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1、学学 号：号：200905030112200905030112200905030112200905030112HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业论毕业论文文GRADUATETHESIS设计题目：基于设计题目：基于设计题目：基于设计题目：基于 PLCPLCPLCPLC 的变频调速自动扶梯控制系统设计的变频调速自动扶梯控制系统设计的变频调速自动扶梯控制系统设计的变频调速自动扶梯控制系统设计学生姓名：学生姓名：侯玉贞侯玉贞专业班级专业班级：09090909 电气电气 3 3 3 3 班班学学院：院：电气工程学院电气工程学院指导教师：指导教师：周亚罗周亚罗讲师讲师20132013201
2、32013 年年 6 6 6 6 月月 17171717 日日摘 要摘要自动扶梯是一台特种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合的，用于不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。从第一台名义上的自动扶梯诞生以来，自动扶梯的发展迄今为止大约经历了 100 多年。自动扶梯作为运送旅客的交通工具，不仅成功地缩小了目标间的距离，而且使超短途（如楼层、月台间等）的大流量人员运输成为可能。自动扶梯的应用已经改变了我们的生活。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。本文以 PLC 和变频器为核心的自动扶梯控制系统可根据客户的要求对以往的电梯控制系
3、统进行改造,这不仅避免了旧系统的诸多缺点而且更加节约能源。本控制系统具有先进、可靠、经济等特色。关键词：扶梯系统；PLC；FRB70A 变频器AbstractAbstractEscalator type of chain conveyor is a special structure and special structure beltconveyor of the combination of the two,used to carry people up and down betweendifferent height of a continuous conveyor machinery.
4、Since the first escalator wasborn in name,and so far about the development of the escalator of over 100 years.Escalators to carry passengers as a means of transportation,not only narrow thedistance between the target successfully,and make the ultra short(e.g.,floors,platform,etc.)between the flow of
5、 large transport personnel to make possible.Escalator applications have changed our lives.As the escalator further development inthe direction of the high-tech,energy saving,intelligent,inverter has been widely usedin the field of escalator.Based on PLC and inverter as the core of the escalator cont
6、rolsystem according to the customers request to modify previous elevator control system,which not only avoids the disadvantages of the old system and more energy saving.This control system is advanced,reliable,economic and other characteristic.Keywords：escalator system;PLC;FRB70A inverter目录目录摘要.IABS
7、TRACT.II第一章 绪论.41.1 国内外研究现状.41.2 自动扶梯调速系统的特征.41.3.该课题研究的目的和意义.51.4 自动扶梯系统结构的基本组成.5第二章扶梯系统的方案论证.82.1 方案论证.82.1.1 继电器控制系统.82.1.2 PLC 控制系统.92.1.3 变频调速系统.92.1.4 方案的选定.10第三章 控制系统的组成和硬件的选择.113.1 控制系统的组成.113.2 硬件的选择.113.2.1 自动扶梯电动机的选择.113.2.2 可编程控制器的选择.153.2.3 变频器的选择.213.2.4 传感器的选择.35第四章自动扶梯系统硬件电路设计.384.1
8、电路设计及电路图.384.1.1 系统硬件设计：.38第五章自动扶梯系统软件设计.455.1 系统软件设计.455.1.1 多段频率的选择.455.1.2 加减速模式.455.1.3 节能分析.455.2 自动扶梯控制系统流程图.475.3 自动扶梯调速节能系统 PLC 程序设计.50总结与展望.52河北联合大学电气工程学院-2-谢辞.53参考文献.54附录.55附录 1扶梯系统程序设计.55附录 2硬件设计电路.57第一章绪论第一章 绪论1.1 国内外研究现状在国外一些发达的工业国，电梯的使用已相当普遍，当今世界上最大的电梯生产企业是美国的奥梯斯电梯公司，该公司的产量约占全世界的 25%。其
9、余如瑞士的迅达电梯公司，芬兰的柯尼电梯公司，也是有名的电梯制造企业。后起之秀的日本电梯制造业，以“日立”、“三菱”为代表，在国际上也有一定的声誉。我国的电梯生产在解放前是空白，国内城市轨道交通发展较慢，对公共交通型自动扶梯需求量不大。后来随着我国城市轨道交通的发展，以及为了适应设备国产化的改革要求，企业开始生产公共交通型自动扶梯。国有自动扶梯企业经历几十年的发展，实力明显增强，基础设施也比较完善。但是面对当今激烈的自动扶梯市场竞争，如何避免自动扶梯耗能大，机械磨损严重，使用寿命短等缺点，对自动扶梯控制系统的改造势在必行。目前，自动扶梯节能改造方式主要有两种 即以 PLC 为核心结合变频器的控制
10、方式和以单片机为核心结合变频器的控制方式。这里采用第一种控制方式。1.2 自动扶梯调速系统的特征本文中自动扶梯调速系统的性能特点：1、无乘客时，电梯低速运行，当有乘客到达入口时，电梯自动转入全速运行。即应用变频调速可以进行电机软启动；乘客离开电梯后若再无乘客，则电梯自动转回低速运行；启动、停止或速度转换平稳顺畅，舒适性较好；当扶梯处于下行状态时，电机进入发电状态，能量回馈电网，此时电机不受变频器控制。2、当变频器出现故障时，可以不通过变频器，直接通过电网供电，改造中为了便于系统故障时不影响用户的使用，所以在保留原系统（工频系统）的基础上增加变频系统。3、检修运行时扶梯以二分之一额定速度运行，便
11、于检修和观察扶梯结构的运动情况，克服了原系统额定速度点动停止不及时的不足。4、扶梯空载时电流仅为额定速度运行时电流的三分之一，节能效果明显。由于无人乘梯时运行速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。河北联合大学电气工程学院-2-5、变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，保证了扶梯启动的平滑、舒适，可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。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。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
12、好的经济效益和社会效益。1.3.该课题研究的目的和意义本文主要介绍佛朗克 FRS70A变频器和PLC 在自动扶梯调速节能系统中的应用。该节能方案有以下优点：1、无人乘梯时：保证扶梯自动平稳过渡到节能运行，以 l/5 额定速度运行。(可以选择当无人乘梯时，扶梯自动停止的功能)；2、有人乘梯时：保证扶梯自动以节能速度平稳过渡到额定速度运行，实际测量时得到了验证：3、扶梯空载时以节能模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的 1/3。4、检修运行时：扶梯系统以 1/2 额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运行情况，避免了原系统以额定速度运行、点动操作停止不及时的不足。5、由于无人乘梯时节能运行时速
13、度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。6、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。7、改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，便于系统故障时相互切换，不影响用户的使用。8、改造中借用了原系统的安全条件，加上变频器自身的安全环节使得改造后的系统更安全、更可靠。9、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。1.4 自动扶梯系统结构的基本组成自动扶梯是一台特种结构型式的链式输送机和
14、两台特殊结构型式的胶带输送机组合的，用于不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。第一章绪论1、驱动装置 由于自动扶梯是运载人员的，往往用于人流集中之处况特别是服务于公共场所的自动扶梯更是如此。每天连续运转时间很长。因此对驱动装置提出较高的设计要求。所有零、部件应进行详细计算较高的强度和刚度，以保证在短期过载情况下机械具有从分的可靠性。零件要有较高的耐磨性。以保证机器在若干年内每天能进行长时间工作。由于驱动装置设置地点位置的限制，要求机构尽量的紧凑，并要求装拆维修方便。驱动装置的作用是将动力传递给予梯路系统及扶手系统。一般由电机、减速器、制动器、传东链条及驱动主轴等组成。2、牵引构件 自动扶梯
15、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。3、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。4、张紧装置 重锤式张紧装置是利用重锤的上
16、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，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。5、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
17、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。6、梯级 梯级是特殊结构形式的四轮小车，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，河北联合大学电气工程学院-4-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
18、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。7、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负载起动；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。8、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
19、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。第二章扶梯系统的方案论证第二章扶梯系统的方案论证扶梯系统的方案论证扶梯系统的方案论证扶梯系统的方案论证2.1 方案论证目前，一般国内安装的自动扶梯多采用单速交流电机作为主机，链轮链条式传动，梯级额定速度大多为 0.5m/s。这种扶梯即使在无乘客使用时仍以额定
20、的速度来不停的运行，这样具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。众所周知，目前生活中现行普遍应用的自动控制系统有三种：变频调速控制系统、PLC 控制系统、继电器控制系统。下面将着重向大家介绍三种控制系统的优劣区别比较及本课题选用变频控制系统的特色。2.1.1 继电器控制系统继电器控制系统的组成:控制系统(输入回路),被控系统(输出回路)。继电器控制系统利用具有继电特性的元件进行控制的自动控制系统。所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。继电控制也称通断控制。例如,电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。对于继
21、电控制型伺服系统,继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正或负,正向或反向地加到执行电动机上。为避免正反方向之间的持续振荡,在正向和反向之间常设置一个死区。继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器,也可用别的手段来实现继电特性。例如,在双位式温度调节中,常采用双金属片作为敏感元件,温度变化时双金属片因两部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形,接通或断开触点。其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。继电控制系统的主要分析方法有相平面法和描述函数法。继电控制系统的主要优点是控制装置比较简单。对于同样的功率，继电控制装置的重量和体积在各类控制系统中几乎是最小的。其具有动作快、工作稳定、使用
22、寿命长、体积小等优点，广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。但现在由于扶梯自动化及安全性能的逐步提高，仍采用传统的继电器控制方式已不能满足更高性能的要求另外由于继电器控制方式的固有缺点，如：控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高、不易检修等缺点，因此随着电子逻辑器件、大规模集成电路的出现；诸如像单片机、PLC 在控制系统上的应用也越来越多。尤其是变频调速系统在使用节能、高科技、智能化方面得到了进河北联合大学电气工程学院-6-一步的提高，被广泛应用。2.1.2 PLC 控制系统现今自动扶梯的使用越来越高技术含量、高可靠性、高品质、安全、舒适的方向发展。以继电器为控制系统的
23、自动扶梯已逐渐受到高技术要求的冲击。总之,技术含量高,物超所值的产品将越来越被消费者所青睐。PLC 控制的自动扶梯系统以其可靠性好、稳定性好、编程简单、使用方便、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。与继电器比较:PLC 控制系统结构紧凑,体积小；PLC 内部全为“软接点”，动作快；PLC 控制功能改变，一般仅修程序即可，极其方便；PLC 控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短；PLC 控制的自检和监控功能比继电接触控制的强；PLC 的适用范围比继电接触控制的广泛；PLC 可靠性比继电接触控制的
24、高。但 PLC 有其应用的局限性，比如说输入输出对电源电压的要求、价格高等因素，因此在自动扶梯的控制上采用 PLC 并不是最理想的。2.1.3 变频调速系统80 年代末，交流电机的变频调速技术迅速发展成为一项成熟的技术，它将供给交流电机的工频交流电源经过二极管交流变成直流，再逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷的条件。它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，从而达到节能目的。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统的运行方式是可节电 40%-60%,节水 15%-30%。由于变频调速具有调速的机械特性好，效率高，调速范
25、围宽，精度高，调整特性曲线平分，可以实现连续的、平稳的调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟的节能效果。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。2.1.4 方案的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，第二章扶梯系统的方案论证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
26、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。传统的控制方式都有各自的缺点，都造成了很明显的能源浪费。本文在 PLC控制系统的基础上再加上变频器，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
27、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（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。第三章控制系统的组成和硬件的选择-8-第三章 控制系统的组成和硬件的选择3.1 控制系统的组成光电信号检测安全信号检测运行状态检测电源PLC变频器电机MT3故障运行指示图 3.1 控制系统框图该系统主要由以下几部分组成：电源、PLC、变频器等。PLC 是控制系统的核心，PLC 根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据 PLC 的高速运行指令控制扶梯的运行速度
28、，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。3.2 硬件的选择3.2.1 自动扶梯电动机的选择在使用标准的通用异步电机运行变频调速时，由于变频器的性能和电动机自身运行工况的改变的原因，在确定电动机的参数时，除按常规方法选择电动机的型号及参数外，还必须考虑电动机在各个频率段恒速运行时从未考虑过的一些新问题。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，河北联合大学电气工程学院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，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。在交流电动机中笼型异步电动机结构最简单，运行最可靠，维
29、护最方便，对起动性能无过高要求的调速系统应优先考虑使用。某些工作机械如桥式起重机、电梯、锻压机等，工作中起动、制动比较频繁，为提高生产率又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动、制动时间，同时还有一定的调速要求。对这类工作机械，可考虑选用绕线转子异步电动机。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
30、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。对于经常工作于起动、制动状态下的电动机，应考虑额定转速对起动、制动时间和起动、制动过程中能量损耗的影响。可以证明，从缩短起动、制动时间和减小起动、制动过程中能量损耗的角度考虑，应选用 GD2 与额定转速 n 乘积最小的电动机
31、。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、电动机工作频率范围的选择电动机工作频率的范围应包含负载对调速范围的要求。由于某些通用变频器低速运行特性不理想，所以最低频率越高越好。5、电动机容量的选择选择电动机容量的基本原则是：能带动负载，在生产工艺所要求的各个转速点长期运行不过热，在旧设备改造时，要尽量可能地留用原设备的电动机。第三章控制系统的组成和硬件的选择-10-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
32、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。6、使用变频器传动时电动机的几个问题笼型异步电动机由通用变频器传动时,由于高次谐波的影响和电动机运行速度范围的扩大,将出现一些新的问题,与工频电源传动时的差别比较差别较大，因此，在旧设备改造留用原有电动机时要特别注意以下问题:低速时的散热能力(可采用设置恒速冷却风扇改善散热问题)；额定频率
33、运行时有温升提高（可适当留有裕量）；电动机运行时出现噪声增大（可重新设定载波频率）。本系统采用 Y 系列三相交流电动机，下面是 Y 系列的交流电动机的一些参数。如图表 3-1 所示：表表表表 3-13-13-13-1 Y Y Y Y 系列交流电动机的参数系列交流电动机的参数系列交流电动机的参数系列交流电动机的参数型号额定功率(KW)额定电流（A）转速r/min效率%功率因数堵转电流(A)重量（Kg）同步转速 1500r/min(4 极)Y160M-41122.6146088.40.847.0122Y160L-41530.3146089.40.857.0142Y180M-418.535.9147
34、090.00.867.0174Y180L-42242.5147090.50.867.0192Y200L-43056.8147091.40.877.0253Y225S-43770.4148092.00.877.0294Y225M-44584.2148092.50.887.0327Y250M-455103148093.00.887.0381Y280S-475140148093.60.887.0535Y280M-490164148093.90.897.0634Y315S-4110201148094.50.896.8912Y315M-4132240148094.80.896.81048Y315L1-4
35、160289148094.90.896.81105Y315L2-4200361148094.90.896.81260河北联合大学电气工程学院Y355M1-4220407148894.90.876.81690Y355M3-4250461148895.20.876.81800Y355L2-4280515148895.20.876.81945Y355L3-4315578148895.20.876.91985本系统电机选用常用 4 极 Y160M-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 0.84，同步转速为 150
36、0r/min。Y160M-4 的座号 160M 的地脚螺丝安装尺寸为 254210。商场安装了一台倾角为 30 度的自动扶梯,该扶梯在电压为 380V 的电动机带动下以 0.5m/s 的恒定速率向斜上方移动,电动机的最大输出功率为 9.24KW.不载人时测得电动机中的电流为7A,若载人时扶梯的移动速率和不载人时相同,(设人的平均质量为 60kg,g=10m/s2，电机最大功率为 9240W，所以电机每秒钟最多能做功 9240J，每秒钟内：一个人前进 0.5m，那么人上升 0.25m，因为速度变，不考虑其他因素，则对人做功为克服重力所做的功，大小为 mgh=150J。因为这是每秒钟内的情况，而功
37、率就是每秒钟内做功的多少，所以 150J 说明了每多 一个 人，那电 机功率将增加 150W，所以，除 去电机本身消耗7A*380V=2660W 的功率外，剩下 9240-2660W=6580W 的功率就是可以用来载人的，由（6580W）/（150W/人）=43 人。现在 YM160-4 的市场报价是 18002000 元，综合考虑，是完全符合要求的。电动机选型应注意的问题：1、电动机的轴电压、轴电流电动机的轴电压、轴电流是由于环绕电动机轴的磁路不对称、转子运转不同心、感生脉动磁通等原因所产生的。它会使轴-轴承-机座的回路有轴电流通过，在电动机转子轴两端、轴与轴承之间、轴与轴承对地形成称为轴电
38、压。对于滑动轴承约在 300500mV，（有效值），滚动轴承在 300 mV 左右。一般滚动轴承允许通过的最大电流密度不超过 1.5A/mm2，若超过轴承所允许的值，就会通过油膜放电或者导电，在轴瓦和轴承处产生点状微孔，并在底部产生发黑现象，严重时会使轴和轴承受到损坏，运行中伴随着强烈的噪声级设备外壳带电等。2、速度控制（1）速度控制上限普通异步电动机的速度上限就是额定频率所对应的额定速度。一般不要将额定频率为 50Hz 的电动机超频运行，否则，能引起带负载能力下降、过电流，甚至机械性破坏。（2）中间速度采用普通异步电动机变频调速时，要考虑在连续可调速度区段（中间速度）内运行时的机械共振问题。
39、异步电动机所产生的脉动转矩频第三章控制系统的组成和硬件的选择-12-率一旦与固有频率一致，则会发生共振，并产生强烈的震动和噪声，最严重的情况下会会引起轴系断裂事故。（3）速度控制的下限采用普通异步电机进行变频调速时，考虑到电动机自身由于低速冷却能力下降而确定的最低转速与机械系统所允许的下限速度一起决定了最终的速度下限，普通异步电动机中大多数都使用滚动轴承。虽然对最低速度没有限制，但对大容量异步电动机及机械负载重使用滑动轴承的场合，低速时由于润滑不良产生过热会导致滑膜烧毁，需要考虑轴承的工作情况，以确定最低的运转速度。3、预防浪涌电源的危害由于通用变频器的功率开关器件在工作时产生浪涌电压，当通用
40、变频器驱动异步电动机时，有时需要采取措施防止浪涌电压对电动机绝缘的破坏。我们应尽量缩短通用变频器与电动机之间的接线距离，一般不要超过通用变频器产品说明书中规定的最大值。必要时应装设 du/dt 滤波器、共模输出滤波器或输出电抗器，以降低输出电压波形上升陡度。3.2.2 可编程控制器的选择一、可编程控制器的定义可编程控制器，简称 PLC（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。其结构图如图 3.2现场信号输入模块输出模块CPU控制信号存储器图 3.2 PLC 结构图二、PLC 特点1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关
41、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，具有很电源河北联合大学电气工程学院高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。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
42、获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、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。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术
43、人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、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。5、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
44、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、PLC 控制系统组成PLC 即可编程序控制器，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连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。第三章控制系统的组成和硬件的选择-14-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
45、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。变频器出入口乘客检测电路参数设定电路接触器状态检测电路运行模式运行方向设定电路安全开关反馈检测信号检测电路其他辅助电路主电路接触器制动器控制接触器运行指示器状态显示故障显示其他辅助电路PLC图 3.3 控制系统接线图三菱 FX2N 系列的 PLC 简介：目前市场上的 PLC
46、种类繁多,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 PLC 可以近乎完美地满足小规模的控制要求。FX2N PLC 的电源电压有 AC100V240V和 DC24V 两种。它的输入列型有 DC 输入型(DC24 7mA/5mA 无电压触电或者NPN 开集电极晶体管输入)、AC 输入型(AC100120VAC 电压输入)、内置24V、400mA 直流电源可用于外围设备,如传感器或其它
47、元件。输出类型有晶体管(DC)、继电器(DC/AC)、可控硅(AC)三种输出方式。因为采用了优良的可维护河北联合大学电气工程学院断开端子块,即使接着电缆也可以更换单元。在所有的 FX2N PLC 中都有实时时钟标准,时间按设置和比较指令易于操作,小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号(在基本单元中 X000 到X017)。原建筑界可以记录在程序储存器中。在线程序编辑在不影响设备正常运行的情况下可在线修改程序。面板上 RUN/STOP（运行/停止）开关易于操作，可指定输入点控制 CPU
48、的运行/停止。编程软件可以通过调制解调器拨号通讯来监控、修改、上载和下载程序，进行 PLC 故障诊断。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。该系统选用 FX2N-48MR PLC。本机集成 24 输入/24 输出，I/O 共计 48 点，它程序存储容量较大，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。FX2N 性能规格如表 3-2 所示表表表表 3-23-23-23-2 FX2NFX2NFX2NFX2N 性能规格性能规格性能规格性能规格项目规格备注运转控制方式通过存储的程序周期运转I/O 控制方式批次处理方法（当执行 END
49、 指令时）I/O 指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.8S/指令应用指令：1.52 至几百S/指令编辑语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成 SFC 类型程序程序容量8000 步内置使用附加寄存盒可扩展到 16000步指令数目基本指令：27步进指令：2应用指令：128最大可用 298 条应用指令I/O 配置最大硬体 I/O 配置点 256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入 256、输出 256）辅助继电器一般500 点M0 到 M0499(M 线圈)锁定2572 点M500 到 M3071特殊256 点M8000 到 M8255一般490 点S10 到 S499第三章控制系统的
50、组成和硬件的选择-16-状态继电器（S 线圈）锁定400 点S500 到 S899初始10 点S0 到 S9信号报警100 点S900 到 S999定时器（T）100 毫秒范围：0 到 3276.7 秒200 点T0 到 T19910 毫秒范围：0 到 327.67 秒46 点T0 到 T2451 毫秒范围：0 到 32.767 秒4 点T246 到 T249100 毫秒范围：0 到 3276.7秒 6 点T250 到 T255计时器（C）一般 16 位范围：0 到 3276.7秒 200 点C0 到 C199类型：16 位上/下计时器锁定 16 位100 点（子系统）C100 到 C199类