【導(dǎo)讀】自動(dòng)扶梯是現(xiàn)代商場(chǎng)、超市不可缺少的運(yùn)輸工具，用于傾斜輸送乘客、貨物。傳統(tǒng)的自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器--接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，地解決上述問(wèn)題。路、電梯的控制梯形圖，并給出了系統(tǒng)組成框圖和程序流程圖。并進(jìn)行了程序的調(diào)試，最終使用MCGS軟件將整個(gè)控制界面用動(dòng)。畫(huà)的方式展示了出來(lái)。

　　

【正文】 三下） 扶手帶斷帶右（二下） 扶梯上行（三下） 扶梯停止按鈕（二上 ） 扶梯下行（三下） 扶梯正轉(zhuǎn)按鈕（二上） 扶梯狀態(tài)正常（三下） 扶梯反轉(zhuǎn)按鈕（二上） 照明接觸器（三下） 扶梯正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕（二上） 潤(rùn)滑接觸器（三下） 扶梯反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕（二上） 液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（二上） 梳齒板開(kāi)關(guān)（二上） 扶手帶入口開(kāi)關(guān)（二上） 梯級(jí)塌陷開(kāi)關(guān)（二上） 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 裙板開(kāi)關(guān)（二上） 扶手帶斷帶左（二上） 扶手帶斷帶右（二上） 扶梯停止按鈕（三下 ） 扶梯正轉(zhuǎn)按鈕（三下） 扶梯反轉(zhuǎn)按鈕（三下） 扶梯正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕（三下） 扶梯反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕（三下） 液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)（三下） 梳齒板開(kāi)關(guān)（三下） 扶手帶入口開(kāi)關(guān)（三下） 梯級(jí)塌陷開(kāi)關(guān)（三下） 裙板開(kāi)關(guān)（三下） 扶手帶斷帶左（三下） 扶手帶斷帶右（三下） 共計(jì) 48個(gè)輸入點(diǎn)， 28個(gè)輸出點(diǎn) 主要硬件選型 確立了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主體目標(biāo)后，因?yàn)椴煌吞?hào)的產(chǎn)品之間差別很大，需要對(duì)主要的硬件部分進(jìn)行選型。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 三相異步電機(jī)選型 本次設(shè)計(jì)的電機(jī)是用于商場(chǎng)中自動(dòng)扶梯的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。工作環(huán)境相對(duì)比較安全，故可選用 Y280S2型三相異步電動(dòng)機(jī) 動(dòng)機(jī) 該電機(jī) 功率： 75KW 電壓： 380V 電流： 140A 絕緣： B 噪音： 99 dB(A) 轉(zhuǎn)速 2970 r/min。廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng)合和無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 滿(mǎn)足了作為商場(chǎng)自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本要求。 Y280S2型三相異步電動(dòng)機(jī) 是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，是全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基本系列，它同時(shí)是符合 JB/T96161999和 IEC341標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，具有國(guó)際互換的特點(diǎn)。 Y280S2型三相異步電動(dòng)機(jī) 具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、震動(dòng)小、可靠性高、使用維護(hù)方便等特 點(diǎn)。 選型 根據(jù)以上的 I／ O分析，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素和可擴(kuò)展性，該自動(dòng)扶梯電氣控制系統(tǒng)可以選用德國(guó)西門(mén)子 S7200系列的 CPU 224。該機(jī) 集成 14輸入 /10 輸出共 24個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O點(diǎn)。 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器 .同時(shí)采用 3個(gè) EM223數(shù)字量混合模塊和 2個(gè) EM221數(shù)字量輸入模塊進(jìn)行擴(kuò)展，最終得到 54個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和 34個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)。 經(jīng)如此 選型，使得硬件既能保證滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的需求，也能夠有一定的裕量能夠進(jìn)行相關(guān)功能的擴(kuò)展。 確定了 PLC及相關(guān)擴(kuò)展模塊的型號(hào)后，可以進(jìn)行硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。其硬件連接圖見(jiàn)附錄 2 第五章 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 24 第五章 PLC控制程序設(shè)計(jì) STEP7軟件 STEP7 軟件概述 STEP7 編程軟件是一個(gè)用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。 STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如： SIMATIC 管理器、符號(hào)編輯器、硬件診斷、編程語(yǔ)言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。 STEP7 編程軟件可以對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡(jiǎn)單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì) PLC 在線上載或下載。利用 STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。 用于 S7200的編程語(yǔ)言有：梯形圖 (LAD)，語(yǔ)句表 (STL)和功能塊圖 (FBD)。LAD 是 STEP7 編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式。它的指令語(yǔ)法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號(hào)通過(guò)各個(gè)觸點(diǎn)復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號(hào)在電源示意線之間的流動(dòng)。 STL 是 STEP7 編程語(yǔ)言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似， CPU 執(zhí)行程序時(shí)按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 FBD 是 STEP7 編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類(lèi)似的邏輯框來(lái)表達(dá)邏輯。 STEP7的組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)，使控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不必要依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，只要通過(guò)可視化的組態(tài)方式，就可完成編程、監(jiān)控、測(cè)試、維護(hù)等設(shè)計(jì)，降低了控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖庫(kù)和操作向?qū)?，使開(kāi)發(fā)人員避免了在程序設(shè)計(jì)中許多重復(fù)的開(kāi)發(fā)工作，提高了開(kāi)發(fā)效率，減少了開(kāi)發(fā)人員的工作量，縮短了開(kāi)發(fā)周期。 STEP7 軟件基本功能 使用程序編輯中的語(yǔ)法檢查功能可以避免一些語(yǔ)法和數(shù)據(jù)類(lèi)型方面的錯(cuò)去。 在連機(jī)工作方式（在線方式）下可以進(jìn)行軟件的各項(xiàng)操作，部分功能也可以在離線工作方式下進(jìn)行。 連機(jī)方式是指裝有編程軟件的計(jì)算機(jī)或編程器與 PLC連接，此時(shí)允許兩者之南京工業(yè)大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 間直接進(jìn)行通信。 離線方式是指裝有編程軟件的計(jì)算機(jī)或編程器與 PLC斷開(kāi)連接，此時(shí)也能進(jìn)行部分基本操作，如編程、編譯和調(diào)試程序、系統(tǒng)組態(tài)等。 界面及主要部分功能 啟動(dòng) STEP 7— Micro/WIN322編程軟件，編程軟件的主界面外觀如圖 51所 示。界面一般可以分為一下幾個(gè)區(qū)：菜單區(qū)、工具條、導(dǎo)引條、指令樹(shù)、輸出窗口和用戶(hù)窗口。 也成為瀏覽條，用來(lái)顯示常用的編程按鈕群組。導(dǎo)引條包括：試圖、工具。 指令樹(shù)提供所有項(xiàng)目對(duì)象和當(dāng)前程序編輯器的所有指令的樹(shù)形視圖?？梢栽陧?xiàng)目分支里對(duì)所有打開(kāi)項(xiàng)目的所有包含對(duì)象進(jìn)行操作；利用指令分支輸入編程指令。 交叉索引也稱(chēng)為交叉參考，用于查看程序的交叉引用和元件使用信息。 數(shù)據(jù)塊用于顯示和編輯數(shù)據(jù)塊內(nèi)容。 狀態(tài)圖表的作用是允許將程序輸入、輸出或變量置入圖表中，監(jiān)視其狀態(tài)?？梢越⒍鄠€(gè)狀態(tài)表，以便分組查看不同的變量。 符號(hào)表也稱(chēng)為全局變量，作用是允許分配和編輯全局符號(hào)?？梢詾橐粋€(gè)項(xiàng)目建立多個(gè)符號(hào)表。 輸出窗口用于在編輯程序或指令庫(kù)時(shí)提供消息。當(dāng)輸出窗口列出程序出錯(cuò)時(shí)，雙擊錯(cuò)誤信息，會(huì)自動(dòng)在程序編輯器窗口中顯示相應(yīng)的程序部分。 第五章 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 26 狀態(tài)條用于提供在 STEP7Micro/WIN32中操作時(shí)的操作狀態(tài)信息。 編程器包含用于該項(xiàng)目的編輯器和局部變量表和程序視圖?？梢酝蟿?dòng)分割條以擴(kuò)充程序試圖，并覆蓋局部變量表。單擊編輯器窗口底部 的標(biāo)簽，可以在主程序、子程序和中斷程序之間移動(dòng)。 局部變量表包含對(duì)局部變量所作的定義賦值。 控制程序開(kāi)發(fā) 自動(dòng)扶梯在 S7— 200 PLC 中的控制程序流程圖 如圖 51 所示 圖 51 控制流程圖 自動(dòng)扶梯控制的 PLC 控制程序的指令表詳見(jiàn)附錄一 軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能 星三角形切換電路 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高 ， 被廣泛應(yīng)用 .但在啟動(dòng)過(guò)程中起動(dòng)電流較大 ,所以容量大的電動(dòng)機(jī)必須采取一定的方式啟動(dòng) , 星形 — 三角形起動(dòng) 是最常見(jiàn)的啟動(dòng)方式。 星形 — 三角形起動(dòng)可 通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)操作控制方式實(shí)現(xiàn)。 星形 — 三角形起動(dòng)也稱(chēng)為 Y— △ 起 動(dòng) ，簡(jiǎn)稱(chēng)星三角起動(dòng)。 即 在啟動(dòng)時(shí)將南京工業(yè)大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 定子繞組接成星形，相繞組承受的電壓為電源的相電壓（ 220V），減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響 ， 待啟動(dòng)完畢后再接成三角形，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓（ 380V） ，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài) 。這一線路的設(shè)計(jì)思想是按時(shí)間原則控制起動(dòng)過(guò)程。 星三角啟動(dòng) 的優(yōu)點(diǎn)是星形 啟動(dòng)電流 降為原來(lái)三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3，啟動(dòng)電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的 2 倍左右，啟動(dòng)電流特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低。缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)下降為原來(lái)三角形 直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3，轉(zhuǎn)矩特性差。 所以客觀存在只適用于無(wú)載或者輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。換句話說(shuō)，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，星三角起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還是很顯著的，因?yàn)榛谶@個(gè)起動(dòng)原理的星三角起動(dòng)器，同任何別的減壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格也最便宜。除此之外，星三角起動(dòng)方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以讓電動(dòng)機(jī)在星形接法下運(yùn)行。此時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動(dòng)機(jī)的效率有所提高，并因 此 節(jié)約了電力消耗。 星三角啟動(dòng)控制電路有其基本要求： ① 不得存在全電壓?jiǎn)?dòng)的可能。 ② 星形與三角形接法接觸器之間必須有互鎖以防短路現(xiàn)象的發(fā)生 ③ 對(duì) 可能長(zhǎng)期處于輕載的電動(dòng)機(jī)，控制電路應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)能長(zhǎng)期在星形接法下工作的可能。 定時(shí)器延時(shí)自動(dòng)切換的星三角啟動(dòng)控制電路如圖 52所示。按下上行按鈕 或下行按鈕 ，電動(dòng)機(jī) M 定子三相繞組接成星形，即 為 1,同時(shí)定時(shí)器 T39 開(kāi)始計(jì)時(shí)， 5s 后 T39 為 1， 為 0， 為 1 電動(dòng)機(jī) M 接成三角形接法運(yùn)行。 第五章 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 28 圖 52 星 — 三角啟動(dòng) 自動(dòng)扶梯的上下行切換 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對(duì)象為某三層商場(chǎng)的四臺(tái)自動(dòng)扶梯。正常客流量的情況下，扶梯的運(yùn)行方向應(yīng)是保持不變的，但為了保護(hù)電機(jī)， 以期達(dá)到最大使用年限及應(yīng)對(duì)突發(fā)情況下客流量的突然變化，自動(dòng)扶梯應(yīng)具有雙向運(yùn)行的功能。 自動(dòng)扶梯上下行是由其三相驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向決定的。而三相電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向則與三相電源的相序有關(guān)，三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)?huì)發(fā)生改變。因此可借助接觸器改變定子繞組相序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯上下行的切換。 利用接觸器改變定子繞組相序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扶梯上下行的切換工作，其軟件編程。 若當(dāng)出現(xiàn)誤操作，即同時(shí)按下正反方向啟動(dòng)按鈕 和 時(shí)，若采用如圖 53所示電路及編程方式，將不會(huì)造成短路故障。因 為在此正反向間有一種聯(lián)鎖關(guān)系。將其中一個(gè)接觸器的常閉觸電串入另一個(gè)接觸器線圈線路中，則任一接觸器線圈先帶電后，即使按下相反方向的按鈕，另一接觸器也無(wú)法得電。這種聯(lián)鎖通常稱(chēng)為互鎖，即兩者存在相互制約的關(guān)系。工程上通常還使用帶有機(jī)械互鎖的可逆接觸器，進(jìn)一步保證兩者不能同時(shí)通電，提高可靠性。 南京工業(yè)大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 53 自動(dòng)扶梯上下行切換 自動(dòng)扶梯檢修點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行 自動(dòng)扶梯在故障檢修結(jié)束后，為確保投入后能夠正常運(yùn)行，應(yīng)先進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)檢修，此時(shí)就需要點(diǎn)動(dòng)控制。 圖 54所示 能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制的線路。如圖 43 所示當(dāng)需要點(diǎn)動(dòng)控 制時(shí)， 按下 時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，自動(dòng)扶梯上行，松下按鈕，扶梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同理，按下 時(shí)，點(diǎn)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，扶梯下行，松下按鈕，扶梯停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖 54 點(diǎn)動(dòng)控制 第五章 PLC 控制程序設(shè)計(jì) 30 自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)控制 圖 55 自動(dòng)扶梯自動(dòng)潤(rùn)滑裝置控制 自動(dòng)扶梯正常工作時(shí)，需要定期對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑。本設(shè)計(jì)中要求電機(jī)正常運(yùn)行48 小時(shí)后自動(dòng)潤(rùn)換裝置啟動(dòng)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行一分鐘的潤(rùn)滑處理。也就是控制對(duì)象對(duì)控制線路提出了按順序工作的聯(lián)鎖要求。 圖 55 所示是采用定時(shí)器按時(shí)間順序啟動(dòng)的 程序。按總體方案要求，扶梯狀態(tài)正常時(shí)每 48 小時(shí)需要潤(rùn)滑一次，以 來(lái)判斷扶梯狀態(tài)是否正常，利用定時(shí)器 T40,T41 和計(jì)數(shù)器 C1 來(lái)實(shí)現(xiàn)按順序工作的聯(lián)鎖要求。 故障顯示模塊 為使自動(dòng)扶梯正常安全的運(yùn)行，自動(dòng)扶梯必須有一定的電氣安全保護(hù)裝置。除以上介紹中的聯(lián)鎖裝置，還應(yīng)該有相應(yīng)的安全檢測(cè)回路。其安全檢測(cè)回路中包括潤(rùn)滑油液位開(kāi)關(guān)、梳齒板開(kāi)關(guān)、扶手帶入口開(kāi)關(guān)、梯級(jí)塌陷開(kāi)關(guān)、裙板開(kāi)關(guān)、及兩側(cè)扶手帶斷帶開(kāi)關(guān)。這些都正常，安全回路才能顯示正常，扶梯才能進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。 為達(dá)到檢修方便的目的，采用故障 顯示電路。實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)故障時(shí)，八段顯