基于PLC的自动扶梯多功能变频节能控制系统设计.doc

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1、 基于PLC的自动扶梯多功能变频节能控制系统设计 摘要：以OMRONCPM1A-20CDR-A-V1型PLC及汇川公司的MD320变频器为例介绍自动扶梯多功能变频节能控制系统的设计。结合自动扶梯的基本原理，进行了配件选择及硬件电路设计，并设计了系统控制程序。 关键词：自动扶梯;PLC;变频节能;控制系统Abstract:BasedontheOmronCPM1A-20CDR-A-V1PLCcontrollerandInovanceMD320frequencyconverter,thedesignforMulti-frequencyenergy-savingcontrolsystemofescal

2、atorhasbeenintroduced.Accordingtothebasictheoryofenergy-savingcontrol,thechoiceoffittingsanddesignofhardwarecircuithasbeencarriedout.Intheend,theprogramofcontrolsystemhasbeenanalyzed.Keywords:Escalator;PLC;Frequencyenergy-saving;Controlsystem1引言自动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合。大多数扶梯在客流量大的时候，工作于额定的运行状态，在

3、没有乘客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。采用PLC与变频控制相结合的节能控制系统，已成为自动扶梯控制技术的发展方向。带有节能效果的自动扶梯具有以下特点：（1）无人乘梯时，扶梯自动平稳过渡到节能运行，以1/5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，扶梯立即自动平稳过渡到额定速度运行;（3）由于节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命;（4）变频技术的采用大大降低了扶梯启动时对电网的冲击。目前节能扶梯大多形式和功能单一，仅能实现简单的快慢循环或快停循环。本系统设计的亮点是快慢循环和快慢停循环是可以通过程

4、序进行自由选择的，系统同时集成了上下梯级遗失、防驱动链断链、防逆转及故障保护输出等功能，并可通过程序内部辅助继电器的状态监控扶梯运行状态，现场调试十分方便。2自动扶梯变频节能控制方式2.1变频非自启动（快慢循环）2.1.1功能描述通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.2m/s，参数可设置），此时一直处于待机运行中，即为非自启动节能。2.1.2运行状态描述变频控制，无人时低速，有人时高速。高速运行时间记为TQ，可通过PLC程序进行设置，具体时间根据梯的提升高

5、度和速度而定。2.1.3运行步骤（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯以低速开始节能运行进入待机等待。（2）下机房乘客检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。（3）高速运行时间计数器（记为TC）开始计数，当TC（4）当有一段时间没人乘梯即TCTQ时，扶梯又开始减速进入低速运行待机等待状态，如此循环往复运行。图1为自动扶梯快慢循环控制时序图。图1自动扶梯快慢循环控制时序图2.1.4功能实现安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘梯。2.2变频自启动（快慢停循环）2.2.1功能描述通过增加

6、变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量，当乘客检测装置在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.2m/s，参数可设置），当乘客检测装置在一段时间内又没检测到乘客乘梯时，扶梯开始进入停止运行等待状态，即为自启动节能。2.2.2运行状态描述变频控制，长时间无人乘梯时停止，有人乘梯时高速运行。高速运行时间记为TQ，低速运行时间TS，两个参数可通过PLC程序进行设置，具体时间根据梯的提升高度和速度而定。2.2.3运行步骤（1）当扶梯上电停止等待，有方向（比如上行）开始运行时，此时扶梯进入上行停止等待运行中。（2）下机房光电检测装

7、置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。（3）高速运行时间计数器（记为TC）开始计时，当TC（4）当有一段时间没人乘梯即TCTQ时，扶梯开始减速进入低速运行状态中。（5）低速运行时间计数器（记为TSC）开始计时，当TSCTS时，若此时有人进入，TC清零重新开始计时，扶梯加速至高速运行状态，又进入高速运行状态中。（6）当一段时间内没人乘梯即TSCTS时，扶梯停止运行进入等待中，如此循环往复运行。图2为自动扶梯快慢停循环控制时序图。图2自动扶梯快慢停循环控制时序图2.2.4功能实现安装在扶梯入口处的乘客检测装置检测是否有人乘

8、梯。但是为了确保乘客的安全，按照GB16899-1997自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范的要求：自启动的扶梯，应在该使用者走到梳齿相交线之前启动运行，故乘客检测装置应满足以下要求：（1）检测装置应满足的要求光束，应设置在梳齿相交线之前至少1.3m外;触点踏垫，其外缘应设置在梳齿相交线之前至少1.8m处，沿运行方向的触点踏垫长度至少为0.85m。施加在其表面为25mm2的任何点上的载荷达到150N之前就应作出响应。（1）在实际设计时可选择安装在扶手进出口处的光电漫发射装置;安装在盖板进口处的光柱;安装在盖板下的踏垫自启动装置来实现。本系统设计时选择光电漫反射装置，能够确保每一个从不同方向

9、走过来的乘客都能被有效的探测到，从而实现自启动的功能。3系统设计3.1控制系统组成图3控制系统框图由图3可知，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。3.2硬件选型以自动扶梯变频非自启动（快慢循环）为例，其扶梯控制系统实际需要输入11点，输出7点，PLC主控制器采用欧姆龙CPM1A-20CDR-A-V1型PLC。这种机型的PLC配有相应的编程软件CX-Programmer进行编程及监视，不仅可以通过手持编程器对PLC编程，

10、也可在个人PC机上进行编程。在扶梯运行过程中，可通过程序内部辅助继电器的状态监控电梯运行状态，现场调试十分方便。1变频器采用汇川公司的MD320变频器。MD系列变频器具备完善的输入输出接口，全系列独立风道和散热器柜内柜外安装可选，可以提供接近IP54防护要求的解决方案，其系统设计尤其适合恒转矩负载使用。24系统设计4.1变频控制主电路图4变频控制主回路图4示出主回路主要由主空开ZK、相序保护继电器JXW、安全接触器JAQ、运行接触器JYX、主电机MT等组成。4.2PLC输入输出口分配输入输出口分配如附表所示。附表输入输出口分配表4.3运行控制回路图5为运行控制回路。图5运行控制回路扶梯的运行控

11、制由PLC与变频器一起完成。下面以变频非自启动（快慢循环）为例介绍扶梯节能运行工作原理。变频器实时监测PLC的输出信号，从而决定扶梯的下一步运行。例如（1）扶梯的方向控制：当变频器的端子DI1接收到PLC的信号时，输出正转，扶梯实现上行运行;反之，端子DI2有效时，输出反转，扶梯实现下行运行。（2）高速运行的控制：变频器内预先设定好多段速控制的速度频率，扶梯以节能低速待机运行时，只有运行接触器（JYX）吸合，当PLC检测到光电信号时，输出高速运行指令信号，此时高速运行接触器（VN）吸合，变频器端子DI3有效，扶梯立即平稳的加速到设定频率高速运行。4.4典型控制程序设计下面针对程序中的运行方式、

12、节能时间控制两个子程序作重点介绍。4.4.1变频非自启动（快慢循环）和自启动（快慢停循环）方式的选择方式的选择见图6。图6快慢循环和快慢停循环子程序只需修改程序中的SET和RSET的组合，即可实现两种不同运行方式的切换。快慢循环，设置为SET212.00和RSET212.01。快慢停循环，设置为SET212.00和SET212.01。4.4.2节能时间的控制图7节能时间的子程序快车运行保持时间，可由上述计数器设定，从而能够满足不同提升高度和速度的扶梯使用（见图7）。4.5试验数据为了验证本系统的节能效果，我们选择某现场进行测试。现场曳引电机功率为7.5kW，对比变频节能控制与普通Y-控制的扶梯

13、电量消耗。扶梯有乘客使用与空载运行时，各测试4个小时。实际测试下来采用节能的扶梯，满载运行时，耗电25.3kWh，而使用普通Y-控制扶梯耗电26kWh;空载运行时，耗电1.8kWh，而使用普通Y-控制扶梯耗电8.4kWh。从这个实例可以看出，变频节能控制的扶梯比普通Y-控制的扶梯节能22%。而如果采用无人乘梯时让扶梯停下来，与改造之前相比可节能约30%。实际使用中，如果扶梯慢下来或者停下来的时间越长，节能效果越明显。5结束语该设计已经广泛应用于扶梯的节能改造，目前已在武汉、上海等大城市有三百多台被安装使用。实践证明，采用基于PLC及变频器控制的扶梯节能系统可靠、运行稳定，很有效的节约了用户的使用成本。参考文献1可编程控制器操作手册.欧姆龙自动化（中国）有限公司，1997.2MD320用户手册V2.2.深圳市汇川技术有限公司，2008.