PLC在自动扶梯节能运行中的应用

精品文档-下载后可编辑PLC在自动扶梯节能运行中的应用【摘要】自动扶梯常年运载乘客，出现空载状态时仍然以额定的速度运行，耗能大而且机械磨损严重。所以，自动扶梯需要进行节能改造，设计一种PLC结合变频器的自动控制扶梯运行的系统，让自动扶梯能够更加节能、稳定、安全，并进行推广使用。

【关键字】PLC；自动扶梯；节能运行

在城市建设快速发展的今天，自动扶梯与人们的生活工作息息相关，作为连续承载乘客的电力驱动设备，已经在地铁站、超市、商务大厦、机场等地段广泛地使用。目前，我国正在使用的自动扶梯大都是直接启动式的运行方式，即便没有乘客也会按照额定的速度运行，这种方式会使机械磨损比较严重、能量损耗较大，使用寿命也会减少。所以，自动扶梯的运行系统需要进行节能改造，这里我们对PLC结合变频器的控制模式进行介绍。

一、自动扶梯节能运行的设计要求

为了保证自动扶梯安全节能地运行，其控制系统需满足一系列要求。

（一）自动运行要求

在自动模式下，人为规定了运行方向后，乘客正向进入扶梯入口时，扶梯按照额定速度运行；当扶梯空载运行一定时间后检测出无人使用，扶梯降速爬行；当长时间无人使用时，可以人为选择停止运行或爬行。若是自动扶梯处于停机待机状态，有乘客反向进入扶梯，扶梯先按照设定方向按爬行的速度运行15s，发出警报；若是扶梯处于爬行待机状态时，有乘客反向进入，扶梯则继续爬行，同时发出15s的警报声。自动扶梯需要能够自动调节节能运行模式或普通运行模式，并在进出口安装明显的运行方向和运行状态指示标志。

（二）系统控制要求

电动机采用变频器输出控制方式进行启动、软启动和低速运转；检修时，扶梯按照爬行速度运行；定期检测扶梯运行控制系统中的接触器、安全开关和反馈信号，发生故障时立即停运并记录故障点，方便维修；可以根据现场的实际情况修改相关参数；为自动扶梯配备自动加油装置，方便加油；手动控制安全指示照明的开启和关闭。

（三）安全保护要求

根据国家规定的GB16899-1997，自动扶梯还应该设置保护装置：运行超速（低速）保护装置、梳齿板保护装置、驱动链断裂保护装置。根据客户的具体需要，还可以增加围裙板保护装置和检修盖板缺失保护装置等等。另外，电源处还应有监视保护，电动机需要有过载保护，制动器要有过热保护，设置紧急停止、检修安全按钮等等。

二、PLC结合变频器控制自动扶梯节能运行的原理

PLC结合变频器的应用在各行各业都有着广泛的应用，自动扶梯节能运行控制系统也采用了PLC结合变频器进行控制，基本原理是：PLC控制器检测到空载或是载客后发出不同的指令给变频器，从而使自动扶梯能够控制运行速度，达到节能的目的。其运行原理图见图1.

图1节能运行控制框图

当没有乘客的时候，PLC与变频器控制扶梯低速运行；当有乘客进入时，自动扶梯入口处安装的光电感应开关便可以感知到乘客的动作，并发出信号，控制扶梯由低速调整为额定速度运行。当所有乘客离开后，扶梯再次转变为低速运行。这样一来，扶梯便可以自动调节为合适的运行速度，节省耗能、减少磨损、提高安全性和可靠性。

三、自动扶梯节能控制系统设计

（一）选择PLC和变频器

根据自动扶梯控制系统的要求，可以选用深圳三菱机电公司研发的FX2N-48MR-4AD-2DA型PLC，自带48路I/O、4路AD、2路DA、扩展接口、通信接口等等，能够在各种自动控制系统中灵活地运用，可靠性高、抗干扰能力好、价格便宜。变频器可以选择国产富凌DZB300系列的变频器，其中准32位DSP控制芯片有着响应速度快、控制精度高、抗干扰能力好、输出转矩大、过载能力强的优点，并且能够快速适应负载突变，调整参数方式更加人性化，包括启动频率、加速时间、减速时间等等，从而满足节能控制，保证自动扶梯舒适地运行。

（二）系统主电路设计

考虑到自动扶梯节能调速的特点，设计电动机的主电路。如图2所示，

K1是上行接触器，K2是下行接触器，K3和K4是过程切换接触器，PT是检测电源用保护器，OCR是热继电器，M则是三相交流异步电动机。K1、K2、K3、K4根据扶梯的不同状态调整开合，控制自动扶梯运行速度。

当自动扶梯进行上/下方式的运行时，启动的时候K1、K2和K3闭合，采用变频器输出来驱动电动机；当电动机的转速达到额定的转速时，K3断开，K1、K2和K4闭合，电动机转变为全压异步运行；当扶梯进行低速爬行时，K1、K2和K3闭合，采用变频器输出来驱动电动机；当自动扶梯以额定速度运行的时候，钥匙开关转为停止，扶梯软制动，K4断开，K1、K2和K3闭合，采用变频器输出来驱动电动机进入减速状态。当自动扶梯的速度降到0.1m/s以下时，K1、K2、K3断开，制停扶梯。

图2电动机主电路图

如果系统全过程都采用变频器输出方式，那么选定变频器的额定输出功率必须要大于电动机的额定功率，但是自动扶梯真正满载的工作状态的概率并不高。除此之外，当扶梯向下运行时，电动机的工作状态会随着乘客的增加由拖动状态转变为再生制动状态。想要保证变频器能够安全运行，必须安装更多的回馈电阻，从而又产生了安装和散热方面的问题。

（三）控制电路设计

1、PLC电路设计

PLC控制系统主要用于实现运行、停止、安全、光电信号的检测，判断速度和记录故障等等。，PLC的主要输入电流包括：运行和状态检测电路；安全信号检测电路，用于检测电源、驱动链和梳齿板等；光电信号检测电路，用于检测出入口处的乘客；运行参数设定电路，用于设定时间、速度等参数。PLC的输出电路包括：变频器控制电路；运行接触器动作控制电路；制动器接触器控制电路；运行状态、故障指示电路。

2、PLC软件设计

PLC的程序设计采用的是模块编程，编写时要考虑清楚每步程序的执行顺序和PLC的输出特点。具体程序设计流程图见图4。控制程序中，需要PLC处理的最主要的信号是安全回路检测信号，判断扶梯的安全回路是否存在故障以及若是存在故障，故障的所在位置，保证自动扶梯安全运行。

结语

采用PLC可编程序控制器结合变频器的控制系统后，自动扶梯实现了智能化的节能控制。此智能系统经试运行和实验测试后，比起之前的继电控制扶梯系统能够节约接近35%左右的电能，另外，还能有效减少磨损、全面提升自动扶梯运行时的可靠性和稳定性，使其具备更高的经济效益，在今后的国家经济建设中大力推广使用。

参考资料

[1]张文蔚，夏骁勇，张蕊.PLC