交流变频调速系统在扶梯中应用.docx

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1、交流变频调速系统在扶梯中应用摘 要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，它同时也成为现代物质文明的一个重要标志。从第一台名义上的自动扶梯诞生以来，自动扶梯的发展迄今为止大约经历了100多年。 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

2、扶梯的应用已经改变了我们的生活。 随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。该文系统采用红外传感器、PLC可编程序控制器及西门子MM440变频器的控制组合，构成的调速系统对传统扶梯进行改造后，使扶梯具备平稳启动、节能运行和检修运行功能。扶梯启动时，避免产生很大的启动电流；无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，即节约了能源，减小了机械磨损，也为乘客明确了扶梯运行方向；扶梯检修时，检修运行功能保证了扶梯检修精度。本论文分为五个部分,即：交流变频调速系统概论及自动扶梯系统简介；交流调速系统方案论证和系统组成；自动扶梯系统的工作原理及电路设计；自动扶梯

3、系统的参数设定及PLC程序设计；系统的应用价值。关键词：MM440，PLC，节能分析目 录前 言11交流变频调速系统概述及扶梯系统概述21.1交流变频调速系统原理21.2交流变频调速系统的发展概况及前景41.3该课题研究的目的及意义51.4自动扶梯系统简介61.4.1自动扶梯61.4.2自动扶梯系统构造61.4.3自动扶梯的主要参数101.4.4自动扶梯的特点112交流调速系统的方案论证及系统组成112.1方案论证112.1.1继电器控制、PLC控制及变频器调速系统的比较112.1.2控制方式的选择122.2电动机的选择153.2.1电动机的选择152.2.2选择电机的注意事项172.3变频器

4、的选择172.3.1MM440变频器182.3.2MM440变频器的容量选择及计算252.3.3变频器选择注意事项252.3.4MM440变频器在自动扶梯系统中的作用：262.4PLC的选择262.4.1PLC262.4.2S7-200PLC272.4.3变频器和PLC的关系272.5红外传感器的选择282.5.1红外传感器282.5.2热释电红外传感器283自动扶梯系统的工作原理及电路设计323.1自动扶梯系统工作原理323.2电路设计及电路图354自动扶梯调速节能系统的参数设定及PLC程序设计404.1变频器参数设定404.2电机参数设定414.3PLC程序设计415系统的应用价值47结

5、论48致谢49参考文献5051 / 54前 言自动扶梯和电梯一样是公共场所运送乘客的典型设备，已在百货公司，机场、地铁、火车站等场所广泛的应用。大多数扶梯在客流量大的时候，工作于额定运行状态，在空载时仍以额定速度运行，具有耗能大，机械磨损严重，使用寿命短等缺点。采用MM440变频器组成的变频控制系统，可以很好的解决这些问题。MM440变频器是一种高性能的矢量变频器，由微处理器控制，并采用具有现代化先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。而且采用脉冲频率可选的专用脉冲调制技术，可使电机低噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机

6、提供了良好的保护。采用MM440变频器组成的变频调速控制系统，扶梯开始运行时通过变频器启动，当扶梯达到额定速度运行后，2分钟后如无乘客乘梯，扶梯由额定速度自动降为约五分之一额定速度爬行；如安装在扶梯出入口的传感器检测到有乘客乘梯，则扶梯速度马上平缓地升至额定速度，如乘客继续进入扶梯，扶梯将一直以额定速度正常运行。本文中自动扶梯调速系统的性能特点：改造中为了便于系统故障时不影响用户的使用，所以在保留原系统（工频系统）的基础上增加变频系统，并且可以实现工频变频的切换。无乘客时，电梯低速运行，当有乘客到达入口时，电梯自动转入全速运行。即应用变频调速可以进行电机软启动；乘客离开电梯后若再无乘客，则电梯

7、自动转回低速运行；启动、停止或速度转换平稳顺畅，舒适性较好；当扶梯处于下行状态时，电机进入发电状态，能量回馈电网，此时电机不受变频器控制。扶梯空载时电流仅为额定速度运行时电流的三分之一，节能效果明显。由于无人乘梯时运行速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。检修运行时扶梯以二分之一额定速度运行，便于检修和观察扶梯结构的运动情况，克服了原系统额定速度点动停止不及时的不足。变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，保证了扶梯启动的平滑、舒适，可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。1交流变频调速系统概述及扶梯系统概述1.1交流变频调速系统原理在20世纪的绝大部分年代里，由

8、于直流传动具有的优越调速性能，高性能的可调速转动都采用直流电动机(以下均简称为直流电机)，而占电气传动总量约80%的不变速传动则采用交流电动机(以下均简称为交流电机)，这种分工在一段时期内成为一种举世公认的格局。交流调速系统虽早己有多种方案问世，而且也获得一些实际应用的领域，但在性能方面却始终无法及直流调速系统相匹敌。直至20世纪70年代初叶，席卷世界先进工业国家的石油危机迫使他们投入大量人力和物力去研究高效节能的交流调速系统1。一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电机和控制电路三大部分组成。近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪

9、变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源2。我国电气传动产业始建于1954年当时第一批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来天津电气传动设计研究所的前身。现在我国已有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很

10、多最先进的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满足了我国生产和生活需要。 国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部分在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。变频调速系统原理：异步电动机的基本公式同步转速 即旋转磁场的转速，计算公式如下： （1.1）式中 同步转速（r/min）；f电源电压的频率（Hz）；p磁极对数。式（1.1）表明，当电动机的磁极对数一定时，同步转速及电源电压的频率成正比；而在额定频率下，

11、同步转速及磁极对数的关系见下表1.1。表1.1 同步转速及磁极对数的关系磁极对数1（2极）2（4极）3（6极）4（8极）6（12极）同步转速（r/min）300500转差 即转子转速及同步转速之差。 （1.2）式中 转差（r/min）； 转子转速（r/min）。转差率 转差及同步转速之比，称为转差率 （1.3）式中 s转差率。转子转速 由式（1.1）和（1.3）推导如下： （1.4）由（1.4）可知，改变电源电压的频率f，就改变了旋转磁场的转速（同步转速），也就改变了电动机输出轴的转速：所以，调节频率可以调速，并且可以无级调速。变频器就是一种可以任意调节其输出电压频率，使三相交流异步电动机实现

12、无级调速的装置。生产机械常常需要无级调速，而在变频器问世之前，异步电动机是无法实现无级调速的。这使它的调速性能远逊于直流电动机。其实，变频可以调速的原理，是从异步电动机发明之日起就知道了的。但异步电动机发明于1898年，而变频器达到能够普及应用的阶段，却直到20世纪80年代才得以实现，中间相隔了近一个世纪3。1.2交流变频调速系统的发展概况及前景电气传动是工业领域中的一个重要内容，它利用电动机将电能转变为机械能，从而满足工农业生产及日常生活中的各种需求。目前，变频调速技术已成为节能、改善工艺流程、提高产品质量和改善环境、推动技术进步的有效措施。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率

13、因数和节能效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式，其重要性日益得到世界各国的重视。在世界能源紧缺的今天，开展变频调速技术的研究，推广其应用，有着非常重大的现实意义和巨大的经济效益及社会效益。基于电机控制理论的通用变频器的发展是世界高速经济发展的产物，其发展的趋势大致为:主控一体化。例如日本三菱公司将功率芯片和控制电路集成在一块芯片上的DIPIPM(即双列直插式封装)的研制己经完成并推向市场，一种使逆变功率和控制电路达到一体化、智能化和高性能化的HVIC(高耐压IC)SOC(System on Chip)的概念已被用户接受。小型化。变频器的小型化除了出自支撑部件

14、的封装技术和系统设计的大规模集成化以外，功率器件发热的改善和冷却技术的发展己成为小型化的重要原因。低电磁噪音化。今后的变频器都要求在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC标准，主要做法是在变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正(Active Power Factor Correction。APFC)电路，改善输入电流波形，降低电网谐波以及逆变桥采取电流过零的开关技术。而控制电源用的开关电源将推崇半谐振方式，这种开关控制方式在30-50MHz时的噪声可降低1520dB。专用化。通用变频器中出现专用型产品是近年来的事。其目的是更好发挥变频器的独特功能并尽可能地方便用户。如用于起重机负载，交流电梯，

15、恒压供水、机械主轴传动、电源再生、纺织、机车牵引等专用变频器。系统化。作为发展趋势，通用变频器从模拟式、数字式、智能化、多功能向集中型发展。最近，日本安川电机提出了以变频器，伺服装置，控制器及通讯装置为中心的“D&M&C”概念，并制定了相应的标准，目的是为用户提供最佳的系统。因此可以预见，今后变频器的高速响应和高性能将是基本条件。由于变频器的功能强大，所以他的应用意义也就十分重大。应用量也在不断的增加。使用它一是节能，二是优质，三是增产，四是降耗。由于变频器的优异功能，变频器的应用已经由工厂扩展到社区，酒店，商厦等。变频器的用量还在不断的增加，有相当大的市场潜力。变频调速技术作为高新技术、基础

16、技术、和节能技术，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。我国以后在变频调速技术方面应积极做的工作如下：应用变频调速技术来改造传统的产业，节约能源及提高产品质量，获得较好的经济效益和社会效益。大力发展变频调速技术，必需把我国变频调速技术提高到一个新水平，缩小及世界先进水平的差距，提高自主开发能力，满足国民经济重点工程建设和市场的需求。规范我国变频调速技术方面的标准，提高产品可靠性工艺水平，实现规模化、标准化生产。变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素决定的：应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。是节约能源的高新技术。是国际上技术更新换代最快的领域。是高科技领域的综合性

17、技术。是替代进口，节约投资的最大领域之一。1.3该课题研究的目的及意义本文主要介绍西门子MM440标准变频器在自动扶梯调速节能系统中的应用。由于自动扶梯在酒店、商场、地铁、火车站、写字楼等场所应用较多，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。但由于其使用场合的特殊性，部分扶梯经常处于空转的状态，我们知道，由于能源和电力资源的匮乏，自动扶梯在空载状态下的运转成为一种巨大的浪费。同时也使扶梯部件(如电机、减速箱、扶手带等)产生不必要的磨损及疲劳损伤。因此，我设想，如果能让自动扶梯自动检测到空载状态一段时间后，指令扶梯由全速运转减速至五分之一额定速度运转。在人员进出相对不频繁的场所，基于

18、上述思想，自动扶梯检测到空载状态一段时间后，将由全速运转逐渐减速直到停止运转，这样便可实现节省电能达30%50%左右。当有乘客踏上自动扶梯床盖板时，扶梯可通过设置在床盖板入口处的红外传感器自动感知乘客的到来，开始全速运转。该节能方案有以下优点：加减速度曲线连续、平滑，加减速度平稳，乘客无任何不适的感觉。因使用变频调压调速装置及微机控制，可以实现自动扶梯或自动人行道由正常运行状态和节能状态间平稳过渡的加减速及需要的特定运行速度的设定，降低了由于频繁启动对机械设备造成的损害，节能低速运行大大降低了机械部件的磨损，相对延长了设备的使用寿命，同时自动扶梯的电动机的升温和运行噪声将有显著降低，达到节能减

19、排的目的。变频技术的采用大大降低了自动扶梯频繁启动时对电网的冲击，改善电网的功率因数，降低无功损耗，起到了节能作用。该节能方案借用了原系统的安全条件，加上变频调压调速装置本身所具有的安全保护功能，使其安全性更加可靠。变频调速节能方案的节能效果明显，自动扶梯或自动人行道空载时以节能模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的1/3。处于每日上行方向运行的自动扶梯，日节电10%；下行方向运行的自动扶梯，日节电可达45%，一般来说上下行综合节能约为30%左右，若节能模式设为停止状态，节能效果更好，当然节电效果因使用场地客流量的不同而异。1.4自动扶梯系统简介1.4.1自动扶梯自动扶梯是带有循环运行梯级

20、，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备4。直观看起来它就像移动的楼梯，同时伴随移动的扶手带。自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯路，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，运载人员上下的一种连续输送机械。1.4.2自动扶梯系统构造自动扶梯由梯路（变型的板式输送机）和两旁的扶手（变形的带式输送机）组成。其主要构造部件有梯级、牵引构件、导向轨道系统、驱动装置、张紧装置、扶手装置、金属结构、电气控制系统、安全装置。梯级梯级是特殊结构形式的四轮小车，有两只主轮，两只辅轮。梯级的主轮的轮轴及牵引链条铰接在一起，

21、而辅轮轴则不及牵引链条连接。这样，全部梯级通过按一定得规律布置的导轨运行，可以做到在自动扶梯上分支的梯级保持水平，而在下分支的梯级可以倒挂。在一台自动扶梯中，梯级是数量最多的部件。一台小提升高度自动扶梯的梯级约需50100只；大提升高度自动扶梯的梯级多达600700只梯级。对梯级的要求是：自重轻；工艺性能好；装拆维修方便。采用铝合金整体压铸而成的梯级为整体梯级；采用铝合金分零件压铸拼装而成的梯级为分体式。梯级装有主轮及辅轮。以下对梯级踏板、踢板、梯级支架及车轮等进行讨论。梯级踏板踏板表面应具有凹槽，它的作用是使梯级通过扶梯上下出入口时，能嵌在梳板齿中，以保证乘客安全上下。另外，可防止乘客在梯级

22、上滑动。踢板踢板面为圆弧面。小提升高度自动扶梯梯级的踢板面做成有齿的，而在梯级踏板的后端也做成齿形，这样可以使后一个梯级踏板后端的齿嵌入前一个梯级踢板的齿槽内，使各梯级间相互进行导向。大提升高度自动扶梯踢板可做成光面。梯级骨架梯级骨架是梯级的主要支撑结构，由两侧支架和以板材或角钢构成的横向连系件所组成。车轮一只梯级有四只车轮，两只铰接于牵引链条上的为主轮，两只直接装在梯级支架短轴上的称辅轮。自动扶梯梯级车轮的特点是：工作转速不高，一般在80140y/min范围内，但工作载荷大（至8000N或更大），外形尺寸受到限制（直径70180mm）。牵引构件自动扶梯所用牵引构件有牵引链条及牵引齿条两种。牵

23、引构件是传递牵引力的构件。一台自动扶梯一般有两根构成闭合环路的牵引链条（或称梯级链）或牵引齿条。使用牵引链条的驱动装置装在上分支上水平直线区段的末端，即所谓端部驱动式的。使用牵引齿条的驱动装置装在倾斜直线区段上，下分支的当中，即所谓中间驱动式的。下面分别讨论牵引链条及牵引齿条。牵引链条端部驱动装置所用的牵引链条一般为套筒滚子链，它由链片、小轴和套筒等组成。按联接方法牵引链条分为可拆式和不可拆式两种。可拆式的就是在任何环节都可分拆而无损于链条及其零件的完整性。不可拆的是仅在一定数目的环节处，也就是在一定得分段长度处可以拆装。牵引链条是自动扶梯主要的传递动力构件，其质量直接影响自动扶梯的运行平稳和

24、噪声高低。牵引齿条中间驱动装置所使用的牵引构件时牵引齿条，它的一侧有齿。两梯级间用一节牵引齿条连接，因此，牵引齿条的节距应为400mm。中间驱动装置机组上的传动链条的销轴即及牵引齿条的牙齿相吻合以传递动力。牵引齿条的另一种结构形式是：齿条两侧都制成齿形，一侧为大齿，另一侧为小齿。牵引齿条的大齿用途如前所述；小齿用以驱动扶手胶带的。牵引构件的安全系数n可取为：对于大提升高度自动扶梯 n=10；对于小提升高度自动扶梯 n=7；我国自动扶梯国家标准规定不小于5。导向轨道系统概述如前所述，自动扶梯的梯级沿着金属结构内按一定要求设置的多根轨道运行，以形成阶梯。自动扶梯梯路导轨系统包括主轮和辅轮的全部导轨

25、、反轨、反板、导轨支架及转向壁等。导轨系统的作用在于支承由梯级主轮和辅轮传递来的梯路载荷，保证梯级按一定得规律运动以及防止梯级跑偏等。因此，要求轨道既要满足梯路设计要求，还应具有光滑、平整、耐磨的工作表面，并具有一定得尺寸精度。转向壁当牵引链条通过驱动端牵引链轮和张紧端张紧链轮转向时，梯级主轮已不需导轨及反轨了，该处将是导轨及反轨的终端。该导轨的终端不允许超过链轮的中心线，同时，应制成喇叭口。但是辅轮经过驱动端及张紧端都没有链轮。梯级主轮行至上、下两个端部时，也需要经过如辅轮转向辅轮转向壁一样的转向导轨。驱动装置由于自动扶梯是运载人员的，往往用于人流之中之处；特别是服务于公共交通型的自动扶梯更

26、是如此，而且每天运转时间、很长。因此，对驱动装置提出较高的设计要求。主要要求为：所有零、部件应进行详细计算，都需要较高的强度和刚度，以保证在短期过载的情况下，机器具有充分的可靠性。零件具有较高的耐磨性，以保证机器在若干年内，每天进行长期工作。由于驱动装置设置地点位置的限制，要求机构尽量紧凑，并需装拆维修方便。驱动装置的作用是将动力传递给予梯路系统及扶手系统。一般由电动机、减速器、制动器、传动链条及驱动主轴等组成。由于电动机轴及梯级踏板间有一定得高度差，所以驱动装置的传动比在这一范围内：1：461：48。按驱动装置在自动扶梯的位置可分为端部驱动装置和中间驱动装置两种。端部驱动装置端部驱动装置是常

27、用的一种驱动装置。驱动机组通过传动链条带动驱动主轴，主轴上装有两个牵引链轮、两个扶手驱动轮、传动链轮以及紧急制动器等。牵引链条上装有一系列梯级，由主轴上的牵引链轮带动。主轴上的扶手驱动轮通过扶手传动链条驱使扶手驱动轮驱动扶手胶带。另有扶手胶带压紧装置，以增加扶手胶带及扶手驱动轮间的摩擦力，防止打滑。端部驱动装置常使用蜗杆减速器，驱动机组是采用立式蜗轮减速器和双块式制动器的结构。中间驱动装置如前所述，将驱动机组置于上、下两分支之间时即为中间驱动装置。这种结构可节省端部驱动装置所占用内机房的空间，而且简化自动扶梯两个端部的结构。中间驱动装置必须用牵引齿条来代替牵引链条。中间驱动装置的一大特点是有可

28、能进行自动扶梯的多级驱动；另一特点是牵引齿条在驱动机组出端受推力，以后经过一个转点之后变成承受拉力。制动器制动器是依靠构成摩擦的两者间的摩擦来使机构进行制动的一个重要部件。摩擦副的一方及机构的固定机架相连，另一方及机构的转动件相连。当机构起动时，使摩擦面的两方脱开，机构进行运转；而当机构需要制动时，使摩擦面的两方接触并压紧，此时，摩擦面间产生足够大的摩擦力矩，动能消耗，使机构减速，直到停止运动。自动扶梯所采用的制动器包括：工作制动器、附加制动器和辅助制动器。张紧装置概述张紧装置的作用是：使自动扶梯的牵引链条获得必要的初张力，以保证自动扶梯正常运转。补偿牵引链条在运转过程中的伸长；牵引链条及梯级

29、由一个分支过渡到另一分支的改向功能；梯路导向所必须的部件，如转向壁等均装在张紧装置上的。张紧装置的结构重锤式张紧装置是利用重锤的上下的自动调节牵引构件的张力的一种张紧装置。这种结构复杂和自重大，在自动扶梯中已很少使用。目前，一般采用弹簧张紧装置这种结构形式的张紧装置链轮轴的两端各装在滑块内，滑块可在固定的滑槽中滑动，以调节牵引链条的张力。扶手装置概述扶手装置是供站立在自动扶梯上的乘客扶手用的。自动扶梯自从有了活动扶手之后，才真正进入实用阶段。自动扶梯的活动扶手有如电梯中的安全钳一样，是重要的安全设备。扶手装置由扶手驱动系统、扶手胶带、栏杆等组成。扶手装置是装在自动扶梯梯路两侧的两台特种结构形式

30、的胶带输送机。摩擦轮驱动扶手系统驱动扶手胶带运动是依靠驱动滑轮及扶手胶带间的摩擦力，而要形成足够的摩擦力，必须借助张紧装置来加大摩擦力。压滚驱动扶手系统这种扶手驱动系统由扶手驱动系统由扶手胶带的上下两组压滚组成。上压滚组由自动扶梯的驱动主轴获得动力驱动扶手胶带，下压滚组从动，压紧扶手胶带，这种结构的扶手胶带基本上是顺向弯曲，较少反向弯曲，弯曲次数大大减少，降低了扶手胶带的僵性阻力。扶手胶带扶手胶带是一种边缘向内弯曲的橡胶带。可分为：多层织物衬垫扶手胶带，这种结构延伸率大；织物夹钢带扶手胶带，这种结构在工厂里做成闭合环形带，不需工地拼接，延伸率小。缺点是钢带及橡胶织物间脱胶时，钢带会在扶手胶带内

31、隆起，甚至戳穿帆布造成扶手胶带损坏；夹钢丝绳织物扶手胶带，这种结构在织物衬垫层中夹一排细钢丝绳，既增加扶手胶带的强度，又可控制扶手胶带的伸长。扶手的栏杆扶手的栏杆有如自动扶梯的“外貌”。整合自动扶梯最能起到建筑物内装饰作用的事扶手栏杆。金属结构自动扶梯金属结构的作用在于安装和支承自动扶梯的各个部件，承受各种载荷以及将建筑物两个不同层高的地面连接起来。端部驱动及中间驱动自动扶梯的梯路、驱动装置、张紧装置、导轨系统及扶手装置等安装在金属结构的里面和上面。电气控制系统自动扶梯是一种连续输送机械，其电气控制系统及电梯电气控制系统相比区别主要体现在：自动扶梯基本上不带在起动；自动扶梯的运行速度保持不变；

32、自动扶梯不频繁起制动，无加减速问题；自动扶梯正常运行时不需改变运行方向；自动扶梯无开关门系统；自动扶梯不需要信号登录及信号显示系统；自动扶梯不需要考虑其运行位置及运行状态。因此，自动扶梯的电气控制系统相对电梯来说简单得多。安全装置自动扶梯常设置多种安全设置。一般可分为两大类：一类是必备的安全装置；另一类是辅助的安全装置。必备安全装置：工作制动器；附加制动器；速度监控装置；牵引链条伸长和断裂保护设备；梳齿板保护装置；扶手胶带入口防异物保护装置及扶手带断带监控装置；梯级塌陷保护装置；裙板保护装置；梯级间隙照明装置；电机保护；相位保护；急停按钮；非操纵逆转保护装置。辅助的安全装置：辅助制动器；机械锁

33、紧装置；梯级上的黄色边框；裙板上的安全刷；扶手胶带同步监控装置。1.4.3自动扶梯的主要参数自动扶梯的主要参数有提升高度（一般在10米以内，特殊情况可到几十米)、倾斜角度(一般为30、35)、速度(一般为0.5米秒)、梯级宽度（单人的600800毫米，双人的10001200毫米)、输送能力（单人的40005000人时，双人的800012000人时）、梯级节距和牵引链节距等4。1.4.4自动扶梯的特点自动扶梯一般具有以下特点：结构紧凑、重量轻、输送能力大；运行平稳、舒适感好，能连续地运送乘客；可上下逆转，安装维修方便；停电或因故障不能运行时可作为普通楼梯使用。自动扶梯广泛用于车站、码头、商场、机

34、场和地下铁道等人流集中的地方。1900年，巴黎国际博览会展出的一台阶梯状动梯是现代自动扶梯的雏形，以后，自动扶梯在各国得到迅速发展。2交流调速系统的方案论证及系统组成随着城市地产建筑行业的迅猛发展，电梯的安装使用率越来越高。据统计，目前全国在使用的电梯数量达到50万台以上，年耗电量超过300亿千瓦时。因此如何采用高效节能的电梯控制技术，已成为电梯商家及用户十分关注的话题。当前，国内安装的自动扶梯多采用单速交流电机作为主机，链轮链条式传动，梯级额定速度大多为0.5m/s。这种扶梯即使在无乘客使用时仍以额定速度运行，具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。2.1方案论证2.1.1继电器控制、P

35、LC控制及变频器调速系统的比较现在，实际应用于自动扶梯的控制系统主要有三种：继电器控制系统、PLC控制系统、。变频调速控制系统等。继电器控制继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称为输入回路）和被控系统（由称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点，广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。现在由于扶梯自动化及安全性能的逐步提高，仍采用传统的继电器控制方式已不能满足更高性能的要求，另外由于继电器控制方式的固有缺点，如

36、：控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高、不易检修等缺点，因此随着电子逻辑器件、大规模集成电路的出现；诸如像单片机、PLC在控制系统上的应用也越来越多。PLC控制目前自动扶梯正向高技术含量、高可靠性、高品质、更安全、更舒适的方向发展。客户对自动扶梯控制方式的要求也越来越高。以继电器为控制系统的自动扶梯已逐渐受到高技术要求的冲击。总之，技术含量高，物超所值的产品将越来越被消费者所青睐。PLC控制的自动扶梯系统以其可靠性好、稳定性好、编程简单、使用方便、维护检修方便等显著优点，加上现今逐渐时兴电脑化控制的电气设备，PLC控制的自动扶梯正好迎合了人们的心态，及市场需求紧密相连。及继电器比较：PLC

37、控制系统结构紧凑，体积小；PLC内部全为“软接点”，动作快；PLC 控制功能改变，一般仅修程序即可，极其方便；PLC控制系统的设计、施工及调试比继电接触控制系统周期短；PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强；PLC的适用范围比继电接触控制的广泛；PLC可靠性比继电接触控制的高。但PLC有其应用的局限性，比如说输入输出对电源电压的要求、价格高等因素，因此在自动扶梯的控制上采用PLC并不是最理想的。变频调速控制随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。应用变频器和可编程控制器构成变频调速系统对传统扶梯进行节能改造，能够有效节约能源，降低运行成本。传

38、统的控制方式都有各自的缺点，且在能源及其匮乏的今天，它们都造成了很明显的能源浪费。因此，该文在PLC控制系统的基础上再加上MM440变频器，使自动扶梯的速度可调。自动扶梯通过变频器起动以后，以额定速度（0.5m/s）运行，在系统设定的时间2分钟内，若没有检测到有人进入扶梯，则2分钟后扶梯经过变频器调节频率使扶梯以五分之一额定速度（0.1m/s）运行；当红外传感器在以五分之一速度运行时检测到有人踏上床盖板，则扶梯加速至额定速度运行（在人进入扶梯之前达到额定速度）；如果一直有乘客进入扶梯，扶梯将一直以额定速度正常运行（不让扶梯停止是为了提示乘客乘梯的方向，以免人们误以为电梯坏了）；如变频器故障，则

39、自动扶梯可由变频转换到工频状态运行（不节能状态），以保证自动扶梯正常工作。2.1.2控制方式的选择 V/F控制随着社会的发展，通用变频器的种类也越来越多的被投入生产，但是它从控制方式上分就只有V/F控制方式和矢量控制方式。V/F控制方式是最早实现的调速方式。其属于转速开环控制，无需转速传感器，控制电路比较简单，电机选择通用标准异步电动机，因此它通用性比较强，性价比也相对较高。而且该控制方案结构简单，通过调节逆变输出电压实现电机的速度调节，根据电机参数，设定V/F曲线，其可靠性高。但是，由于科学技术的发展，工业对调速系统的要求越来越高，V/F控制方式存在着很多不可克服的弱点：不能恰当地调整电动机

40、的转矩补偿和适应负载的转矩变化。无法准确地控制电动机的实际转速。转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。尤其是在低速区域由于定子电阻的压降不容忽视而使电压调整比较困难，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。异步电动机存在转差率，转速随负荷力矩变化而变动，即使目前有些变频器具有转差补偿功能及转矩提升功能，也难以实现很高的控制精度，所以采用这种控制的通用变频器的变频调速只适用于一般要求不高的场合。所以它的运用将逐渐被矢量控制所取代。矢量控制矢量控制的出现，使异步电动机变频调速后的机械特性及动态性能达到了足以和直流电动机调压的调速性能相媲美的程度，从而使异步电动机变频调速在电机的调速领域

41、里全方位的处于优势地位。矢量控制实现的基本思想：交流电机的转子能够产生旋转的原因，是因为交流电机的定子能产生旋转磁动势。而旋转磁动势是交流电机三相对称的静止绕组通过三相对称的交流电所产生的。但是旋转磁动势一定要三相，在空间位置上相互垂直的，在时间上相位互差90的两相通于平衡电流也能产生旋转磁动势。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将磁链及转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能

42、调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得及直流调速系统同样的静、动态性能。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上及直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种

43、功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。以异步电动机的矢量控制为例：它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气息磁链是连接定子和转子的一般的感应电机转子电流不易测量，所以通过气息来中转，把它变成定子电流然后，有一些坐标变换，首先通过3/2变换，变成静止的d-q坐标，然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度最后再经过2/3变换，产生

44、三相交流电去控制电机，这样就获得了良好的性能矢量控制（VC）方式:矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于及转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标

45、变换，实现正交或解耦控制。针对该自动扶梯系统，在不对扶梯的正常使用产生任何负面影响的前提下，引入无速度传感器矢量变频调速的概念。即变频器根据传感器产生的信号，在有人乘坐时，扶梯以原有速度运行（50Hz）；当无人时，扶梯减速到低速（1/5额定速度）运行。系统要求变频器启动运行平稳，加速性能好，启动转矩大，过载能力强，同时应具备当变频器调速系统出现故障时，控制系统自动切换到工频运行，保障扶梯输送功能的正常实施。其系统框图如下图2.1所示。图2.1自动扶梯系统框图2.2电动机的选择当使用标准的通用异步电机运行变频调速时，由于变频器的性能和电动机自身运行工况的改变的原因，在确定电动机的参数时，除按常规

46、方法选择电动机的型号及参数外，还必须考虑电动机在各个频率段恒速运行时从未考虑过的一些新问题。2.2.1电动机的选择电动机的选择包括电动机类型、型式、额定转速和额定功率的选择，其中主要是电动机额定功率的选择。电动机类型的选择电动机选择的基本原则是：在满足工作机械对于拖到系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此，在选择电动机种类时，若工作机械对拖动系统无过高要求，应优先考虑选用交流电动机。在交流电动机中笼型异步电动机结构最简单，运行最可靠，维护最方便，对起动性能无过高要求的调速系统应优先考虑使用。某些工作机械如桥式起重机、电梯、锻压机等，工作中起动、制动比较

47、频繁，为提高生产率又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动、制动时间，同时还有一定的调速要求。对这类工作机械，可考虑选用绕线转子异步电动机。电压等级及转速的选择交流电动机电压等级的选择应考虑运行场所供电电网的电压等级。中等功率以下的交流电动机额定电压一般为380V，大功率交流电动机的额定电压多为3KV或6KV。电动机额定转速的选择是否恰当，关系到电动机的价格和运行效率，甚至关系到生产机械的生产率。额定功率相同的电动机，额定转速越高，其体积越小，重量越轻，价格也越低。因此工作于长期工作制的工作机械，原则上应选用额定转速较高的电动机。但额定转速高必须导致传动机构的复杂化，实际上选用时应作全面权衡。对于经常工作于起动、制动状态下的电动机，应考虑额定转速对起动、制动时间和起动、制动过程中能量损耗的影响。可以