/O點數(shù)I/O點數(shù)是PLC的一項重要參數(shù)。I/O點數(shù)的合理選擇，不僅可以滿足控制系統(tǒng)的要求，還可以實現(xiàn)最低的總投資，提高控制系統(tǒng)的本錢效益。PLC的輸入輸出點數(shù)和類型應(yīng)當(dāng)根據(jù)被控對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，一般一個輸入/輸出元件要占用一個輸入/輸出點數(shù)。并且考慮到系統(tǒng)升級的因素，應(yīng)在預(yù)估總點數(shù)的根底上增加約2030%的備用點數(shù)。本設(shè)計中的自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)約需要有20個輸入，17個輸出。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，使用準確的時差測量技術(shù)，可以檢測

35、傳感器與目標物之間的距離，非接觸測量，具有測量精度較高、防水、防腐蝕、低本錢等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和民用設(shè)備中。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由壓電晶片在電壓的鼓勵下振動產(chǎn)生，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小的優(yōu)點，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播的特點。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機械振蕩而產(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，也有超聲波傳感器兼作發(fā)送器和接收器。本設(shè)計中以超聲波作為檢測手段，需要同時產(chǎn)生和接收超聲波。超聲波傳感器就可以實現(xiàn)這種功能，實際應(yīng)用中也被稱為超聲換能器或超聲探頭。3.4.2 超聲

36、波傳感器的選型本設(shè)計中使用的超聲波傳感器是由市金瓷科技生產(chǎn)的型號為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，采用壓電瓷材料，靈敏度較高，12m以的檢測精度很高。符合自動扶梯的檢測需求，并且性價比較高。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

37、通假設(shè)干個長方形孔的帶孔圓盤。由于光柵盤與電動機軸相連，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤在電動機軸的帶動下同步旋轉(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，其原理如圖3-13所示，只要計算光電編碼器每秒輸出的脈沖個數(shù)就能得到當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)碼盤上相位相差90度的兩路脈沖信號先后順序，就可以得到電動機的旋轉(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。按照編碼器的刻度方法和信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。這里主要介紹根據(jù)信號輸出形式進展分類。3.5.2 光電編碼器的選型本設(shè)計中使用的光電編碼器的目的是檢測扶梯的運行方向，一旦檢測到電梯方

38、向運行異常時如倒溜的情況，PLC立即報警，對變頻器、電機斷電，同時安裝在與電動機同軸的抱閘裝置對轉(zhuǎn)軸進展緊急制動，確保扶梯出現(xiàn)危險時能立即停穩(wěn)，防止發(fā)生更大的事故。3.6 電機抱閘器的選擇3.6.1 電磁抱閘器的簡介三相異步電動機的機械制動是利用機械裝置使電動機從電源切斷后能迅速制動停轉(zhuǎn)。常見的機械制動有電磁抱閘制動和電磁離合器制動12。1電磁抱閘制動電路3.6.2 電磁抱閘器的選型本設(shè)計中使用電磁抱閘器的目的是為了出現(xiàn)緊急情況時，能讓扶梯盡可能快的停下來，防止出現(xiàn)電梯事故?？紤]到自動扶梯停頓時扶梯上仍然可能有人，因此，使用的是斷電電磁抱閘制動。本設(shè)計中使用的是五龍制動器股份生產(chǎn)的五龍牌MWZ

39、系列電磁抱閘制動器。MWZ系列交轉(zhuǎn)直流電磁塊式制動器是一種外抱瓦塊式短行程常閉制動器，工作方式為斷電制動、通電松閘。主要用于運輸、起重、冶金、礦山、化工、港口、建筑、建材機械的制動中。其驅(qū)動裝置是ZDZ系列單相交流直推式制動電磁鐵，該制動器技術(shù)指標居國際領(lǐng)先水平，具有高效、快速、節(jié)能、低噪聲和易維護等特點。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)計本設(shè)計中選用的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，根據(jù)各自電平上下判斷正反轉(zhuǎn)。光電編碼器鑒相電路圖如圖3-19所示。3.8 本章

40、小結(jié)本章主要介紹了自動扶梯控制系統(tǒng)的元器件選擇。自動扶梯控制系統(tǒng)元器件包括電動機、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 自動扶梯控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1 自動扶梯硬件控制思路本設(shè)計中采用的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行狀態(tài)，相對于傳統(tǒng)不可變速的自動扶梯，節(jié)能效果明顯，并且增加了平安器件，在發(fā)揮自動扶梯最大效能的同時，還為乘客提供了更加平安、舒適的人性化乘坐體驗。4.2 控制電路設(shè)計及電路圖1控制電路總體設(shè)計3傳感器與PLC的連接電路當(dāng)自動模式變頻控制方式啟動扶梯后，PLC不斷檢測超聲波傳感器的電脈沖信號的輸入，通過*17或*20輸

41、入口檢測，兩個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，正常工作時只有入口處一個傳感器接入工作，出口處的傳感器則忽略。人工急停端口*20是為了當(dāng)電梯出現(xiàn)緊急情況比方倒溜時，人們可以通過遍布于自動扶梯上的3個急停按鈕使電梯在短時間停機抱閘，最大限度確實保乘客的生命平安。另外，本設(shè)計為防止電梯在上行階段出現(xiàn)倒溜這種嚴重的事故，特加裝了光電編碼器，當(dāng)扶梯在上行階段電梯運行方向發(fā)生改變時，會觸發(fā)與光電編碼器相連的鑒向器動作，通過*22、*23端口發(fā)出脈沖，此時PLC也會進展急停報警。人工操作急停按鈕的功能是通過用*21端口進展。4.3 本章小結(jié)本章主要介紹了自動扶梯控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

42、思路及具體的電路圖。設(shè)計時同時充分發(fā)揮PLC的擴展性能，增加防倒溜功能，提高扶梯系統(tǒng)的平安性。本系統(tǒng)在設(shè)計時，增加了切換到工頻模式運行的功能，這樣可以滿足多樣化的用戶需求，使得扶梯可以在客流頂峰時期由人工控制直接進展工頻運行，這樣能夠減少變頻器高頻工作時的噪聲，以及不必要的頻繁速度切換動作。本控制系統(tǒng)所有操作都可以通過中央控制面板進展操作，可以實現(xiàn)遠程控制，扶梯運行狀態(tài)在中控面板上一目了然，便于維護人員對扶梯運行狀況的實時監(jiān)視和控制。5 自動扶梯控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計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，首先進展的是自動扶梯的自檢過程，

43、包括驅(qū)動鏈、曳引鏈、扶手帶、梯級故障、平安回路、變頻器的故障檢測，如果有故障，則制動閘不松開，同時PLC報警提示檢修。自檢正常后，根據(jù)用戶選擇進入上行或下行模式。考慮到用戶需求的多樣性，本控制系統(tǒng)保存了切換到工頻系統(tǒng)的功能，可以在中控臺進展切換。接下來扶梯進入運行階段。針對近期自動扶梯出現(xiàn)的嚴重倒溜事故，本設(shè)計中特參加了電動機運轉(zhuǎn)方向檢測，本功能是通過安裝在電動機轉(zhuǎn)軸上的獨立的光電編碼器進展檢測的，光電編碼器和PLC連接，一旦發(fā)現(xiàn)運行時轉(zhuǎn)軸方向與預(yù)先選擇的上行或下行方向相反時，立即報警，斷開變頻器與電動機的電源，并通過電動機軸上的抱閘器緊急抱閘制動，盡可能迅速平穩(wěn)的使出現(xiàn)故障的電梯停下來，最大

44、限度的保證乘客的生命平安，確保足夠的平安性。由于光電編碼器是直接對轉(zhuǎn)軸方向進展檢測，并且是獨立設(shè)置，因此檢測對象更加直觀，可以應(yīng)對各種復(fù)雜的異常狀況。正常無故障運行時，安裝于扶梯入口處的傳感器會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)出一個電脈沖，PLC會對兩個電脈沖之間的時間進展計時，如果有乘客進入，則繼續(xù)額定速度運行；如果固定時間T都沒有乘客，則自動扶梯進入低速節(jié)能速度運行。5.2 PLC程序設(shè)計圖5-3 故障報警程序當(dāng)用戶已經(jīng)選擇了變頻模式運行后，自動扶梯會根據(jù)傳感器信號對運行模式進展切換，以到達節(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

45、結(jié)本章主要介紹了PLC的程序編制。自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)的核心是PLC，而PLC平安穩(wěn)定運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的自動控制。程序的好壞，直接影響了PLC的運算量以及程序運行的快慢。本控制系統(tǒng)在設(shè)計的過程中，采用了三菱公司的G* 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，直接將程序上載至PLC。軟件還可以實現(xiàn)程序糾錯，功能模擬等功能，極大的方便了工程技術(shù)人員對程序的修改，增加了PLC控制系統(tǒng)的靈活性。完畢語隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速進步，自動扶梯正向著高科技、節(jié)能、智能化的方向開展。本設(shè)計中的節(jié)能運行控制系統(tǒng)，由于采用了PLC與變頻器相結(jié)合的運行控制方式，相比于原有工頻控制系統(tǒng)節(jié)電效果明顯，并且還實現(xiàn)了扶梯防倒溜的功能。設(shè)計的前期工作，我參考了大量的文獻和扶梯技術(shù)資料，對目前扶梯中使用的運行控制系統(tǒng)現(xiàn)狀有了大致的了解，比照了國外幾種先進的節(jié)能運行控制方式，結(jié)合國自動扶梯廠商技術(shù)現(xiàn)狀，最終選擇PLC與變頻器進展控制的方式。此種方式的編程控制相對簡單，抗干擾能力強，工作環(huán)境適應(yīng)力好，可以應(yīng)對復(fù)雜的工作環(huán)境。對于人流量不規(guī)律的商場、超市、地鐵等場合來說，運用節(jié)能運行控制系統(tǒng)的自動扶梯可以有效節(jié)約能源，進一步降低運行本錢，減少機械磨損，防止出