年4月19日自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)設計文檔僅供參考南京理工大學畢業(yè)設計說明書(論文)作者:學號：學院(系):專業(yè):題目:自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)設計高級實驗師張雯高級實驗師張雯指導者：評閱者：年6月

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畢業(yè)設計說明書（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。隨著科技的發(fā)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。本設計中的運行控制系統(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)應用到自動扶梯上之后，經(jīng)過自動扶梯兩端安裝的傳感器，能夠根據(jù)實際客流選擇不同的運行速度，以達到節(jié)能、減少磨損的目的，同時充分發(fā)揮PLC的控制功能，加入了扶梯防倒溜功能，保證自動扶梯出現(xiàn)意外時能夠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變頻器畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要TitleEscalatorenergy-savingoperationcontrolsystemdesignAbstractTheescalatorisaconveyorbelttransportingpedestrianstool,widelyusedinshoppingmalls,supermarkets,airports,subwayandotheroccasions,hasbroughtgreatconvenienceforpeopletotravel.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,therequirementsoftheescalatortoimprovetheescalatortowardthehigh-tech,energy-saving,intelligentdirection,andeffortstoprovidesafe,stable,energy-saving,comfortableride.ThedesignoftheoperationcontrolsystemisaMitsubishiFX2NSeriesPLCandSiemensMICROMASTER440invertercombinationofcontrolmethods,thiscontrolsystemisappliedtotheescalator,escalatorsinstalledthesensoratbothends,accordingtotheactualpassengerfluxtoselectdifferentrunningspeed,inordertoachieveenergyefficiency,reducewearpurpose.GivingfullplaytothePLCcontrolfunctions,jointhedownescalatoranti-slipfunction,toensurethattheescalatorcanmaximizesafeguardthesafetyofpassengerswhenaccidenthappened,improvethesafetyoftheescalator.KeywordsEscalatorPLCFrequencyconverter目錄TOC\o"1-3"\h\u9981緒論 160191.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1253611.2自動扶梯結(jié)構(gòu)簡介 3180811.3該課題研究目的及意義 4319921.4本章小結(jié) 5235092扶梯控制系統(tǒng)的方案論證 627582.1常見的節(jié)能方法和控制系統(tǒng)的比較 6265702.2控制方式的比較與選擇 8281362.3本章小結(jié) 12133093扶梯控制系統(tǒng)元器件的選擇 1422113.1電動機的選擇 14177763.2變頻器的選擇 1642153.2.1變頻器的簡介 16220263.2.2變頻器的選型 18206243.2.3變頻器參數(shù)設定 214363.3PLC的選擇 23176203.3.1PLC的簡介 2335193.3.2PLC的選型 25313123.4超聲波傳感器的選擇 2792363.4.1超聲波傳感器的簡介 27184473.4.2超聲波傳感器的選型 30269373.5光電編碼器的選擇 31193583.5.1光電編碼器的簡介 31192523.5.2光電編碼器的選型 33119843.6電機抱閘器的選擇 3563543.6.1電磁抱閘器的簡介 35103643.6.2電磁抱閘器的選型 36112303.7鑒相器的選擇 38307933.7.1鑒相器的簡介 3816063.7.2鑒相電路的設計 38240083.8本章小結(jié) 393274自動扶梯控制系統(tǒng)硬件電路設計 41198174.1自動扶梯硬件控制思路 41263884.2控制電路設計及電路圖 42312484.3本章小結(jié) 47211405自動扶梯控制系統(tǒng)PLC程序設計 48164665.1控制系統(tǒng)流程圖 4875.2PLC程序設計 749104075.3本章小結(jié) 5312700結(jié)束語 558206致謝 56182參考文獻 5717144附錄1控制系統(tǒng)程序設計 5822256附錄2硬件設計電路 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，自動扶梯作為一種高效、方便、舒適的代步工具，被廣泛應用在各種公共場合。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大用戶的關(guān)心。由于傳統(tǒng)自動扶梯運行時約有20%～40%[1]的能量會以熱量的形式被消耗掉,國內(nèi)有研究人員對自動扶梯運行控制系統(tǒng)進行了研究，希望從控制系統(tǒng)的角度對自動扶梯的運行進行優(yōu)化控制，以達到節(jié)能和減少磨損的目的。當前自動扶梯上應用的控制系統(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)編程設計難度大、系統(tǒng)抗干擾性差、維修技術(shù)復雜等缺陷。PLC控制系統(tǒng)在國內(nèi)電梯控制領(lǐng)域中已形成主導地位。在國外，自動扶梯發(fā)展迅速，發(fā)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。隨著科技的發(fā)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)發(fā)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行改進和提高。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，設計上采用了簡約雅致的設計風格，為用戶提供了融入任何建筑裝飾的最佳靈活性，基于對自動扶梯安全性的重視，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，“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自動扶梯結(jié)構(gòu)簡介自動扶梯系統(tǒng)是由一臺特種結(jié)構(gòu)形式的鏈式輸送機和兩臺特殊結(jié)構(gòu)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、鏈輪、梯級、導軌系統(tǒng)、電動機、變速裝置、制動器、驅(qū)動主軸、梯路張緊設備、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行水平運動，以后逐漸形成階梯；在接近扶梯出口時再次恢復水平。這些部件的運動都是經(jīng)過自動扶梯梯級的主輪、輔輪沿不同的導軌運行來實現(xiàn)的。1.3該課題研究目的及意義隨著經(jīng)濟社會的高度發(fā)展，自動扶梯作為一種方便的運輸工具，應用場合非常廣泛。隨著扶梯需求量的急劇增加,中國的電梯生產(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，電梯的安全事故也是頻頻曝出，比如今年發(fā)生的“7.5北京地鐵四號線電梯事故”、“9.9東莞奧的斯電梯事故”“12.2昆明電梯事故”等等，因此自動扶梯的安全、穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。伴隨著自動扶梯的廣泛應用，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服務質(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)，不但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)本章介紹了國內(nèi)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。經(jīng)過對自動扶梯機械結(jié)構(gòu)的簡單介紹，分析了自動扶梯的節(jié)能對象和能夠采取的辦法。對比兩種主流節(jié)能控制系統(tǒng)，列出了各自的優(yōu)缺點，單片機偏向于智能控制，但存在系統(tǒng)設計復雜、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)合國內(nèi)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控制在國內(nèi)電梯控制，特別是節(jié)能控制領(lǐng)域應用中的應用將成為趨勢。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備廣泛應用的今天，自動扶梯的廣泛應用，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)的比較當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、停止電動機，達到節(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，能夠應對突發(fā)客流，確保充分發(fā)揮自動扶梯的運輸能力)扶梯開始啟動運行，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。如果在程序設定的固定時間內(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)。經(jīng)過變頻器將交流工頻電源（50Hz或60Hz）變換成電壓頻率均能夠變化的電源形式輸送給電動機，從而達到調(diào)速的目的。本方法的優(yōu)點是：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)常處于低載荷狀態(tài)下運行的電氣設備的調(diào)速需求；二、調(diào)速的效率高。變頻調(diào)速是經(jīng)過改變電源的頻率，使電動機仍按照該頻率的同步轉(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。電機最高速度能夠不受制于電源，從而實現(xiàn)電機的高速化、小型化；四、調(diào)速平穩(wěn)可靠。能夠根據(jù)需要實現(xiàn)連續(xù)調(diào)速，選擇最佳的運行速度，低速軟啟動，平穩(wěn)調(diào)速。五、主電路仍可直接供電。當變頻裝置發(fā)生故障時，能夠直接退出運行，改由工頻系統(tǒng)直接供電，不會影響設備的連續(xù)運行。特別適合出現(xiàn)突發(fā)情況時能夠最大限度的保障乘客安全，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)（3）PLC控制系統(tǒng)PLC是經(jīng)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、采用模塊式結(jié)構(gòu)并增加故障顯示電路；在軟件方面，設置故障自我診斷、數(shù)據(jù)保護和恢復程序。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，具備先進的內(nèi)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進行控制是一個最佳選擇。2.2控制方式的比較與選擇在進行異步電動機調(diào)速時，一般希望盡可能保持電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不變（這是為了防止低速運行時出現(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）本設計中主要面正確是基頻以下的調(diào)速情況。根據(jù)上文所述，要保持不變，當調(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)速的范疇。由于電機繞組的感應電動勢是很難直接檢測和測量的，當電動勢較高時，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，頻率能夠從f1N增加，可是電壓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。（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，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。因此它的運用將逐漸被矢量控制所取代。圖2-3U/f控制方式簡化原理圖圖2-3U/f控制方式簡化原理圖轉(zhuǎn)速所對應的頻率，求出轉(zhuǎn)差頻率，再與速度設定值相加，以兩個值的和作為逆變器的頻率設定值，以達到轉(zhuǎn)差補償?shù)哪康?。?jīng)轉(zhuǎn)差補償后定子頻率的實際設定值為。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，可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)能方法以及相應的控制系統(tǒng)進行了比較。自動控制運行方法省電效果明顯，但頻繁啟停對電網(wǎng)沖擊較大，而且對扶梯自身的機械設備磨損很大；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)差頻率控制方式對硬件要求較高，系統(tǒng)計算復雜，而且通用性不高，因此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，最大限度的改進了變頻控制系統(tǒng)的輸出特性，在低頻狀態(tài)下能夠獲得較好的轉(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電動機的選擇自動扶梯是一種長時間載人運行的設備，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)矩而且具有良好的機械性能，保證扶梯運行的穩(wěn)定。本設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，籠型異步電動機結(jié)構(gòu)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某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，而且對制動的進度要求較高。對這類機械設備，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要求、而且不會出現(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行濾波處理，并進行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，提供給電動機?？刂齐娐肥菍φ麄€變換過程進行控制。如圖3-2所示。圖3-2變頻器簡要原理圖圖3-2變頻器簡要原理圖3.2.2變頻器的選型本設計中所采用的西門子MICROMASTER440變頻器，是在簡單的電動機控制系統(tǒng)中被廣泛應用的理想變頻器驅(qū)動裝置。MICROMASTER440具有全面而完善的控制功能，客戶端設置相關(guān)參數(shù)以后，它還可用于更復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）變頻器常見的參數(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、保護等級等。西門子MICROMASTER440變頻器主要技術(shù)指標如表3-1所示[7]。表3-1西門子MM440變頻器主要參數(shù)變頻器型號西門子MICROMASTER440輸入電壓三相（380～480）×（1±10%）V工作溫度-10～50輸入頻率47～63Hz保護等級IP20輸出電壓0～380V控制方式V/F，F(xiàn)CC，SVC，VC，TVC輸出頻率范圍0～650Hz串行接口RS232，RS485輸出功率7.5kW電磁兼容性EN55011A級EN55011B級過載倍數(shù)2倍3s，1.5倍60s3.2.3變頻器參數(shù)設定西門子MICROMASTER440變頻器外形圖如圖3-7所示。變頻器在標準供貨方式時廠商都會提供狀態(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定值，就能夠使變頻器成功的投入運行。但如果工廠的缺省設定值不適合具體設備的情況，或者有擴展功能需求的，就必須使用基本操作板BOP或者高級操作板AOP來進行參數(shù)的設定。本設計中，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MICROMASTER440變頻器的參數(shù)進行設定。參數(shù)設定能夠經(jīng)過上文介紹的基本操作板（BOP）進行設置。3.3.2PLC的選型隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品類型越來越多，功能日趨完善，在實際生產(chǎn)生活中的應用也越來越廣泛。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。選型時，應該注意以下幾點：（1）I/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，不但能夠滿足控制系統(tǒng)的要求，還能夠?qū)崿F(xiàn)最低的總投資，提高控制系統(tǒng)的成本效益。PLC的輸入輸出點數(shù)和類型應當根據(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)。而且考慮到系統(tǒng)升級的因素，應在預估總點數(shù)的基礎上增加約20～30%的備用點數(shù)。本設計中的自動扶梯節(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，使用精確的時差測量技術(shù)，能夠檢測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、低成本等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和民用設備中。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激勵下振動產(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?，它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，也能夠?qū)⒔邮盏降某暡ㄞD(zhuǎn)換為電能，因此它能夠分成發(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。超聲波傳感器就能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能，實際應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計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。符合自動扶梯的檢測需求，而且性價比較高。圖3-12超聲波傳感器外形圖圖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、機械、電氣技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器，能夠高精度測量被測物體的轉(zhuǎn)角或直線位移量，并經(jīng)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，是當前應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，就能夠得到電動機的旋轉(zhuǎn)方向。圖3-13光電編碼器輸出圖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)信號輸出形式進行分類。3.5.2光電編碼器的選型本設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)軸進行緊急制動，確保扶梯出現(xiàn)危險時能立即停穩(wěn)，避免發(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]到自動扶梯停止時扶梯上依然可能有人，因此，使用的是斷電電磁抱閘制動。本設計中使用的是石家莊五龍制動器股份有限公司生產(chǎn)的五龍牌MWZ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鑒相電路的設計本設計中選用的D觸發(fā)器是74LS74。74LS74是帶置位復位正觸發(fā)的雙D觸發(fā)器。應用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)硬件電路設計4.1自動扶梯硬件控制思路本設計中采用的PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式，能夠根據(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，而且增加了安全器件，在發(fā)揮自動扶梯最大效能的同時，還為乘客提供了更加安全、舒適的人性化乘坐體驗。4.2控制電路設計及電路圖（1）控制電路總體設計（3）傳感器與PLC的連接電路當自動模式（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，經(jīng)過X17或X20輸入口檢測，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X20是為了當電梯出現(xiàn)緊急情況（比如倒溜時），人們能夠經(jīng)過遍布于自動扶梯上的3個急停按鈕使電梯在短時間內(nèi)停機抱閘，最大限度的確保乘客的生命安全。另外，本設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，經(jīng)過X22、X23端口發(fā)出脈沖，此時PLC也會進行急停報警。人工操作急停按鈕的功能是經(jīng)過用X21端口進行。4.3本章小結(jié)本章主要介紹了自動扶梯控制系統(tǒng)硬件電路的設計思路及具體的電路圖。設計時同時充分發(fā)揮PLC的擴展性能，增加防倒溜功能，提高扶梯系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)在設計時，增加了切換到工頻模式運行的功能，這樣能夠滿足多樣化的用戶需求，使得扶梯能夠在客流高峰時期由人工控制直接進行工頻運行，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)所有操作都能夠經(jīng)過中央控制面板進行操作，能夠?qū)崿F(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，首先進行的是自動扶梯的自檢過程，包括驅(qū)動鏈、曳引鏈、扶手帶、梯級故障、安全回路、變頻器的故圖5-1系統(tǒng)控制流程圖障檢測，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?？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，能夠在中控臺進行切換。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，本設計中特加入了電動機運轉(zhuǎn)方向檢測，本功能是經(jīng)過安裝在電動機轉(zhuǎn)軸上的獨立的光電編碼器進行檢測的，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，并經(jīng)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轉(zhuǎn)軸方向進行檢測，而且是獨立設置，因此檢測對象更加直觀，能夠應對各種復雜的異常狀況。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行計時，如果有乘客進入，則繼續(xù)額定速度運行；如果固定時間T內(nèi)都沒有乘客，則自動扶梯進入低速節(jié)能速度運行。5.2PLC程序設計圖5-3故障報警程序圖5-3故障報警程序當用戶已經(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行切換，以達到節(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。自動扶梯節(jié)能運行控制系統(tǒng)的核心是PLC，而PLC安全穩(wěn)定運行很大程度上取決于程序的正確性。經(jīng)過預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)在設計的過程中，采用了三菱公司的GXDeveloper8.52編程軟件，這樣編寫好的程序轉(zhuǎn)換后，能夠經(jīng)過相應的接口，直接將程序上載至PLC。軟件還能夠?qū)崿F(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。結(jié)束語隨著現(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、智能化的方向發(fā)展。本設計中的節(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，而且還實現(xiàn)了扶梯防倒溜的功能。設計的前期工作，我參考了大量的文獻和扶梯技術(shù)資料，對當前扶梯中使用的運行控制系統(tǒng)現(xiàn)狀有了大致的了解，對比了國內(nèi)外幾種先進的節(jié)能運行控制方式，結(jié)合國內(nèi)自動扶梯廠商技術(shù)現(xiàn)狀，最終選擇PLC與變頻器進行控制的方式。此種方式的編程控制相對簡單，抗干擾能力強，工作環(huán)境適應力好，能夠應對復雜的工作環(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)的自動扶梯能夠有效節(jié)約能源，進一步降低運行成本，減少機械磨損，防止出現(xiàn)機械故障，延長扶梯壽命。當然本系統(tǒng)也存在一些缺點，比如低頻低速狀態(tài)下，控制系統(tǒng)噪音大，電動機的效率不高。針對此問題，當前也有廠商生產(chǎn)出專門應用在變頻器上的變頻電機，比如西門子的變頻電機系列，這種電機能夠?qū)崿F(xiàn)更寬的變速范圍和更高的運行效率。相信在不久的將來，會有更為