基于plc的变频调速自动扶梯控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的变频调速自动扶梯控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 （ ） 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 （ ） 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 8 第三章 控制系统的组成和硬件的选择 控制系统的组成 图 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 ， 完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。 硬件的选择 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。 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 ，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 MT 3~ 故障运行指示 河北联合大学电气工程学院 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、安装方式 （ 如轴的方向和轴伸 ， 底脚安装或凸缘安装等 ） 以及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。 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。 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。 电动机工作频率范围的选择 电动机工作频率的范围应包含负载对调速范围的要求。 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。 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 ， 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。 第三章控制系统的组成和硬件的选择 10 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范围以内 ； 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。 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范围的扩大 ,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 31 所示： 表 31 Y 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 ) Y160M4 11 1460 122 Y160L4 15 1460 142 Y180M4 1470 174 Y180L4 22 1470 192 Y200L4 30 1470 253 Y225S4 37 1480 294 Y225M4 45 1480 327 Y250M4 55 103 1480 381 Y280S4 75 140 1480 535 Y280M4 90 164 1480 634 Y315S4 110 201 1480 912 Y315M4 132 240 1480 1048 Y315L14 160 289 1480 1105 Y315L24 200 361 1480 1260 河北联合大学电气工程学院 Y355M14 220 407 1488 1690 Y355M34 250 461 1488 1800 Y355L24 280 515 1488 1945 Y355L34 315 578 1488 ` 1985 本系统电机选用常用 4 极 Y160M4 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 ， 额定转速 1460r/min， 功率因数 ，同步转速为 1500r/min。 Y160M4 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 ,电动机的最大输出功率为 .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相同 , (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， 每秒钟内：一个人前进 ， 那么人上升 ，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。 因为这是每秒钟内的情况，而功率就是每秒钟内做功的多少，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 92402660W=6580W 的功率就是可以用来载人的，由 （ 6580W） /（ 150W/人） =43 人。 现在 YM1604 的市场报价是 1800~2020 元，综合考虑，是完全符合要求的。 电动机选型应注意的问题： 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 300~500mV，（ 有效值 ）， 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 ， 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。 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）内运行时的机械共振问题。 异步电动机所产生的脉动转矩频第三章控制系统的组成和硬件的选择 12 率一旦与固有频率一致 ， 则会发生共振 ， 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 异步电动机中大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及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。 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。 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 图 PLC 结构图 二、 PLC 特点 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 ， 内部电路采取了先进的抗干扰技术 ， 具有很 现 场 信 号 输 入 模 块 输 出 模 块 CPU 控 制 信 号 存储器 电源 河北联合大学电气工程学院 高的可靠性。 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 ， 电气接线及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 ， 出现故障时可及时发出警报信息。 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 以外的电路及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。 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 通信能力的增强及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。 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开了方便之门。 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 ， 使控制系统设计及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。 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 150。