基于PLC自动扶梯变频调速的设计

谭月涵

（长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430212）

基于PLC自动扶梯变频调速的设计

谭月涵

（长江工程职业技术学院，湖北 武汉 430212）

文章针对自动扶梯空载运行时间长、能耗损失大、寿命低等特点，研究应用PLC与变频器对自动扶梯运行控制，完成控制系统软硬件的设计，通过PLC与变频器对自动扶梯的控制，使得自动扶梯在负载时常速运行，在空载时低速运行，进而降低自动扶梯的能耗、磨损量，增加自动扶梯的使用寿命。

自动扶梯；PLC；变频器；系统开发

自动扶梯是建筑物中楼层与楼层间极为重要的交通运输设施，现今在我国的使用覆盖率非常大。它在输送方面的能力非常大，可以持续输送乘客，在各大公共场所均安装有自动扶梯，由于它不仅实用而且美观，因此被大众所广泛接受。为了提升其经济性，首先必须深入了解其设计遵循的原则、关键技术的参数、在构造上具有的特点等，并对其进行分析。目前，我国自动扶梯的用量已经超过了7万台，并且每年正在以10%的速度不断地增长。其中，非节能扶梯占95%以上，每台扶梯分别会有30%～50%不等的间断性空载现象，这就意味着全国每年将有极大的电能浪费在扶梯上。文章针对自动扶梯应用环境特殊，导致自动扶梯长时间空载运行，造成能耗浪费等特点，对自动扶梯的调速控制系统进行设计。

1 系统方案设计

自动扶梯变频调速控制系统的设计方案和控制系统软硬件配置适用于不同系列的自动扶梯要求。控制系统是自动扶梯的核心部分，负责监控整个自动扶梯所有设备的工作状态、运行数据。手动、自动、远程控制自动扶梯。

为确保对变频电机的控制，自动扶梯由PLC组成的控制系统，控制器连接两个磁感应传感器和速度传感器，用来实现变频电机的控制及与变频器通信、自动扶梯运行速度、电机状态显示等功能。可通过PROFIBUS现场总线显示变频电机实时信息，设定和修改主控器参数，控制自动扶梯变频电机启停、正反向及转速等，并可以与网络中其它智能节点通讯。

2 变频调速原理

现阶段自动扶梯广泛使用的有变频器与普通电机分离式，变频器位于控制箱内，适用于自动扶梯狭小的空间，另一种即变频电机一体机即普通电机和变频器成一体，整体体积小，适用于各种自动扶梯的场合。其它联接方式与普通电机相似，互换性高，变频一体机主要由电机与变频器组成。变频技术是目前比较流行的调节转速的方法，通过变频可以获得刮板机所需的任意速度。由转速方程：

式（1）中，ω为转速，rad/s；f为频率，Hz。

同样由电动机工作原理所知，电动机转速为：

式（2）中，n为异步电机的同步转速，r/s；f为定子供电频率Hz；p为电动机磁极数；S为转差率%。

变频技术通过改变频率来改变转速，从而使设备满足转速要求，在自动扶梯运行过程中，由于启动时和负载所需力矩较大，特别是自动扶梯启动力矩相当大，但正常工作时所需要力矩不大，尤其是空载运行时，会造成大马拉小车现象，造成能源浪费，所以要求自动扶梯在启动时和负载较大时小转速、大转矩，当空载时采用低转速、小转矩，变频技术正是通过改变频率来改变速度，变频电机由于频率范围广，所以可以实现无级变速功能。变频控制电

气原理如图1所示。

图1 变频控制电气原理图

3 自动扶梯变频调速系统组成

自动扶梯变频电机采用PROFIBUS现场总线通信方式与PLC控制模块相连，变频电机频率变化范围：0～90Hz，5～50Hz以内，呈恒转矩特性；50～90Hz，呈恒功率特性。变频电机有过温保护，当变频驱动器散热板温度大于等于70℃时，停止变频器运行。自动扶梯采用变频调速电机拖动技术，变频一体电机技术特点具有重载软启动、无级调速节能、额定频率下恒扭矩、长时间低速运行、提高效率和多重保护。

本设计中采用S7-200PLC、西门子MM420变频器和西门子SMART LINE触摸屏来实现模拟量控制自动扶梯驱动电机开环调速系统的设计。其接线图如图2所示。

图2 驱动电机开环调速系统的接线图

本系统中PLC对变频器控制采用特殊标志位SM0.5和计数器进行加/减速，计数脉冲40次，由于要求电机以10～50Hz的频率运行，变化范围为40Hz正好与40次脉冲对应，于是计数器每增1或减1，频率变化1Hz。S7-200PLC系列CPU扩展模块EM235在本设计中的输出电压为单极性0～10V的模拟量，对应内部数字量为32000，所以频率值与数字量的关系相差640倍。编程时就需将计数器当前值加十再乘以640就得到需要转化为模拟电压的数字量，然后再赋值给变频器模拟量控制。

控制系统软件设计的任务主要包括完成控制系统之间的通信设计，控制系统控制功能的设计，控制系统监控界面的设计等。PLC控制程序运行时，首先进行初始化，然后采集各类输入信号，对自动扶梯运行系统进行检测。若扶梯满足正常运行条件时，则PLC发出运行指令，自动扶梯正常运行。当扶梯空载运行时，控制系统通过PLC对变频器进行控制降低供电频率，进而降低自动扶梯运行速度，达到降低能耗目的。

4 结语

文章应用PLC与变频对自动扶梯运行控制，完成控制系统软硬件的设计，通过PLC与变频器对自动扶梯的控制，使自动扶梯在负载时常速运行，在空载时低速运行，进而降低自动扶梯的能耗、磨损量，增加自动扶梯的使用寿命，根据系统现场运行试验，该系统极大降低自动扶梯的能耗和磨损，降低用户的使用成本，具有显著的经济效益。

［1］刘旭明.基于变频器的自动扶梯节能系统设计［J］.制造业自动化，2011，（17）.

［2］李澄，张广明，饶斐，等.一种自动扶梯节能方式的设计［J］.微计算机信息，2007，（10）.

［3］丁学文，金大海.交流电机变频软起动时的问题及解决方法［J］.电力电子技术，2001，（5）.

［4］李洪群.基于PLC的双匀速电梯模型系统设计［D］.苏州：苏州大学，2009.

［5］孟雷.基于PLC的电梯模型控制系统及组态监控设计［D］.苏州：苏州大学，2010.

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

谭月涵，主要研究方向：机械设计。