基于S7-200系列PLC自动扶梯的设计.
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2.2梯级和踏板的驱动
梯级是供乘客站立的特殊结构形式的四轮小车，它主要由踏板、主轴、主轮、支架、辅轮和踢板组成，梯级有整体式和组装式两种。整体式由铝合金整体压铸而成，其精度高、自重轻、加工速度快等特点。组装式梯级由踏板、踢板、撑架等部分拼装而成。
自动扶梯梯级和踏板的驱动应至少用两根链条驱动，梯级的每侧应不少于一根。故传动主轴上就有两个梯级传动链轮、曳引机传动链轮和扶手带传动链轮各一个。曳引主机由电动机、制动器、减速器组成，主机通过传动链条拖动驱动主轴旋转，主轴上的两个牵引链轮扶梯上的梯级按设定的方向移动。
Y280S-2型三相异步电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，电动机基本系列，符合IEC标准的有关规定。Y280S-2型三相异步电动机具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、震动小、可靠性高、使用维护方便等特点。
Y280S-2型三相异步电动机使用条件：
环境温度：-15℃＜θ＜40℃
海拔：不超过1000m
3
MICROMASTER 440是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的。这些高级矢量控制系统可确保一致的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于具有快速响应输入和定位减速斜坡，因此，甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目标位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以突出的精度工作。所有这些均可在0.12 kW (0.16 HP)直至250 kW (350 HP)的功率范围内实现，MM440控制电机原理如图3-2所示。
电动扶梯最先进入中国是1935年。当时上海的大新百货公司安装了两台奥的斯单人电动扶梯，连接地面至二楼，和二楼到三楼。
1.3扶梯分类
自动扶梯无严格分类方法，一般是分轻型和重型两类，也有按自动扶梯的装饰分为透明无支撑、全透明有支撑、半透明或不透明有支撑，室外用自动扶梯等种类。
按输送能力分为不同的梯级宽度、抬升高度和倾斜角度。输送能力以每小时运送乘客的数量划分。
2.4电气安全系统
自动扶梯是用于输送乘客的固定电力驱动设备，由于乘坐人员的身体和感官差异性较大，甚至会有一些残障人员使用，因此对自动扶梯的安全性有了进一步的要求。每一台自动扶梯必须具有一个电气安全系统，该系统由安全回路和监测装置构成，是电气控制中与安全相关的部分。当自动扶梯发生可能造成事故的不安全状态时，就要依靠安全系统使自动扶梯停止运行。
编号
XXXXX学院
毕业论文
题 目
基于S7-200系列
PLC的自动扶梯的设计
学生姓名
学 号
院系
电气工程系
专 业
电气自动化
班 级
指导教师
顾问教师
二〇一四年十一月
摘
自动扶梯广泛用于商场、超市、地铁、机场等客流量较大的场所。常规的自动扶梯有无乘客时均以额定速度运行，具有能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。本文采用PLC与变频控制技术对自动扶梯进行节能改造，对其电气控制系统硬件电路和软件进行设计。改造后的自动扶梯无人乘梯时低速运行，有效地节约了用户的使用成本，具有显著的经济效益和社会效益。
关键词：自动扶梯PLC变频器节能
A
Abstract:Escalators are widely used in shopping malls, supermarkets, subways, airports and other large traffic sites. When the presence of a conventional escalator passengers are rated speed operation, with energy consumption, mechanical wear serious, life and low defects.In this paper,Energy Saving Transformation is used in escalators with PLCand frequency conversion technology. The hardware circuit and the software of theelectrical control system are designed. The escalators after transformation run at lowspeedwhen there are no passengers，which effectively saves the cost of the usersand has significant economic and social benefit.
在世界能源和电力资源日益匾乏的形势下，采用PLC与变频技术相结合的控制方式对自动扶梯进行节能改造，可以实现有人乘梯时，扶梯以原有速度运行;无人乘梯时，扶梯自动减速到低速运行，从而减少自动扶梯不必要的浪费，有利于延长扶梯的使用寿命。
图1-1电扶梯外观图
1.2发展历史
两名美国人分别在十九世纪末研究电动扶梯。1897年，杰斯·雷诺(Jesse W. Reno)在美国纽约康尼岛的游乐场建成了一条使用斜板行走，类似电动扶梯的机动游戏。而查理斯·西伯格(Charles Seeberger)则在1898年购下一项关于电动扶梯的发明专利，并且与奥的斯电梯公司合作，1899年在纽约州制造出第一条有水平的梯级，扶手和梳齿板的电动扶梯。1900年举行的巴黎博览会上，西伯格成功展出了他们以「电动扶梯」(Escalator)为名的产品，并且获得了一项头奖。1910年奥的斯收购了西柏格的专利，次年再购下雷诺的公司。1920年,奥的斯把两者的设计结合，成为今天电动扶梯的基本设计。
自动扶梯是公共场所运送乘客的典型设备如图1-1所示，已经广泛应用于大型商场、机场、地铁、宾馆等公共场所，在方便顾客和提高服务质量等方面起到了相当重要的作用。但目前国内安装的自动扶梯大多是采用直接启动的工作方式，从其启动运转至关闭为止，不管有无乘客均以额定速度运行，这就导致自动扶梯能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等问题。
2.4.2
自动扶梯的监测装置用于监测梯级速度、扶手带速度、梯级或踏板的缺失、非操纵逆转等。一旦检测-到被监测事件的出现应立即使扶梯停止运行，并防止再起动。检测的方法常用三对接近传感器分别测量扶手带速度、梯级或踏板速度，以及主轴曳引链链轮速度，从而监视扶手带速度、梯级或踏板速度，以及主轴曳引链链轮速度，从而监视扶手带速度、梯级速度和梯级的运行方向，一旦出现扶手带速度偏离梯级、踏板的速度大于-15%且持续时间大于15s，梯级缺失，和非操纵逆转，便立即停止运行并防止再起动。
按驱动办法分为端部驱动的自动扶梯（或称链条式自动扶梯）和中间驱动的自动扶梯（或称齿条式自动扶梯）。
按形态分为有载人的梯阶式和大超市内适用于手推车的斜坡式。
按运行频率分为有等速运转和变频式(无人时几乎停顿）。
1.4控制要求
自动扶梯是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜运输乘客的固定驱动设备。由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯级，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。运载人员上下的一种连续输送机械。自动扶梯外形如图1-1所示，其由梯路（变型的板式输送机）和两旁的扶手（变形的带式输送机）组成。其主要部件有梯级、牵引链条及链轮、导轨系统、主传动系统（包括电动机、减速装置、制动器及中间传动环节等）、驱动主轴、梯路张紧装置、扶手系统。梳板、扶梯桁架和电气系统等。梯级在乘客入口处作水平运动（方便乘客登梯），以后逐渐形成阶梯；在接近出口处阶梯逐渐消失，梯级再度作水平运动。这些运动都是由梯级主轮、辅轮分别沿不同的阶梯导轨行走来实现。自动扶梯广泛用于商场、超市、地铁、机场等客流量较大的场所。
自动扶梯的主要参数有提升高度、倾斜角度、名义速度、梯级宽度、输送能力、梯级节距和牵引链接距等。自动扶梯出入口两楼层板之间的垂直距离就是提升高度，通常不超过6m。梯级、踏板或胶带运行方向与水平而成的最大角度为倾斜角，通常不超过30°。自动扶梯的名义速度是由制造商设计确定的，自动扶梯的梯级、踏板或胶带在空载情况下的运行速度。在额定频率和额定电压下，梯级、踏板或胶带沿运行方向空载时所测得的速度与名义速度之间的最大允许偏差为±5%。倾角不大于30°时，名义速度不应大于0.75m/s；倾角大于30°但不大于35°时，名义速度不应大于0.50m/s。自动扶梯的名义宽度不应小于0.58m，也不应大于1.10m。自动扶梯的最大输送能力与梯级或踏板宽度、名义速度有关，一般在3600～8200人/h之间。
Keywords:EscalatorsPLC Inverter Energy-saving
第一章
1.1自动扶梯的现状与发展趋势
目前世界各大电梯企业在国内都有了合资企业，如迅达、奥的斯、三菱、日立、东芝、通力等。早先国内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，因此这些合资企业都没有重点引进该技术。后来随着我国城市轨道交通的发展，以及为了适应设备国产化的改革要求，迅达、奥的斯等合资企业于是引进这方面的技术，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，如何避免低水平、低效益、重复建设的现象，避免产品"周期年"的出现，应从战略上做出正确抉择。企业应不断吸引高技术，开发新产品，靠技术占领市场。
2.4.1
安全回路是由电气安全装置组成的部分电气安全系统。安全回路通常由若干个安全开关串联而成。安全开关的动作应使其触点强制地机械断开，甚至两触点熔接在一起也应强制地机械断开。当所有触点断开元件处于断开位置时，且在有效行程内，动触点和驱动机构之间无弹性元件施加作用力，即为触点获得强制地断开。
自动扶梯的安全开关有驱动链断链安全开关、上右出入口安全开关、上右围裙板安全开关、上右梳齿异常安全开关、上左出入口安全开关、上左围裙板开关、上左梳齿异常安全开关、下右出入口安全开关、下右围裙板开关、下右梳齿板异常安全开关、下左出入口安全开关、下左围裙板安全开关、下左梳齿板异常安全开关等。
第三章
3.1三相异步电动机的选型
本次设计的电机是用于商场中自动扶梯的驱动电机。工作环境相对比较安全，故可选用Y280S-2型三相异步电动机动机，正反转原理图如图3-1所示。
图3-1电动机正反转原理图
Y280S-2型三相异步电动机功率：75KW电压：380V电流：140A绝缘：B噪音：99 dB(A)转速2970 r/min。广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。
额定电压：380V，可选220-760V之间任何电压值
额定频率：50Hz、60Hz
防护等级：IP44、IP54、IP55
绝缘等级：B级、F级、H级
冷却方式：ICO141
工作方式：S1
连接方式：3KW及以下Y接法、4KW及以上为△接法
3.2变频器的选型
在变频器领域，也存在着一些难以控制的东西。直到西门子功能强大的变频器问世之后，情况才有了改观。
第
2.1自动扶梯的驱动
自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯级，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。因此自动扶梯的运行需要同时驱动一台链式输送机和两台胶带输送机。驱动装置一般由电动机、减速器、制动器、传动链条、驱动主轴等组成如图2-1所示。按驱动装置在自动扶梯的位置可分为端部驱动和中间驱动两种。端部驱动装置以链条为牵引件，其结构形式工艺成熟、维修方便、应用广泛。不管何种驱动方式，一台驱动主机不应驱动一台以上的自动扶梯。
图2-1自动扶梯部件分布图
2.3胶带的驱动
自动扶梯每一扶手装置的顶部应装有运行的扶手带（即胶带），胶到的运行方向应与梯级、踏板方向相同，并保持同步。在正常条件下，扶手带的运行速度相对于梯级、踏板的实际速度的允差为0%~2%。扶手带与梯级、踏板为同一驱动装置驱动，通过驱动主轴中间的链轮将动力传动给扶手带驱动轴上。扶手带驱动轴的两端装有传送胶带的摩擦轮，通过直线压带或圆弧压带来传动胶带。扶手带应由滚筒驱动并能连续和自动的张紧，不允许采用拉伸弹簧作为张紧装置。
梯级是供乘客站立的特殊结构形式的四轮小车，它主要由踏板、主轴、主轮、支架、辅轮和踢板组成，梯级有整体式和组装式两种。整体式由铝合金整体压铸而成，其精度高、自重轻、加工速度快等特点。组装式梯级由踏板、踢板、撑架等部分拼装而成。
自动扶梯梯级和踏板的驱动应至少用两根链条驱动，梯级的每侧应不少于一根。故传动主轴上就有两个梯级传动链轮、曳引机传动链轮和扶手带传动链轮各一个。曳引主机由电动机、制动器、减速器组成，主机通过传动链条拖动驱动主轴旋转，主轴上的两个牵引链轮扶梯上的梯级按设定的方向移动。
Y280S-2型三相异步电动机是全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，电动机基本系列，符合IEC标准的有关规定。Y280S-2型三相异步电动机具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、震动小、可靠性高、使用维护方便等特点。
Y280S-2型三相异步电动机使用条件：
环境温度：-15℃＜θ＜40℃
海拔：不超过1000m
3
MICROMASTER 440是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的。这些高级矢量控制系统可确保一致的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于具有快速响应输入和定位减速斜坡，因此，甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目标位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以突出的精度工作。所有这些均可在0.12 kW (0.16 HP)直至250 kW (350 HP)的功率范围内实现，MM440控制电机原理如图3-2所示。
电动扶梯最先进入中国是1935年。当时上海的大新百货公司安装了两台奥的斯单人电动扶梯，连接地面至二楼，和二楼到三楼。
1.3扶梯分类
自动扶梯无严格分类方法，一般是分轻型和重型两类，也有按自动扶梯的装饰分为透明无支撑、全透明有支撑、半透明或不透明有支撑，室外用自动扶梯等种类。
按输送能力分为不同的梯级宽度、抬升高度和倾斜角度。输送能力以每小时运送乘客的数量划分。
2.4电气安全系统
自动扶梯是用于输送乘客的固定电力驱动设备，由于乘坐人员的身体和感官差异性较大，甚至会有一些残障人员使用，因此对自动扶梯的安全性有了进一步的要求。每一台自动扶梯必须具有一个电气安全系统，该系统由安全回路和监测装置构成，是电气控制中与安全相关的部分。当自动扶梯发生可能造成事故的不安全状态时，就要依靠安全系统使自动扶梯停止运行。
编号
XXXXX学院
毕业论文
题 目
基于S7-200系列
PLC的自动扶梯的设计
学生姓名
学 号
院系
电气工程系
专 业
电气自动化
班 级
指导教师
顾问教师
二〇一四年十一月
摘
自动扶梯广泛用于商场、超市、地铁、机场等客流量较大的场所。常规的自动扶梯有无乘客时均以额定速度运行，具有能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。本文采用PLC与变频控制技术对自动扶梯进行节能改造，对其电气控制系统硬件电路和软件进行设计。改造后的自动扶梯无人乘梯时低速运行，有效地节约了用户的使用成本，具有显著的经济效益和社会效益。
关键词：自动扶梯PLC变频器节能
A
Abstract:Escalators are widely used in shopping malls, supermarkets, subways, airports and other large traffic sites. When the presence of a conventional escalator passengers are rated speed operation, with energy consumption, mechanical wear serious, life and low defects.In this paper,Energy Saving Transformation is used in escalators with PLCand frequency conversion technology. The hardware circuit and the software of theelectrical control system are designed. The escalators after transformation run at lowspeedwhen there are no passengers，which effectively saves the cost of the usersand has significant economic and social benefit.
在世界能源和电力资源日益匾乏的形势下，采用PLC与变频技术相结合的控制方式对自动扶梯进行节能改造，可以实现有人乘梯时，扶梯以原有速度运行;无人乘梯时，扶梯自动减速到低速运行，从而减少自动扶梯不必要的浪费，有利于延长扶梯的使用寿命。
图1-1电扶梯外观图
1.2发展历史
两名美国人分别在十九世纪末研究电动扶梯。1897年，杰斯·雷诺(Jesse W. Reno)在美国纽约康尼岛的游乐场建成了一条使用斜板行走，类似电动扶梯的机动游戏。而查理斯·西伯格(Charles Seeberger)则在1898年购下一项关于电动扶梯的发明专利，并且与奥的斯电梯公司合作，1899年在纽约州制造出第一条有水平的梯级，扶手和梳齿板的电动扶梯。1900年举行的巴黎博览会上，西伯格成功展出了他们以「电动扶梯」(Escalator)为名的产品，并且获得了一项头奖。1910年奥的斯收购了西柏格的专利，次年再购下雷诺的公司。1920年,奥的斯把两者的设计结合，成为今天电动扶梯的基本设计。
自动扶梯是公共场所运送乘客的典型设备如图1-1所示，已经广泛应用于大型商场、机场、地铁、宾馆等公共场所，在方便顾客和提高服务质量等方面起到了相当重要的作用。但目前国内安装的自动扶梯大多是采用直接启动的工作方式，从其启动运转至关闭为止，不管有无乘客均以额定速度运行，这就导致自动扶梯能耗大、机械磨损严重、使用寿命低等问题。
2.4.2
自动扶梯的监测装置用于监测梯级速度、扶手带速度、梯级或踏板的缺失、非操纵逆转等。一旦检测-到被监测事件的出现应立即使扶梯停止运行，并防止再起动。检测的方法常用三对接近传感器分别测量扶手带速度、梯级或踏板速度，以及主轴曳引链链轮速度，从而监视扶手带速度、梯级或踏板速度，以及主轴曳引链链轮速度，从而监视扶手带速度、梯级速度和梯级的运行方向，一旦出现扶手带速度偏离梯级、踏板的速度大于-15%且持续时间大于15s，梯级缺失，和非操纵逆转，便立即停止运行并防止再起动。
按驱动办法分为端部驱动的自动扶梯（或称链条式自动扶梯）和中间驱动的自动扶梯（或称齿条式自动扶梯）。
按形态分为有载人的梯阶式和大超市内适用于手推车的斜坡式。
按运行频率分为有等速运转和变频式(无人时几乎停顿）。
1.4控制要求
自动扶梯是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜运输乘客的固定驱动设备。由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯级，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。运载人员上下的一种连续输送机械。自动扶梯外形如图1-1所示，其由梯路（变型的板式输送机）和两旁的扶手（变形的带式输送机）组成。其主要部件有梯级、牵引链条及链轮、导轨系统、主传动系统（包括电动机、减速装置、制动器及中间传动环节等）、驱动主轴、梯路张紧装置、扶手系统。梳板、扶梯桁架和电气系统等。梯级在乘客入口处作水平运动（方便乘客登梯），以后逐渐形成阶梯；在接近出口处阶梯逐渐消失，梯级再度作水平运动。这些运动都是由梯级主轮、辅轮分别沿不同的阶梯导轨行走来实现。自动扶梯广泛用于商场、超市、地铁、机场等客流量较大的场所。
自动扶梯的主要参数有提升高度、倾斜角度、名义速度、梯级宽度、输送能力、梯级节距和牵引链接距等。自动扶梯出入口两楼层板之间的垂直距离就是提升高度，通常不超过6m。梯级、踏板或胶带运行方向与水平而成的最大角度为倾斜角，通常不超过30°。自动扶梯的名义速度是由制造商设计确定的，自动扶梯的梯级、踏板或胶带在空载情况下的运行速度。在额定频率和额定电压下，梯级、踏板或胶带沿运行方向空载时所测得的速度与名义速度之间的最大允许偏差为±5%。倾角不大于30°时，名义速度不应大于0.75m/s；倾角大于30°但不大于35°时，名义速度不应大于0.50m/s。自动扶梯的名义宽度不应小于0.58m，也不应大于1.10m。自动扶梯的最大输送能力与梯级或踏板宽度、名义速度有关，一般在3600～8200人/h之间。
Keywords:EscalatorsPLC Inverter Energy-saving
第一章
1.1自动扶梯的现状与发展趋势
目前世界各大电梯企业在国内都有了合资企业，如迅达、奥的斯、三菱、日立、东芝、通力等。早先国内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，因此这些合资企业都没有重点引进该技术。后来随着我国城市轨道交通的发展，以及为了适应设备国产化的改革要求，迅达、奥的斯等合资企业于是引进这方面的技术，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，如何避免低水平、低效益、重复建设的现象，避免产品"周期年"的出现，应从战略上做出正确抉择。企业应不断吸引高技术，开发新产品，靠技术占领市场。
2.4.1
安全回路是由电气安全装置组成的部分电气安全系统。安全回路通常由若干个安全开关串联而成。安全开关的动作应使其触点强制地机械断开，甚至两触点熔接在一起也应强制地机械断开。当所有触点断开元件处于断开位置时，且在有效行程内，动触点和驱动机构之间无弹性元件施加作用力，即为触点获得强制地断开。
自动扶梯的安全开关有驱动链断链安全开关、上右出入口安全开关、上右围裙板安全开关、上右梳齿异常安全开关、上左出入口安全开关、上左围裙板开关、上左梳齿异常安全开关、下右出入口安全开关、下右围裙板开关、下右梳齿板异常安全开关、下左出入口安全开关、下左围裙板安全开关、下左梳齿板异常安全开关等。
第三章
3.1三相异步电动机的选型
本次设计的电机是用于商场中自动扶梯的驱动电机。工作环境相对比较安全，故可选用Y280S-2型三相异步电动机动机，正反转原理图如图3-1所示。
图3-1电动机正反转原理图
Y280S-2型三相异步电动机功率：75KW电压：380V电流：140A绝缘：B噪音：99 dB(A)转速2970 r/min。广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。
额定电压：380V，可选220-760V之间任何电压值
额定频率：50Hz、60Hz
防护等级：IP44、IP54、IP55
绝缘等级：B级、F级、H级
冷却方式：ICO141
工作方式：S1
连接方式：3KW及以下Y接法、4KW及以上为△接法
3.2变频器的选型
在变频器领域，也存在着一些难以控制的东西。直到西门子功能强大的变频器问世之后，情况才有了改观。
第
2.1自动扶梯的驱动
自动扶梯是由一台特种结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯级，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。因此自动扶梯的运行需要同时驱动一台链式输送机和两台胶带输送机。驱动装置一般由电动机、减速器、制动器、传动链条、驱动主轴等组成如图2-1所示。按驱动装置在自动扶梯的位置可分为端部驱动和中间驱动两种。端部驱动装置以链条为牵引件，其结构形式工艺成熟、维修方便、应用广泛。不管何种驱动方式，一台驱动主机不应驱动一台以上的自动扶梯。
图2-1自动扶梯部件分布图
2.3胶带的驱动
自动扶梯每一扶手装置的顶部应装有运行的扶手带（即胶带），胶到的运行方向应与梯级、踏板方向相同，并保持同步。在正常条件下，扶手带的运行速度相对于梯级、踏板的实际速度的允差为0%~2%。扶手带与梯级、踏板为同一驱动装置驱动，通过驱动主轴中间的链轮将动力传动给扶手带驱动轴上。扶手带驱动轴的两端装有传送胶带的摩擦轮，通过直线压带或圆弧压带来传动胶带。扶手带应由滚筒驱动并能连续和自动的张紧，不允许采用拉伸弹簧作为张紧装置。