基于PLC自动扶梯的变频系统设计毕业设计.docx
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基于PLC自动扶梯的变频系统设计毕业设计.docx
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基于PLC自动扶梯的变频系统设计毕业设计
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学位论文作者(签名):
年月
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日期:
指导教师签名:
日期:
基于PLC自动扶梯的变频系统设计
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
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作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
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作者签名:
日期:
年月日
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作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
自动扶梯是商场、车站、机场等公共场所用于输送乘客、货物的提升设备。
在运行过程中,乘客的流量在不同时段有较大的差别,有时自动扶梯可能一个人也没有,由于乘客的到来有随机性,不可能在没有人乘坐时将扶梯停止运转。
不能调速的扶梯只能以额定速度空转,这样浪费了大量的电能,并且皮带、链条磨损很大,维修周期短,影响了正常运行。
而采用基于PLC自动扶梯的变频系统设计方案,可以减少链条、皮带的磨损,电动机转速降低后,输出功率减小但转矩不变,节能效果明显。
本文介绍了基于PLC和变频器的自动扶梯控制系统的组成,对电动机的选型,PLC的选型,变频器的选型和传感器的选型做了准确工作,设计了该系统的硬件接线线路,用编程软件编写、调试程序,保证了系统的正常运行。
该系统具有调速性能好、节能效果显著、运行安全可靠等优点。
关键词:
自动扶梯,变频器,PLC,控制系统
ABSTRACT
Theescalatorisshoppingmalls,railwaystations,airportsandotherpublicplacesfortransportingpassengers,cargoliftingequipment.Intheprocessofoperation,therearelargedifferencesinpassengerflowindifferenttime,sometimestheescalatormaynoone,becausetherandomnessofpassengerscoming,notpossibleintheabsenceofpeopleridetheescalatortostoprunning.Notonlyidlespeedescalatortotheratedspeed,sothatwastealotofenergy,andthebelt,chainwearlarge,repaircycleshort,affectingthenormaloperationof.ThedesignschemeoftheinvertersystembasedonPLCescalator,canreducewearchain,belt,motorspeedisreduced,theoutputpowerdecreasesbutthetorqueconstant,theenergyconservationeffectisobvious.
ThispaperintroducesthecompositionoftheescalatorcontrolsystembasedonPLCandfrequencyconverter,themotorselection,PLCselection,selectionandsensortransducerdoworkaccurately,designthehardwareconnectioncircuitofthesystem,usingtheprogrammingsoftwareprogramming,debuggingprocedures,toensurethenormaloperationofthesystem.Thissystemhastheadvantagesofgoodspeedperformance,energy-savingeffectisremarkable,safeandreliableoperation.
Keywords:
escalator,inverter,plc,controlsystem
1引言
随着社会科技、经济的发展,自动扶梯在大型商场、酒店、车站中的使用数量不断增加。
过去,大多数自动扶梯采用继电器控制方式,但这类扶梯接线比较复杂,故障比较多,而且在空闲时间不能节能运行,造成电能的浪费和机械磨损,使用寿命低。
商场的自动扶梯的使用率一般在60%左右,商务楼宇一般在30%左右。
因此,传统的继电器控制方式已经满足不了现代扶梯高性能的要求。
随着扶梯的自动化程度的提高,采用了以PLC为核心结合变频器的控制方式,可以达到节能,减少机械磨损,容易控制的要求。
1.1自动扶梯的概述
自动扶梯是一种运输乘客的运输工具。
站在自动扶梯一端的行人,被自动扶梯自动带到另一端,梯级保持水平。
自动扶梯的两侧设有与梯级同步的扶手,供乘客扶握。
大多数自动扶梯可以根据时间,人流的需要,由工作人员控制的运行方向。
1.2自动扶梯的基本结构
自动扶梯主要由驱动装置、运载系统、桁架、扶手装置、安全装置、润滑系统以及室外自动扶梯的防盗防水防尘设施等组成。
(1)桁架
自动扶梯的金属框架,由上水平段、下水平段和直线段组成,连接两个楼层、承受各种载荷及支撑所有零部件的作用。
它有很大的强度和刚度,一般由角钢、型钢焊接而成。
(2)驱动装置
由电动机、减速器、主驱动轴、刹车、中间传动件、传动链轮及链条等组成,通常安装在桁架的端部,主要作用是驱动扶梯运行,同时限制超速和阻止反向运行,是扶梯的主要部件。
(3)运载系统
由梯级、牵引构件、梯路导轨系统、梳齿前沿板等组成。
当扶梯运行时,梯级进行动力传递,使梯级沿着梯路轨道运行,安全快速的运输乘客。
(4)扶手装置
由扶手带、扶手带驱动装置、扶手带张紧装置、护壁板、扶手支架、导轨、内盖板、外盖板等组成,扶手装置安装在两台胶带输送机上,与梯级同步运行。
(5)安全保护装置
①工作制动器、紧急制动器和附加制动器
工作制动器安装在主机上,保证扶梯正常停车;紧急制动器作用在主驱动轴上,确保扶梯在紧急情况下有效地停车、并保持静止状态;附加制动器直接安装在主驱动轴上,当刹车失灵时加强制动力矩,使扶梯停止运行。
②超速保护装置
当扶梯速度超过设定值或速度低于设定值时,保护装置的作用是切断扶梯的电源,使扶梯停止运行。
3防逆转保护装置
自动扶梯发生反转时,该装置使工作制动器或附加制动器动作,使扶梯停止运行。
④梳齿板安全保护装置
当异物卡在梳齿和梯级踏板之间,会造成梯级与梳齿板不能正常啮合,梯级的前进力会使梳齿板抬起移位,使微动开关动作,扶梯停止运行,有安全保护功能。
5扶手带入口安全保护装置
当扶手带入口的橡胶套受到30~50N的压力时,微动开关动作,扶梯停止运行,防止人手和手臂被卷入事故。
⑥润滑系统
自动润滑装置,可减少机械摩擦产生的热量,减少机械磨损,降低噪音,延长机械部件使用寿命,包括主驱动链条、梯级驱动链条、扶手驱动链条以及导轨转向壁等。
1.3自动扶梯的分类
(1)按驱动方式分类:
端部驱动的链条式和中间驱动的齿轮齿条式。
(2)按使用条件分:
每周运行时间少于140h的普通型和每周运行时间大于140h公共交通型。
(3)按提升高度分:
高度小于8m的小提升高度,高度小于25m的中提升高度以及高度小于65m的大提升高度。
(4)按运行速度分:
有恒速,可调速两种。
(5)按梯级运行轨迹分:
有直线型、螺旋型、跑道型和回转螺旋型4类。
1.4自动扶梯的主要参数
(1)额定速度(m/s):
梯级在空载情况下的运行速度,一般为0.5m/s、0.65m/s及0.75m/s。
(2)倾角(α):
梯级运行时与水平面构成的最大角度,一般为30°或35°。
(3)提升高度(H):
扶梯的上基点与下基点的垂直相对高度(m),一般在10m以内。
(4)梯级宽度(B):
梯级名义宽度(mm),单人600~800毫米,双人的1000~1200毫米。
(5)输送能力:
单人的4000~5000人/时,双人的8000~12000人/时。
1.5自动扶梯设计的基本要求
对自动扶梯的控制系统设计提出了以下要求:
(1)没有乘客时:
扶梯自动切到额定速度的1/5运行,这样可以节约电能、减小机械磨损,延长扶梯的使用寿命;
(2)有乘客时:
扶梯自动平稳过渡到额定速度运行,自动平稳的运行切换,乘客的舒适性要较好。
(3)检修扶梯时:
扶梯电动机以1/2额定速度运行,方便检修和观察扶梯的运行情况。
(4)扶梯出现故障时:
扶梯停止工作,故障显示灯亮,报警铃响。
(5)变频器出现故障时:
扶梯自动切到工频运行状态,保证扶梯正常运行。
2系统方案的选择
自动扶梯的自动控制系统有三种:
继电器控制系统、PLC控制系统、变频控制系统。
三种控制系统进行比较,最后选择性能最好的变频控制系统。
2.1PLC与继电器控制系统比较
PLC的梯形图语言是在继电器-接触器控制线路的基础上发展而来的,梯形图沿用继电器控制电路中的元件名称及符号,从信号的输入/输出形式及控制功能看,二者也是相同的。
但PLC控制与继电器的控制又有不同之处,主要是:
(1)器件组成不同继电器控制线路是由若干个真正的继电器组成;梯形
图是由许多“软继电器”组成的,硬继电器的触头易磨损,而“软继电器”没有此现象。
(2)工作方式不同继电器控制线路中的各继电器是按“并行”方式工作,而在PLC控制系统中各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中,也就是说受同一条件制约的各“软继电器”的动作顺序决定于程序扫描顺序,所以说PLC以“串行”方式工作。
PLC的串行工作方式可避免继电器控制触头竞争和时序失配问题。
(3)控制方法不同继电器控制线路,控制功能的实现是通过硬件连线实现的,因此功能专一,不灵活;而PLC的控制是通过软件编程来实现的,由无触头电子线路代替有触头的开关,用程序代替复杂的连线,所以方便、灵活。
(4)触头数量不同继电器线路中的继电器触头数量是有限的,触头数一般只有4~8对;而梯形图中的“软继电器”供编程使用的触头数有无限对。
2.2变频调速系统
交流电动机的变频控制技术的迅速发展,它是将工频交流电整流成直流电,然后将直流电通过逆变电路变成可调频率的交流电,此交流电拖动电动机变速运行,并自动适应变换负荷的情况。
它改变了传统电动机只能以固定功率及转速单一的运行方式,以节约能源。
现代应用在工业中的变频调速技术,比传统的运行方式可节电40%-60%。
由于变频调速可以使标准电动机调速,可连续调速,起动电流小,最高速度不受电源影响,电动机可以高速化、小型化,防爆容易,低速时定转矩输出,可调节加减速的大小,可以使用笼型电动机等一系列突优点,在社会中很受欢迎。
在工业中普遍采用变频器调速的话,可以缓解电力供应不足的矛盾,节约发电厂的建设。
2.3方案选定
此设计选定基于plc的变频控制系统,变频控制系统是集计算机技术,现代变频调速技术、PLC技术和监控技术为一体的控制系统。
此系统采用了变频器、可编程控制器,传感器等现代控制技术,对电动扶梯进行闭环控制,性能优越。
变频系统不仅使扶梯的自动化程度提高可以实现软启动功能,在PLC控制系统的基础上加上变频器,自动扶梯的速度连续可调。
自动扶梯降压起动以后,以额定速度(0.5m/s)运行,在系统设定的时间以内,若检测到没有乘客进入扶梯,则变频器调节电动机的电源频率使速度以五分之一的额定速度(0.1m/s)运行(明确扶梯的运行方向);如果变频器出现故障,自动扶梯可以切换到工频状态下运行,以保证自动扶梯正常工作。
3系统电气元件的选型
该变频系统的主要组成部分:
电源、电动机、PLC、变频器、传感器等。
PLC是整个控制系统的核心部分,PLC接受传感器信号和人的指令,处理完程序后把信号输出,变频器接受PLC传来的信号接着控制电动机的运行状况,电动机带动扶梯,完成运送乘客的目的。
图1控制系统框图
3.1电动机的选型
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
(1)电动机类型的选择
在选择电动机类型时,若工作机械的要求不是太高,应优先考虑选择交流电动机。
在交流电动机中笼型异步电动机结构简单,运行可靠,维护方便,对起动性能无过高要求的调速系统应优先考虑使用;而一些重型机械如锻压机,起动、制动较频繁,要求电动机具有较大的起动、制动转矩又要缩短起动、制动时间,还有一定的调速要求,优先考虑绕线转子异步电动机。
(2)电压等级及转速的选择
电动机电压等级根据供电电网的电压等级选择。
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。
额定功率相同的电动机,额定转速越高,其重量越轻,体积越小,价格也越低。
所以长期运转的工作机械,原则上应该选择额定转速高的电动机。
但高转速又导致传动机构的复杂化,实际选用时应全面考虑。
对于常起动、制动的电动机,从减小起动、制动过程中能量损耗和缩短起动、制动时间的角度考虑,应选用额定转速n和GD2乘积最小的电动机。
(3)电动机磁极对数的选择
电动机的磁极对数由生产工艺决定的。
在相同的输出功率情况下,电机极对数越多,电机的转速越低,但其转矩越大,要考虑负载要多大的转矩。
通用变频器具有矢量控制功能,最好选择2p=4的电动机,因为多数的矢量控制变频器是以2p=4的电动机作为模型而设计的。
(4)电动机工作频率范围的选择
电动机工作频率的范围应与负载对调速范围的要求一致。
而一些通用变频器低速运行特性并不理想,所以最低频率越高越好。
(5)电动机容量的选择
选择电动机容量的基本原则是:
能带动负载,需要在生产工艺所要求的各个转速点长时间运行不过热,在旧设备改造时,要尽量保留原有的电动机设备。
电动机容量选择时应考虑以下几点:
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,转矩仍然能够满足起动或运行的需要;从电动机温升角度考虑,温升必须在所限制的绝缘范围内;如果电动机在最低频率时连续运行时间不长,则可以用原有电动机,如果在最低频率较长时间连续运行,则电动机的容量应提高一档。
3.2PLC的选型
3.2.1PLC的工作原理
PLC有运行(RUN)和停止(STOP)两种基本的工作状态,在运行状态,PLC通过用户编写的应用程序实现控制功能。
PLC工作过程有两大特点,一是周期性循环扫描,另一个是集中批处理。
PLC首先检查各硬件是否正常,接着CPU顺序读取各输入端的状态并写入到输入映像寄存器,然后CPU执行用户程序,将结果写入输出映像寄存器,最后把输出继电器的状态送到输出锁存器中,最后由输出端子驱动各负载。
CPU模块
I/O模块
编程器
电源
接口
图2PLC的基本结构
3.2.2PLC的选择原则
PLC选择的基本原则:
在满足控制系统安全可靠的运行、维护方便的前提下,要求最大的性能价格比。
选择时主要考虑以下几点:
(1)CPU能力
CPU能力是PLC重要的性能指标,选择机型首先考虑CPU的配置,主要是处理器的位数,存储器容量和扩展性以及编程元件的能力等方面。
(2)PLC的类型
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的I/O点数固定,体积相对较小,价格较便宜,一般用于固定的小型控制系统;而模块式PLC的
I/O点数可以扩展,功能扩展灵活,且维修方便,一般用于较复杂的控制系统。
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