自动扶梯电气控制系统设计

任筠筠

巨人通力电梯有限公司 313019

摘要：随着社会的进步和科学技术的发展，自动扶梯在各种公共场合得到了广泛的应用，给人们的生活带来了极大的便利。同时，自动扶梯控制系统也取得了很大的进步，过去的自动扶梯控制系统在安全性、编程和使用、维护等方面的性能已经不能满足人们的需求。在此基础上，介绍了基于PLC的自动扶梯控制系统的设计。该控制系统可实现自动扶梯的计算机控制，使自动扶梯智能化、安全性高、电梯维护简单。

关键词：自动扶梯；电气控制系统；PLC；系统设计

大多数自动扶梯无论客流量大小，均按照额定速度运行，特别是空载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，容易发生事故等缺点。国内外研究人员对扶梯运行状态进行了研究，从控制系统的角度对扶梯运行进行优化，以达到节能的目的。目前较为常见的控制系统主要有以下三种：继电器控制系统、PLC控制系统和单片机控制系统。PLC控制系统编程简单、抗干扰能力强，在国内电梯控制领域中已逐渐形成主导地位。针对这种现状，本文中设计一种以PLC技术为主的自动扶梯节能运行控制系统。

1. 对自动扶梯电气控制系统提出的设计要求

   1. 对自动扶梯启动方式的设计要求

自动扶梯牵引电机必须采用星型起动方式，自动扶梯牵引电机绕组在正常起动时应采用三角形连杆方式，以减少启动时的电流，确保安全。

1.2对自动扶梯运行速度的设计要求

自动扶梯对其运行速度应当有着要求，运行速度应该保持在一定范围内，防止因速度过陕导致乘梯人员因惯性摔倒，也防止运行太慢使输送人员的效率降低以及造成电机超负荷运作而损坏。当自动扶梯因为某种原因运行速度相较于正常范围过快或过慢时，其运行应该自动停止。

1.3对自动扶梯自动控制的设计要求

近年来，随着自动扶梯的普及，“电梯咬合器”事故越来越频繁，因此自动扶梯电控系统应重点关注自动扶梯的安全性。在自动扶梯电控系统中设置自动扶梯的警示标志和间隙警示灯，设置自动扶梯启动前的报警器，这关系到人们的安全。自动扶梯作业一旦发生紧急情况，应立即停止作业，以减少损坏。

2. 自动扶梯系统设计

2.1变频器的选择

选用MM440系列变频器，该款变频器易于安装和调试，模块化设计，配置灵活。其脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低。它有快速电流限制功能，能够避免运行中不应有的跳闸，而且具有过电压/欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护等保护措施，用其驱动控制自动扶梯中的三相交流异步电动机是非常理想的。

2.2 PLC型号的选择

为了使自动扶梯电气控制系统满足上述设计要求，应该关注自动扶梯设计过程中的各个方面，首先，我们需要选择一个能满足要求的可编程控制器。在对自动扶梯电控系统的要求进行研究之后，得到了需要向可编程控制器发送的一些信号。它们主要包括正常状态的传输信号、正常运行状态的传输信号、速度控制系统的传输信号、铃声报警系统的输出字母。输出信号的数量，上游和下游接触点，输出信号星启动器接触器和输出信号三角链路模式。为了满足这些信号的输出要求，并在合理的经济范围、范围和范围内设计，选用西门子公司生产的S7-200系列PLC，符合控制要求和输出点数。

2.3自动扶梯控制系统硬件电路设计

根据自动扶梯变频调速的特点及实际情况，设计出其主电路图如图1所示。图1中，刀开关QS控制整个电路的通断，电抗器L抑制变频器输入电流中高次谐波成分带来的不良影响，熔断器FU保护变频器过电流。为了防止接触器KM1和KM2或KM3同时闭合导致过高电压击坏变频器以及KM2和KM3同时闭合导致烧坏电动机，在PLC的输入端采用三相开关CIS来避免这种事故发生。设定好扶梯运行方向（比如上行），合上刀开关QS和把三向开关CIS拨向变频输出后，线圈KM1得电，接触器主触点KM1闭合，扶梯以自动切换速度方式运行。若运行过程中变频系统出现故障，为了保证扶梯能继续运行，此时把三向开关CIS拨向上行工频输出，则线圈KM1失电，线圈KM2得电，接触器主触点KM1断开，主触点KM2闭合，扶梯以额定速度运行。此期间，工作人员应尽早排除故障，恢复变频系统正常工作。

图1主电路图

2.4自动扶梯控制系统软件系统设计

自动扶梯电控系统的硬件设计实现了电动扶梯电控系统。仅仅弥补电气系统是不够的。还需要编写可编程控制器的控制程序。为了判断自动扶梯是否有故障、故障的原因、各种自动扶梯的信号以及对信号的危险报警，应合理编制PLC的所有信号活动。这些方案必须相互配合，协调正确，做出正确判断，才能完善自动扶梯。电气控制系统采用模块化平方消除器来编译可编程控制器。根据需要，编写各模块的梯形图程序，实现自动扶梯设计中的自动或人工指令和功能。控制系统流程图如图2所示。本系统PLC加电后，首先进行的是自动扶梯的自检过程，包括驱动链、曳引链、扶手带、梯级故障、安全回路、变频器的故障检测，如果有故障，则制动闸不松开，同时PLC报警提示检修。自检正常后，根据用户选择进入上行或下行模式。考虑到用户需求的多样性，本控制系统保留了切换到工频系统的功能，可以在中控台进行切换。接下来扶梯进入运行阶段。

图2控制系统流程图

3. 系统应用效果

无人乘梯时，确保顺利过渡到自动扶梯1/5额定转速运转，没有人甚至可以扶梯自动停止的功能。降低对机械的磨损从而延长机器的使用寿命；在有乘客来乘梯的时候，扶梯会从节能速度下平稳上升到正常的额定速度，经过实验测量也得到了验证；扶梯空载时以定速度运行电流的1/3的节能模式运行；检修运行时为了避免原系统以额定速度运行、电动操作后又停止不及时的不足，扶梯系统是以1/2额定速度运行的；变频技术的应用可以有效地提高电网的功率因数，在很大程度上降低自动扶梯对电网的影响。在转换过程中，为了保证用户的利益，考虑到故障时用户之间可以切换，有必要与原系统同时存在频率转换；变频器本身的安全环境和外部原始系统提供的安全条件，可以很容易地保证改造后的系统在使用中更加安全可靠。

结 语：

总之，自动扶梯已广泛应用于公共场所，是人们生活中最重要的工具之一。因此，研究自动扶梯控制系统具有重要的意义。本文借助PLC技术，对自动扶梯电气控制系统进行了设计，实现了自动扶梯的安全性、准确性和高效性，提高了自动扶梯运行的安全性和可靠性，具有较高的经济效益。同时，该设计实现了PLC单片机，使定制更加简单，适合在自动扶梯控制系统设计中推广应用。

参考文献：

1. 郭艳君，王大一.自动扶梯电气控制系统设计[J].新型工业化，2015.

2. 姜伟，李想.基于PLC的自动扶梯电气控制系统的设计[J].黑龙江科技信息，2017.

3. 周桂生，李举.自动扶梯节能运行控制系统设计[J].通信电源技术，2017.