自动扶梯驱动机及其控制电路设计

1自动扶梯驱动机及其控制系统设计摘要自动扶梯广泛用于车站、码头、商场、机场和地下铁道等人流集中的地方。自动扶梯是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯路，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，运载人员上下的一种连续输送机械。一个完整的扶梯系统包括电动机，主传动机构，链条机构，以及滚轮，梯级，扶手等。自动扶梯作为一种机电一体化的设备，既有机械的装置，又有电气装置。控制系统是自动扶梯的主要组成部分之一，它的设计水平、产品质量，直接影响自动扶梯的性能、自动化程度和运行的可靠性。本课题针对自动扶梯的运行过程，设计出基于 PLC 控制方式的控制电路，使之实施合理、有效控制。关键词：自动扶梯；电动机；可编程控制器；机电一体化；电气系统 2ESCALATOR DRIVE MECHINE AND ITS CONTROL CIRCUITABSTRACTEscalators are widely used in stations, terminals, shopping malls, airports and metro areas such as population concentration. Escalator is run with a cycle of steps for upward or downward-sloping transport passengers fixed electrical drives. Escalator is a special structure of the chain conveyor and the two form a special structure, the combination of belt conveyor, with a circular motion ladder Road, to the different floors in the building up or down between transport passengers, fixed electrical tilt drives, moving personnel up and down a continuous conveyor machinery. A complete escalator system includes motors, main transmission, chain organizations, and the wheel, steps, handrails and so on.Escalator as a mechanical and electrical integration of equipment, both mechanical devices, electrical installations there. Control system is a major component of the escalator, one of its design, product quality, directly affect the performance of the escalator, automation and reliability. The topic for the escalator is running, designed PLC-based control mode control circuit, so that the implementation of reasonable and effective control.Key words: Escalator ； motor； programmerable logic controller ; Mechatronics; electrical system 3第一章 绪论一、 选题背景自动扶梯作为一种可以连续运行的客运工具，目前正广泛应用在地铁、机场、商场等客流量较大的场所。自动扶梯不仅具有运载乘客的实用性，同时以其艺术装饰性受到人们的普遍重视。现在扶梯、电梯成为人类不可缺少的交通运输工具。在过去扶梯拖动的控制普遍采用传统继电器控制方式，这种电器控制原理比较简单、直观。但继电器控制方式固有的缺点，如控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高、不易检修等。再加上继电器控制回路触点较多，造成接线比较复杂，运行故障比较多，排除故障比较困难，还受到线路控制的局限性，继电器控制方式难以实现许多附加的先进功能。随着扶梯的自动化及安全性能逐渐的提高，而自动扶梯控制系统还采用传统的继电器控制已不能满足高性能的要求。因此，在自动扶梯的控制中需要采用新的控制方式。二、 自动扶梯简述自动扶梯是带有循环运动梯路向上、下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。它是由一台特种结构型式的胶带输送机组合而成的，用在建筑物的不同高度间运载人员的一种连续输送的机械设置。自动扶梯不仅具有运载乘客的实用性，同时以其艺术装饰性受到人们的普遍重视，广泛应用在地铁、机场、商场等客流量较大的场所。（一） 自动扶梯的基本参数1. 倾斜角定义：梯级运行方向与水平面的夹角称为倾斜角，用表示。4一般倾斜角按国家标准规定：自动扶梯为30 o或35 o两挡。越大，则空间位置较为省略，可降低制造费用和建筑造价费用，为确保安全运行，若提升高度超过6m，则选取倾斜角为30 o。2. 额定速度定义：额定速度是指在空载时，梯级在运行方向上的速度，用v表示，单位m/s。额定速度是自动扶梯的一个重要参数，决定着自动扶梯的输送能力。从输送能力考虑，则速度越高越好，但安全性较差。若从安全性考虑，则速度越慢越好。由此，国家标准规定：当倾斜角为35 o速度为0.450.5m/s。倾斜角30 o时，速度为0.50.55m/s。若提升高度较高时，可以适当提高运行速度，这样对降低乘客的停留时间较为有利。3. 理论的运输能力定义：在单位时间内（1h）运送乘客的人次，用Q表示，单位为人/h。表 1额定速度（m/s）梯级名义宽度 （m） 0.5 0.65 0.750.6 4500人/h 5850人/h 6750人/h0.8 6750人/h 8775人/h 10125人/h0.75 900人/h 11700人/h 13500人/h4. 技术性能指标根据GB16899-1997自动扶梯和自动人行道的制造和安装安全规范 ，空载和有载向下运行的制停距离应在下列范围之内：表 2额定速度（m/s） 制停距离范围(m)0.50 0.20-000.65 0.30-300.75 0.35-505（二） 主要优缺点用自动扶梯输送乘客有如下优点：1. 输送能力大，且与提高高度无关；2. 运送客流量均匀，能连续地输送乘客；3. 可以逆转，即向上或向下运转；4. 当停电或因故障不能运行时，可作为普通扶梯使用。但也存在一些缺点：1. 结构上有水平段，因此有附加能量损失；2. 对于自动扶梯，当提升高度较大时乘客的乘运时间较长；3. 水平面积大，由于扶梯有较大的水平位移，要多消耗一些能量，在建筑上要占较大的面积，造价较高。(三) 自动扶梯的 PLC 控制简述随着扶梯的自动化及安全性能逐渐的提高，而自动扶梯控制系统还采用传统的继电器控制已不能满足高性能的要求。由于可编程控制器具有体积相对小，性能价格比高，编程方便等优点。可以通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制扶梯运行。因此， PLC（即可编程控制器）在控制领域内得到十分广泛地应用。采用PLC 作为控制核心，自动扶梯的电气系统一般分主回路（MAIN） 、控制回路（PLC）和显示回路三大部分。可以实现Y/起动、正常起动、检修运行、梯级安全监控、故障数字显示等功能。第二章 PLC 可编程控制器的简介及应用一、 PLC 可编程控制器的性能特点PLC的诞生给工业控制带来了一次革命性的飞跃，与继电器、微机控制相比，PLC有它独特之处。6（一） 灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电气控制图，有人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电气控制系统的话，那么原先的整个电气控制系统将被全部拆除。可编程控制采用存储器中的程序实现控制功能，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动少量的接线即可。（二） 可靠性高抗干扰能力强对工业控制器件来讲，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工业环境和条件下，平稳、可靠地工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制器必须考虑的问题。PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施，使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机” 。首先，PLC采用的是微电子技术，大量的开关动作是有无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外，PLC还在硬件和软件两方面采取了以下主要措施来提高其可靠性。1. 硬件措施对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波；在CPU与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离了内部电路与I/O间电的联系，减少故障和误动作；采用模块式结构，这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换，使系统恢复正常工作。2. 软件措施监控程序定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，以便及时进行处理。当检测到故障时，立即把现状状态存入存储器，并对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦检7测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。设置监视定时器WDT，如果程序每次循环执行时间超过了WDT 规定的时间，表明程序进入死循环，立即报警。加强对程序的检查和校验，一旦程序有错，立即报警，并停止执行。对用户程序及动态数据进行电池后备，停电时利用后备电池供电，保证信息不丢失。（三） 编程简单、使用方便用微机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件的知识。而PLC采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。（四） 接线简单PLC的接线只需将输入设备与PLC输入端子连接，将输入设备与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺丝刀，接线工作极其简单、工作量极少。（五） 功能强现代PLC不仅具有条件控制、记时、记数、步进等控制功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算、数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可对开关量进行控制，又可以对模拟量进行控制；既可控制一台单机、一条生产线，又可控制一个机群，多条生产线；既可现场控制，又可远距离控制；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。（六） 体积小、重量轻、易于实现机电一体化由于PLC采用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。8二、 PLC 的结构和工作原理（一） PLC 的结构PLC有中央处理单元（CPU） ，存储器，I/O接口和系统总线四大部分组成。CPU是PLC的核心，能够识别用户按照特定的格式输入的各种指令。根据当前的现场的I/O信号的状态，发出相应的控制指令完成预定的控制任务。存储器是存放系统程序和用户程序的。输入/输出通道是PLC和外界交换信息的通道。使用可编程控制器是通过I/O接口电路来实现的。可编程控制器的I/O接口电路对外体现为其输入模块和输出模块的各类接口端子，有编程器的接口、存储器接口、扩展接口、特殊模块接口和通信接口。1. 模拟量输入通道(AI)由传感器测出的电信号，如温度、压力、压差、应力、位移、速度等。2. 模拟量的输出通道(AD)在被控对象的某些参数时，往往会需要输出连续变化的模拟信号来驱动执行机构进行调节。如在控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，通过调速装置控制各种电动机的转速，或通过电气转换器或电-液装置控制各种电气或液动执行机构等。3. 开关量输入通道（SI）用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门的启开状态。各种开关及手动操作按钮的开关状态等。输入信号一般为0-24V或0-5V直流电压信号，但有时也可输入交流电压信号。4. 开关量输出通道（SO）用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声/光报警器等。一般有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出等多种形式。9（二） 工作原理PLC控制的等效电路由三部分组成：1. 输入部分接收操作指令或接收被控对象的各种状态信息。PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入COM端接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开。控制部分：这一部分是用户编制的控制程序，通常用梯形图的形式表示，控制程序放在PLC的用户程序存储器中。系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有需要输出的结果则送到PLC的输出端子，以控制外部负载的工作。2. 输出部分根据程序执行的结果直接驱动负载。在PLC内部有多个输出继电器，每个输出继电器对应输出端的一个硬触点，当程序执行的结果使继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制外部负载的动作。3. 梯形图梯形图是从继电器控制电路的原理图演变而来的。PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，每个继电器是PLC内部存储单元的一位，因此称为“软继电器” 。梯形图是由这些“软继电器”组成的控制线路，但它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系上的连接，称为“软继电器” 。当存储单元的某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电。当该位状态为0时，相当该继电器线圈断电。软继电器的常开触点可以在程序中使用无数多次。PLC为用户提供的继电器一般有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊继电器、移位寄存器、定时器/计数器等。其中，输入、输出继电器一般