基于PLC的自动扶梯变频系统设计.pdf

测控技 关键词 自动扶梯 ；P L C；变频器 中图分类 号T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 9 4 9 2 f 2 0 1 1 1 2 0 0 1 9 0 3 Th e De s i g n o f t h e Es c a l a t o r’S Fr e q u e n c y Co n v e r s i o n S y s t e m Ba s e d o n P LC S HEN Yu me i Da l i a n Vo c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e，Da l i a n 1 1 6 0 3 5，C h i n a Abs t r a c t T o s o l v e t h e p r o b l e ms o f h i g h p o we r c o n s u mp t i o n ，s e r i o u s me c h a n i c a l we a r a n d s h o r t l i f e t i me i n c o n v e n t i o n a l e s c a l a t o r s ，e n e r g y s a v i n g t r a n s f o r ma t i o n i s u s e d i n e s c a l a t o r s wi t h PL C a n d fre q u e n c y c o n v e r s i o n t e c h n o l o g y ．T h e h a r d wa r e c i r c u i t a n d t he s o f t wa r e o f t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m a r e d e s i g n e d．Th e e s c ala t o r s a f t e r t r a n s f o r ma t i o n r u n a t l o w s p e e d o r s t o p wh e n t h e r e a r e n o p a s s e ng e r s ．Th e t r a n s f o r ma t i o n e f f e c t i v e l y s a v e s t h e c o s t a n d h a s s i g n i fic a n t e c o n o mi c b e n e fi t ． K e y wo r d s e s c a l a t o rs ； P LC； i n v e r t e r 1引 言 自动扶梯是 公共场所运送 乘客 的典 型设备 ， 已经广泛应用于大型商场 、机场、地铁 、宾馆等 公共场所 ，在方便顾客和提高服务质量等方面起 到了相 当重要的作用 。但 目前国内安装 的 自动扶 梯大多是采用直接启动的工作方式 ，从其启动运 转至关闭为止 ．不管有无乘客均以额定速度运行 ， 这 就导 致 自动 扶梯 能 耗 大 、机 械磨 损 严 重 、使 用 寿命低等问题 ⋯。因此 ，有必要采用 P L C与变频 技术 相结 合 的控制 方式 对 自动 扶梯进 行 节能 改造 。 2自动扶梯 的节 能改造 要求 自动扶梯属于公共交通运输设 备 ，在达到节 能运行的同时必须满足 国家强制标准 ．以确保乘 客 安 全 ，因此 对 节 能 改造 后 的扶 梯 提 出 了 以下 设 计要 求 。 2 ． 1自动运 行要 求 1 当运 行 方 向设 定 后 ，启 动 自动 扶 梯 ，扶 梯进入停止待机状态 。 2 当安 装 在 扶 梯 出入 口的 光 电检 测 装 置检 测到有乘客正向进入扶梯入 口时 ，扶梯开始缓慢 加速至额定速度运行，进入高速运行状态 。 3 在预先设 定的高速运行等待时间 内，没 人乘梯时 ，扶梯开始减速为低速运行 ，进入低速 运行等待状态。 4 扶梯在预先设定 的低速运行等待时间内 时 ，若又有人进入扶梯 ，此时扶梯缓慢加速至额 定速度运行状态 ；若没人乘梯 ．则扶梯 自动停止 运行 ，进入停止待机状态，如此循环往复运行 。 2 I 2电气 控 制要求 1 扶梯启动运行平稳 ，无抖动。 2 无人乘梯时 ，扶梯制动平稳过渡到节能 状态 。 3 能人为选择 自动节能运行模式或普通联 动运行模式。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 2 0 ] 互工 技 术 4 当扶梯处于低速爬行待机状态 时，如有 人 反 向 进 入 扶梯 ，扶 梯仍 按 设 定 方 向继 续 爬 行 ， 同时发 出报警声 ；当扶梯处于停 止待机状态时 ， 如有 人反 向进入 扶梯 ，扶梯 也发 出报警 声 。 5 检修操作时 ，扶梯低速爬行 ，且其他所 有启动开关都应不起作用 ，但安全开关和安全电 路应仍起作用。 2 ． 3安全 保护 要求 根据 G B 1 6 8 9 9 1 9 9 7 自动扶梯和 自动人行道 的制造与安装安全规范 的相关要求 ，扶梯应设 置 以下保护装置 运行接触器触点粘连保护 、超 速保护及防逆转保护 、驱动链断裂保护 、上下梯 级遗失保护等。对于使用者 的经过而 自动启动的 自动 扶梯 ，应在 该 使 用者 走 到 梳齿 相 交 线 之前 启 动 运 行 ．并 有 明显 的运行 方 向指示 器 给 予 乘 客指 不。 3电气控制 系统的总体设计 3 ． 1系统硬 件 电路设计 3 ． 1 ． 1系统 硬件 组成 设计 自动扶 梯 变 频控 制 系 统 是在 原 工 频 控制 控 制 系 统 的基 础 上 ，加 装 红 外 探 测 传 感 器 、变 频 器 、 P L C控制器 以及其他必要辅助元件 ．进行变频运 行控制。其变频控制系统 电气原理图如图 1 所示 。 图 1 变频控制系统电气原理图 P L C是 变频 控 制 系统 的核 心 ，它接 收 红外 探 测传感器等装置送来 的各种输入信号 ，并 对接收 的输入信号进行处理 ，通过对变频器等电路 的控 制 ．实现扶梯 的运行 、停止 、润滑 、检修 、故 障 判断及记录 、状态显示等功能。 3 ． 1 ． 2系统主电路设计 由于 自动扶梯使用场合 的特殊性 ，相 当一部 分扶梯的空载时间往往大于载客时间。为 了提高 整个 系统 的安全可靠性 ，降低成本 ，本设计采用 旁路变频控制。即在原来工频控制系统的基础上 即保留主电机原工频控制系统 加装光电感应开 关 、变频器和 P L C控制器等装置。旁路变频控制 系统主电路如图 2所示。 L L L 图 2 旁路变频控 制系统主 电路 图 2中 ，M 为 主驱 动 电动机 ．K M 为 变 频 运 行接 触 ，K M 为工 频 运 行 接触 器 ，K M 为 工 频 运 行的上行接触器 ，K M 为工频运行的下行接触器 ， F R为工频运行过载保护的热继电器。 自动扶 梯 正 向启 动 时 ，K M 吸合 ，接 人 变 频 器 ，电动 机启 动 开 始加 速 。当扶 梯 达 到 额定 速 度 运行 后 ，K M。 失 电断 开 ，切 除变 频器 ，同时 K M 、 K M 吸合 ．主驱动电动机 由 5 0 H z 的工频电源进行 供 电 ．扶 梯 以额 定速 度 正 向运 行 。如 在预 先 设 定 的时 间 内 ．安 装 在扶 梯 入 15处 的传 感 器没 有 检 测 到有乘 客进 入扶 梯 ，则 K M。 、K M。 失 电断 开 ，K M。 吸合 ，扶 梯将 切换 到 变 频 器控 制 ， 由额 定 速 度 自 动降为低 速运行或停止状态 。系统也可通过手动 转换开 关进 行 自动节 能方 式 和原工 频方 式 的切换 。 当变 频 器 调速 系统 出现 故 障 时 ，控 制 系统 可 以 自 动切换为原工频运行方式 ，保 障扶梯输送功能 的 正 常实施 l 。 由于 变频 器 只 在启 动 、制 动 、低 速 爬 行 时起 F ． __一 __ _ _ _ _| _厂 暖 弼 露 露 曩 ] I 墨 囊 曩 1 2 0 『 l _ 戮 I L L ■ 0 _ i J 0 ‘ 一 测 控技 作用 ，而在高速运行时变频器并未参与控制 ，所 以可 以选择变频器的功率 比主驱动电机的功率小 一 些 。相 比全变频控制而言 ，降低 了成本 ，提高 了安全可靠性 ，同时还不需要制动 电阻 ，减少了 机房发热 3 ． 1 ． 3 P L C控制电路设计 P L C的作用是接收红外探测传感 器等装置送 来 的各种输入信号 ，并对接收 的输入信号进行处 理 ，实现运行 、停止 、检修 、状态显示 、故障判 断及报警等功能。P L C控制电路如图 3所示。 一 I N 光电信号检测 l oU T 变频器 l 检 测 信 号一 l 运行方向卜 _ P L C 接触器 l 设 定 信 号 l 参数设定 }_ 一 案 I 其 它 辅 助 电 路 L 叫 其 它 辅 助 电 路 l 图 3 P L C控 制电路 P L C的输入 电路主要有 1 光 电信号检 测 电 路 ，对 扶梯 出入 口的乘 客随 时 进行 检 测 2 安全保护检测电路 ，对电源 、驱动链、梳齿板 等安全信号进行检测 ； 3 运行模式 、方向检测 电路 ，对扶梯停止或运行 、上行或下行 、是否检修 等进行检测 ； 4 参数设定 ，对运行 时间 、加速 时间、空载运行速度等参数进行设定 5 其他 辅助电路 ，对扶梯出入 口安全指示照明的开或关 、 自动加油装置的开或关等进行检测。P L C控制的输 出装置主要有 1 变频器 ，控制扶梯 的启动 、 低速运行 、软制动； 2 运行接触器 ，控制扶梯 工 频变频 运行切换 、上 行下行 切换 ； 3 制 动器 ． 使扶梯安全制动 ； 4 运行状态、故障指示电路 。 3 ． 2 P L C 程序 控制 流程 设计 P L C的运行 、停止 、润滑 、检修 、状态显示 、 故 障判断及报警等功能是通过采集红外探测传感 器等装置送来的各种输 入信号 ，经过 P L C内部逻 辑处理 ，通过输 出指令控制变频器 、接触器等装 置来实现 。P L C程序控制流程如图 4所示 图 4 P L C程序控制流程 P L C控制程序运行时 ，首先进行初始化 ，然 后采集各类输入信号 ，对 自动扶梯运行系统进行 检测。若扶梯满足正常运行条件时 ，则 P L C发出 运行指令 ，自动扶梯正常运行 。当扶梯 出现安全 电路 等故障时 ，控制 系统 自动停梯并进行 报警 ， 同时，系统控制装置面板上有故障运行指示 ，提 示维修人员迅速查明原因 [ 。 4结束语 采用 P L C和变频控制技术对 自动扶梯进行节 能改造 ，实现了有人乘坐时以额定速度运行 ，无 人乘坐时低速或停止 运行 。改造后的 自动扶梯 ． 在安全舒适运行的前提下 ，既节约 了能源 ，减少 了不必要 的浪费 ，同时又减小了扶梯的机械磨损 ， 有利 于延长扶梯的使用寿命 ，具有显著的经济效 益 ，值得进行推广 。 参考文献 [ 1 ]张文蔚 ，夏 骄 勇，张蕊． P L C在 自动扶梯节 能运 行 中 的应用 L I ]． 机电一体化，2 0 0 8 0 9 8 0 8 1 ． [ 2 ]陈育斌．自动扶 梯 节能运行控 制 系统设 计 [ J ]． 长江 大学学报 自然科 学版 ，2 0 1 0 O 6 2 6 2 2 6 4 ． [ 3 ]史 国生．电气控 制与 可编程控制 器技 术 [ M]． 北京 化学工业出版社 ．2 0 0 3 ． 作者简 介 沈玉梅 ，女 ，1 9 6 1 年 生 ，辽宁大连 人 ，硕 士 ． 教授。研究领域 电气控制技术 。 ’ 已发表论文 6 篇 。 编辑 阮毅