基于PLC自動扶梯變頻調速的設計

譚月涵

（長江工程職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430212）

基于PLC自動扶梯變頻調速的設計

譚月涵

（長江工程職業(yè)技術學院，湖北 武漢 430212）

文章針對自動扶梯空載運行時間長、能耗損失大、壽命低等特點，研究應用PLC與變頻器對自動扶梯運行控制，完成控制系統(tǒng)軟硬件的設計，通過PLC與變頻器對自動扶梯的控制，使得自動扶梯在負載時常速運行，在空載時低速運行，進而降低自動扶梯的能耗、磨損量，增加自動扶梯的使用壽命。

自動扶梯；PLC；變頻器；系統(tǒng)開發(fā)

自動扶梯是建筑物中樓層與樓層間極為重要的交通運輸設施，現(xiàn)今在我國的使用覆蓋率非常大。它在輸送方面的能力非常大，可以持續(xù)輸送乘客，在各大公共場所均安裝有自動扶梯，由于它不僅實用而且美觀，因此被大眾所廣泛接受。為了提升其經濟性，首先必須深入了解其設計遵循的原則、關鍵技術的參數(shù)、在構造上具有的特點等，并對其進行分析。目前，我國自動扶梯的用量已經超過了7萬臺，并且每年正在以10%的速度不斷地增長。其中，非節(jié)能扶梯占95%以上，每臺扶梯分別會有30%～50%不等的間斷性空載現(xiàn)象，這就意味著全國每年將有極大的電能浪費在扶梯上。文章針對自動扶梯應用環(huán)境特殊，導致自動扶梯長時間空載運行，造成能耗浪費等特點，對自動扶梯的調速控制系統(tǒng)進行設計。

1 系統(tǒng)方案設計

自動扶梯變頻調速控制系統(tǒng)的設計方案和控制系統(tǒng)軟硬件配置適用于不同系列的自動扶梯要求?？刂葡到y(tǒng)是自動扶梯的核心部分，負責監(jiān)控整個自動扶梯所有設備的工作狀態(tài)、運行數(shù)據。手動、自動、遠程控制自動扶梯。

為確保對變頻電機的控制，自動扶梯由PLC組成的控制系統(tǒng)，控制器連接兩個磁感應傳感器和速度傳感器，用來實現(xiàn)變頻電機的控制及與變頻器通信、自動扶梯運行速度、電機狀態(tài)顯示等功能。可通過PROFIBUS現(xiàn)場總線顯示變頻電機實時信息，設定和修改主控器參數(shù)，控制自動扶梯變頻電機啟停、正反向及轉速等，并可以與網絡中其它智能節(jié)點通訊。

2 變頻調速原理

現(xiàn)階段自動扶梯廣泛使用的有變頻器與普通電機分離式，變頻器位于控制箱內，適用于自動扶梯狹小的空間，另一種即變頻電機一體機即普通電機和變頻器成一體，整體體積小，適用于各種自動扶梯的場合。其它聯(lián)接方式與普通電機相似，互換性高，變頻一體機主要由電機與變頻器組成。變頻技術是目前比較流行的調節(jié)轉速的方法，通過變頻可以獲得刮板機所需的任意速度。由轉速方程：

式（1）中，ω為轉速，rad/s；f為頻率，Hz。

同樣由電動機工作原理所知，電動機轉速為：

式（2）中，n為異步電機的同步轉速，r/s；f為定子供電頻率Hz；p為電動機磁極數(shù)；S為轉差率%。

變頻技術通過改變頻率來改變轉速，從而使設備滿足轉速要求，在自動扶梯運行過程中，由于啟動時和負載所需力矩較大，特別是自動扶梯啟動力矩相當大，但正常工作時所需要力矩不大，尤其是空載運行時，會造成大馬拉小車現(xiàn)象，造成能源浪費，所以要求自動扶梯在啟動時和負載較大時小轉速、大轉矩，當空載時采用低轉速、小轉矩，變頻技術正是通過改變頻率來改變速度，變頻電機由于頻率范圍廣，所以可以實現(xiàn)無級變速功能。變頻控制電

氣原理如圖1所示。

圖1 變頻控制電氣原理圖

3 自動扶梯變頻調速系統(tǒng)組成

自動扶梯變頻電機采用PROFIBUS現(xiàn)場總線通信方式與PLC控制模塊相連，變頻電機頻率變化范圍：0～90Hz，5～50Hz以內，呈恒轉矩特性；50～90Hz，呈恒功率特性。變頻電機有過溫保護，當變頻驅動器散熱板溫度大于等于70℃時，停止變頻器運行。自動扶梯采用變頻調速電機拖動技術，變頻一體電機技術特點具有重載軟啟動、無級調速節(jié)能、額定頻率下恒扭矩、長時間低速運行、提高效率和多重保護。

本設計中采用S7-200PLC、西門子MM420變頻器和西門子SMART LINE觸摸屏來實現(xiàn)模擬量控制自動扶梯驅動電機開環(huán)調速系統(tǒng)的設計。其接線圖如圖2所示。

圖2 驅動電機開環(huán)調速系統(tǒng)的接線圖

本系統(tǒng)中PLC對變頻器控制采用特殊標志位SM0.5和計數(shù)器進行加/減速，計數(shù)脈沖40次，由于要求電機以10～50Hz的頻率運行，變化范圍為40Hz正好與40次脈沖對應，于是計數(shù)器每增1或減1，頻率變化1Hz。S7-200PLC系列CPU擴展模塊EM235在本設計中的輸出電壓為單極性0～10V的模擬量，對應內部數(shù)字量為32000，所以頻率值與數(shù)字量的關系相差640倍。編程時就需將計數(shù)器當前值加十再乘以640就得到需要轉化為模擬電壓的數(shù)字量，然后再賦值給變頻器模擬量控制。

控制系統(tǒng)軟件設計的任務主要包括完成控制系統(tǒng)之間的通信設計，控制系統(tǒng)控制功能的設計，控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設計等。PLC控制程序運行時，首先進行初始化，然后采集各類輸入信號，對自動扶梯運行系統(tǒng)進行檢測。若扶梯滿足正常運行條件時，則PLC發(fā)出運行指令，自動扶梯正常運行。當扶梯空載運行時，控制系統(tǒng)通過PLC對變頻器進行控制降低供電頻率，進而降低自動扶梯運行速度，達到降低能耗目的。

4 結語

文章應用PLC與變頻對自動扶梯運行控制，完成控制系統(tǒng)軟硬件的設計，通過PLC與變頻器對自動扶梯的控制，使自動扶梯在負載時常速運行，在空載時低速運行，進而降低自動扶梯的能耗、磨損量，增加自動扶梯的使用壽命，根據系統(tǒng)現(xiàn)場運行試驗，該系統(tǒng)極大降低自動扶梯的能耗和磨損，降低用戶的使用成本，具有顯著的經濟效益。

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Design of Frequency Control of Motor Speed based on PLC Escalator

TAN Yue-han
（Changjiang Engineering Vocational and Technical College，Wuhan，Hubei 430212，China）

Escalator no-load running time is long，the paper researches application of PLC and frequency conversion control of escalator line according to the loss of large energy consumption，low life expectancy，and completes the design of the control system hardware and software，makes the escalator operate normally in the load and run at a low speed with out load through the PLC and inverter control of the escalator so as to reduce the energy consumption and wear as well as increase the service life of the escalator.

escalator；PLC；frequency converter；system development

TM921.51

A

2095-980X（2016）10-0040-02

2016-09-23

譚月涵，主要研究方向：機械設計。