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1、目 录第一部分 设计任务与调研1第二部分 设计说明6第三部分 设计成果11第四部分 结束语17第五部分 致谢18第六部分 参考文献19第一部分 设计任务与调研1.1毕业设计的主要任务 自动扶梯是公共场所运送乘客的典型设备，己经越来越多在商场、机场、码头、地铁、宾馆等场所广泛地运用。但目前国内常规的自动扶梯由于技术和资金的原因，大多是采用由电源供电直接启动的工作方式.每口在开始营业时就启动，以恒定的速度运行直到下班或到规定的时间才停梯，使用率普遍比较低下，总结起来普通自动扶梯有以下缺陷: 1.功率耗能大:由于采用直接启动的方式，普通自动扶梯一般每天运转10多小时，不管有无乘客搭乘.始终保持高速运
2、转耗费大量的电能，尤其是有些地铁、机场、中大型商场周期性很明显。 2.机械磨损大、使用寿命较短:由于以恒定的速度每天运转10多小时，使扶梯部件产生不必要的磨损及疲劳损伤，如扶手带、梳齿板、梯级、链条、电机、减速箱等部件磨损大。一般这种自动扶梯寿命在10年左右超过此年限后主要部件磨损相当严重，需要更换新配件才能使用。 3.故障率较高、导致使用成本高:由于普通自动扶梯始终保持高速运转，使得大量的易损件更换次数频繁，需要大量的费用;磨损加大且发热量高，也导致自动扶梯故障率增加，进一步造成用户使用成本上升，同时也增加扶梯的维修量而影响正常使用。 自动扶梯和垂直电梯一样都是公用的，他们就像是一个客运设备
3、，在百货商场，机场，地铁，火车站等场所起到了不可或缺的作用。但大多数扶梯除了在客流量大的时候是额定运行状态，在载客率比较低甚至空载时还是额定运行状态，这样就会对扶梯产生严重的机器磨损，导致扶梯的使用寿命缩短，同时还会产生较高的能量损耗。采用专用脉冲调试技术就可以使电机降低噪声，并且这种技术采用的脉冲频率是可选的。如此全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了比较好的保护。 这种既不合理也不经济的运行方式与国家提倡节能降耗，提高设备运行效率的方针是很不协调的.这使得我们想办法去解决上述缺陷，达到节约成本，提高经济效益的目的。1.2设计的思路方法 自动扶梯每天运行18小时但运行于额定载荷下的时间很
4、短，如果按初期每5分钟一班列车计算，扶梯的“高峰负载持续率”最大为30%左右，其余时间都在空载或很低的载荷下运行电能消耗很大。因此解决自动扶梯的节能降耗问题具有很好的经济效益和社会效益。 1.实证分析法:自动扶梯节能技术应用的具体案例，对节能技术进行研究。 2.比较分析法:将通过比较各种节能方案的优缺点，得出较优的结果。 3.观察法:在自动扶梯实际应用过程中，将大量用到观察法对节能效果进行观察，1.3自动扶梯的研究目的及意义 近年来，自动扶梯的高速发展，不仅要满足促进各行业蓬勃发展的需要。“扶梯热”的形成和持续，将进一步推动发展和完善新产品的产品质量。在这种形式下，研发并且普及扶梯新技术已成为
5、当务之急。 由于扶梯使用场所的特殊性，扶梯在写字楼、地铁等地的使用相对较为广泛，但出于场所的特殊性，这些场所的扶梯经常是出于轻载或空载的状态，导致电能的大量浪费，同时也造成了扶梯不必要的磨损。PLC作为系统的主控制器在保证扶梯正常运行的基础上，还要满足乘客乘坐舒适，节约不必要的能源浪费，以此达到延长扶梯使用寿命的目的，而且PLC作为系统的主控器还有不可替代的优点，例如性能可靠稳定，易于维护和功能强大，变频器的使用还可以发挥自动扶梯的节能效果，在舒适安全的前提下还可以节约能源，可见是具有良好的社会推广价值和市场前景的。1.4调研的总结 1.自动扶梯是属于负载率很低的设备，轻载或空载的时间占绝大多
6、数，而满载运行的时间相对来说是很少的，在自动扶梯上采取适当的措施进行节能其效果是非常惊人的。 2.轻载工况下由于要保证服务质量，又不允许运行速度明显降低，此时最好的节能措施就是电机降压运行。 3.空载工况下最好让自动扶梯停止运行，这样完全没有能耗和磨损;可是在有些情况下由于要保证安全和方便，不允许停止运行，此时最好的节能措施就是电机降压降频蠕动运行。 4.在不同载荷条件下切换运行模式的方法，可以采用计数法、监控电机转速法、监控电机电流法等。不过一般来说，如果要停止运行或蠕动运行，则必须包含技术检测环节。 5.在空载时允许停梯的场合，节能运行模式可以同时采用自动重新启动运行和 Y切换运行，分别在
7、空载和轻载工况下节能。 6.在空载时不允许停梯的场合，为了理性地实现上述节能要求，最好的节能措施就是采用变频器驱动。空载时电机降压降频蠕动运行，而在轻载时变频器只变压不变频，以实现降压节能运行。第二部分 设计说明 1.自动扶梯的节能方法 对于自动扶梯，常用的节能方法有“自动重新启动”节能法，“一Y切换”节能法等。 前一种方法是在无人乘梯时停止自动扶梯的运行,有人乘梯时起动扶梯,从而达到省电的目的,由于是采用了完全停电的方法,所以在节约能源方面是非常可观的，一般能达到50%的电能节约。但是这种方法存在一些缺陷,首先当无人乘梯时,自动扶梯处于停机状态,故大多乘客会认为扶梯停开或正在维修而转向附近的
8、楼梯上楼,特别是在楼梯与扶梯并行设置时更是如此,从而失去了自动扶梯的作用。 后一种方法是采用经典的星形与三角形接法转换起动,但是折中方法也有些不足之处，星形接法由于转矩只有三角形接法的1/3,所以星形接法转速较慢,而且两者之间有23s的转换时间,如果光电探测头位置距离扶梯入口处太近时,在乘客上梯后由于星形与三角形接法的转换会产生一个冲击,使扶梯的乘用舒适感恶化,甚至酿成事故;如果光电探测头距离扶梯入口处太远,则可避免乘客上梯后产生冲击,但容易造成误动作,同时如果客流连续间断造成扶梯的频繁起动，也会产生不利影响。 自动扶梯控制系统有3种：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
9、上所使用的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、控制方式落后等，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、PLC与变频器控制基本原理由于以上方式有着种种缺陷，这里提出了基于PLC与变频器的节能控制方法，同时，采用PLC作为主控制器，有着以下优点：（1）可靠性高
10、，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lO00V，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。（2）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。（3）维护检修方便。PLC产品具有完善的监视诊断功能，如有醒目的内工作状态、通讯状态、I/O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I/0模块后，还可以把外部故障判断和检测功能从
11、CPU中分开，从而提高了外部故障检测功能。一般来说，自动扶梯的空载时间往往大于载客时间。在PLC控制器自动检测到自动扶梯空载运行一定时间后，发出指令控制变频器使其降速运行，当有乘客踏上自动扶梯床盖板时，扶梯可通过设置在床盖板入口处的光电感应装置自动感知乘客的到来，开始加速运转。在这里，变频器的主要作用是用来调整扶梯转速、启动和运行平稳，在无人时，PLC经过延时指令，系统自动转入蠕动状态运行，以达到节能的目的。在扶梯入口处安装光电开关，有乘客时，光电开关发出信号，扶梯经变频调速至额定速度，当全部乘客离开扶梯后，扶梯经过一段时延又自动进入低速运行的待客状态。这样可节省电能，减少机械磨损从而延长使用
12、寿命。2-1 为节能方式的原理图。2-1 节能方式原理图 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。同时PLC在系统上电后始终采样变频器过载报警信号OLW、变频器异常报警信号FB、马达飞轮转速信号等，结合程序设计对系统进行保护。同时，系统也可通过手动转换开关进行节能和原工作方式的切换，使该系统可工作在变频状态，当变频装置出现故障时，又可转为原有运行方式，提高了系统的可靠性，增强了冗余度。3、系统的总体设计PLC主控制器采
13、用西门子公司的S7-200系列中型号为CPU226的控制单元，S7-200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，它能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂的控制功能。其中CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可以很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多
14、的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。其输入电路采用光电隔离，继电器型输出，并带有24VDC电源为传感器提供可靠的工作电压，其稳定性和易用性一直为广大电气技术人员所喜爱。传感器选用BANNER公司的Q23SN6LP反射型光电传感器，其检测距离最高可达2m，在0.5-1.5m距离效果最佳，其工作电压为10-30VDC，将其安装在扶梯上或下平台，距入口1.0-1.5m处（使乘客能够对扶梯的加速有所准备）。变频器选用SAMCO-i高功能静音式I-IF型，在变频器的使用上选用它的两速选择端2DF和第二加减速AD2端以达到正常和低速两种速度及符合乘客舒适感的加速
15、度。系统硬件原理框图如图2-2所示。 2-2 系统流程图 空载时通过变频器把转速降低为20%速度时，对于11kw以下的电机，扶梯耗能为仅为电机额定功率的3%5%，既300瓦400瓦左右。无论上行或者下行，在20%的蠕动速度都可达到80%的节能效果。采用变频器后，可以在自动扶梯空载时以极低频率和极低电压对电机供电，使扶梯以缓慢的速度运行。这样，在自动扶梯空载时便能起到良好的节能作用，同时扶梯不停止运行，也不会给乘客造成扶梯损坏无法运行的假象。当光电传感器检测到有人进入扶梯时，扶梯便开始提速，扶梯由缓速提升到额定速度所需的时间可通过PLC进行设定，设定时间可考虑为24秒。当人踏入扶梯踏板时，扶梯已接近或达到额定速度。这样就避免了人员在扶梯上的加速过程，保证了人员的安全。当PLC检测到扶梯空载t秒后，发出指令给变频器使额定速度变回蠕动速度。 整个自动扶梯节能运行模式控制流程如图2-3 所示。2-3 程序流程图采用上述的节能方法，其优点在于：（1）无人乘梯时，保证扶梯自动平稳过渡到节能运行
