扶梯电气控制部分

扶梯 步道的电气控制原理扶梯 步道的电气控制原理 自动扶梯是一种倾斜的带有连续循环运动梯路向上或向下输送乘 客的电力驱动设备 它的主要特点是 1 输送能力大 输送客流均匀 能连续输送乘客 2 可以向上或向下运行 3 当停电或故障时可作普通楼梯通道使用 不影响楼层之间的交通 4 造型美观 可以美化环境 5 结构比较紧凑 占地面积小 使用维护方便 扶梯 步道 扶梯和步道广泛适用于各大型商场 车站 地铁车站 码头 航 空港 购物中心等公共场所 由于自动人行步道与扶梯除了有梯路 运行和水平运行的区别外 其他差别不大 因此在本章中不再另行介绍 在本章中 都以蒂森克虏伯公司生产的 FT822 型扶梯为例 扶梯的电气控制部分相对简单 主要有驱动电路 控制电路 安全 回路 显示 设置 面板 装饰灯光电路等 下面具体介绍 一 扶梯的上下行和启动电路 1 扶梯的上下方向运行 从电路中来说 扶梯的上下行的实现就是让电动机的正转 反转 知识回顾 三相交流异步电动机的工作原理 在定子绕组中通 入三相正弦电流 就会在转子和定子之间产生旋转磁场 根据安培定 则或叫右手螺旋定则电生磁的原理 由于旋转磁场与转子绕组之间有 相对运动 则转子绕组切割磁场 在其中产生感生电压 因为转子绕组是 闭合的 所以转子导体中便有电流流过 根据右手定则 根据左手定 则 通过电流的导体在磁场中要受到力的作用 这样转子就产生了转矩 在转矩的作用下 定子就沿着旋转磁场的方向旋转起来了 定子绕组 源源不断地从电网中汲取电能经过电磁作用转化为机械能而输出 电 动机就连续不断地旋转起来 可见 要改变电动机的转向 就是改变 旋转磁场的方向 只要把通入电动机定子绕组的三相电任意两相对调 即可 扶梯电路中上下行 正反转 的实现 如图 1 a 所示 k1 1 为上方向运行交流接触器 k1 2 为下方向运 行交流接触器 k1 1 工作时三相电源的顺序是 U1 V1 W1 进入电 动机 K1 2 工作时 三相电源的顺序是 W1 V1 U1 进入电动机 这样就改变了通入定子绕组的三相电源的相序 即改变了定子绕组同 转子之间的旋转磁场方向 电动机就由正转变反转或上行变下行了 2 电动机的启动 知识回顾 三相交流异步电动机的降压启动有四种 定子回路串 电阻 自耦变压器降压启动 星 三角形降压启动 延边三角型降 压启动 其根本目的都是为了减小启动电流 因为蒂森克虏伯公司 生产的 FT822 型扶梯用的是星 三角型降压启动 所以在此我们只 讨论星 三角型降压启动这种方式 如图 1 a 所示 k1 1 为上方向运行交流接触器 k2 1 为星型连接 交流接触器 k2 2 为三角型连接交流接触器 我们先假设扶梯现在 是上方向运行 即 k1 1 主触头闭合 电动机刚启动时 首先星型连 接交流接触器 K2 1 的主触头闭合 电动机变星型启动 经过 N 秒 的延时 星型连接交流接触器 K2 1 的主触头断开 三角形连接交流 接触器 K2 2 的主触头闭合 电动机进入三角型正常运行 我们知道 上面的 k1 1 上行 K1 2 下行 K2 1 星型连 接 K2 2 三角形连接 交流接触器主触头的闭合与断开就是对相 应交流接触器线圈得电与失电的控制 那么它们是怎么来控制的呢 一般来说 是用启动按钮 停止按钮 时间继电器等来控制的 在 蒂森克虏伯公司生产的 FT822 型扶梯中 该功能的控制是用可编程 控制器 PLC 来实现的 用的 PLC 具体型号是 西门子 S7 200 知识引入 可编程控制器 PLC 的基本介绍 一 可编程控制器概况可编程控制器概况 可编程控制器 PROGRAMMABLE CONTROLLER 简称 PC 与个 人计算机的 PC 相区别 用 PLC 表示 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术 计算 机技术 自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置 目的是用来取代继电器 执行逻辑 记时 计数等顺序控制功能 建立柔性的程控系统 国际电工委员会 IEC 颁布了对 PLC 的规定 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下 应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻 辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过 数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 二 二 PLCPLC 的结构及基本配置的结构及基本配置 一般讲 PLC 分为箱体式和模块式两种 但它们的组成是相同 的 对箱体式 PLC 有一块 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电 源等 当然按 CPU 性能分成若干型号 并按 I O 点数又有若干规格 对模块式 PLC 有 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机 架 无任哪种结构类型的 PLC 都属于总线式开放型结构 其 I O 能力可按用户需要进行扩展与组合 PLC 的基本结构框图如下 接受 驱动 现场信号 受控元件 三 基本指令系统特点三 基本指令系统特点 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比 具有明显的特点 它既 不同于高级语言 也不同与一般的汇编语言 它既要满足易于编写 又要满足易于调试的要求 目前 还没有一种对各厂家产品都能兼 容的编程语言 如三菱公司的产品有它自己的编程语言 OMRON 公 司的产品也有它自己的语言 在逻辑运算部分 几乎所有的厂家都 采用类似于继电器控制电路的梯形图 很容易接受 如西门子公司 还采用控制系统流程图来表示 它沿用二进制逻辑元件图形符号来 表达控制关系 很直观易懂 较复杂的算术运算 定时计数等 一 般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示 虽然象征性不如逻辑运算 部分 也受用户欢迎 一些高档的 PLC 还具有与计算机兼容的 C 语 言 BASIC 语言 专用的高级语言 如西门子公司的 GRAPH5 三菱 公司的 MELSAP 还有用布尔逻辑语言 通用计算机兼容的汇编语 言等 不管怎么样 各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品 本章节采用最常用的编程语言 梯形图 LAD 来讨论电路问题 它类似于电气原理图是符号 易为电气工作人员所接受 对使用者 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 CPU 板 电 源 部 件 接 口 部 件 输 出 不要求具备高深的知识 不需要长时间的专门训练 只要你能看懂 电路图就能看懂梯形图 什么叫梯形图呢 梯形图是通过连线把 PLC 指令的梯形图符号连接 在一起的连通图 用以表达所使用的 PLC 指令及其前后顺序 它与 电气原理图很相似 它的连线有两种 一为母线 另一为内部横竖 线 内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组 这个指 令组一般总是从装载 LD 指令开始 必要时再继以若干个输入指 令 含 LD 指令 以建立逻辑条件 最后为输出类指令 实现输出 控制 或为数据控制 流程控制 通讯处理 监控工作等指令 以 进行相应的工作 母线是用来连接指令组的 PLCPLC 的基本逻辑指令的基本逻辑指令 基本逻辑指令是 PLC 中最基本的编程语言 掌握了它也就初 步掌握了 PLC 的使用方法 各种型号的 PLC 的基本逻辑指令都大 台大同小异 现在我们针对三菱公司的 FX2N 系列 来看看其指 令的功能和使用方法 每条指令及其应用实例都以梯形图和语 句表两种编程语言对照说明 一 输入输出指令 LD LDI OUT 下面把 LD LDI OUT 三条指令的功能 梯形图表示形式 操 作元件以列表的形式加以说明 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 LD 取 常开触点与母线相连 X Y M T C S LDI 取反 常闭触点与母线相连 X Y M T C S OUT 输出 线圈驱动 Y M T C S F LD 与 LDI 指令用于与母线相连的接点 此外还可用于分支 电路的起点 OUT 指令是线圈的驱动指令 可用于输出继电器 辅助继电 器 定时器 计数器 状态寄存器等 但不能用于输入继电 器 输出指令用于并行输出 能连续使用多次 X000 Y000 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y000 二 触点串连指令 AND ANDI 并联指令 OR ORI 符号 名称 功 能 梯形图表示 操作元件 AND 与 常开触点串联连接 X Y M T C S ANDI 与非 常闭触点串联连接 X Y M T C S OR 或 常开触点并联连接 X Y M T C S ORI 或非 常闭触点并联连接 X Y M T C S AND ANDI 指令用于一个触点的串联 但串联触点的数量不 限 这两个指令可连续使用 OR ORI 是用于一个触点的并联连接指令 X001 X002 Y001 地址 指令 数据 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 三 电路块的并联和串联指令 ORB ANB 符号 名称 功 能 梯形图表示 操作元件 ORB 块或 电路块并联连接 无 ANB 块与 电路块串联连接 无 含有两个以上触点串联连接的电路称为 串联连接块 串 联电路块并联连接时 支路的起点以 LD 或 LDNOT 指令开始 而 支路的终点要用 ORB 指令 ORB 指令是一种独立指令 其后不带 操作元件号 因此 ORB 指令不表示触点 可以看成电路块之间 的一段连接线 如需要将多个电路块并联连接 应在每个并联电 路块之后使用一个 ORB 指令 用这种方法编程时并联电路块的个 数没有限制 也可将所有要并联的电路块依次写出 然后在这些 电路块的末尾集中写出 ORB 的指令 但这时 ORB 指令最多使用 7 次 将分支电路 并联电路块 与前面的电路串联连接时使用 ANB 指令 各并联电路块的起点 使用 LD 或 LDNOT 指令 与 ORB 指令一样 ANB 指令也不带操作元件 如需要将多个电路块串联 连接 应在每个串联电路块之后使用一个 ANB 指令 用这种方法 编程时串联电路块的个数没有限制 若集中使用 ANB 指令 最多 使用 7 次 ANB X000 X002 X003 Y006 X001 X004 X005 ORB X006 X003 地 址 指 令 数 据 0000 LD X000 0001 OR X001 0002 LD X002 0003 AND X003 0004 LDI X004 0005 AND X005 0006 OR X006 0007 ORB 0008 ANB 0009 OR X003 0010 OUT Y006 有了上面关于 PLC 的基础知识 我们再来看扶梯需要星三角 降压启动时 用 PLC 是怎样控制的 用可编程控制器控制电机的正反转或星三角降压启动时控 制电路中的接触器触点逻辑关系可用编程实现从而使线路接线大 为简化 用可编程控制器实现电机星三角降压启动的接线图 主 电路不变 控制电路如图 1 b 所示 请结合图 1 a 来看 KM1 1 上行 上行钥匙开关 I1 0 Q1 0 下行钥匙开关 I1 1 Q1 1 KM2 1 星 I1 2 Q1 2 KM2 2 三角 停止按钮 PLC S7 200 FR 热继电器常闭触头 COM N DC 24v AC 220v 图 1 b 只画出上行的简单梯形图如下 I1 0 I1 2 M30 0 M30 0 M30 0 KM1 1 T40 KM2 1 星 T40 T40 KM2 2 三角 现在我们来分析梯形图 在梯形中 I1 0 是扶梯上行的钥匙开 关 当扭动此开关时 I1 0 闭合 能流从母线通过 I1 0 到达 I1 2 而 I1 2 是闭合的 能流到达 M30 0 这里可以把 M30 0 看 成是在 PLC 内部的一个中间继电器 能流到达后 它便动作了 M30 0 的动作后 其常开点变成了常闭点 锁住了扶梯上行的钥匙 开关 I1 0 使 M30 0 一直闭合 再来看下一句 M30 0 闭合 能流 分成了三路 一路使上方向运行的交流接触器 KM1 1 动作 第二路 通过定时器 T40 的常闭点到达 KM2 2 线圈 使 KM2 1 闭合 第三路 到达 T40 定时器 使 T40 定时器开始记时 此时 由于 KM1 1 KM2 1 接触器线圈得电 从电路图中可知电动机作星行启 动 再来看下一句 经过 N 秒后 当 T40 定时器时间到 T40 的常 闭点变常开点 使 KM2 1 失电断开 其常开点闭合使 KM2 2 得电闭 合 于是 现在电路中是 KM1 1 KM2 2 继电器在工作 电动机作三 角形运行 当然 一个完善的程序还远远不止这些 比如在程序中应考虑 输入互锁 电路中应考虑继电器互锁等 请自行分析 前面说过 可编程控制器 PLC 能帮助用户建立柔性的程控 系统 其柔性的方便性就在于用户可以通过编写相应的控制程序 来做不同的事情 我们拓展思路想想 如果我们在上下行钥匙开 关点 I1 0 I1 1 或者另外增加输入点 装上感应开关来检测是 否有人接近 那扶梯是不是就实现自动启动了 如果我们在停止按 钮处写上定时器程序 扶梯不就可以实现自动停止了 还有 现在 很多 PLC 都配套有通讯模块 直接支持或通过软件支持以太网通 讯协议 这样就可以把分布在各个区域的 PLC 连接起来 在计算机 上用组态软件直观地看到各处设备的运行情况 通过 PLC 传回的 故障代码 我们又能及时知道现场设备的故障点 这就是现在大型 建筑物内楼宇监控 自控实现的基本方法 这里就不再作更多介 绍了 干兴趣的同志可以参考相关书籍 下面介绍扶梯的安全回路 现在 扶梯的设计 制造技术已经很成熟了 其安全保护措施 很多 相当完善 下面以蒂森克虏伯公司生产的 FT822 型扶梯 为例 介绍扶梯的安全回路及保护器件 通则声明 对于扶梯来说 驱动端为 上端 张紧端为 下端 其 余为 直段 人站在张紧端 面向驱动端 身体左边为 左 右边 为 右 1 转速控制器 主控制箱内 器件编号 A6 器件自身控制点 17 18 接 入 A2 板 3 4 点 状态常开 发生与此器件相关故障时显示面板显 示的故障代码为 F02 2 相序继电器 主控制箱内 器件编号 F3 F4 器件自身控制点 15 18 接入 A2 板 3 4 点 状态常开 故障代码为 F04 3 电动机保护热继电器 主控制箱内 器件编号 F6 器件自身控制 点 95 96 接入 A2 板 4 5 点 状态常闭 故障代码为 F05 4 主驱动链控制 主控制箱内 器件编号 K23 器件自身控制点 13 14 接入 A2 板 5 6 点 故障代码无 5 上端梳齿板左保护开关 上端梳齿板下 器件编号 S6 11 1 器 件自身控制点 11 12 接入 A2 板 7 8 点 状态常闭 故障代码 为 F21 6 上端梳齿板右保护开关 上端梳齿板下 器件编号 S6 11 2 器 件自身控制点 11 12 接入 A2 板 8 9 点 状态常闭 故障代码 为 F22 7 上端扶手带左保护开关 上端扶手带入口盒内 器件编号 S6 10 1 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 9 10 点 状态常 闭 故障代码为 F23 8 上端扶手带右保护开关 上端扶手带入口盒内 器件编号 S6 10 2 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 10 11 点 状态常 闭 故障代码为 F24 9 上端急停开关 上端钥匙开关下面 器件编号S1 5 1 器件自身 控制点 1 2 接入 A2 板 12 13 点 状态常闭 故障代码为 F26 10 上端梯级检测开关 上端与直段交接处梯级下面 器件编号 S6 14 1 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 13 14 点 状态常 闭 故障代码为 F44 11 下端梳齿板左保护开关 下端梳齿板下 器件编号 S6 11 3 器 件自身控制点 11 12 接入 A2 板 16 17 点 状态常闭 故障代 码为 F38 12 下端梳齿板右保护开关 下端梳齿板下 器件编号 S6 11 4 器 件自身控制点 11 12 接入 A2 板 17 18 点 状态常闭 故障代 码为 F39 13 下端扶手带左保护开关 下端扶手带入口盒内 器件编号 S6 10 3 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 18 19 点 状态常 闭 故障代码为 F40 14 下端扶手带右保护开关 下端扶手带入口盒内 器件编号 S6 10 4 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 19 20 点 状态常 闭 故障代码为 F41 15 下端坑内推压急停开关 下端底坑内 器件编号S1 4 2 器件自 身控制点 1 2 接入 A2 板 20 21 点 状态常闭 故障代码为 F29 16 下端急停开关 下端钥匙开关下面 器件编号S1 5 2 器件自身 控制点 1 2 接入 A2 板 21 22 点 状态常闭 故障代码为 F28 17 下端梯级检测开关 下端与直段交接处梯级下面 器件编号 S6 14 2 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 22 23 点 状态常 闭 故障代码为 F45 18 下端梯级链条张紧度检测开关左 底坑内 器件编号 S6 12 1 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 23 24 点 状态常闭 故障 代码为 F46 19 下端梯级链条张紧度检测开关右 底坑内 器件编号 S6 12 2 器件自身控制点 11 12 接入 A2 板 24 25 点 状态常闭 故障 代码为 F47 扶梯在安全回路中的主要保护开关就是这些 它们全都是串连在安全回路 中的 我们在检修时 只要看显示面板显示的故障代码 就可以知道是什么开关动 作了 再用万用表在 A2 板的接线端子上 从 2 点到 26 点分段测试 进行确认 就 能快速 准确地处理故障部位了 对扶梯电气进行维修保养时 使用的工具 仪表要求 1 万用表内阻在 200K 以上 2 交流电流表量程为 AC100A 3 交流电压表量程为 AC450V 对于指针式 输入阻抗在 300K 以 上 4 高压兆欧表应使用电池式 500V 的 内阻 200K 以上 禁