【導(dǎo)讀】它的出現(xiàn)給人類的日常生活帶來極大的便利，它同時也成為現(xiàn)代物質(zhì)。文明的一個重要標(biāo)志。從第一臺名義上的自動扶梯誕生以來，自動扶梯的發(fā)展。迄今為止大約經(jīng)歷了100多年。自動扶梯作為運(yùn)送旅客的交通工具，不僅成功。因此，經(jīng)濟(jì)學(xué)家說：“自動扶梯的出現(xiàn)使人們有了逛大型商場的。交通學(xué)家說“是自動扶梯和自動人行道的應(yīng)用使我們可以把車站、機(jī)。場建的盡可能大。自動扶梯的應(yīng)用已經(jīng)改變了我們的生活。該文系統(tǒng)采用子MM440變頻器的控制組合，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)對傳統(tǒng)扶梯進(jìn)。扶梯啟動時，避免產(chǎn)生很大的啟動電流；無人乘梯時，客明確了扶梯運(yùn)行方向；扶梯檢修時，檢修運(yùn)行功能保證了扶梯檢修精度。

　　

【正文】 1/2額定速度運(yùn)行上/下行按鈕完成檢修 圖 33檢修控制流程圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 26 電路設(shè)計及電路圖 ? 系統(tǒng)硬件設(shè)計： 系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器（ LHI878）、 P L C 可編程序控制器 FX2N 與變頻器（ MM440）的控制組合，具有功能強(qiáng)、改造工作量小等優(yōu)點(diǎn)。 硬件接線圖 。其系統(tǒng)框圖如下圖 。 上 行 紅 外 傳 器下 行 紅 外 傳 感 器變 頻 器正 轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn)P L CF X 2 N電 動機(jī)Y 1 6 0M 4上 行下 行 制 動 電 阻 圖 34 自動扶梯系統(tǒng)框圖 自動扶梯在酒店、 地鐵、火車站 、寫字樓等場所應(yīng)用較多，但 因 其使用場合的特殊，部分扶梯常處于空轉(zhuǎn)， 當(dāng)今社會能源 匱乏，自動扶梯空載 狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)是 一種巨大的浪費(fèi) ， 并且會 使扶梯部件 (如電機(jī)、減速箱、扶手帶等 )產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷。因此，如果讓自動扶梯自動檢測到空載狀態(tài)一段時間后，通過 PLC 使 扶梯由全速 減速至 五分之一額定速度 運(yùn)轉(zhuǎn)。在人員進(jìn)出相對不頻繁的場所，自動扶梯檢測到空載狀態(tài)一段時間后，將由全速運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸減速 或 停止運(yùn)轉(zhuǎn) （乘客會誤以為電梯壞了，而影響出行，因此，不建議使用） ，這樣便可實(shí)現(xiàn)節(jié)省電能達(dá) 30%～ 50%左右。當(dāng)有乘客踏上自動扶梯床蓋板時，扶梯可通過設(shè)置在床蓋板入口處的 紅外傳感器 自動感知乘客的到來，開始全速運(yùn)轉(zhuǎn)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 27 變頻器與電機(jī)之間的連接 圖 35變頻器與電機(jī)之間的連接 當(dāng)變頻器無故障時，按設(shè)定的程序運(yùn)行，即在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，通過 KM3供電，當(dāng)檢修或爬行狀態(tài)、上行、下行時，通過變頻器供電，但當(dāng)變頻器故障時可以通過 KM3 直接供電，無需通過變頻器，保證變頻器的正常工作。 變頻器在該系統(tǒng)中的 主要作用是調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速， ,可以在自動扶梯空載時以極低頻率和極低電壓對電機(jī)供電，使扶梯以緩慢的速度運(yùn)行。這樣，在自動扶梯空載時便能起到良好的節(jié)能作用，使電梯 啟動和運(yùn)行平穩(wěn)， 同時扶梯不停止運(yùn)行，也不會給乘客造成扶梯損壞無法運(yùn)行的假象。當(dāng)光 電傳感器檢測到有人進(jìn)入扶梯時，扶梯便開始提速，扶梯由緩速提升到額定速度所需的時間可通過河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 28 PLC 進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時間可考慮為 2— 4 秒。當(dāng)人踏入扶梯踏板時，扶梯已接近或達(dá)到額定速度。這樣就避免了人員在扶梯上的加速過程，保證了人員的安全。當(dāng) PLC 檢測到扶梯空載 t 秒后．發(fā)出指令給變頻器使額定速度變回蠕動速度。這樣一來既可 節(jié)省電能 ，又可 減少機(jī)械磨損 ， 延長 電梯的 使用壽命 。 控制系統(tǒng) 的連接 圖 36控制系統(tǒng)的連接 通過 PLC 可以實(shí)現(xiàn)各種控制，包括變頻器的控制 、故障顯示、出入 口乘客檢測電路等功能，當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時，報警鈴會響，并且 KM13 開關(guān)會動作，使得電機(jī)斷電， 以 防止事故的發(fā)生， 并且 可以通過 PLC 去控制變頻器，以 方便檢修、節(jié)能、上行、下行等控制功能。 一般來說．自動扶梯的空載時間往往大于載客時間。 PLC 控制器自動檢測到自動扶梯空載運(yùn)行一定時間后。發(fā)出指令控制變頻器使其降速運(yùn)行。 當(dāng)有乘客河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 29 踏上自動扶梯床蓋板時。 扶梯可通過設(shè)置在床蓋板入口處的光電感應(yīng)裝置自動感知乘客的到來，開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)。在這里，變頻器的主要作用是用來調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速、啟動和運(yùn)行平穩(wěn)，在無人時， PLC 經(jīng)過延時指令．系統(tǒng)自 動轉(zhuǎn)入蠕動狀態(tài)運(yùn)行。以達(dá)到節(jié)能的目的。在扶梯入口處安裝光電開關(guān)，有乘客時，光電開關(guān)發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開扶梯后，扶梯經(jīng)過一段時延又自動進(jìn)入低速運(yùn)行的待客狀態(tài)。這樣可節(jié)省電能，減少機(jī)械磨損從而延長使用壽命 。 熱釋電紅外控制開關(guān) 與 PLC的連接 圖 37傳感器回路 啟動扶梯后， PLC 不斷檢測光電傳感器的電脈沖信號的輸入。 以判斷是否有人需要乘座扶梯來控制變頻器進(jìn)行正常速度運(yùn)行或低速運(yùn)行。在扶梯正常速度運(yùn)行期間，如再無光電脈沖信號則系統(tǒng) 延時 120 秒 (乘客自一端至另一端 )自動轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行。 如安裝在扶梯出入口處的傳感器檢測到有乘客乘梯，則扶梯速河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 30 度馬上平緩地升至額定速度．如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯．扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行。當(dāng)電梯 在額定速度運(yùn)行時 ，如無乘客乘梯，扶梯由額 定速度自動降為約四分之一額定速度爬。 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ○ 1 多段速頻率的選擇 表 31 多段頻率選擇 固定頻率 實(shí)際頻率（ HZ） 1 0 1 2 1 0 3 1 1 OFF 0 0 ○ 2 加減速模式的選擇 變頻器中的斜坡函數(shù)發(fā)生器用于當(dāng)給定值是 1 個階躍信號時去限制其加速度。它用于減小機(jī)械系統(tǒng)的壓力。利用斜坡上升時間 P1120 和斜坡下降時間P1121，加速斜坡和制動斜坡可彼此獨(dú)立設(shè)定。當(dāng)給定值改變時，它允許一個可控制的過渡。為了避免在過渡區(qū)中（恒速←→加速 /制動）轉(zhuǎn)矩的沖擊，可使用可編程附加圓弧時間 P1130～ P1133。扶梯正常上行時，以 ABC曲線加速到目標(biāo)速度，速度轉(zhuǎn)換平滑。其中， A 階段：高啟動轉(zhuǎn)速； B階段：具有 S形加速曲線進(jìn)行電機(jī)加速。 C 階段：柔性加速功能 。下行減速 加速相似。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 31 圖 38 帶圓弧的變頻器頻率輸出特性 ○ 3 節(jié)能分析 經(jīng)過研究試驗(yàn) ,在扶梯電氣控制線路加裝變頻器 ,經(jīng)簡單改造即可實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能。采用變頻調(diào)速方式控制自動扶梯運(yùn)行 ,使扶梯具備平穩(wěn)啟動、節(jié)能運(yùn)行。無人乘梯時 ,扶梯由額定運(yùn)行速度轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行 ,既節(jié)約了能源 ,又減小了機(jī)械磨損。當(dāng)乘客走近時 ,扶梯啟動以正常速度運(yùn)行 。乘客離開后 ,扶梯減速變?yōu)槁龠\(yùn)行或停止 ,等待下一位乘客。如果乘客連續(xù)不斷 ,扶梯便連續(xù)以正常速度運(yùn) 行 ,直到最后一位乘客離開扶梯。 目前 常規(guī)的自動扶梯空載時仍是額定速度運(yùn)行 ,具有耗 能大 ,機(jī)械磨損大 ,使用壽命低等 缺點(diǎn)。例如 三維 購物中心有 14 部扶梯 ,每部扶梯電功率 8kW,每部扶梯日耗電 70kWh 左右 ,每天運(yùn)轉(zhuǎn) 11 小時 ,而且始終都是恒定速度運(yùn)行 ,在大多數(shù)情況下 ,扶梯較多地運(yùn)行于 2/3 額定載客量以下 ,每部扶梯每天無人空載時間累計約 5 小時。如果扶梯在無人空載時停運(yùn)或緩行 ,將大大減少用電量。如果將扶梯運(yùn)行方式由每天連續(xù)恒速運(yùn)行改為有人乘梯時正常恒速運(yùn)行 ,無人乘梯時慢速行駛或停止 ,就能實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。參考了 大量資料 ,覺得這種方式完全可以實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)在生產(chǎn)的自動扶梯絕大部分沒有調(diào)速功能 ,而且扶梯都是由三相異步電動機(jī)經(jīng)變速箱帶動機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)電機(jī)學(xué)理論 ,交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： )1(60 spfn ?? () A B C D E F t f 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 32 式中： f 為定子的電源穩(wěn)壓器 的 頻率 。p 為極對數(shù) 。n 為轉(zhuǎn)速 。s 為轉(zhuǎn)差率。 ? 改變電動機(jī)極對數(shù) p 可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,這是交流雙速電動機(jī)采用的調(diào)速方法。 ? 通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率 s 達(dá)到 調(diào)速目的 ,這是交流調(diào)速電動機(jī)采用的調(diào)速方法。 ? 改變定子電源頻率 f 也可達(dá)到調(diào)速目的 ,但 f 最大不能超過電動機(jī)額定頻率 ,電梯作為恒轉(zhuǎn)距負(fù)載 ,調(diào)速時為保持最大轉(zhuǎn)距不變 ,根據(jù)轉(zhuǎn)距公式： ?? cosICM m? () 式中： Cm 為電機(jī)常數(shù) 。I 為轉(zhuǎn)子電流 。 φ 為電機(jī)氣隙磁通 。 cosφ 為轉(zhuǎn)子功率因數(shù) , 必須保持 φ 恒定。又根據(jù)電壓公式： ?fWkU ? () 式中： U 為定子電壓 。f 為定子電壓頻率 。W 為定子繞組匝數(shù) 。k為電機(jī)常數(shù) ,必須保持 U/f 為常數(shù) ,又根據(jù)電機(jī)拖動原理 ,轉(zhuǎn)速之比等于頻率之比 ,等于電壓之比 , 等于功率之比。 即 10101010 PPUUffNN ??? () 即變頻器必須兼?zhèn)渥儔?、變頻兩種功能 ,這就是變頻電梯的基本控制原理。 經(jīng)濟(jì)效益分析 ： 將已有的恒速扶梯改成變頻調(diào)速扶梯 ,考慮到電機(jī)不加改動 ,對于原有的電機(jī) ,經(jīng)過驗(yàn)證 ,最有 效的節(jié)能辦法就是加裝變頻器。通過變頻器來改變電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 33 4 自動扶梯調(diào)速節(jié)能系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計 本章對變頻器、電機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定。由于采用了可編程控制器，所以必須編寫一個合適的程序使得系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效的運(yùn)行。 PLC程序設(shè)計 表 32 PLC的 I/O分配 端口 功能 端口 功能 X0 驅(qū)動鏈斷 X1 曳引鏈斷 X2 扶手帶斷 X3 梯級異常 X4 梯級下沉 X5 上行按鈕 X6 下行按鈕 X7 松閘開關(guān) X10 變頻器故障 X11 上檢按鈕 X12 下檢按鈕 X13 安全回路 X14 自動檔 X15 檢修檔 X16 紅外傳感器 1 X17 紅外傳感器 2 Y0 驅(qū)動鏈斷指示 Y1 曳引鏈斷指示 Y4 梯級下沉指示 Y5 松閘 Y6 松閘指示 Y7 報警鈴 Y10 運(yùn)行 Y11 低速運(yùn)行 Y12 25HZ Y13 上行 Y14 下行 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 34 利用 三菱 GX Developer 中文 軟件編寫 PLC 梯形圖程序進(jìn)行速度控制，梯形圖如 圖 所示： 自傳感器有輸出，開始記時，若不到 2 分 鐘，若下次輸出，重新計時，直到計時完成。 自運(yùn)行狀態(tài)，按下上 /下行按鈕，扶梯以額定速度上 /下行， 2 分鐘定時到，扶梯以 1/5 額定速度運(yùn)行。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 35 檢修運(yùn)行狀態(tài)，按下上 /下行按鈕，扶梯以 1/2 額定速度運(yùn)行。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 36 5 總結(jié)與展望 隨著自動扶梯進(jìn)一步向著高科技、節(jié)能、智能化的方向發(fā)展，變頻器在扶梯領(lǐng)域也被廣泛地應(yīng)用。在能源及其匱乏的今天，應(yīng)用變頻器和可編程控制器構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)對傳統(tǒng)扶梯進(jìn)行節(jié)能改造，能夠有效節(jié)約能源，降低運(yùn)行成本，且可減少對機(jī)械的磨損，延長機(jī)械的壽命。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 37 致 謝 本研究及學(xué)位論文是在 李濤 老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 他 嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 李 老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向 李 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝一下 同班同學(xué)及室友， 正是由于您們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的 順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝您們 ! 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 38 參考文獻(xiàn) [1]陳伯時，陳敏遜 .交流調(diào)速系統(tǒng) .機(jī)械工業(yè)出版社 .2021. 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