【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 加上變頻器 ， 使自動(dòng)扶梯的速度可調(diào)。 自動(dòng)扶梯通過(guò)變頻器起動(dòng)以后 ， 以額定速度 （ ） 運(yùn)行 ， 在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間 2 分鐘內(nèi) ， 若沒(méi)有檢測(cè)到有人進(jìn)入扶梯 ， 則 2 分鐘后扶梯經(jīng)過(guò)變頻器調(diào)節(jié)頻率使扶梯以五分之一額定速度 （ ） 運(yùn)行 （ 不讓扶梯停止是為了提示乘客乘梯的方向 ， 以免人們誤以為電梯壞了 ）； 如變頻器故障 ， 則自動(dòng)扶梯可由變頻轉(zhuǎn)換到工頻狀態(tài)運(yùn)行 （ 不節(jié)能狀態(tài) ）， 以保證自動(dòng)扶梯正常工作。 第三章控制系統(tǒng)的組成和硬件的選擇 8 第三章 控制系統(tǒng)的組成和硬件的選擇 控制系統(tǒng)的組成 圖 控制系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)主要由以下 幾部分組成 ： 電源、 PLC、變頻器等。 PLC 是控制系統(tǒng)的核心 ， PLC 根據(jù)輸入的光電信號(hào)是否有效確定高速運(yùn)行指令的輸出 ， 變頻器根據(jù) PLC 的高速運(yùn)行指令控制扶梯的運(yùn)行速度 ， 完成扶梯的快慢及快慢停循環(huán)運(yùn)行。 硬件的選擇 自動(dòng)扶梯電動(dòng)機(jī)的選擇 在使用標(biāo)準(zhǔn)的通用異步電機(jī)運(yùn)行變頻調(diào)速時(shí) ， 由于變頻器的性能和電動(dòng)機(jī)自身運(yùn)行工況的改變的原因 ， 在確定電動(dòng)機(jī)的參數(shù)時(shí) ， 除按常規(guī)方法選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)及參數(shù)外 ， 還必須考慮電動(dòng)機(jī)在各個(gè)頻率段恒速運(yùn)行時(shí)從未考慮過(guò)的一些新問(wèn)題。 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則是 ： 在 滿足工作機(jī)械對(duì)于拖到系統(tǒng)要求的前提下 ，光電信號(hào)檢測(cè) 安全信號(hào)檢測(cè) 運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè) 電源 PLC 變頻器 電機(jī) MT 3~ 故障運(yùn)行指示 河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此 ， 在選擇電動(dòng)機(jī)種類時(shí) ， 若工作機(jī)械對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)過(guò)高要求 ， 應(yīng)優(yōu)先考慮選用交流電動(dòng)機(jī)。 在交流電動(dòng)機(jī)中籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單 ， 運(yùn)行最可靠 ， 維護(hù)最方便 ，對(duì)起動(dòng)性能無(wú)過(guò)高要求的調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮使用。某些工作機(jī)械如橋式起重機(jī)、電梯、鍛壓機(jī)等 ， 工作中起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁 ， 為提高生產(chǎn)率又要求電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間 ， 同時(shí)還有一定的調(diào)速要求。對(duì)這類工作機(jī)械 ， 可考慮選用繞線轉(zhuǎn) 子異步電動(dòng)機(jī)。 對(duì)于電動(dòng)機(jī) 的類型 ， 除了根據(jù)使用狀況和被傳動(dòng)機(jī)械的要求 ， 合理選擇結(jié)構(gòu)形式、安裝方式 （ 如軸的方向和軸伸 ， 底腳安裝或凸緣安裝等 ） 以及與傳動(dòng)機(jī)械的連接方式 （ 直接連接、齒輪箱、帶輪、鏈傳動(dòng) ） 外 ， 還應(yīng)根據(jù)溫升情況和使用環(huán)境選擇合適的通風(fēng)方式和防護(hù)等級(jí)等。 電壓等級(jí)及轉(zhuǎn)速的選擇 交流電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選擇應(yīng)考慮運(yùn)行場(chǎng)所供電電網(wǎng)的電壓等級(jí)。中等功率以下的交流電動(dòng)機(jī)額定電壓一般為 380V， 大功率交流電動(dòng)機(jī)的額定電壓多為3KV 或 6KV。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇是否恰當(dāng) ， 關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的價(jià)格和運(yùn)行效率 ， 甚至關(guān)系到生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率。額定功率相同 的電動(dòng)機(jī) ， 額定轉(zhuǎn)速越高 ，其體積越小 ， 重量越輕 ， 價(jià)格也越低。因此工作于長(zhǎng)期工作制的工作機(jī)械 ， 原則上應(yīng)選用額定轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)。但額定轉(zhuǎn)速高必須導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜化 ，實(shí)際上選用時(shí)應(yīng)作全面權(quán)衡。 對(duì)于經(jīng)常工作于起動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī) ， 應(yīng)考慮額定轉(zhuǎn)速對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中能量損耗的影響。可以證明 ， 從縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和減小起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中能量損耗的角度考慮 ， 應(yīng)選用 GD2 與額定轉(zhuǎn)速 n 乘積最小的電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)的選擇 電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)一般由生產(chǎn)工藝決定 ， 不易隨意選擇。如果通用變頻器具有矢量控制 功能 ， 若有條件 ， 最好選擇 2p=4 的電機(jī) ， 因?yàn)槎鄶?shù)矢量控制通用變頻器是以 2p=4 的電機(jī)作為模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍的選擇 電動(dòng)機(jī)工作頻率的范圍應(yīng)包含負(fù)載對(duì)調(diào)速范圍的要求。由于某些通用變頻器低速運(yùn)行特性不理想 ， 所以最低頻率越高越好。 電動(dòng)機(jī)容量的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本原則是 ： 能帶動(dòng)負(fù)載 ， 在生產(chǎn)工藝所要求的各個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行不過(guò)熱 ， 在舊設(shè)備改造時(shí) ， 要盡量可能地留用原設(shè)備的電動(dòng)機(jī)。 第三章控制系統(tǒng)的組成和硬件的選擇 10 選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn) ： 電動(dòng)機(jī)容量、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載所需要的功率和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ； 電源電壓下降 10%~15%的情況下 ,轉(zhuǎn)矩仍能夠滿足起動(dòng)或運(yùn)行中的需要 ； 從電動(dòng)機(jī)溫升角度考慮 ， 為了不降低電動(dòng)機(jī)的壽命 ， 溫升必須在絕緣所限制的范圍以內(nèi) ； 如果電動(dòng)機(jī)每次在最低頻率時(shí)連續(xù)工作地時(shí)間不長(zhǎng) ，則可留用原有電動(dòng)機(jī) ， 反之如果在最低頻率時(shí)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng) ，則電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)提高一檔。 使用變頻器傳動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)問(wèn)題 籠型異步電動(dòng)機(jī)由通用變頻器傳動(dòng)時(shí) ,由于高次諧波的影響和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度范圍的擴(kuò)大 ,將出現(xiàn)一些新的問(wèn)題 ,與工頻電源傳動(dòng)時(shí)的差別比較差別較大，因此，在舊設(shè)備改造留用原有電動(dòng)機(jī)時(shí)要特別注意以下問(wèn)題 :低速時(shí)的散熱能力 (可采用 設(shè)置恒速冷卻風(fēng)扇改善散熱問(wèn)題 )；額定頻率運(yùn)行時(shí)有溫升提高 （ 可適當(dāng)留有裕量 ）； 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)噪聲增大 （ 可重新設(shè)定載波頻率 ） 。 本系統(tǒng)采用 Y 系列三相交流電動(dòng)機(jī)，下面是 Y 系列的交流電動(dòng)機(jī)的一些參數(shù)。如圖表 31 所示： 表 31 Y 系列交流電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 型號(hào) 額定 功率(KW) 額定 電流（ A） 轉(zhuǎn)速 r/min 效率 % 功率 因數(shù) 堵轉(zhuǎn) 電流(A) 重量 （ Kg） 同步轉(zhuǎn)速 1500r/min(4 極 ) Y160M4 11 1460 122 Y160L4 15 1460 142 Y180M4 1470 174 Y180L4 22 1470 192 Y200L4 30 1470 253 Y225S4 37 1480 294 Y225M4 45 1480 327 Y250M4 55 103 1480 381 Y280S4 75 140 1480 535 Y280M4 90 164 1480 634 Y315S4 110 201 1480 912 Y315M4 132 240 1480 1048 Y315L14 160 289 1480 1105 Y315L24 200 361 1480 1260 河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 Y355M14 220 407 1488 1690 Y355M34 250 461 1488 1800 Y355L24 280 515 1488 1945 Y355L34 315 578 1488 ` 1985 本系統(tǒng)電機(jī)選用常用 4 極 Y160M4 型的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) ， 額定功率11KW， 額定電壓 380V， 額定電流 ， 額定轉(zhuǎn)速 1460r/min， 功率因數(shù) ，同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min。 Y160M4 的座號(hào) 160M的地腳螺絲安裝尺寸為 254210。 商場(chǎng)安裝了一臺(tái)傾角為 30 度的自動(dòng)扶梯 ,該扶梯在電壓為 380V 的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下以 ,電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為 .不載人時(shí)測(cè)得電動(dòng)機(jī)中的電流為 7A,若載人時(shí)扶梯的移動(dòng)速率和不載人時(shí)相同 , (設(shè)人的平均質(zhì)量為 60kg,g=10m/s2， 電機(jī)最大功率為 9240W，所以電機(jī)每秒鐘最多能做功 9240J， 每秒鐘內(nèi)：一個(gè)人前進(jìn) ， 那么人上升 ，因?yàn)樗俣茸儯豢紤]其他因素，則對(duì)人做功為克服重力 所做的功，大小為 mgh=150J。因?yàn)檫@是每秒鐘內(nèi)的情況，而功率就是每秒鐘內(nèi)做功的多少，所以 150J 說(shuō)明了每 多 一個(gè)人，那電機(jī)功率將增加 150W， 所以，除去電機(jī)本身消耗7A*380V=2660W 的功率外，剩下 92402660W=6580W 的功率就是可以用來(lái)載人的，由 （ 6580W） /（ 150W/人） =43 人。 現(xiàn)在 YM1604 的市場(chǎng)報(bào)價(jià)是 1800~2020 元，綜合考慮，是完全符合要求的。 電動(dòng)機(jī)選型應(yīng)注意的問(wèn)題： 電動(dòng)機(jī) 的軸電壓、軸電流 電動(dòng)機(jī)的軸電壓、軸電流是由于環(huán)繞電動(dòng)機(jī)軸的磁路不對(duì)稱、轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不同 心、感生脈動(dòng)磁通等原因所產(chǎn)生的 。 它會(huì)使軸 軸承 機(jī)座的回路有軸電流通過(guò) ， 在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸兩端、軸與軸承之間、軸與軸承對(duì)地形成稱為軸電壓。對(duì)于滑動(dòng)軸承約在 300~500mV，（ 有效值 ）， 滾動(dòng)軸承在 300 mV 左右。一般滾動(dòng)軸承允許通過(guò)的最大電流密度不超過(guò) ， 若超過(guò)軸承所允許的值 ， 就會(huì)通過(guò)油膜放電或者導(dǎo)電 ， 在軸瓦和軸承處產(chǎn)生點(diǎn)狀微孔 ， 并在底部產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象 ， 嚴(yán)重時(shí) 會(huì)使軸和軸承受到損壞 ， 運(yùn)行中伴隨著強(qiáng)烈的噪聲級(jí)設(shè)備外殼帶電等。 速度控制 （ 1） 速度控制上限 普通異步電動(dòng)機(jī)的速度上限就是額定頻率所對(duì) 應(yīng)的額定速度。一般不要將額定頻率為 50Hz 的電動(dòng)機(jī)超頻運(yùn)行 ， 否則 ， 能引起帶負(fù)載能力下降、過(guò)電流 ， 甚至機(jī)械性破壞。 （ 2） 中間速度 采用普通異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí) ， 要考慮在連續(xù)可調(diào)速度區(qū)段（中間速度）內(nèi)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械共振問(wèn)題。異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻第三章控制系統(tǒng)的組成和硬件的選擇 12 率一旦與固有頻率一致 ， 則會(huì)發(fā)生共振 ， 并產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和噪聲 ， 最嚴(yán)重的情況下會(huì)會(huì)引起軸系斷裂事故。 （ 3） 速度控制的下限 采用普通異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí) ， 考慮到電動(dòng)機(jī)自身由于低速冷卻能力下降而確定的最低轉(zhuǎn)速與機(jī)械系統(tǒng)所允許的下限速度一起決定了最終的速度下限 ， 普通 異步電動(dòng)機(jī)中大多數(shù)都使用滾動(dòng)軸承。雖然對(duì)最低速度沒(méi)有限制 ， 但對(duì)大容量異步電動(dòng)機(jī)及機(jī)械負(fù)載重使用滑動(dòng)軸承的場(chǎng)合 ，低速時(shí)由于潤(rùn)滑不良產(chǎn)生過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致滑膜燒毀 ， 需要考慮軸承的工作情況 ， 以確定最低的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。 預(yù)防浪涌電源的危害 由于通用變頻器的功率開(kāi)關(guān)器件在工作時(shí)產(chǎn)生浪涌電壓 ， 當(dāng)通用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)時(shí) ， 有時(shí)需要采取措施防止浪涌電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣的破壞。我們應(yīng)盡量縮短通用變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的接線距離 ， 一般不要超過(guò)通用變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的最大值。必要時(shí)應(yīng)裝設(shè) du/dt 濾波器、共模輸出濾波器或輸出電抗器 ， 以降低 輸出電壓波形上升陡度。 可編程控制器的選擇 一、可編程控制器的定義 可編程控制器 ， 簡(jiǎn)稱 PLC（ Programmable logic Controller）， 是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置 。 其結(jié)構(gòu)圖如圖 圖 PLC 結(jié)構(gòu)圖 二、 PLC 特點(diǎn) 可靠性高 ， 抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù) ， 采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造 ， 內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù) ， 具有很 現(xiàn) 場(chǎng) 信 號(hào) 輸 入 模 塊 輸 出 模 塊 CPU 控 制 信 號(hào) 存儲(chǔ)器 電源 河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 高的可靠性。例如三菱公司 生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō) ， 使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng) ， 和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比 ， 電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一 ， 故障也就大大降低。此外 ， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能 ， 出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中 ，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序 ， 使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣 ， 整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 配套齊全 ， 功能完善 ， 適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天 ， 已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外 ， 現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力 ， 可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn) ，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展 ， 使用 PLC 組 成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用 ， 深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ， 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易 ，編程語(yǔ)言易于為工程 技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表 達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近 ， 只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小 ， 維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯 ， 大大減少了控制設(shè)備外部的接線 ， 使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短 ， 同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 體積小 ， 重量輕 ， 能耗低 以超小型 PLC 為例 ， 新近出產(chǎn)的品種底部尺 寸小于 100mm， 重量小于 150