【正文】 的研制己經(jīng)完成并推向市場，一種使逆變功率和控制電路達(dá)到一體化、智能化和高性能化的 已被用戶接受。作為發(fā)展趨勢，通用變頻器從模擬式、數(shù)字式、智能化、多功能向集中型發(fā)展。因此可以預(yù)見，今后變頻器的高速響應(yīng)和高性能將是基本條件。通用變頻器中出現(xiàn)專用型產(chǎn)品是近年來的事。如用于起重機(jī)負(fù)載，交流電梯，恒壓供水、機(jī)械主軸傳動、電源再生、紡織、機(jī)車牽引等專用變頻器。 變頻器的用量還在不斷的增加，有相當(dāng)大的市場潛力。 但我國的變頻調(diào)速仍有很多問題需要解決 ： 變頻調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)，被用 來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。直觀看起來它就像移動的樓梯，同時(shí)伴隨移動的扶手帶。 自動扶梯是帶有循環(huán)運(yùn)行 梯級 ，用于向上或向下傾斜輸送乘客的固定電力驅(qū)動設(shè)備。運(yùn)載人員上下的一種連續(xù)輸送機(jī)械。其主要部件有梯級、牽引鏈條及鏈輪、導(dǎo)軌系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)（包括電動機(jī)、減速裝置、制動器及中間傳動環(huán)節(jié)等）、驅(qū)動主 軸、梯路張緊裝置、扶手系統(tǒng)、梳板、扶梯骨架和電氣系統(tǒng)等。這些運(yùn)動都是由梯級主輪、輔輪分別沿不同的梯級導(dǎo)軌行走來實(shí)現(xiàn)的。因此，自動扶梯的電氣控制系統(tǒng)相對電梯來說簡單得多。其主要部件有梯級、牽引鏈條及鏈輪、導(dǎo)軌系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)驅(qū)動主軸、梯路張緊裝置、扶手系統(tǒng)、梳板、扶梯骨架和電氣系統(tǒng)等。這些運(yùn)動都是由梯級主輪、輔輪分別沿不同的梯級導(dǎo)軌行走來實(shí)現(xiàn)的。自 動扶梯梯路導(dǎo)軌系統(tǒng)包括主輪和輔輪的全部導(dǎo)軌、反軌、反板、導(dǎo)軌支架及轉(zhuǎn)向壁等。因此，要求軌道既要滿足梯路設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)具有光滑、平整、耐磨的工作表面，并具有一定得尺寸精度。、 35176。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 5 該課題研究的目的及意義 本文主要介紹 西門子 MM440 標(biāo)準(zhǔn)變頻器 和 PLC 在 自動扶梯調(diào)速節(jié)能 系統(tǒng)中的 應(yīng)用 。(可以選擇當(dāng)無人乘梯時(shí)，扶梯自動停止的功能 )； (2)有人乘梯時(shí)：保證扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行，實(shí)際測量時(shí)得到了驗(yàn)證： (3)扶梯空載時(shí)以節(jié)能模式運(yùn)行，電流僅為空載時(shí)額定速度運(yùn)行電流的 1/3。 (5)由于無人乘梯時(shí)節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命。 (7)改造中充分考慮了變頻系統(tǒng)與原系統(tǒng)的并存，便于系統(tǒng)故障時(shí)相互切換，不影響用戶的使用。 (9)扶梯節(jié)能改造的設(shè) 備費(fèi)用與電能節(jié)約和機(jī)械磨損的費(fèi)用相比，投入不大，短期內(nèi)即可收回投資，因此扶梯變頻節(jié)能安全改造技術(shù)的研制和使用成功，能提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。自動扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場．超市、機(jī)場、地鐵．賓館等場合。工作于額定運(yùn)行狀態(tài)，在空載時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，具有耗能大， 機(jī) 械磨損嚴(yán)重，使用壽命低等缺點(diǎn)。 MM440 是一種高性能的矢量 變頻器，由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型管（ IGBT）作為功率輸出器件。而且采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動機(jī)低噪聲運(yùn)行。采用 MM440 變頻器組成的變頻控制系統(tǒng)，扶梯開始運(yùn)行時(shí)通過變頻器啟 動 ，當(dāng)電梯達(dá)到額定速度運(yùn)行后，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行 (如扶梯在四分之一額定速度下運(yùn)行很長一段時(shí)間 （ 2 分鐘）仍 無人乘 坐扶 梯，則扶梯會自動平緩地停梯，該功能可自行設(shè)定，考慮到若顧客看到扶梯停止，誤認(rèn)為扶梯出現(xiàn)故障而不用扶梯，建議不采需這種功能 }。 方案論證 控制系統(tǒng)的比較 前一種方法是在無人乘梯時(shí)停止自動扶梯的運(yùn)行，有人乘梯時(shí)起動扶梯，從而達(dá)到省電的目的，由于是采用了完全停電的方法，所以在節(jié)約能源方面是非?？捎^的，一般能達(dá)到 50％的電能節(jié)約。后一種方法是采用經(jīng)典的星形與三角形接法轉(zhuǎn)換起動。星形接法由于轉(zhuǎn)矩只有三角形接法的 1/3，所以星形接法轉(zhuǎn)速較慢，而且兩者之間有 2— 3s 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，如果光電探測頭位置距離扶梯入口處太近時(shí)，在乘客上梯后由于星形與三角形接法的轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生一個(gè)沖擊，使扶梯的乘用舒適感惡化，甚至釀成事故；如果光電探測頭距離扶梯入口處太遠(yuǎn)，則可避免乘客上梯后產(chǎn)生沖擊，但容易造成誤動作，同時(shí)如果客流連續(xù) 間斷造成扶梯的頻繁起動，也會產(chǎn)生不利影響。目前市場上所使用的自動扶梯還有繼電器控制的．由于繼電器控制系統(tǒng)噪聲大、維修不便 、 控制煩瑣、布線雜多、占用空間大、故障率高 缺點(diǎn) 等，已不適應(yīng)現(xiàn)代人的需求，正逐漸被人們所淘汰。而 PLC 控制系統(tǒng)有著可靠性高、穩(wěn)定性好、維護(hù)檢修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，加上現(xiàn)今逐漸時(shí)興電腦化控制的電氣設(shè)備， PLC 控制的自動扶 梯正好迎合了人們的心態(tài)，與市場需求緊密相連，其開發(fā)前景已被大大看好。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。一般 PLC 允許的輸入信號閥值比通常的微控制器大得多．且與外部電路都經(jīng)過光電隔離．抗干擾能力較強(qiáng)。能使自動扶梯迅速停止。目前 PLC 普遍采用繼電器控制形式的“梯形圖”編程方式，極易為電氣、自動控制的技術(shù)人員所接受。 PLC 產(chǎn)品具有完善的監(jiān)視診斷功能，如有醒目的內(nèi)工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I／ O狀態(tài)和異常狀態(tài)等顯示。這樣可以大大降低故障的平均修復(fù)時(shí)間，有的 PLC 采用智能型陽模塊后，還可以把外部故障判斷和檢測功能從 CPU 中分開．從而提高了外部故障檢測功能。因此，該文在 PLC控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加上 MM440變頻器，使自動扶梯的速度可調(diào)。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(shí) t秒 (乘客自一端至另一端 )自動轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行 ,如果 一直有 乘客進(jìn)入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運(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)），以保證自動扶梯正常工作。 缺點(diǎn)是該 控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 尤其是在低速區(qū)域由于定子電阻的壓降不容忽視而使電壓調(diào)整比較困難，不能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。所以它的運(yùn)用將逐漸被矢量控制所取代。 矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本 思想：交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的原因，是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的定子能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。但是旋轉(zhuǎn)磁動勢一定要三相，在空間位置上相互垂直的，在時(shí)間上相位互差 90176。 具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵磁電流 ) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流 ) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 10 的幅值和相位，即控制 定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。 將測得變頻器實(shí)際輸出電流按空間矢量的方式進(jìn)行分解，形成轉(zhuǎn)矩電流分量與磁通電流分量兩個(gè)電流閉環(huán)，同時(shí)又可借助編碼器或內(nèi)置觀測器模型來構(gòu)成速度閉環(huán)，這種雙閉環(huán)控制方式可以 改善變頻器的動態(tài)響應(yīng)能力，減小滑差，保證系統(tǒng)速度穩(wěn)定，確保低頻時(shí)的轉(zhuǎn)矩輸出 。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。 以異步電動機(jī)的矢量控制為例： 它首先通過電機(jī)的等效電路來得出一些磁鏈方程，包括定子磁鏈，氣隙磁鏈，轉(zhuǎn)子磁鏈，其中氣息磁鏈?zhǔn)沁B接定子和轉(zhuǎn)子的．一般的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流不易測量，所以通過氣息來中轉(zhuǎn)，把它變成定子電流．然后，有一些坐標(biāo)變換，首先通過 3/2 變換，變成靜止的 dq 坐標(biāo)，然后通過前面的磁鏈方程產(chǎn)生的單位矢量來得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的類似于直流機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和磁場電流分量，這樣就實(shí) 現(xiàn)了解耦控制，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度．最后再經(jīng)過 2/3 變換，產(chǎn)生三相交流電去控制電機(jī)，這樣就獲得了良好的性能 。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。 針對該自動扶梯系統(tǒng)， 在不對扶梯的正常使用產(chǎn)生任何負(fù)面影響的前提下，引入無速度傳感器矢量變頻調(diào)速的概念。系統(tǒng)要求變頻器啟動運(yùn)行平穩(wěn)，加速性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，同時(shí)應(yīng)具備當(dāng)變頻器調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，控制 系統(tǒng)自動切換到工頻運(yùn)行，保障扶梯輸送功能的正常實(shí)施。 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 22 自動扶梯系統(tǒng)框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 12 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)選擇的基本原則是：在滿足工作機(jī)械對于拖到系統(tǒng)要求的前提下，所選電動機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。在交流電動機(jī)中籠型異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)最簡單，運(yùn)行最可靠，維護(hù)最方便，對起 動性能無過高要求的調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先考慮使用。對這類工作機(jī)械，可考慮選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。中等功率以下的交流電動機(jī)額定電壓一般為 380V，大功率交流電動機(jī)的額定電壓多為3KV或 6KV。額定功率相同的電動機(jī) ，額定轉(zhuǎn)速越高，其體積越小，重量越輕，價(jià)格也越低。但額定轉(zhuǎn)速高必須導(dǎo)致傳動機(jī)構(gòu)的復(fù)雜化，實(shí)際上選用時(shí)應(yīng)作全面權(quán)衡。 電機(jī)參數(shù)設(shè)定 本系統(tǒng)電機(jī)選用常用的 4 極 Y225S4 型的三相交流感應(yīng)電動機(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) ，效率為 91%，同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min。 中 間 電 路控 制 電 路 及 指 令逆變電路整流電路電源扶 梯 圖 23變頻器結(jié)構(gòu)圖 其中 整流電路將交流電變換成直流電， 控制電路 對主電進(jìn)行 控制， 逆變電路將直流電逆變成交流電 ， 中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波 。 目前變頻器大致可分 為 三類：通用型變頻器 通常指配備一般 V/F 控制方式的變頻器，也稱簡易變頻器， 該類變頻器成本較低，使用較為廣泛。專用變頻器 專門針對某種類型的機(jī)械而設(shè)計(jì)的變頻器， 如泵、風(fēng)機(jī) 用變頻器，電梯專用變頻器，起重機(jī)械專用變頻器，張力控制專用變頻器等。 變頻器的選用應(yīng)該滿足以下原則：變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 14 變頻器的型號很多，選擇合適的變頻器對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有很大的幫助。 MM440 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻器驅(qū)動裝置。 ② MM440 的接線： (1)強(qiáng)電回路 強(qiáng)電回路的接線如圖 。開關(guān)一般為空氣開關(guān)。變頻器的輸出為 PWM 波，而負(fù)載希望得到的是正弦波，因此可以在變頻器的輸出端接入輸出濾波器，當(dāng)然輸出濾波器也可以省略。用戶可以根據(jù)需要選擇這些端子構(gòu)成系統(tǒng)的弱電回路?？梢苑譃橐韵聨最?。②牢固的 EMC（電磁兼容性）設(shè)計(jì)。④對控制信號的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的。⑥具有多個(gè)繼電器輸出。⑧ 6個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可 NPN/PNP 接線。 IN2： 0～ 10V， 0～ 20mA。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 16 (4)MM440 變頻器的性能特征： ①具有矢量控制性能。③快速電流限制功能，避免運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘。 ⑤復(fù)合制動功能改善了制動特性。⑧具有比例、積分和微分（ PID）控制功能的閉環(huán)控。另外還有的特征：具有動力制動的緩沖功能；具有定位控制的斜坡下降曲線。變頻器過熱保護(hù) 。短路保護(hù) 。而參數(shù)的設(shè)定是通過 BOP 板來完成的。 上端為一塊液晶顯示器，下端為一組按鍵。 圖 26 BOP 板的外型 MM440 變頻器具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動裝置。詳細(xì)情況可以查有關(guān)資料。 根據(jù)上述要求，組成調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖的 4 個(gè)開關(guān)量輸入，采用數(shù)字輸入端 DIN1DIN4。 設(shè)置功率， P0307=11：電動機(jī)的額定功率（ KW）。 設(shè)置電流， P0305=：電動機(jī)的額定電流（ A）。 設(shè)置效率， P0309=91：電動機(jī)的效率（ %）。 命令源設(shè)定， P0700=2：“ 2”表示端子排輸入，即 DINn 作為輸入。 數(shù)字輸入 2， P0702=2：即 [6]號端子為“ 2”， ON反 轉(zhuǎn)； OFF 無效。 數(shù)字輸入 4， P0704=17：即 [8]號端子為“ 17”，以二進(jìn)制編碼選擇，直接輸入 +ON 信號，設(shè)定固定頻率。 關(guān)于二進(jìn)制編碼輸入，用 DIN3～ DIN5 三位數(shù)字量編碼決定固定頻率。 3 個(gè)固定頻率設(shè)定參數(shù) P1001， P1002， P1003 分別設(shè)置固定頻率。 頻率設(shè)定值選擇， P1000=3：“ 3” 表示選擇 固定頻率設(shè)定 值 。 P1002=10:DIN2 對應(yīng)的通道 2頻率為固定頻率 f2=10Hz， 扶梯 運(yùn)行 1/5 額定轉(zhuǎn)速。 自動扶梯運(yùn)行時(shí)間設(shè)定： P1120=3：斜坡上升時(shí)間為 秒。 P1080、 P1082 為電 動 機(jī)運(yùn)行的最低 頻率 與最高頻率： P1080=10：電 動