基于PLC的变频调速自动扶梯控制系统设计_毕业论文.doc

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1、摘 要 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕 业业 论论文文 GRADUATE THESIS 设计题目：基于设计题目：基于 PLC 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 学学 院：电气工程学院院：电气工程学院 河北理工大学信息学院 -II- 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

2、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 Abstract Abstract Escalator type of chain conveyor is a special structure and special structure belt conveyo

3、r of the combination of the two, used to carry people up and down between different height of a continuous conveyor machinery. Since the first escalator was born in name, and so far about the development of the escalator of over 100 years. Escalators to carry passengers as a means of transportation,

4、 not only narrow the distance between the target successfully, and make the ultra short (e.g., floors, platform, etc.) between the flow of large transport personnel to make possible. Escalator applications have changed our lives. As the escalator further development in the direction of the high-tech

5、, energy saving, intelligent, inverter has been widely used in the field of escalator. Based on PLC and inverter as the core of the escalator control system according to the customers request to modify previous elevator control system, which not only avoids the disadvantages of the old system and mo

6、re energy saving. This control system is advanced, reliable, economic and other characteristic. Keywords ：escalator system; PLC; FRB70A inverter 目录 目 录 摘 要.I ABSTRACT II 第一章 绪论4 1.1 国内外研究现状 4 1.2 自动扶梯调速系统的特征4 1.3.该课题研究的目的和意义 5 1.4 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8 2.1 方案论证 8 2.1.1 继电器控制系统 .8 2.1.2 PLC 控

7、制系统.9 2.1.3 变频调速系统 .9 2.1.4 方案的选定.10 第三章 控制系统的组成和硬件的选择11 3.1 控制系统的组成11 3.2 硬件的选择 11 3.2.1 自动扶梯电动机的选择 .11 3.2.2 可编程控制器的选择 .15 3.2.3 变频器的选择 .21 3.2.4 传感器的选择.35 第四章自动扶梯系统硬件电路设计38 4.1 电路设计及电路图 38 4.1.1 系统硬件设计： .38 第五章自动扶梯系统软件设计45 5.1 系统软件设计 45 5.1.1 多段频率的选择 .45 5.1.2 加减速模式 .45 5.1.3 节能分析 .45 5.2 自动扶梯控制系

8、统流程图 47 5.3 自动扶梯调速节能系统 PLC 程序设计.50 总结与展望52 谢 辞53 河北联合大学电气工程学院 -2- 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

9、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

10、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

11、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。 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 河北联合大学电气工程学院 -2- 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

12、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

13、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

14、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

15、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下的自动调节牵引构件的张 力的一种张

16、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支承由梯 级主轮和

17、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

18、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。 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

19、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 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

20、使用时仍以额定 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

21、个状态的控制又称双位式控制。对于继电控制型伺服系 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

22、控制系统中几乎是最小的。其具有动作快、工作稳 定、使用寿命长、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 一步的提高，被广泛应用。 河北联合大学电气工程学院 -6- 2.1.2 PLC 控制系统 现今自动扶梯的使用越

23、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

24、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

25、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

26、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。 第二章扶梯系统的方案论证 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

27、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（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 MT 3 故障运行指示 图 3.1 控制系

28、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，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，

29、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 河北联合大学电气工程学院 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

30、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

31、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。 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

32、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。 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 第三章控制系统的组成和硬件的选择 -10- 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

33、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 3-1 Y 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

34、 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-41122.6146088.40.847.0122 Y160L-41530.3146089.40.857.0142 Y180M-418.535.9147090.00.867.0174 Y180L-42242.5147090.50.867.0192 Y200L-43056.8147091.40.877.0253 Y225S-43770.4148092.00.877.0294 Y225M-44584.2148092.50.887.0327 Y250M-45

35、5103148093.00.887.0381 Y280S-475140148093.60.887.0535 Y280M-490164148093.90.897.0634 Y315S-4110201148094.50.896.8912 Y315M-4132240148094.80.896.81048 Y315L1-4160289148094.90.896.81105 Y315L2-4200361148094.90.896.81260 Y355M1-4220407148894.90.876.81690 河北联合大学电气工程学院 Y355M3-4250461148895.20.876.81800 Y

36、355L2-4280515148895.20.876.81945 Y355L3-4315578148895.20.876.91985 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 1500r/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

37、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

38、）=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

39、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 第三章控制系统的组成和硬件的选择 -12- 区段（中间速度）内运行时的机械共振问题。异步电动机所产生的脉动转矩频 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

40、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

41、 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键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路 电源 河北联合大学电气工程学院 技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进

42、的抗干扰技术，具有很 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 P

43、LC 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

44、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。

45、 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、 第三章控制系统的组成和硬件的选择 -14- 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。 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

46、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 F

47、X2N 系列的 PLC 简介： 目前市场上的 PLC 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 河北联合大学电气工程学院 NPN 开集电极晶体管输入)、AC 输入型(AC1

48、00120V AC 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

49、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 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 3-2 FX2N 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 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 第三章