毕业论文：自动扶梯控制系统的原理与维护

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1、第 1 页 共 20 页自动扶梯控制系统的原理与维护自动扶梯控制系统的原理与维护摘 要：本文主要对于现在广泛使用的自动扶梯进行了简单的介绍。从自动扶梯的发展历程到研究现状。并且列举了几个国内知名的扶梯厂家。在对于自动扶梯的结构有了初步了解后，又介绍了自动扶梯的继电器控制系统、PLC 控制系统、单片机控制系统以及电子控制系统。并且对于每个系统进行了简单的分析，最后对于更符合现代人性化、智能化、节能化的要求的 PLC 控制系统进行了简要分析。关于扶梯的维护与保养也列举出了专业的保养项目与技术章程，这样才能够保证扶梯的正常运转。关键词：自动扶梯；自动扶梯的维护与保养；控制系统引言自动扶梯在我们的生活

2、中的运用已经越来越广泛。商场、车站、写字楼、机场等地随处可见自动扶梯以及自动人行道的身影。自动扶梯是在不同层高连续运送人员的特种机械。随着自动扶梯向着节能化、智能化、人性化发展，自动扶梯的控制系统也在不断地改进。自动扶梯的控制系统最早利用的是继电器控制，但是该系统具有耗电、维修困难等特点所以随着潮流慢慢被其他控制系统所取代。PLC 控制系统相比其他控制系统更加符合节能化、智能化、人性化的要求。随着人们对于设备的要求越来越多，接触器也会越来越多，PLC 的应用将会越来越广泛。1.1. 绪论绪论1.1 自动扶梯的概述1.1.1 自动扶梯的定义自动扶梯，亦称电动扶梯，是一种以运输带方式运送行人的运输

3、工具。一般是斜置。行人在扶梯的一端站上自动行走的梯级，便会自动被带到扶梯的另一端，途中梯级会一路保持水平。枎梯在两旁设有跟梯级同步移动的扶手，供使用者扶握。自动扶梯可以是永远向一个方向行走，但多数都可以根据时间、人流等需要，由管第 2 页 共 20 页理人员控制行走方向。 自动扶梯的出现给人类的日常生活带来极大的便利。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。因此, 经济学家说: “自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望。”交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大。”自动扶

4、梯的应用已经改变了我们的生活, 并已经成为现代物质文明的一个重要标志。1.1.21.1.2 自动扶梯的分类自动扶梯的分类扶梯分类方法很多，可从不同角度来分。(1)按驱动方式分类：有链条式(端部驱动)和齿轮齿条式(中间驱动)两类。(2)按使用条件分：有普通型(每周少于 140h 运行时间)和公共交通型(每周大于140h 运行时间)。(3)按提升高度分：有最大至 8m 的小提升高度，和最大至 25m 中提升高度以及最大可达 65m 的大提升高度 3 类。(4)按运行速度分：有恒速和可调速两种。(5)按梯级运行轨迹分：有直线型(传统型)、螺旋型、跑道型和回转螺旋型 4 类。1.2 自动扶梯的发展历史

5、与研究现状1.2.1 自动扶梯的发展历史自动扶梯的起源可以追溯到 1859 年，当时的那森艾米斯申报了一项“自动滚梯”方案，该方案由一套通过滚轮驱动，首尾相连、连续不断运动的楼梯组成。十九世纪末 ，两名美国人分别在研究电动扶梯。 1897年，杰斯雷诺(Jesse W. Reno)在美国纽约康尼岛的游乐场建成了一条使用斜板行走，类似自动扶梯的机动游戏。而查理斯 西伯格(Charles Seeberger)则在1898年购下一项关于 自动扶梯的发明专利，并且与 奥的斯电梯 公司合作，1899年在纽约州制造出第一条有水平的梯级，扶手和梳齿板的电动扶梯。1900年举行的巴黎博览会上，西伯格成功展出了他

6、们以 “电动扶梯”(Escalator)为名的产品，并且获得了一项头奖。 1910年奥的斯收购了西柏格的专利，次年再购下雷诺的第 3 页 共 20 页公司。1920年,奥的斯把两者的设计结合，成为今天 自动扶梯的基本设计 。1922年, 奥的斯公司制造了世界上第一台现代化自动扶梯, 水平楔槽式梯级与梳齿板相结合, 此后被其它自动扶梯制造商所沿用。1985年, 三菱电机公司研制出曲线运行的螺旋型自动扶梯, 并成功投入生产。1991年, 三菱电机公司开发了带有中间水平段的大提升高度自动扶梯。这种多坡度型自动扶梯, 在大提升高度时可降低乘客对高度的恐惧感, 并能与大楼楼梯结构协调配置。1993 年,

7、据日立评论报道,日本日立制作所开发了可以乘运大型轮椅的自动扶梯, 几个相邻梯级可以联动形成支持轮椅的平台。20世纪90 年代末, 富士达公司开发了变速式自动人行道,即自动人行道以分段速度运行, 乘客从低速段进入, 然后进入高速平稳运行段, 再后进入低速段离开。这样提高了乘客上下自动人行道时的安全性, 缩短了长行程时的乘梯时间。2000年4月, 美国Elevator World报道, 位于德国汉堡的蒂森自动扶梯工厂,制造出全彩色自动扶梯梯级,它由玻璃纤维材料制成,有蓝色、绿色、红色、灰色和黑色等。彩色梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。2002年4月17日至20日,三菱电机公司在第5届中国国际

8、电梯展览会上展出了倾斜段高速运行的自动扶梯模型。可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔发生变化, 从而使速度也产生变化。其倾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍, 这样既缩短了乘客的乘梯时间, 也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。2003 年2 月, 奥的斯公司发布新型的Next Step自动扶梯, 它采用Guarded 踏板设计, 梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块; 它还采用了其它一些提高自动扶梯安全性的新技术, 自动扶梯技术又一次更新。随着科学技术的发展，自动扶梯技术也越来越成熟。各国扶梯产业入雨后春笋，在改革开放的大潮流下，中国的扶梯产业也日渐成熟。1.2.2 国内自动

9、扶梯厂家介绍目前世界各大电梯企业在国内都有了合资企业，如迅达、奥的斯、三菱、日立、东芝、通力等。在中国目前的重载公共交通型自动扶梯市场领域内主要有以下几位厂商：OTIS 奥的斯电梯公司是世界上最大的电梯公司。150 年来奥的斯一直致力于研究、开发、制造、安装、维修、保养、更新改造电梯、自动扶梯、自动人行道等第 4 页 共 20 页运输系统。目前，奥的斯电梯在 200 多个国家和地区运转着。每五天运载全球人口一次。世界各国 20 座地标性建筑中，有 12 座使用了奥的斯电梯。无论是对于建筑师、承包商、开发商还是业主来说，奥的斯都是世界顶尖的电梯品牌。 SCHINDLER 迅达-电梯及自动扶梯公司

10、由罗伯特辛德勒先生于 1874 年在瑞士创立，总部位于风景秀丽的卢塞恩，至今已有 130 多年的历史，是世界第一大自动扶梯生产商，同时也是世界第二大电梯供应商。目前迅达集团在全球一百多个国家和地区拥有 90 多个控股公司， 设立了一千余家分公司或分支机构，年营业额超过100 亿瑞士法郎，每天全球有超过 9 亿人次乘坐迅达的电梯及自动扶梯。KONE 公司的主导产品为 TRANS VARIO-RHD 型自动扶梯，最大提升高度为 50m，产品不仅拥有精巧的外观，内在品质也很高。曳引方式采用无链驱动，曳引、减速、传动三者融为一体，行星齿轮传动高效静噪。CNIM 公司的扶梯系列产品，因其较早确立在城市轨

11、道交通领域内的领先优势，一度成为工程业主的首选品牌。其产品在轨道交通领域内的应用实例为北京地铁复八线、香港地铁、台北捷运系统等。SJEC(江南)公司是借 90 年代早期国内扶梯市场供不需求的东风而迅速崛起的，其产品已经走出国门。江南电梯公司曾开发出我国第一台变频多坡度自动扶梯，在中国电梯界激起一阵波澜。其 JHD 型自动扶梯现运行于厦门市政工程中，外观落落大方。2.自动扶梯工作原理与控制系统方案比较2.1 自动扶梯基本结构自动扶梯基本结构衍 架驱 动 机驱 动 装 置导 轨梯 级 链梯 级扶 手 带梳 齿 梳 齿 板扶 手 驱 动 装 置安 全 装 置第 5 页 共 20 页图 2-1 自动扶

12、梯基本结构图(1)桁架：衍架是扶梯的基础构架，所有零部件都装配在这一金属结构的桁架中。(2)驱动机(以链条式为例)：驱动机主要由电动机、蜗轮蜗杆减速机、链轮、制动器等组成。(3)驱动装置：驱动装置主要由驱动链轮、梯级链轮、扶手驱动链轮、主轴及制动轮或棘轮等组成。该装置从驱动机获得动力，经驱动链用以驱动梯级和扶手带，从而实现扶梯的主运动，并且可在应急时制动，防止乘客倒滑，确保乘客安全。(4)不同楼层之间的钢架结构，是整个自动扶梯的支架。(5)梯级链是自动扶梯的核心，梯级由梯级链支撑。(6)梯级：梯级有整体压铸梯级与装配式梯级两类。(7)扶手驱动装置：驱动装置通过扶手驱动链直接驱动，无须中间轴，扶

13、手带驱动轮缘有耐油橡胶摩擦层，以其高摩擦力保证扶手带与梯级同步运行。(8)扶手带：扶手带由多种材料组成，主要为天然(或合成)橡胶、棉织物(帘子布)与钢丝或钢带等构成。(9)梳齿、梳齿板：梳齿与梳齿板能够与梯级完美切合，使得旅客安全离开扶梯。(10)安全装置：1.断链(梯级链)急停开关。 2.断带(扶手带)急停开关。3.梯级水平监测装置。4.过电流保护，相位监测。5.扶手人口触点。6.梳齿板触点。7.护栏围裙触点。8.驱动轴安全制动器。9.楼层地板安全触点。10.梯的间隙照明。11.应急开关 12.盖门联锁装置。13.电气防反转装置。14.防梯级举升轨道。15.扶梯内烟雾探测装置等。2.2 自动

14、扶梯工作原理自动扶梯的核心部件是两根链条，它们绕着两对齿轮进行循环转动。在扶梯顶部，有一台电动机驱动传动齿轮，以转动链圈。电动机和链条系统都装配在衍架当中，衍架是自动扶梯的核心部件。自动扶梯与传送带移动一个平面不同，链圈移动的是一组台阶。链条转动时时，第 6 页 共 20 页台阶一直保持水平，只有在自动扶梯的顶部和底部，台阶才会彼此折叠，形成一个平台。这样使得自动扶梯的上下符合人们的习惯。自动扶梯上的每一个台阶都有两组轮子，它们沿着两个分离的轨道转动。上部装置（靠近台阶顶部的轮子）与转动的链条相连，并由位于自动扶梯顶部的驱动齿轮拉动。其他组的轮子只是沿着轨道滑动，跟在第一组轮子后面。两条轨道彼

15、此分开，每个台阶保持水平状态。在自动扶梯的顶部和底部，轨道呈水平位置，从而使台阶展平。每个台阶内部有一连串的凹槽，以便在展平的过程中与前后两个台阶连接在一起。除转动主链环外，自动扶梯中的电动机还能移动扶手。扶手只是一条绕着一连串轮子进行循环的橡胶输送带。扶手带的移动速度是与自动扶梯梯级的运行速度匹配的，并且左侧和右侧的扶手带速度也完全相同。2.3 自动扶梯控制系统方案比较自动扶梯最早使用的是继电器控制系统，但是随着科技的发展与人们的各种需求，于是各种各样的控制系统开始慢慢出现。自动扶梯的控制系统有继电器控制系统、单片机控制系统以及 PLC 控制系统，接着对于各个控制系统进行简单的介绍，然后进行

16、比较与分析。2.3.1 控制系统简介(1)继电器控制系统自动扶梯继电器控制系统在空开得电的情况下利用继电器控制扶梯梯级拖动电机和扶手带拖动电机工作。继电器控制系统结构简单，容易掌握，但采集故障信号的速度较慢，故障检测难，控制电路电路图繁琐，不可靠，维修起来困难，并且用了大量的继电器耗电多。图 2-2 继电器控制系统结构示意图(2)单片机控制系统继电器扶手带拖动电机扶梯梯级拖动电机空 气 开 关热 继 电 器第 7 页 共 20 页单片机式自动扶梯控制系统的电动机拖动部分由曳引电动机，失电自制器，制动电磁铁，上，下行接触器，星三角接触器，热保护开关，相序继电器，滤电保护开关和断路器构成。单片机控制系统具有简单可靠的特点，但集成度高控制电路坏了不容易维修。且成本很高。图 2-3 单片机控制系统结构示意图(3)PLC 控制系统PLC 的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。CPU 是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以，程序的执行时按程序顺序依次完成相应各电器的动作，在时间上形成串行工作方式。PLC