基于PLC的变频调速自动扶梯控制系统设计论文

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1、学 号：2HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业论文GRADUATETHESIS设计题目：基于PLC的变频调速自动扶梯控制系统设计学生：侯玉贞专业班级：09电气3班学 院：电气工程学院指导教师：周亚罗 讲师2013年6月17日57 / 66摘 要自动扶梯是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组合的，用于不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。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。自动扶梯的应用已经改

2、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。本文以PLC和变频器为核心的自动扶梯控制系统可根据客户的要求对以往的电梯控制系统进行改造,这不仅避免了旧系统的诸多缺点而且更加节约能源。本控制系统具有先进、可靠、经济等特色。关键词：扶梯系统； PLC；FRB70A变频器 AbstractEscalator type of chain conveyor is a special structure and special structure belt conveyor of the combination of the two, used to

3、 carry people up and down between different height of a continuous conveyor machinery. Since the first escalator was born in name, and so far about the development of the escalator of over 100 years. Escalators to carry passengers as a means of transportation, not only narrow the distance between th

4、e target successfully, and make the ultra short (e.g., floors, platform, etc.) between the flow of large transport personnel to make possible. Escalator applications have changed our lives. As the escalator further development in the direction of the high-tech, energy saving, intelligent, inverter h

5、as been widely used in the field of escalator. Based on PLC and inverter as the core of the escalator control system according to the customers request to modify previous elevator control system, which not only avoids the disadvantages of the old system and more energy saving. This control system is

6、 advanced, reliable, economic and other characteristic.Keywords：escalator system; PLC; FRB70A inverter目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论41.1国外研究现状41.2 自动扶梯调速系统的特征41.3.该课题研究的目的和意义51.4自动扶梯系统结构的基本组成5第二章扶梯系统的方案论证82.1方案论证82.1.1继电器控制系统82.1.2 PLC控制系统92.1.3变频调速系统92.1.4 方案的选定10第三章控制系统的组成和硬件的选择113.1 控制系统的组成113.2硬件的选择113.

7、2.1自动扶梯电动机的选择113.2.2可编程控制器的选择153.2.3变频器的选择213.2.4 传感器的选择35第四章自动扶梯系统硬件电路设计384.1电路设计与电路图384.1.1系统硬件设计：38第五章自动扶梯系统软件设计455.1系统软件设计455.1.1多段频率的选择455.1.2加减速模式455.1.3节能分析455.2自动扶梯控制系统流程图475.3自动扶梯调速节能系统PLC程序设计50总结与展望52辞53参考文献54附录55附录1 扶梯系统程序设计55附录2 硬件设计电路57第一章 绪论1.1国外研究现状在国外一些发达的工业国，电梯的使用已相当普遍，当今世界上最大的电梯生产企

8、业是美国的奥梯斯电梯公司，该公司的产量约占全世界的25%。其余如瑞士的迅达电梯公司，芬兰的柯尼电梯公司，也是有名的电梯制造企业。后起之秀的日本电梯制造业，以“日立”、“三菱”为代表，在国际上也有一定的声誉。我国的电梯生产在解放前是空白，国城市轨道交通发展较慢，对公共交通型自动扶梯需求量不大。后来随着我国城市轨道交通的发展，以与为了适应设备国产化的改革要求，企业开始生产公共交通型自动扶梯。国有自动扶梯企业经历几十年的发展，实力明显增强，基础设施也比较完善。但是面对当今激烈的自动扶梯市场竞争，如何避免自动扶梯耗能大，机械磨损严重，使用寿命短等缺点，对自动扶梯控制系统的改造势在必行。目前，自动扶梯节

9、能改造方式主要有两种即以PLC为核心结合变频器的控制方式和以单片机为核心结合变频器的控制方式。这里采用第一种控制方式。1.2 自动扶梯调速系统的特征本文中自动扶梯调速系统的性能特点：1、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。2、当变频器出现故障时，可以不通过变频器，直接通过电网供电，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

10、频系统。3、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与时的不足。4、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。5、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。变频调速技术作为高新技术、基础技术、和节能技术在国民经济和日常生活中具有重要地位，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。变频调速技术应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术，被用来改造传统的产业，节约能源

11、与提高产品质量，获得较好的经济效益和社会效益。1.3.该课题研究的目的和意义本文主要介绍佛朗克FRS70A变频器和PLC在自动扶梯调速节能系统中的应用。该节能方案有以下优点：1、无人乘梯时：保证扶梯自动平稳过渡到节能运行，以l/5额定速度运行。(可以选择当无人乘梯时，扶梯自动停止的功能)；2、有人乘梯时：保证扶梯自动以节能速度平稳过渡到额定速度运行，实际测量时得到了验证：3、扶梯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。4、检修运行时：扶梯系统以1/2额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运行情况，避免了原系统以额定速度运行、点动操作停止不与时的不足。5、由于无人乘梯时节能

12、运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。6、变频技术的采用，大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，采用变频器可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。7、改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，便于系统故障时相互切换，不影响用户的使用。8、改造中借用了原系统的安全条件，加上变频器自身的安全环节使得改造后的系统更安全、更可靠。9、扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，短期即可收回投资，因此扶梯变频节能安全改造技术的研制和使用成功，能提高现有扶梯安全节能，具有显著的经济效益和社会效益。1.4自动扶梯系统结构的基本组成自动扶梯是一台特种结构型式的链式输送

13、机和两台特殊结构型式的胶带输送机组合的，用于不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。1、驱动装置 由于自动扶梯是运载人员的，往往用于人流集中之处特别是服务于公共场所的自动扶梯更是如此。每天连续运转时间很长。因此对驱动装置提出较高的设计要求。所有零、部件应进行详细计算较高的强度和刚度，以保证在短期过载情况下机械具有从分的可靠性。零件要有较高的耐磨性。以保证机器在若干年每天能进行长时间工作。由于驱动装置设置地点位置的限制，要求机构尽量的紧凑，并要求装拆维修方便。驱动装置的作用是将动力传递给予梯路系统与扶手系统。一般由电机、减速器、制动器、传东链条与驱动主轴等组成。2、牵引构件 自动扶梯所用牵引构

14、件有牵引链条与牵引齿条两种。牵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。 3、扶手装置 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的胶带输送机。 4、紧装置 重锤式紧装置是利用重锤的上下的自动调

15、节牵引构件的力的一种紧装置。这种结构复杂和自重大，在自动扶梯中已很少使用。目前，一般采用弹簧紧装置这种结构形式的紧装置链轮轴的两端各装在滑块，滑块可在固定的滑槽中滑动，以调节牵引链条的力，使自动扶梯的牵引链条获得必要的初力，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；牵引链条与梯级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，如转向壁等均装在紧装置上的。5、导向轨道系统 如前所述，自动扶梯的梯级沿着金属结构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、反轨、反板、导轨支架与转向壁等。导轨系统的作用在于支承由梯级主轮和辅轮传递来的

16、梯路载荷，保证梯级按一定得规律运动以与防止梯级跑偏等。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。6、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。梯级的主轮的轮轴与牵引链条铰接在一起，而辅轮轴则不与牵引链条连接。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：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

17、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。7、电气控制系统 自动扶梯是一种连续输送机械，其电气控制系统与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负载起动；自动扶梯的运行速度保持不变；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与信号显示系统；自动扶梯不需要考虑其运行位置与运行状态。因此，自动扶梯的电气控制系统相对电梯来说简单得多。8、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

18、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与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。 辅助安全装置：辅助制动器；机械锁紧装置；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。第二章扶梯系统的方案论证2.1方案论证目前，一般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的速度来不停的运行，这样具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。 众所周知，目前生活中现行普遍应用的自动控制系统有三种：变频调速控制系统、PLC控制

19、系统、继电器控制系统。下面将着重向大家介绍三种控制系统的优劣区别比较与本课题选用变频控制系统的特色。2.1.1继电器控制系统继电器控制系统的组成:控制系统(输入回路),被控系统(输出回路)。继电器控制系统利用具有继电特性的元件进行控制的自动控制系统。所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。继电控制也称通断控制。例如,电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。对于继电控制型伺服系统,继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正或负,正向或反向地加到执行电动机上。为避免正反方向之间的持续振荡,在正向和反向之间常

20、设置一个死区。继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器,也可用别的手段来实现继电特性。例如,在双位式温度调节中,常采用双金属片作为敏感元件,温度变化时双金属片因两部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形,接通或断开触点。其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。继电控制系统的主要分析方法有相平面法和描述函数法。继电控制系统的主要优点是控制装置比较简单。对于同样的功率，继电控制装置的重量和体积在各类控制系统中几乎是最小的。其具有动作快、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。但现在由于扶梯自动化与安全性能的逐步提高，仍采用传统的继电器控制方式已不

21、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：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。尤其是变频调速系统在使用节能、高科技、智能化方面得到了进一步的提高，被广泛应用。2.1.2 PLC控制系统现今自动扶梯的使用越来越高技术含量、高可靠性、高品质、安全、舒适的方向发展。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

22、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,与市场需求紧密相连。与继电器比较:PLC控制系统结构紧凑,体积小；PLC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、施工与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。2.1.3变频调速系统80年代末，交流电机的变频调速技术迅速发展成为一项成熟的技术，

23、它将供给交流电机的工频交流电源经过二极管交流变成直流，再逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷的条件。它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，从而达到节能目的。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统的运行方式是可节电40%-60%,节水15%-30%。 由于变频调速具有调速的机械特性好，效率高，调速围宽，精度高，调整特性曲线平分，可以实现连续的、平稳的调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟的节能效果。变频调速系统主

24、要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国大都使用交-直-交变频器。2.1.4 方案的选定变频控制系统是集现代变频调速技术、PLC技术、监控技术和计算机技术为一体的控制系统。系统采用变频器、可编程控制器（PLC）等现代控制技术，对自动扶梯进行闭环控制，具有手动、自动操作方式。该系统还配有完善的故障自诊断、故障检修手动工作方式等功能，使维修工作十分轻松快捷。由于控制回路与负载回路之间是通过中间继电器实现电隔离和信号耦合的，因此系统的抗干扰能力强。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

25、可编程控制器（PLC）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。传统的控制方式都有各自的缺点，都造成了很明显的能源浪费。本文在PLC控制系统的基础上再加上变频器，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，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（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。第三章 控制系统的组成和硬件的选择3.1控制

26、系统的组成光电信号检测安全信号检测运行状态检测电源PLC变频器电机MT3故障运行指示图3.1 控制系统框图该系统主要由以下几部分组成：电源、PLC、变频器等。PLC是控制系统的核心，PLC根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据PLC的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢与快慢停循环运行。3.2硬件的选择3.2.1自动扶梯电动机的选择在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，除按常规方法选择电动机的型号与参数外，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。1、电动机类型的选择电

27、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。对于电动机的类型，除了根据使用状况和被传动机械的要求，合理选择结构形式、安装方

28、式（如轴的方向和轴伸，底脚安装或凸缘安装等）以与与传动机械的连接方式（直接连接、齿轮箱、带轮、链传动）外，还应根据温升情况和使用环境选择合适的通风方式和防护等级等。2、电压等级与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。额定功率一样的电动机，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

29、，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。可以证明，从缩短起动、制动时间和减小起动、制动过程中能量损耗的角度考虑，应选用GD2与额定转速n乘积最小的电动机。3、电动机磁极对数的选择电动机的磁极对数一般由生产工艺决定，不易随意选择。如果通用变频器具有矢量控制功能，若有条件，最好选择2p=4的电机，因为多数矢量控制通用变频器是以2p=4的电机作为模型进行设计的。4、电动机工作频率围的选择电动机工作频率的围应包含负载对调速围的要求。由于某些通用变频器低速运行特性不理想，所以最低频率越高越好。5、电动机容量的选择

30、选择电动机容量的基本原则是：能带动负载，在生产工艺所要求的各个转速点长期运行不过热，在旧设备改造时，要尽量可能地留用原设备的电动机。选择电动机容量时应考虑如下几点：电动机容量、起动转矩必须大于负载所需要的功率和起动转矩；电源电压下降10%15%的情况下,转矩仍能够满足起动或运行中的需要；从电动机温升角度考虑，为了不降低电动机的寿命，温升必须在绝缘所限制的围以；如果电动机每次在最低频率时连续工作地时间不长，则可留用原有电动机，反之如果在最低频率时连续运行的时间较长，则电动机的容量应提高一档。6、使用变频器传动时电动机的几个问题笼型异步电动机由通用变频器传动时,由于高次谐波的影响和电动机运行速度围

31、的扩大,将出现一些新的问题,与工频电源传动时的差别比较差别较大，因此，在旧设备改造留用原有电动机时要特别注意以下问题:低速时的散热能力(可采用设置恒速冷却风扇改善散热问题)；额定频率运行时有温升提高（可适当留有裕量）；电动机运行时出现噪声增大（可重新设定载波频率）。本系统采用Y系列三相交流电动机，下面是Y系列的交流电动机的一些参数。如图表3-1所示：表3-1Y系列交流电动机的参数型号额定功率(KW)额定电流（A）转速r/min效率%功率因数堵转电流(A)重量（Kg）同步转速1500r/min(4极)Y160M-41122.6146088.40.847.0122Y160L-41530.31460

32、89.40.857.0142Y180M-418.535.9147090.00.867.0174Y180L-42242.5147090.50.867.0192Y200L-43056.8147091.40.877.0253Y225S-43770.4148092.00.877.0294Y225M-44584.2148092.50.887.0327Y250M-455103148093.00.887.0381Y280S-475140148093.60.887.0535Y280M-490164148093.90.897.0634Y315S-4110201148094.50.896.8912Y315M-41

33、32240148094.80.896.81048Y315L1-4160289148094.90.896.81105Y315L2-4200361148094.90.896.81260Y355M1-4220407148894.90.876.81690Y355M3-4250461148895.20.876.81800Y355L2-4280515148895.20.876.81945Y355L3-4315578148895.20.876.91985本系统电机选用常用4极Y160M-4型的三相交流感应电动机，额定功率11KW，额定电压380V，额定电流22.6A，额定转速1460r/min，功率因数0.

34、84，同步转速为1500r/min。Y160M-4的座号160M的地脚螺丝安装尺寸为254210。商场安装了一台倾角为30度的自动扶梯,该扶梯在电压为380V的电动机带动下以0.5m/s的恒定速率向斜上方移动,电动机的最大输出功率为9.24KW.不载人时测得电动机中的电流为7A,若载人时扶梯的移动速率和不载人时一样, (设人的平均质量为60kg,g=10m/s2，电机最大功率为9240W，所以电机每秒钟最多能做功9240J，每秒钟：一个人前进0.5m，那么人上升0.25m，因为速度变，不考虑其他因素，则对人做功为克服重力所做的功，大小为mgh=150J。因为这是每秒钟的情况，而功率就是每秒钟做

35、功的多少，所以150J说明了每多一个人，那电机功率将增加150W，所以，除去电机本身消耗7A*380V=2660W的功率外，剩下9240-2660W=6580W的功率就是可以用来载人的，由（6580W）/（150W/人）=43人。现在YM160-4的市场报价是18002000元，综合考虑，是完全符合要求的。电动机选型应注意的问题：1、电动机的轴电压、轴电流电动机的轴电压、轴电流是由于环绕电动机轴的磁路不对称、转子运转不同心、感生脉动磁通等原因所产生的。它会使轴-轴承-机座的回路有轴电流通过，在电动机转子轴两端、轴与轴承之间、轴与轴承对地形成称为轴电压。对于滑动轴承约在300500mV，（有效值

36、），滚动轴承在300 mV左右。一般滚动轴承允许通过的最大电流密度不超过1.5A/mm2，若超过轴承所允许的值，就会通过油膜放电或者导电，在轴瓦和轴承处产生点状微孔，并在底部产生发黑现象，严重时会使轴和轴承受到损坏，运行中伴随着强烈的噪声级设备外壳带电等。2、速度控制（1）速度控制上限 普通异步电动机的速度上限就是额定频率所对应的额定速度。一般不要将额定频率为50Hz的电动机超频运行，否则，能引起带负载能力下降、过电流，甚至机械性破坏。（2）中间速度 采用普通异步电动机变频调速时，要考虑在连续可调速度区段（中间速度）运行时的机械共振问题。异步电动机所产生的脉动转矩频率一旦与固有频率一致，则会发

37、生共振，并产生强烈的震动和噪声，最严重的情况下会会引起轴系断裂事故。（3）速度控制的下限 采用普通异步电机进行变频调速时，考虑到电动机自身由于低速冷却能力下降而确定的最低转速与机械系统所允许的下限速度一起决定了最终的速度下限，普通异步电动机多数都使用滚动轴承。虽然对最低速度没有限制，但对大容量异步电动机与机械负载重使用滑动轴承的场合，低速时由于润滑不良产生过热会导致滑膜烧毁，需要考虑轴承的工作情况，以确定最低的运转速度。3、预防浪涌电源的危害由于通用变频器的功率开关器件在工作时产生浪涌电压，当通用变频器驱动异步电动机时，有时需要采取措施防止浪涌电压对电动机绝缘的破坏。我们应尽量缩短通用变频器与

38、电动机之间的接线距离，一般不要超过通用变频器产品说明书中规定的最大值。必要时应装设du/dt滤波器、共模输出滤波器或输出电抗器，以降低输出电压波形上升陡度。3.2.2可编程控制器的选择一、可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。其结构图如图3.2电源现场信号输入模块输出模块CPU控制信号存储器图3.2PLC结构图二、PLC特点1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可

39、靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线与开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可与时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路与设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业

40、控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强与人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打

41、开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计与建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械部，是实现机电一体化的理想控制设备。三、PLC控制系统组成PLC即可编程序控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其部存储逻辑运算、顺序控制、定

42、时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。电气系统组成以后，为了实现最优控制，还需精心编制PLC的控制程序。在PLC的控制程序中，需要进行处理的逻辑信号首先是安全回路检测信号，该信号用来判断扶梯安全回路是否存在故障，以与故障存在的位置，它是自动扶梯安全运行的重要保证。其次还要检测扶梯的停止、上行、下行、检修、润滑等信号。然后通过对这些输入信号的处理，给出相应的运行状态显示和报警等信号，所有这些控制信号的给出，都是PLC根据各种输入信号通过控制程序处理实现的。这些程序

43、之间必须协调一致、判断合理，才能完成自动扶梯的整体控制。变频器出入口乘客检测电路参数设定电路接触器状态检测电路运行模式运行方向设定电路安全开关反馈检测信号检测电路其他辅助电路主电路接触器制动器控制接触器运行指示器状态显示故障显示其他辅助电路PLC图3.3 控制系统接线图三菱FX2N系列的PLC简介：目前市场上的PLC种类繁多,三菱的FX2N系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测与控制的自动化。FX2N系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。由于它紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以与强大的指令系统,使得FX2N PLC可以近乎完美地满足

44、小规模的控制要求。FX2N PLC的电源电压有AC100V240V和DC24V两种。它的输入列型有DC输入型(DC24 7mA/5mA无电压触电或者NPN开集电极晶体管输入)、AC输入型(AC100120V AC电压输入)、置24V、400mA直流电源可用于外围设备,如传感器或其它元件。输出类型有晶体管(DC)、继电器(DC/AC)、可控硅(AC)三种输出方式。因为采用了优良的可维护断开端子块,即使接着电缆也可以更换单元。在所有的FX2N PLC中都有实时时钟标准,时间按设置和比较指令易于操作,小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期

45、。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号(在基本单元中X000到X017)。原建筑界可以记录在程序储存器中。在线程序编辑在不影响设备正常运行的情况下可在线修改程序。面板上RUN/STOP（运行/停止）开关易于操作，可指定输入点控制CPU的运行/停止。编程软件可以通过调制解调器拨号通讯来监控、修改、上载和下载程序，进行PLC故障诊断。主要特点：较高的可靠性，丰富的指令集，丰富的置集成功能；实时特性强和强大的通信能力。该系统选用FX2N-48MR PLC。本机集成24输入/24输出，I/O共计48点，它程序存储容量较大，通信能力大大增强。它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。FX

46、2N性能规格如表3-2所示表3-2FX2N性能规格项目规格备注运转控制方式通过存储的程序周期运转I/O控制方式批次处理方法（当执行END指令时）I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.8S/指令应用指令：1.52至几百S/指令编辑语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程序容量8000步置使用附加寄存盒可扩展到16000步指令数目基本指令：27步进指令：2应用指令：128最大可用298条应用指令I/O配置最大硬体I/O配置点256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入256、输出256）辅助继电器一般500点M0到M0499(M线圈)锁定2572点M500到M3071

47、特殊256点M8000到M8255状态继电器（S线圈）一般490点S10到S499锁定400点S500到S899初始10点S0到S9信号报警100点S900到S999定时器（T）100毫秒围：0到3276.7秒 200点T0到T19910毫秒围：0到327.67秒 46点T0到T2451毫秒围：0到32.767秒 4点T246到T249100毫秒围：0到3276.7秒 6点T250到T255计时器（C）一般16位围：0到3276.7秒 200点C0到C199类型：16位上/下计时器锁定16位100点（子系统）C100到C199类型：16位上/下计时器一般32位20点C200到C219类型：16

48、位上/下计时器锁定32位15点C220到C234类型：16位上/下计时器高速计数器（C）单项围：-2147483648至+2147483647 一般规则：选择组合计数频率不大于20KHz的计数组合注意所有的计数器锁定C235到C240 6点单项C/W起始停止输入C241至C245 5点双相C200到C219A/B相C200到C219数据寄存器（D）一般200点D0至D199类型：32位元件的16位数据存储寄存锁定7800点D200至D7999类型：32位元件的16位数据存储寄存器文件寄存器7000点D1000至D7999通过14块500程式步的参数设置类型：16位数据存储寄存器特殊256点从D

49、8000至D8255类型：16位数据存储寄存器变址16点V0至V7以与Z0至Z7类型：16位数据存储寄存器指标（P）用于CALL128点P0到P127用于中断6点输入、3定时器、 6计数器100*至150*和16*至18* 上升触发1，下降触发0，时间单位（毫秒）嵌套层次用于MC和MRC 8点N0到N7常熟十进位K16位：-32768至+3276832位：-2147483648至+2147483647十六进位H16位：0000至FFFF32位：00000000至FFFFFFFF浮点32位：1.175*10-38, 3.403*10-38 （不能直接输入）虽然变频器可以单独使用，但大多数情况还是

50、作为一个组成部分在工业自动化控制系统中使用。然而，PLC是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能灯方面都取得了明显的经济效益。在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。所以，作为主控制器的PLC和作为执行与检测器件（设备或装置）的变频器之间就必须相互配合，共同完成控制任务。PLC可以控制变频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标；变频器上的检测信号和其他智能控制信号也可以接入PLC，

51、完成系统的报警和速度控制，比如通过变频器控制电机的启动、停止与正、反转，也可以使用一个变频器去控制若干台电动机的运行。3.2.3变频器的选择目前市场上的变频器大致可分三类:通用型变频器 通常指配备一般V/F控制方式的变频器,也称简易变频器。该类变频器成本较低,使用较为广泛。高性能变频器 通常指配备矢量控制功能的变频器。该类变频器使得自适应功能更加完善,用于对调速性能较高的场合。专用变频器 专门针对某种类型的机械而设计的变频器,如泵、风机用变频器,电梯专用变频器,起重机械专用变频器,力控制专用变频器等。用户应根据生产机械的具体情况进行选择。变频器是把工频电源（50Hz）变换成各种频率的交流电源，

52、以实现电机变速运行的设备，其结构如下图3.4电机MT3中间电路逆变电路电源整流电路控制电路与指令图3.4 变频器结构图其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电再逆变成交流电。 生产变频器的公司很多,变频器种类也很多。由于功能不同,不同的变频器虽然在使用上稍有差别,但大部分的使用方法是一样的。变频器容量的选择归根到底是选择其额定电流，总的原则是变频器的额定电流一定要大于拖动系统在运行过程中的最大电流。在选择变频器容量时，有以下情况需要考虑：（1）变频器驱动的是单一电动机，还是驱动多个电动机。（2）电动机是直接在额定电

53、压、额定频率下直接启动,还是软启动。（3）驱动多个电动机时，是同时启动，还是分别启动。大多数情况下是使用变频器驱动单一的电动机，并且是软启动，这时候变频器额定电流选择为电动机的额定电流的1.051.1倍即可。当一台变频器驱动多台电动机时，多数情况下也是分别单独进行软启动。这时候变频器额定电流的选择为多个电动机中最大电动机额定电流1.051.1倍即可。总的来说，变频器的选用应该满足以下原则，变频器的容量应大于负载所需的输出，变频器的电流大于电机的电流。因电机的计算功率小于所选用功率，根据变频器的容量的选择方法进行计算。FRANCK FRB70A为多功能矢量型交流变频调速器型号： FRB70A功率

54、： 400V级 1.5-630KW（2.2-800KVA）660V级 55-800KW（751000KVA）1140V级 90-800KW（110-1000KVA）FRB70A系列矢量型佛朗克变频器采用DSP先进的控制方式，实现了高转矩、高精度、宽围调速控制。本产品具有转矩控制功能，优化节能运行模式，适应恶劣的环境，提高了产品的可靠性。产品广泛应用于冶金、石油、化工、煤炭、建材、造纸、塑料、起重、暖通、污水处理等行业，如：起重机、搅拌机、压缩机、皮带输送机、研磨机等。1、FRB70A变频器的种类如表3-3所示：表3-3 FRB70A变频器种类型号风机泵类一般应用重载应用额定电流A适配电机功率

55、KW额定电流A适配电机功率 KW额定电流A适配电机功率 KWFRB70A11A14157.5115.58.04.0FRB70A15A142211157.5115.5FRB70A22A1430152211157.5FRB70A30A143618.530152211FRB70A37A1444223718.53015FRB70A44A14603044223618.5FRB70A60A14743760304422FRB70A75A14904575376030FRB70A90A141105590457437FRB70A11A2415075110559045FRB70A15A241809015075110

56、55FRB70A18A242101101809015075FRB70A21A2425013221011018090FRB70A25A24300160250132210110FRB70A30A24370200300160250132FRB70A37A24400220370200300160FRB70A40A24460250400220370200FRB70A46A24520280460250400220FRB70A52A24600315520280460250FRB70A60A24650355600315520280FRB70A65A24750400650355600315FRB70A75A24

57、820450750400650355FRB70A90A241000560900500750400FRB70A11A3411006301100630820500本系统我们采用FRB70A37A14，额定电流30A。2、FRB70A变频器的控制方式FRB70A有5种控制方式：无PG矢量控制出厂设定；带PG矢量控制；无PGV/f 控制；无P/G转差控制，V/F闭环过程控制。 所谓PG 即脉冲编码器。所谓矢量控制即磁场与力矩互不干涉，按指令进行力矩控制的方式。佛朗克公司的电流矢量控制，是同时控制电机的一次电流与其相位。分别独立控制磁场电流和力矩电流。因此实现了在极低速时的平滑运行和高力矩高精度的速度、

58、力矩控制。 矢量控制可与传统的V/f 控制切换。各控制模式。对如下那样的用途有效。无 PG 矢量控制：全部可变速驱动带 PG 矢量控制：简易伺服驱动高精度速度控制力矩控制无 PGV/f 控制：传统的变频器控制模式使用于多路驱动 (1台变频器驱动多台电机 )表3-4表3-4各控制方式特性各控制方式的控制特性如上表3-4所示。矢量控制V/f 控制无 PG带 PG无 PG速度控制围1:501:1001:30速度控制精度 0.2% 0.02% 2 3%起动力矩1HZ时150%0.5HZ时150%3Hz 时 150%本系统采用带PG的控制方式。3、各部分的名称本节集中介绍 FRB70A 各部的名称和数字

59、式操作器的各部名称功能。FRB70A 的各部分名称（1）外观和各部名称如图3.5 所示。图3.5 FRB70A37A14外观（2）数字式操作器各部分的名称如3.6图3.6 数字操作器LED型操作键的功能如表3-5所示表3-5 操作键的功能键文章中的名称功能PRG（功能键）用于进入主菜和退出单和各级菜单ENT（写入确认键）写入参数和运行中查看各运行参数增加键用于增加频率，查找修改参数减少键用于减少频率，查找修改参数RUN（运行键）操作器控制时，按下后正向运行STOP（停止键）操作器运行时按下STOP键，变频将停止运行。EMG/RST（急停/复位键）操作器运行时按下，变频将立即停止运行，发生故障时按下复位REV（反向运转键）操作器运行时按下REV键，变频将反向运行。4、FRB70A变频器的接线（1）与周边设备的连接图3.7 与周围设备的连接（2）连接图FRB70A的接线，请按照图3.8进行。 使用数字操作器时，仅连接上主回路就能运转电动机。22KW以上要加制动单元图3.8 连接图（3）端子台的构成如图3.9图3.9 端子台的构成（4）主回路端子的功能如表3-6所示：表3-6 主回路端子的功能目的使用端子主回路电源输入用R