自动扶梯PLC控制系统图设计FX2N.docx

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自动扶梯PLC控制系统图设计FX2N

摘要

自动扶梯广泛用于酒店、商场、地铁、火车站、写字楼、机场等场所，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。

本设计采用PLC控制系统，具有可靠性高、稳定性好、编程简单、使用方便、检修维护方便等显著优点。

将PLC应用于自动扶梯上，可大大提高自动扶梯的控制水平，使自动扶梯达到了更为理想的控制效果。

跟继电器控制自动扶梯相比有了一个质的飞跃。

它实现了自动扶梯的电脑化控制，使自动扶梯更趋智能化。

自动扶梯采用伺服驱动，Y-Δ切换启动。

从电梯运行的安全要求和检修运行要求出发，同时考虑到电梯操作的便利性，程序设计主要实现三种运行状态：

自动运行、手动运行、检修运行状态。

在正常情况下，扶梯进入自动运行状态；当发生某种特殊情况时，扶梯在外部手动信号的作用下，进入手动运行状态，当系统检修时，插入检修盒，进入检修状态。

在电气系统组成以后，为了实现最优控制，需要精心的编制PLC的控制程序。

在PLC控制程序中需要进行处理的逻辑信号首先是安全回路检测信号，通过对这些信号的处理，给出相应的运行状态显示和报警信号。

关键词　自动扶梯,PLC,控制系统

ABSTRACT

Escalatorsarewidelyusedinhotels,shoppingmalls,subway,trainstations,officebuildings,airportsandotherplaces,intheconvenienceofourcustomersandimprovethequalityofservicehasplayedaveryimportantrole.

ThisdesignusesaPLCcontrolsystem,highreliability,stability,programmingissimple,easytouse,repairandmaintenanceconvenienceobviousadvantages.PLCappliedtotheescalator,theescalatorcangreatlyimprovethelevelofcontrol,sothattheescalatortoreachthedesirablecontroleffect.Comparedwiththerelaycontrolescalatorshaveaqualitativeleap.Itimplementsacomputerizedcontroloftheescalator,sothattheescalatormoreintelligent.

Escalatorsservodrive,Y-Δstartswitch.Runningfromtheelevatormaintenancesafetyrequirementsandoperatingrequirements,andtakingintoaccounttheconvenienceofelevatoroperations,programmingrealizationofthreemainoperatingstates:

automaticoperation,manualoperation,maintenancerunning.Undernormalcircumstances,theescalatorintotheauto-runstate;whentheoccurrenceofcertainspecialcircumstances,theescalatorintheroleoftheexternalhandsignal,toentermanuallyrunthestate,whenthesystemoverhaul,inserttherepairbox,enterthemaintenancestate.Aftertheelectricalsystemcomponentsinordertoachieveoptimalcontrol,requirescarefulpreparationofPLCcontrolprogram.ControlprograminthePLClogicrequiredinthesignalprocessingcircuitfirstsecuritydetectionsignal,byprocessingthesesignalsaregiventheappropriateoperatingstatusdisplayandalarmsignal.

Keywordsescalator,PLC,controlsystem.

附录

附录一主回路系统原理图

附录二故障信号回路原理图

附录三PLC接线原理图

附录四控制柜布置图

附录五控制梯形图

绪论

近几年来，随着我国社会主义建设事业的发展，各大中城市先后修建了大批高层旅馆﹑住宅﹑贸易中心﹑和综合大楼等。

这种趋势仍在继续发展，在国外，这些大楼的建设更是有增无减，相应的，自动扶梯的生产和应用日趋广泛，自动扶梯不仅具有载客的实用性，同时以其艺术装饰受到人们的重视。

尤其是用PLC控制的自动扶梯，以其结构简单，占用体积小，安装方便等众多优势，受到市场上人们的普遍欢迎。

目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种。

（1）按用途分：

乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。

（2）按额定速度分：

低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯；中速梯，常指速度1.00～2.00m/s的电梯。

高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。

超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。

（3）按拖动方式分：

交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。

（4）按控制方式分：

手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯[3]。

其他分类方式还有：

按电梯有无司机分类等。

目前广泛使用的电梯控制方法有PLC控制，继电器控制，单片机控制等。

其中PLC电梯控制系统应用最为广泛。

因为其具有以下特点：

（1）可靠性

PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。

它的连线大大减少，与此同时，系统的维修简单。

维修时间短。

PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如：

冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。

PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。

PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。

采用了精简化的编程语言。

编程出错率大大降低。

（2）易操作性

对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。

程序的输入直接可以显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。

PLC有多种程序设计语言可供使用。

由于梯形图与电气原理图较为接近。

容易掌握和理解。

PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。

当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断。

维修人员可以很快找到故障的部位。

（3）灵活性

PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。

编程方法的多样性使编程简单、应用面拓展。

操作十分灵活方便，监视和控制变的十分容易。

以上特点使电梯PLC控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强，运行稳定等诸多优点，今后电梯PLC控制系统还会得到更广泛的使用。

设计的主要任务是为自动扶梯设计一套电气系统。

其目的在于综合运用所学的电机拖动、电气控制、电子技术、电梯技术及电气设备安装调试等知识，进行机电设备运动控制设计的基本训练。

自动扶梯的电气系统包括电力拖动系统和逻辑操纵系统两部分，主拖动系统采用交流单速异步电机拖动方案，这种拖动方式具有线路简单、成本低、便于维护、工作可靠等优点。

逻辑操纵系统可以用多种方式实现，本设计要求采用可编程序控制器作为核心控制装置，配合必要的外部控制线路，用软件编制扶梯的控制程序，实现自动扶梯的交通运行控

第一章设计任务简述

本设计的主要任务是为自动扶梯设计一套电气系统。

其目的在于综合运用所学的电机拖动、电气控制、电子技术、电梯技术及电气设备安装调试等知识，进行机电设备运动控制设计的基本训练。

自动扶梯的电气系统包括电力拖动系统和逻辑操纵系统两部分，主拖动系统采用交流单速异步电机拖动方案，这种拖动方式具有线路简单、成本低、便于维护、工作可靠等优点。

逻辑操纵系统可以用多种方式实现，本设计要求采用可编程序控制器作为核心控制装置，配合必要的外部控制线路，用软件编制扶梯的控制程序，实现自动扶梯的交通运行控制。

设计中，应仔细了解自动扶梯的结构和运行要求，认真确定主电路和控制线路方案，充分发挥PLC的编程功能，在保证满足基本使用要求的前提下，尽可能地考虑合理性和多功能性，体现一定的特色。

1.1设计原始资料

（1）自动扶梯的运行环境为商场大楼主要：

倾斜角35度；额定速度0.45m/s；提升高度35m；梯级宽度800mm；输送能力6750（人/h）。

（2）曳引电机可选用交流单速异步电动机

（3）PLC采用日本三菱公司的FX2N系列

（4）采用七段码进行状态或故障显示，主要有：

安全回路显示；检修状态；上梳齿异常;下梳齿异常；驱动链异常；梯级链异常；上扶手进出口异常；下扶手进出口异常；围裙间隙开关异常；梯级下陷开关异常；左扶手速度异常；右扶手速度异常；启动保护及正常。

（5）自动扶梯必备的安全装置有：

扶手胶带进出口防异物保护；紧急制动器；速度监控装置；牵引链条伸长或断裂保护；梳齿板保护；梯级下陷保护；围裙保护；电机保护；相位保护；急停按钮等

1.2主要技术指标

（1）设计主拖动回路原理图，选择电动机和主拖动回路主要电气元件。

（2）设计控制系统原理图，选择主要电器元件。

（3）按自动扶梯的控制要求编制逻辑控制程序。

（4）设计故障信号回路，选择主要安全电器元件。

（5）对逻辑控制程序进行模拟调试。

（6）编制元件名称及符号一览表。

第二章自动扶梯介绍

自动扶梯是由一台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机所组合而成的,用以在建筑物的不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。

它的出现给人类的日常生活带来极大的便利。

自动扶梯作为运送旅客的交通工具,不仅成功地缩小了目标间的距离,而且使超短途（如楼层、月台间等）的大流量人员运输成为可能。

因此,经济学家说:

“自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望。

”交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大。

”自动扶梯的应用已经改变了我们的生活,并已经成为现代物质文明的一个重要标志。

2.1自动扶梯的发展历程

我们今天所认识的自动扶梯,其发明历程经历过曲折。

杰西·瑞诺和查尔斯·希伯格是这个行业最早时的两个伟人。

1859年,美国人内森·爱米斯发明一种“旋转式梯级扶梯”并获专利。

但是,“旋转式梯级扶梯”是让乘客沿正三角形的一边进入,到达顶点后飞降下来,类似于杂技的惊险动作。

因此,该扶梯未能付诸实践。

但是,他的构思具有开拓性。

1891年,在美国科尼岛码头装了一部自动扶梯,轰动一时。

它当时被称为“倾斜升降机”,是由纽约企业家杰西·瑞诺设计制造的。

他早在1882年就申请并发明了此项专利。

这种自动扶梯采用输送带原理,一条分节的坡道以20度至30度坡度移动。

扶梯的起止点都有齿长40厘米的梳状铲,与脚踏板上的凹齿啮合。

乘客站在倾斜移动的节片上,不必举足,便能上、下扶梯。

1895年,杰西·瑞诺在纽约市的考尼岛第一次展示了“自动扶梯”（它更像一部为人设计的传送带）。

美国的乔奇·惠勒与瑞诺同年获得了另一种形式自动扶梯的专利,但他的专利很长时间无人问津。

1898年,查尔斯·希伯格买下了乔奇·惠勒与杰西·瑞诺的自动扶梯专利,并加以改造。

1899年查尔斯·希伯格与奥的斯公司携手制造出第一台阶梯式自动扶梯。

7月9日,第1台奥的斯-西伯格梯阶式（梯级是水平的,踏板用硬木制成,有活动扶手和梳齿板）扶梯试制成功,这是世界第一台真正的自动扶梯。

1900年,查尔斯·希伯格将拉丁文中的“Scala”（梯级）一词与当时在美国已经用的相当普遍的“Elevator”一词组合成为Escalator,并注册为产品商标,这就是自动扶梯一词的来源。

1910年西伯格将它卖给了奥的斯公司。

直到1950年,奥的斯公司拥有该商标。

1950年根据商标保护法的规定,“escalator”失去了它名称的专有权,成为自动扶梯的通称。

1920年,奥的斯公司把杰西·瑞诺的倾斜板条式扶梯和西伯格的梯阶式扶梯两者的长处融为一体,重新进行设计,使扶梯性能大为改观。

1922年,奥的斯公司制造了世界上第一台现代化自动扶梯,水平楔槽式梯级与梳齿板相结合,此后被其它自动扶梯制造商所沿用。

1985年,三菱电机公司研制出曲线运行的螺旋型自动扶梯,并成功投入生产。

螺旋型自动扶梯可以节省建筑空间,具有装饰艺术效果。

1991年,三菱电机公司开发了带有中间水平段的大提升高度自动扶梯。

这种多坡度型自动扶梯,在大提升高度时可降低乘客对高度的恐惧感,并能与大楼楼梯结构协调配置。

1993年,据《日立评论》报道,日本日立制作所开发了可以乘运大型轮椅的自动扶梯,几个相邻梯级可以联动形成支持轮椅的平台。

20世纪90年代末,富士达公司开发了变速式自动人行道,即自动人行道以分段速度运行,乘客从低速段进入,然后进入高速平稳运行段,再后进入低速段离开。

这样提高了乘客上下自动人行道时的安全性,缩短了长行程时的乘梯时间。

2000年4月,美国ElevatorWorld报道,位于德国汉堡的蒂森自动扶梯工厂,制造出全彩色自动扶梯梯级,它由玻璃纤维材料制成,有蓝色、绿色、红色、灰色和黑色等。

彩色梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。

2002年4月17日至20日,三菱电机公司在第5届中国国际电梯展览会上展出了倾斜段高速运行的自动扶梯模型。

可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔发生变化,从而使速度也产生变化。

其倾斜段的速度是出入口水平段速度的1.5倍,这样既缩短了乘客的乘梯时间,也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。

2003年2月,奥的斯公司发布新型的NextStep自动扶梯,它采用Guarded踏板设计,梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块;它还采用了其它一些提高自动扶梯安全性的新技术,自动扶梯技术又一次更新。

2.2自动扶梯的研究概况

自动扶梯经过100多年的研究发展,已经成为一种比较成熟的产品。

但是目前世界上的大型电梯公司,如:

奥的斯、日立、迅达、三菱等依然投入大量的人力、物力对自动扶梯和自动人行道进行研究开发。

其研究重点主要集中于节能、环保和安全。

2.2.1节能

（1）自动调节电压法

该方法的原理是根据电动机的负载大小,利用新型节能器自动及时地调节电动机的工作电压,使之能耗最小。

新型的节能器是按照电量的有效值检测电动机的功率因数,而且是应用瞬时检测技术,在电动机全部运行时间内对其各相的电压和电流的大小和相位进行检测,据此来调节电动机的端电压,使电动机在不同负载情况下都运行到最佳状态,功率因数和效率都得到提高,能耗最小。

节能的多少因负载的大小而不同,约在20%~50%左右。

（2）“自动重新启动”运行模式

该运行模式即自动扶梯在无乘客时自动停止运行,当有乘客时又自动重新启动的一种运行模式。

该运行模式已被标准所认可,其节能相当可观,不过这取决于停梯时间的长短。

此外,该运行模式也使自动扶梯的磨损大大减少,从而延长了自动扶梯零部件的寿命。

（3）Y-Δ切换法

该方法的基本原理是:

当扶梯启动时,电动机按Y接法启动,不再通过时间原则切换成Δ接法运行,而是乘客数量增加到设定的数量之后,电动机才切换成Δ接法运行。

当乘客数量减少到设定的数量之后,电动机又切换成Y接法运行,如此反复。

经过测试,Y接法比Δ接法节能显著,节能可达20%,相当可观。

（4）变频驱动

该方法的关键在于使用高性能的变频器,如“交-直-交”PWM型变频器。

由于变频器的采用,可以在无人时很容易实现极低频率极低电压对电动机供电,使自动扶梯以极低的速度运行。

其节能效果可以与“自动重新启动”运行模式相媲美,甚至超出。

因为变频驱动可以使扶梯在轻载的工况下实现降压节能运行。

2.2.2环保

（1）无润滑型自动扶梯

该自动扶梯的关键是梯级链采用了齿条与过渡型齿条的传动方式,而该过渡型齿条又与电动机采用了齿轮与齿条的传动方式。

在整个扶梯的运行过程中无需润滑油的参与。

该自动扶梯摈弃了传统扶梯采用的链条传动模式,从而避免了润滑油的污染。

（2）无重金属污染

目前很多公司自动扶梯照明系统多采用的是日光灯管,但是该方法存在着日光灯管破裂后水银污染环境的危害。

因此,部分公司已经开始使用LED照明系统替代传统日光灯管的照明系统,降低了

扶梯对环境的危害。

2.2.3安全

强调安全性的自动扶梯以移动式裙板扶梯为代表。

该自动扶梯的原理是将梯级踏板和围裙板组成为协调运行的单一模块,梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块。

该自动扶梯的梯级与裙板之间无任何间隙,从而避免发生该区域手指轧入的危险。

而这一区域正是传统自动扶梯的主要危险所在。

2.3自动扶梯的发展前景

目前各大电梯公司对自动扶梯和自动人行道研究主要集中于安全、节能和环保等方面。

但是今后自动扶梯和自动人行道的发展方向除了以上三个方面之外,还将朝高速方向发展。

目前有些公司也陆续推出了相关产品。

如:

CNIM公司推出了加速自动人行道,最大速度可达11公里/小时。

蒂森公司的加速自动人行道,最快速度可达2米/秒。

该公司的第一台加速自动人行道安装在多伦多机场。

NKK公司的加速自动人行道的最高速度达1.2米/秒。

总之,自动扶梯作为现代文明的一个重要标志之一,其发展水平也体现了当代社会科学进步水平。

2.4自动扶梯的基本结构

图2.4.1自动扶梯结构示意图

自动扶梯的主要由桁架、驱动装置、运载系统、扶手装置、安全装置、润滑系统及室外自动扶梯防盗防水防尘设施等组成。

2.4.1桁架

自动扶梯的金属骨架，一般由上水平段、下水平段和直线段组成，也是承载部件，具有连接两个不同层高的地面、承受各种载荷及安装支撑所有零部件的作用。

因此它必须具有足够大的强度和刚度，一般由角钢、型钢焊接而成。

2.4.2驱动装置

通常由电动机、减速器、中间传动件、主驱动轴、制动器、传动链轮及链条等组成，安装在桁架的端部，主要功能和作用是驱动扶梯运行，同时限制超速和阻止逆转运行，是扶梯的主要部件，也是主要的振动源和噪声源。

2.4.3运载系统

由梯级、牵引构件、梯路导轨系统、梳齿前沿板等组成。

当扶梯运行时，梯级链将驱动主机的动力传送给梯级，使梯级沿着梯路导轨运行，安全快速运输乘客。

2.4.4扶手装置

由扶手带、扶手带驱动装置、护壁板、扶手支架和导轨、扶手带张紧装置、围裙板、内盖板、外盖板等组成，扶手装置安装在两台特殊的胶带输送机上，与梯级同步运行，也有流动的美感效果。

2.4.5安全保护装置

（1）工作制动器、紧急制动器和附加制动器

工作制动器安装在主机上，是确保扶梯正常停车的制动器，紧急制动器直接作用在主驱动轴上，是确保扶梯紧急情况下有效地停车、并保持静止状态的制动器，附加制动器直接安装在主驱动轴上，在工作制动器失效时实现加强制动力矩，确保扶梯停止运行。

（2）超速保护装置

当扶梯超速运行至某设定值或欠速运行至某设定值时超速保护装置动作，切断扶梯的电源，使扶梯停止运行。

（3）防逆转保护装置

防逆转保护装置是防止扶梯改变规定运行方向的自动停止控制装置，当扶梯发生逆转时，该装置能使工作制动器或附加制动器动作，使扶梯停止运行。

（4）梳齿板安全保护装置

当异物卡在梯级踏板和梳齿之间造成梯级不能与梳齿板正常啮合时，此时梯级不能正常进入梳齿板，梯级的前进力会使梳齿板抬起移位，使微动开关动作，扶梯停止运行，达到安全保护的作用。

（5）扶手带入口安全保护装置

当扶手带的入口的橡胶套受到30~50N的压力时，会使微动开关动作，是电梯停止运行，防止人的手和手臂被扯入

2.4.6润滑系统

机械零件摩擦会产生大量的热，加剧机件的磨损，配备自动加油润滑装置可以减少机件摩擦产生的热量，降低运行噪声，延长使用寿命，主要润滑的机械部件包括主驱动链条、梯级驱动链条、扶手驱动链条、以及导轨转向壁等。

2.5自动扶梯的分类

自动扶梯的分类方法很多，可以从不同角度来分。

（1）按驱动方式分类：

有链条式（端部驱动）和齿轮齿条式（中间驱动）两类。

（2）按使用条件分：

有普通型（每周少于140h运行时间）和公共交通型（每周大于140h运行时间）。

（3）按提升高度分：

有最大至8m的小提升高度，和最大至25m中提升高度以及最大可达65m的大提升高度3类。

（4）按运行速度分：

有恒速和可调速两种。

（5）按梯级运行轨迹分：

有直线型（传统型）、螺旋型、跑道型和回转螺旋型4类。

2.6自动扶梯的主要参数

主要参数：

（1）额定速度（Y／）：

梯级在空载情况下的运行速度（m／s）。

一般为0.5m／s、0.65m／s及0.75m／s。

（2）倾角（α）：

梯级运行时与水平面构成的最大角度，通常为30°或35°。

（3）提升高度（H）：

扶梯的上基点与下基点的垂直高度差（m）。

（4）梯级宽度（B）：

梯级名义宽度（mm）。

（5）梯级水平段（L）：

扶梯进口处水平运行的距离（mm）。

当ｖ=0．50m／s时，L≥800mm；

当v≤0．65m／s时，L≥1200mml

当v≤0．75m／s时，L≥1600mm。

2.7自动扶梯的安全保护装

2.7.1速度监控装置

自动扶梯在运行时，若超过额定速度或低于额定速度都是危险的，为了避免产生上述情况，则设置速度监控装置即用光电测速传感器测速。

在主机的高速轴上安装速度监控装置，倘若自动扶梯的运行速度为额定速度的1--2倍或低于额定速度时立即停车。

2.7.2牵引链条张紧装置和断裂监控装置

牵引链条的下端部设有一牵引链张紧和断裂保护装置，它由张紧架、张紧弹簧及监控触点组成。

当牵引链条由于磨损或其他原因而出现下列情况之一时，张紧触点触碰开关，切断电源迫使电源使自动扶梯停运。

图2.7.1下侧板圆弧导轨张紧断链保护装置示意图

1--圆弧导轨；2、3—轴；4—固定导向角铁；5—滑轮；6—张紧拉杆；

7—压簧；8—挡板；10—水平段直线圆弧侧板

2.7.3围裙板保护装置

在正常工作时，围裙板与梯级间应保持一定的间隙，单边不大于4mm，两边之和不超过7mm。

为了防止异物夹入梯级和围裙板之间的间隙中，在自动扶梯上部或下部的围裙板的反面机架上装有微动的安全开关。

一旦围裙板被夹而变形，致使C型触动微动安全开关，自动扶梯即断电停运。

图2.7.2围裙板保护装置

1—C型件；2—梯级；3—围裙板

4—微动开关；5—上弦杆

2.7.4制动器

必须设