电气专业论文

1、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文本 科 毕 业 设 计（论文） 题目 基于PLC的自动变频扶梯的设计 院（系部） 电气与自动化工程系 专业名称 电气工程及其自动化 年级班级 09-2班 学生姓名 高亮亮 指导教师 李伟伟 2013年 5 月 日摘 要自动扶梯是我们日常生活中随处可见的一道风景线.它广泛出现在商场，机场，地铁，车站，码头等人流量较大的场所，给我们的生活提供了极大的便利。1900年，巴黎国际博览会展出的一台阶梯状动梯是现代自动扶梯的雏形。以后，自动扶梯在各国得到迅速发展。自动扶梯是由一种特殊结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机组成，用以在建筑物的不同层高间运载人员

2、上下的一种连续输送机械。其主要部件有梯级(四轮小车)、牵引链条及链轮、导轨系统、主传动系统(包括电动机、减速装置、制动器及中间传动环节等)、驱动主轴、梯路张紧装置、扶手系统、梳板、扶梯骨架和电气系统等。随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。该文系统采用欧姆龙3G3MX2变频器与三菱PLC可编程控制器的组合，加上红外传感器对传统扶梯进行改造，使扶梯具备平稳启动、节能运行和检修运行功能。扶梯启动时，避免产生很大的启动电流；无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，即节约了能源，减小了机械磨损，也为乘客明确了扶梯运行方向；扶梯检修时，检修运行功能保证

3、了扶梯检修精度。关键词：扶梯系统；PLC；3G3MX2变频器ABSTRACTEscalator is our daily life can be seen everywhere a scenery line. It appear extensively in the business world, airport, subway, station, wharf stream of larger place, to give our life provides great convenience.In 1900, the Paris international exposition of the

4、 exhibited a ladder shape dynamic ladder is the prototype of the modern escalator. Later, escalator in rapidly developing countries. Escalator is by a kind of special structure types of chain conveyor and two sets of special structure types of belt conveyor,and it is a continuous conveyor that use t

5、o carry staffs up and down between the different floors in a building. Its main parts are cascade (four-wheel car), traction chain and sprocket, guide rail system, main transmission system (including motor, slow, device, brakes and transmission links between etc), driving spindle, ladder tensioning

6、device, armrest road system, combs board, skeleton, and electrical escalator. Along with the escalator further toward high-tech, energy saving, intelligent direction development, inverter in escalator areas was widely. This paper system USES Omron 3 G3MX2 inverter and Mitsubishi PLC programmable con

7、troller combination, and infrared sensor to reform the traditional escalator, resulting in have steadily, energy saving operation and maintenance operation function. Escalator, when activated, avoid to produce a lot of starting current; No one take ladder, rated by the running speed of the escalator

8、 to run at low speed, namely save the energy, reducing the mechanical wearing, and clear for passengers the escalator operation direction; When the escalator repair, maintenance operation function ensure the escalator overhaul precision.Key words：Escalator ；PLC；3G3MX2目 录1 绪论11.1 自动扶梯系统项目背景11.1.1 自动扶

9、梯技术要求与目标11.1.2 自动扶梯系统的基本结构组成21.1.3 自动扶梯相关数据91.1.4 自动扶梯设计优点91.2 该课题研究的目的及意义92 系统方案112.1 方案论证112.1.1 控制系统的比较112.1.2 控制方式的比较与选择112.2 电动机的选择172.3 变频器的选择192.3.1 变频器的简介192.3.2 变频器在自动扶梯中的作用252.4可编程控制器的选择262.4.1可编程控制器简介262.4.2 PLC在自动扶梯中的作用292.5 红外传感器的选择及作用302.5.1人体热释电红外传感器303自动扶梯系统硬件电路设计323.1 电路设计及电路图343.1.

10、1 系统硬件设计343.1.2 变频器与电机之间的连接363.1.3 控制系统的连接373.1.4 热释电红外控制开关与PLC的连接394 自动扶梯调速节能系统软件设计414.1 变频器参数设置414.2 PLC程序设计434.2.1 多段速频率的选择444.2.2 加减速模式的选择454.3 节能分析475 总结与展望51致 谢52参考文献53附录1自动扶梯程序设计 54附录2硬件设计电路571 绪论自动扶梯是生活中的一道风景线。在形形色色的生活中随处可见，尤其是百货公司，机场、地铁、火车站等场所广泛的应用。我们都知道扶梯在又承载乘客的时候处于额定工作中；在不承载乘客时，我们需要使其处于较经

11、济节省的运行状态。这样，无论是从经济节能，还是自动扶梯的安全维护和延长使用寿命，都起到了很好的效果。1.1 自动扶梯系统项目背景消费者是当今社会的主流群体，目前他们购物环境、购物氛围、购物功能的要求越来越高，且普遍期望“大型”、“规模化”的商业场所出现。在带动经济不断发展的百货公司，机场、地铁、火车站等场所自动扶梯应运而生。自动扶梯是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。直观看起来它就像移动的楼梯，同时伴随移动的扶手带。自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯路，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固

12、定电力驱动设备，运载人员上下的一种连续输送机械。 1.1.1 自动扶梯技术要求与目标本课题主要主要实现技术要求与目标是：（）使自动扶梯能够按照一定的速度曲线运行。（）扶梯平稳运行，能根据设定的时间按设定的速度曲线进行速度过渡。（）系统工作可靠，扶梯需在乘客进入扶梯之前达到额定速度。（）在节能经济方面实现进可能的低损耗，低磨损，使其寿命延长。（）自动扶梯安全措施实现更好的完善。 1.1.2 自动扶梯系统的基本结构组成（）驱动装置由于自动扶梯是运载人员的，往往用于人流之中之处；特别是服务于公共交通型的自动扶梯更是如此，而且每天运转时间、很长。因此，对驱动装置提出较高的设计要求。主要要求为：所有零、

13、部件应进行详细计算，都需要较高的强度和刚度，以保证在短期过载的情况下，机器具有充分的可靠性。零件具有较高的耐磨性，以保证机器在若干年内，每天进行长期工作。由于驱动装置设置地点位置的限制，要求机构尽量紧凑，并需装拆维修方便。驱动装置的作用是将动力传递给予梯路系统及扶手系统。一般由电动机、减速器、制动器、传动链条及驱动主轴等组成。制动器制动器是依靠构成摩擦的两者间的摩擦来使机构进行制动的一个重要部件。摩擦副的一方与机构的固定机架相连，另一方与机构的转动件相连。当机构起动时，使摩擦面的两方脱开，机构进行运转；而当机构需要制动时，使摩擦面的两方接触并压紧，此时，摩擦面间产生足够大的摩擦力矩，动能消耗，

14、使机构减速，直到停止运动。自动扶梯所采用的制动器包括：工作制动器、附加制动器和辅助制动器。端部驱动装置端部驱动装置是常用的一种驱动装置。驱动机组通过传动链条带动驱动主轴，主轴上装有两个牵引链轮、两个扶手驱动轮、传动链轮以及紧急制动器等。牵引链条上装有一系列梯级，由主轴上的牵引链轮带动。主轴上的扶手驱动轮通过扶手传动链条驱使扶手驱动轮驱动扶手胶带。另有扶手胶带压紧装置，以增加扶手胶带与扶手驱动轮间的摩擦力，防止打滑。端部驱动装置常使用蜗杆减速器，驱动机组是采用立式蜗轮减速器和双块式制动器的结构。中间驱动装置如前所述，将驱动机组置于上、下两分支之间时即为中间驱动装置。这种结构可节省端部驱动装置所占

15、用内机房的空间，而且简化自动扶梯两个端部的结构。中间驱动装置必须用牵引齿条来代替牵引链条。中间驱动装置的一大特点是有可能进行自动扶梯的多级驱动；另一特点是牵引齿条在驱动机组出端受推力，以后经过一个转点之后变成承受拉力。（）牵引构件自动扶梯所用牵引构件有牵引链条与牵引齿条两种。牵引构件是传递牵引力的构件。一台自动扶梯一般有两根构成闭合环路的牵引链条（或称梯级链）或牵引齿条。使用牵引链条的驱动装置装在上分支上水平直线区段的末端，即所谓端部驱动式的。使用牵引齿条的驱动装置装在倾斜直线区段上，下分支的当中，即所谓中间驱动式的。下面分别讨论牵引齿条及牵引链条。牵引齿条中间驱动装置所使用的牵引构件时牵引齿

16、条，它的一侧有齿。两梯级间用一节牵引齿条连接，因此，牵引齿条的节距应为400mm。中间驱动装置机组上的传动链条的销轴即与牵引齿条的牙齿相吻合以传递动力。牵引齿条的另一种结构形式是：齿条两侧都制成齿形，一侧为大齿，另一侧为小齿。牵引齿条的大齿用途如前所述；小齿用以驱动扶手胶带的牵引链条端部驱动装置所用的牵引链条一般为套筒滚子链，它由链片、小轴和套筒等组成。按联接方法牵引链条分为可拆式和不可拆式两种。可拆式的就是在任何环节都可分拆而无损于链条及其零件的完整性。不可拆的是仅在一定数目的环节处，也就是在一定得分段长度处可以拆装。牵引链条是自动扶梯主要的传递动力构件，其质量直接影响自动扶梯的运行平稳和噪

17、声高低。牵引构件的安全系数n可取为：对于大提升高度自动扶梯 n=10；对于小提升高度自动扶梯 n=7；我国自动扶梯国家标准规定不小于5。（）扶手装置扶手装置是供站立在自动扶梯上的乘客扶手用的。自动扶梯自从有了活动扶手之后，才真正进入实用阶段。自动扶梯的活动扶手有如电梯中的安全钳一样，是重要的安全设备。扶手装置由扶手驱动系统、扶手胶带、栏杆等组成。扶手装置是装在自动扶梯梯路两侧的两台特种结构形式的胶带输送机。摩擦轮驱动扶手系统驱动扶手胶带运动是依靠驱动滑轮与扶手胶带间的摩擦力，而要形成足够的摩擦力，必须借助张紧装置来加大摩擦力。压辊驱动扶手系统这种扶手驱动系统由扶手驱动系统由扶手胶带的上下两组压

18、滚组成。上压滚组由自动扶梯的驱动主轴获得动力驱动扶手胶带，下压滚组从动，压紧扶手胶带，这种结构的扶手胶带基本上是顺向弯曲，较少反向弯曲，弯曲次数大大减少，降低了扶手胶带的僵性阻力。扶手胶带扶手胶带是一种边缘向内弯曲的橡胶带。可分为：多层织物衬垫扶手胶带，这种结构延伸率大；织物夹钢带扶手胶带，这种结构在工厂里做成闭合环形带，不需工地拼接，延伸率小。缺点是钢带与橡胶织物间脱胶时，钢带会在扶手胶带内隆起，甚至戳穿帆布造成扶手胶带损坏；夹钢丝绳织物扶手胶带，这种结构在织物衬垫层中夹一排细钢丝绳，既增加扶手胶带的强度，又可控制扶手胶带的伸长。扶手栏杆扶手的栏杆有如自动扶梯的“外貌”。整合自动扶梯最能起到

19、建筑物内装饰作用的事扶手栏杆。（）张紧装置张紧装置的作用是：使自动扶梯的牵引链条获得必要的初张力，以保证自动扶梯正常运转。补偿牵引链条在运转过程中的伸长；牵引链条及梯级由一个分支过渡到另一分支的改向功能；梯路导向所必须的部件，如转向壁等均装在张紧装置上的。张紧装置的结构分析重锤式张紧装置是利用重锤的上下的自动调节牵引构件的张力的一种张紧装置。这种结构复杂和自重大，在自动扶梯中已很少使用。目前，一般采用弹簧张紧装置这种结构形式的张紧装置链轮轴的两端各装在滑块内，滑块可在固定的滑槽中滑动，以调节牵引链条的张力。（）导向轨道系统如前所述，自动扶梯的梯级沿着金属结构内按一定要求设置的多根轨道运行，以形

20、成阶梯。自动扶梯梯路导轨系统包括主轮和辅轮的全部导轨、反轨、反板、导轨支架及转向壁等。导轨系统的作用在于支承由梯级主轮和辅轮传递来的梯路载荷，保证梯级按一定得规律运动以及防止梯级跑偏等。因此，要求轨道既要满足梯路设计要求，还应具有光滑、平整、耐磨的工作表面，并具有一定得尺寸精度。转向臂当牵引链条通过驱动端牵引链轮和张紧端张紧链轮转向时，梯级主轮已不需导轨及反轨了，该处将是导轨及反轨的终端。该导轨的终端不允许超过链轮的中心线，同时，应制成喇叭口。但是辅轮经过驱动端与张紧端都没有链轮。梯级主轮行至上、下两个端部时，也需要经过如辅轮转向辅轮转向壁一样的转向导轨。（）梯级梯级是特殊结构形式的四轮小车，

21、有两只主轮，两只辅轮。梯级的主轮的轮轴与牵引链条铰接在一起，而辅轮轴则不与牵引链条连接。这样，全部梯级通过按一定得规律布置的导轨运行，可以做到在自动扶梯上分支的梯级保持水平，而在下分支的梯级可以倒挂。在一台自动扶梯中，梯级是数量最多的部件。一台小提升高度自动扶梯的梯级约需50100只；大提升高度自动扶梯的梯级多达600700只梯级。对梯级的要求是：自重轻；工艺性能好；装拆维修方便。采用铝合金整体压铸而成的梯级为整体梯级；采用铝合金分零件压铸拼装而成的梯级为分体式。梯级装有主轮与辅轮。以下对梯级踏板、踢板、梯级支架及车轮等进行讨论。梯级踏板踏板表面应具有凹槽，它的作用是使梯级通过扶梯上下出入口时

22、，能嵌在梳板齿中，以保证乘客安全上下。另外，可防止乘客在梯级上滑动。踢板踢板面为圆弧面。小提升高度自动扶梯梯级的踢板面做成有齿的，而在梯级踏板的后端也做成齿形，这样可以使后一个梯级踏板后端的齿嵌入前一个梯级踢板的齿槽内，使各梯级间相互进行导向。大提升高度自动扶梯踢板可做成光面。梯级骨架梯级骨架是梯级的主要支撑结构，由两侧支架和以板材或角钢构成的横向连系件所组成。车轮一只梯级有四只车轮，两只铰接于牵引链条上的为主轮，两只直接装在梯级支架短轴上的称辅轮。自动扶梯梯级车轮的特点是：工作转速不高，一般在80140y/min范围内，但工作载荷大（至8000N或更大），外形尺寸受到限制（直径70180mm

23、）。（）电气控制系统自动扶梯是一种连续输送机械，其电气控制系统与电梯电气控制系统相比区别主要体现在：自动扶梯基本上不带再起动；自动扶梯的运行速度保持不变；自动扶梯不频繁起制动，无加减速问题；自动扶梯正常运行时不需改变运行方向；自动扶梯无开关门系统；自动扶梯不需要信号登录及信号显示系统；自动扶梯不需要考虑其运行位置及运行状态。因此，自动扶梯的电气控制系统相对电梯来说简单得多。（）安全装置自动扶梯常设置多种安全设置。一般可分为两大类：一类是必备的安全装置；另一类是辅助的安全装置。必备安全装置：工作制动器；附加制动器；速度监控装置；牵引链条伸长和断裂保护设备；梳齿板保护装置；扶手胶带入口防异物保护装

24、置及扶手带断带监控装置；梯级塌陷保护装置；裙板保护装置；梯级间隙照明装置；电机保护；相位保护；急停按钮；非操纵逆转保护装置。辅助安全装置：辅助制动器；机械锁紧装置；梯级上的黄色边框；裙板上的安全刷；扶手胶带同步监控装置。 1.1.3 自动扶梯相关数据自动扶梯的主要参数有提升高度（一般在10米以内，特殊情况可到几十米)、倾斜角度(一般为30、35)、速度(一般为0.5米秒)、梯级宽度（单人的600800毫米，双人的10001200毫米)、输送能力（单人的40005000人时，双人的800012000人时）、梯级节距和牵引链节距等。 1.1.4 自动扶梯设计优点自动扶梯一般具有以下设计优点：自动扶

25、梯广泛用于车站、码头、商场、机场和地下铁道等人流集中的地方。结构紧凑、重量轻、输送能力大；运行平稳、舒适感好，能连续地运送乘客；可上下逆转，安装维修方便；停电或因故障不能运行时可作为普通楼梯使用。1.2 该课题研究的目的及意义随着社会经济的发展，各类大型商场、商务楼宇中自动扶梯的使用量不断增加。过去，大多数自动扶梯采用继电器控制系统，这类扶梯在空闲时间无法节能运行，造成了电能的浪费，用户的维护成本、使用成本无法降低。经随访调查，商场营业时间，自动扶梯的使用率一般在60左右。商务楼宇则更低，一般在30左右。因此，对自动扶梯控制系统的改造势在必行。本文设计采用3G3MX2变频器组成的变频控制系统，

26、能够使扶梯开始运行时通过变频器启动，当电梯达到额定速度运行后。如无乘客乘梯，保证扶梯自动平稳过渡到节能运行扶梯，由额定速度自动降为约五分之一额定速度爬行(如扶梯在五分之一额定速度下运行很长一段时间仍无人乘坐扶梯，则扶梯会自动平缓地停梯，该功能可自行设定，考虑到若顾客看到扶梯停止，误认为扶梯出现故障而不用扶梯，建议不采需这种功能）。安装在扶梯出入口处的传感器检测到有乘客乘梯，则扶梯速度马上平缓地升至额定速度，如乘客继续进入扶梯，扶梯将一直以额定速度正常运行。变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术在国民经济和日常生活中具有重要地位，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。但我国的变频调速仍有很

27、多问题需要解决：变频调速技术应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术，被用来改造传统的产业，节约能源及提高产品质量，获得较好的经济效益和社会效益。变频技术的采用，大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，采用变频器可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，短期内即可收回投资，因此扶梯变频节能安全改造技术的研制和使用成功，能提高现有扶梯安全节能，具有显著的经济效益和社会效益。2 系统方案2.1 方案论证 2.1.1 控制系统的比较可用于自动扶梯变频系统的有三种,分别是继电器控制系统、PLC控制系统和微单片机控制系统。目前市场上所使用的

28、自动扶梯还有继电器控制的。由于继电器控制系统噪声大、维修不便、控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高缺点等，已不适应现代人的需求，正逐渐被人们所淘汰。微单片机控制系统虽然在智能化方面有很大的发展，但由于微单片机控制系统的开发时间长，程序改动困难，抗干扰等问题而限制了其应用。而PLC控制系统有着可靠性高、稳定性好、维护检修方便等显著优点，加上现今逐渐时兴电脑化控制的电气设备，PLC控制的自动扶梯正好迎合了人们的心态，与市场需求紧密相连，其开发前景已被大大看好。 2.1.2 控制方式的比较与选择 （）V/F控制优缺点V/F控制方式是最早实现的调速方式，属于转速开环控制，其优点是控制电路结构简单、

29、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。缺点是该控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，不能恰当地调整电动机的转矩补偿和适应负载的转矩变化，无法准确地控制电动机的实际转速，转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力时，因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。尤其是在低速区域由于定子电阻的压降不容忽视而使电压调整比

30、较困难，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。异步电动机存在转差率，转速随负荷力矩变化而变动，即使目前有些变频器具有转差补偿功能及转矩提升功能，也难以实现很高的控制精度，所以采用这种控制的通用变频器的变频调速只适用于一般要求不高的场合。所以它的运用将逐渐被矢量控制所取代。（）矢量控制矢量控制的出现，使异步电动机变频调速后的机械特性及动态性能达到了足以和直流电动机调压的调速性能相媲美的程度，从而使异步电动机变频调速在电机的调速领域里全方位的处于优势地位。矢量控制实现的基本思想：交流电机的转子能够产生旋转的原因，是因为交流电机的定子能产生旋转磁动势。而旋转磁动势是交流电机三相对称的静止绕组通过三

31、相对称的交流电所产生的。但是旋转磁动势一定要三相，在空间位置上相互垂直的，在时间上相位互差90的两相通于平衡电流也能产生旋转磁动势。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获

32、得与直流调速系统同样的静、动态性能。将测得变频器实际输出电流按空间矢量的方式进行分解，形成转矩电流分量与磁通电流分量两个电流闭环，同时又可借助编码器或内置观测器模型来构成速度闭环，这种双闭环控制方式可以改善变频器的动态响应能力，减小滑差，保证系统速度稳定，确保低频时的转矩输出。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，目前新型矢量控

33、制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。矢量控制变频方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机

34、的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。 2.1.3 方案选定变频控制系统是集现代变频调速技术、PLC技术、监控技术和计算机技术为一体的控制系统。系统采用变频器、可编程控制器（PLC）等现代控制技术，对自动扶梯进行闭环控制，具有手动、自动操作方式。该系统还配有完善的故障自诊断、故障检修手动工作方式等功能，使维修工作十分轻松快捷。由于控制回路与负载回路之间是通过中间继电器实现电隔离和信号耦合的，因此系统的抗干扰能力

35、强。随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。应用变频器和可编程控制器（PLC）构成变频调速系统对传统扶梯进行节能改造，能够有效节约能源，降低运行成本。可靠性高，稳定性好。一般PLC允许的输入信号阀值比通常的微控制器大得多且与外部电路都经过光电隔离抗干扰能力较强。如一般的PLC能承受峰值1000V，脉宽ls的矩形脉冲的尖峰干扰，并有多种保护功能，一旦出现故障。能使自动扶梯迅速停止。编程简单，使用方便。目前PLC普遍采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，极易为电气、自动控制的技术人员所接受。维护检修方便。PLC产品具有完善的监视诊断功能，如有醒目的内

36、工作状态、通讯状态、IO状态和异常状态等显示。扶梯的各个控制环节可以用故障代码表示。这样可以大大降低故障的平均修复时间，有的PLC采用智能型阳模块后，还可以把外部故障判断和检测功能从CPU中分开从而提高了外部故障检测功能。传统的控制方式都有各自的缺点，且在能源及其匮乏的今天，它们都造成了很明显的能源浪费。因此，该文在PLC控制系统的基础上再加上3G3MX2变频器，使自动扶梯的速度可调。自动扶梯通过变频器起动以后，以额定速度（0.5m/s）运行，在系统设定的时间2分钟内，若没有检测到有人进入扶梯，则2分钟后扶梯经过变频器调节频率使扶梯以五分之一额定速度（0.1m/s）运行；当红外传感器在以五分之

37、一速度运行时检测到有人踏上床盖板，则扶梯加速至额定速度运行（在人进入扶梯之前达到额定速度）；启动扶梯后，PLC不断检测光电传感器的电脉冲信号的输入，以判断是否有人需要乘座扶梯来控制变频器进行正常速度运行或低速运行。在扶梯正常速度运行期间，如再无光电脉冲信号则系统延时t秒(乘客自一端至另一端)自动转入低速运行,如果一直有乘客进入扶梯，扶梯将一直以额定速度正常运行（不让扶梯停止是为了提示乘客乘梯的方向，以免人们误以为电梯坏了）；如变频器故障，则自动扶梯可由变频转换到工频状态运行（不节能状态），以保证自动扶梯正常工作。本文设计的扶梯自动变频控制系统工作流程如下图2-1所示:图2-1扶梯工作流程针对该

38、自动扶梯系统，在不对扶梯的正常使用产生任何负面影响的前提下，引入无速度传感器矢量变频调速的概念。即变频器根据传感器产生的信号，在有人乘坐时，扶梯以原有速度运行（50Hz）；当无人时，扶梯减速到低速（1/5额定速度）运行。系统要求变频器启动运行平稳，加速性能好，启动转矩大，过载能力强，同时应具备当变频器调速系统出现故障时，控制系统自动切换到工频运行，保障扶梯输送功能的正常实施。其系统框图如下图2-2所示。图2-2自动扶梯系统框图2.2 电动机的选择（1）电动机类型的选择电动机选择的基本原则是：在满足工作机械对于拖到系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此，

39、在选择电动机种类时，若工作机械对拖动系统无过高要求，应优先考虑选用交流电动机。对于电动机的类型，除了根据使用状况和被传动机械的要求，合理选择结构形式、安装方式（如轴的方向和轴伸，底脚安装或凸缘安装等）以及与传动 机械的连接方式（直接连接、齿轮箱、带轮、链传动）外，还应根据温升情况和使用环境选择合适的通风方式和防护等级等。（2）电压等级及转速的选择交流电动机电压等级的选择应考虑运行场所供电电网的电压等级。中等功率以下的交流电动机额定电压一般为380V，大功率交流电动机的额定电压多为3KV或6KV。电动机额定转速的选择是否恰当，关系到电动机的价格和运行效率，甚至关系到生产机械的生产率。额定功率相同

40、的电动机，额定转速越高，其体积越小，重量越轻，价格也越低。因此工作于长期工作制的工作机械，原则上应选用额定转速较高的电动机。但额定转速高必须导致传动机构的复杂化，实际上选用时应作全面权衡。（3）电动机磁极对数的选择电动机的磁极对数一般由生产工艺决定，不易随意选择。如果通用变频器具有矢量控制功能，若有条件，最好选择2p=4的电机，因为多数矢量控制通用变频器是以2p=4的电机作为模型进行设计的。（4）电动机容量的选择选择电动机容量时应考虑如下几点：电动机容量、起动转矩必须大于负载所需要的功率和起动转矩；电源电压下降10%15%的情况下，转矩仍能够满足起动或运行中的需要；从电动机温升角度考虑，为了不

41、降低电动机的寿命，温升必须在绝缘所限制的范围以内；如果电动机每次在最低频率时连续工作地时间不长，则可留用原有电动机，反之如果在最低频率时连续运行的时间较长，则电动机的容量应提高一档。电机参数设定：本系统电机选用常用的4极Y225S-4型的三相交流感应电动机，额定功率11KW，额定电压380V，额定电流22.6A，额定转速1460r/min，功率因数0.87，效率为91%，同步转速为1500r/min。 2.3 变频器的选择2.3.1 变频器的简介变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其结构如下图2-3所示。图2-3变频器结构图其中整流电路将交流电变

42、换成直流电，控制电路对主电进行控制，逆变电路将直流电逆变成交流电，中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。选择变频器主要包括种类选择和容量选择两大方面。目前市场上的变频器大致可分三类：1.通用型变频器 通常指配备一般V/F控制方式的变频器，也称简易变频器。该类变频器成本较低，使用较为广泛。2.高性能变频器 通常指配备矢量控制功能的变频器。该类变频器使得自适应功能更加完善，用于对调速性能较高的场合。3.专用变频器 专门针对某种类型的机械而设计的变频器，如泵、风机用变频器，电梯专用变频器，起重机械专用变频器，张力控制专用变频器等。用户应根据生产机械的具体情况进行选择。变频器的选用应该满足以下原则：变

43、频器的容量应大于负载所需的输出；变频器的电流大于电机的电流。因电机的计算功率小于所选用功率，根据变频器的容量的选择方法进行计算。变频器的型号很多，选择合适的变频器对系统的稳定运行有很大的帮助。3G3MX2应用高性能的矢量控制技术，采用微处理器控制，并采用具有现代先进技术的绝缘双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，且3G3MX2是适用于三相电动机速度控制和转矩控制的变频器系列，所以本系统选用3G3MX2变频器。3G3MX2具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频器驱动装置。由于3G3MX2具有全面而完善的控制功能，在设置相

44、关参数以后，它是可用于更高级的电动机控制系统。变频器的接线图如下：（）强电回路强电回路的接线如图2-4。三相交流电源先经过三相熔断器，再经过开关。开关一般为空气开关。经开关控制后，三相交流电可以进入输入滤波器，也可以与变频器直接连接（输入滤波器是可选件）。变频器的输出为PWM波，而负载希望得到的是正弦波，因此可以在变频器的输出端接入输出滤波器，当然输出滤波器也可以省略。图2-4 变频器强电回路的接线回路中各选件根据OMRON 3G3MX2变频器使用手册进行选择,具体如下:1动力线;AWG6(14mm)，端子台螺钉尺寸M6,紧固扭矩（3.9-5.1N.m）, 保险丝规格30A。2漏电断路器EX6

45、0B(60A) 。3电磁接触器H35。4AC电抗器（3G3AX-AL4220用于防止外部电源侧对变频器输入回路的损坏，改善电源功率因数。5输入侧噪声滤波器，（3G3AX-NF145）可降低变频器所产生的，传与导线的感应干扰。6DC电抗器，（3G3AX-DL4150）用于抑制变频器产生的高次谐波。7制动电阻器，（3G3AX-RBC6001）通过电阻消耗电机的再生能量，缩短减速时间。8再生制动单元，内置。9输出侧噪声滤波器（3G3AX-NF004）设置在变频器与电机之间，以减少从电线中放出的放射干扰，防止测量仪器及传感器误动作。（）弱电回路3G3MX2变频器为用户提供了很多用于控制和检测的输入、输

46、出接线端子。用户可以根据需要选择这些端子构成系统的弱电回路。接线端子如图2-5所示。可以分为以下几类。 图2-5变频器3G3MX2的安装与接线（） 3G3MX2变频器的主要特性：易于安装、设置参数和调试。牢固的EMC（电磁兼容性）设计。可由IT（中性点不接地）电源供电。对控制信号的响应是快速和可重复的。参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置。具有多个继电器输出。具有多个模拟量输出020mA。7个带隔离的数字输入，并可切换可NPN/PNP接线。2个模拟输入：IN1：010V，020mA和-10+10V。IN2：010V，020mA。另外还有的特性：2个模拟输入，2个模拟输入可以作为

47、第7和第8个数字输入，模块化设计，配置非常灵活，开关频率高(传动变频器可到16kHz)，因而电动机运行的噪音低，内部RJ45接口(端口)，详细的变频器状态信息和完整的信息功能。（）43G3MX2变频器的性能特征：具有矢量控制性能。多点V/f特性。快速电流限制功能，避免运行中不应有的跳闸。内置的直流注入制动。 复合制动功能改善了制动特性。内置制动单元加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能，它包括两种情况：起始段和结束段带平滑圆弧；起始段和结束段不带圆弧。具有比例、积分和微分（PID）控制功能的闭环控。自由功能块。另外还有的特征：具有动力制动的缓冲功能；具有定位控制的斜坡下降曲线。（） 3G3MX

48、2变频器的保护特性：过电压/欠电压保护;变频器过热保护；接地故障保护；短路保护；电动机过热保护。（） 3G3MX2的参数及操作板的操作：变频器的运行是通过一系列用户设定的参数和输入端子的状态来实现的。而参数的设定是通过操作板来完成的。操作板的外型及功能如图2-5所示。图2-5操作器的外型3G3MX2变频器具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的可变速控制系统供电的理想变频传动装置。3G3MX2的参数数量及多，各有其含义。详细情况可以查3G3MX2使用手册。2.3.2 变频器在自动扶梯中的作用变频器在该系统中的主要作用是调整扶梯转速，使电梯启动和运行平稳，在无人时，经过延时，系统自动转入爬行运行

49、，以达到节能的目的。在扶梯入口处安装红外传感器，当有乘客时红外传感器发出信号，扶梯经变频调速至额定速度；当全部乘客离开扶梯后，扶梯又自动进入低速运行状态待客。这样一来既可节省电能，又可减少机械磨损，延长电梯的使用寿命。2.4可编程控制器的选择2.4.1可编程控制器简介可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统

50、连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。电气系统组成以后，为了实现最优控制，还需精心编制PLC的控制程序。在PLC的控制程序中，需要进行处理的逻辑信号首先是安全回路检测信号，该信号用来判断扶梯安全回路是否存在故障，以及故障存在的位置，它是自动扶梯安全运行的重要保证。其次还要检测扶梯的停止、上行、下行、检修、润滑等信号。然后通过对这些输入信号的处理，给出相应的运行状态显示和报警等信号，所有这些控制信号的给出，都是PLC根据各种输入信号通过控制程序处理实现的。这些程序之间必须协调一致、判断合理，才能完成自动扶梯的整体控制。图2-6控制系统接线图.PLC的特点：（）编程简单，使用方便。目前PLC普遍

51、采用继电器控制形式的“梯形图”编程方式，极易为电气、自动控制的技术人员所接受。（）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统的可靠性就得

52、到了极大的提高。（）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过

53、改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （）体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小,很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。.三菱 PLC FX2N目前市场上的PLC种类繁多，FX2N系列PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，采用整体式和模块式相结合的叠装式结构，具有较高的性能价格比，应用广泛。三菱的FX2N系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。FX2N系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。由于它紧

54、凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得FX2N可以近乎完美地满足小规模的控制要求，FX2N可以用模块上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实现更该程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实现时钟可用于对信息加注时间标记，记录及其运行时间或对过程进行时间控制。选用 PLC 时必须从其技术指标、硬件配置等方面综合考虑。FX2N系列PLC 的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输出技术指标和性能技术指标等；FX2N系列PLC 的硬件配置包括基本单元、扩展单元、扩展模块、模拟量I/O 模块、各种特殊功能模块及外

55、围设备等。图2-7 PLC FX2N实物PLC FX2N的主要特点：较高的可靠性；丰富的指令集；丰富的内置集成功能；实时特性强和强大的通信能力 。2.4.2 PLC在自动扶梯中的作用PLC是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能灯方面都取得了明显的经济效益。在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。作为主控制器的PLC和作为执行及检测器件（设备或装置）的变频器之间须相互配合，共同完成控制任务。PLC可以控制变

56、频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标；变频器上的检测信号和其他智能控制信号也可以接入PLC，完成系统的报警和速度控制，比如通过变频器控制电机的启动、停止及正、反转。2.5 红外传感器的选择及作用红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。红外线是无法用眼睛看得见的光线，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线，且其波长随着温度的不同而不同，温度越高，辐射出光的的波长越短。红外线传感器测量时不

57、与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。2.5.1人体热释电红外传感器热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如图2-8所示。图2-8热释电红外传感器内部封装图若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。该系统选用LHI878型号的热释电红外传感器。3自动扶梯系统硬件电路设计在本章中，详细地分析了自动扶梯的整个控制系统，介绍了自动扶梯变频调速