自动扶梯节能运行控制系统设计

南京理工大学

毕业设计说明书(论文) 作

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目: 自动扶梯节能运行控制系统设计

张雯高级实验师

指导者：

评阅者：

2012 年 6 月

南京理工大学

毕业设计（论文）评语学生姓名：班级、学号：

题目：

综合成绩：

毕业设计（论文）评语

目录

1 绪论

国内外研究现状

随着人们生活水平的快速提高，自动扶梯作为一种高效、方便、舒适的代步工具，被广泛应用在各种公共场合。自动扶梯在带给人们便捷的同时，耗能问题也越来越引起广大用户的关心。

由于传统自动扶梯运行时约有20%～40%[1]的能量会以热量的形式被消耗掉,国内有研究人员对自动扶梯运行控制系统进行了研究，希望从控制系统的角度对自动扶梯的运行进行优化控制，以达到节能和减少磨损的目的。目前自动扶梯上应用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。早期的继电器控制系统由于系统不稳定、维修量大等缺点已经逐渐被后两种控制系统所取代。单片机控制系统虽在智能控制领域有较强的功能，但也存在控制系统编程设计难度大、系统抗干扰性差、维修技术复杂等缺陷。PLC 控制系统在国内电梯控制领域中已形成主导地位。

在国外，自动扶梯发展迅速，发展历史比较长，扶梯控制技术日益成熟。世界上第一部以电动机为动力的升降机是美国奥的斯升降机公司于1889年推出的，距今已有一百多年的历史。随着科技的发展，自动扶梯作为一种便捷快速的载人运输工具而被广泛的应用。人们对于扶梯运行的平稳、高速、舒适、高效等方面也提出了越来越高的要求。

国外电梯行业发展迅猛，着力在扶梯节能化，运行智能化，控制远程化，元件集成化等方面进行改进和提高。作为世界电梯主要生产商的日本三菱电梯公司，新推出的Z 系列自动扶梯，设计上采用了简约雅致的设计风格，为用户提供了融入任何建筑装饰的最佳灵活性，基于对自动扶梯安全性的重视，三菱电梯多年来在产品安全性方面积累了丰富的经验，“节能环保、可靠舒适、运行高效”，既符合环保节能、又满足了人性化的技术要求，使得乘用者在使用自动扶梯时，可获得三菱电梯良好的性能保障，体验高品质电梯带来的舒适和便捷。

这样的改进，使得采用变频控制的自动扶梯相对于普通标准型自动扶梯节能

90%以上，节能效果非常明显。由于节能运行时，扶梯处于低速状态，机械零件的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。变频技术的使用大大降低了扶梯启动时对电网的影响，确保自动扶梯启动的平滑，舒适，可有效地提高电网的功率因数，减少无功损耗。

自动扶梯结构简介

自动扶梯系统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带式输送机所组合而成，带有循环的运动梯路，用以在建筑物的不同层高间运载人员上下的连续输送机械，如图1-1。

自动扶梯的主要部件有牵引链条、链轮、梯级、导轨系统、电动机、变速装置、制动器、驱动主轴、梯路张紧设备、扶手、梳板、扶梯骨架和电气系统等。自动行走的梯级在扶梯入口处进行水平运动，以后逐渐形成阶梯；在接近扶梯出口时再次恢复水平。这些部件的运动都是通过自动扶梯梯级的主轮、辅轮沿不同的导轨运行来实现的。

该课题研究目的及意义

随着经济社会的高度发展，自动扶梯作为一种方便的运输工具，应用场合非常广泛。随着扶梯需求量的急剧增加, 我国的电梯生产总量也在逐年上升，中国已成为世界上最大的新装电梯市场。然而在实际使用过程中，电梯的安全事故也是频频曝出，比如今年发生的“北京地铁四号线电梯事故”、“东莞奥的斯电梯事故”“昆明电梯事故”等等，因此自动扶梯的安全、稳定运行就显得尤为重要。伴随着自动扶梯的广泛应用，其耗能大的问题也逐渐为业主所关心，虽然对于方便顾客和提升服务质量方面起了较大的作用，但由于其使用场合的客流不稳定性，使得自动扶梯在一些时段的实际利用率并不高，经常处于轻载或空载状态，不仅造成了巨大的电能浪费，而且扶梯部件在连续高速运行状态下也产生了较大的磨损及疲劳损伤，容易产生运行故障。

本章小结

本章介绍了国内外在自动扶梯控制系统领域研究的最新成果，比较了传统控

制方式与节能控制方式的优缺点。通过对自动扶梯机械结构的简单介绍，分析了自动扶梯的节能对象和可以采取的办法。对比两种主流节能控制系统，列出了各自的优缺点，单片机偏向于智能控制，但存在系统设计复杂、抗干扰性差、难以掌握其维修技术等缺陷；PLC采用相对简单的梯形图编程语言，具有控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点。最后结合国内自动扶梯控制系统改造现状以及各大厂商的生产情况，得出PLC 控制在国内电梯控制，特别是节能控制领域应用中的应用将成为趋势。因此本课题的研究具有很好的实用性和通用性。

2 扶梯控制系统的方案论证

在自动化设备广泛应用的今天，自动扶梯的广泛应用，为人们的出行带来了方便。然而随着人们节能意识的增强，对于自动扶梯节能运行的要求也越来越高。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。

常见的节能方法和控制系统的比较

目前自动扶梯中运用的节能方法主要有以下3种[3]：

（1）自动控制运行方式

自动控制运行方式实际上是一种“自动重新启动”的运行控制方式，由自动扶梯控制系统根据客流需求，自行启动、停止电动机，达到节能运行目的的运行方式。这种方式，在扶梯的两端安装传感器，一旦传感器检测到有乘客进入扶梯(传感器检测区域可设置，一般距离梳齿板1.5米左右，以保证自动扶梯有足够的时间启动加速到额定速度，可以应对突发客流，确保充分发挥自动扶梯的运输能力)扶梯开始启动运行，在额定速度运行阶段，如果不断检测到有乘坐需求，扶梯将保持额定运行速度运行。如果在程序设定的固定时间内没有再检测到乘坐需求，则扶梯控制系统将停止扶梯运行。停机期间再次检测到乘客进入扶梯时，扶梯会重新启动运行。

（3）变频运行方式

变频运行方式是在扶梯上增设变频装置，根据客流情况自动改变电动机电源频率，利用了电动机同步转速随频率变化的特性

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60-

=[4] (2-1)

1(

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f

n：异步电动机转速；f：电源频率；s：电机转差率；p：电机极对数。

通过变频器将交流工频电源（50Hz或60Hz）变换成电压频率均可以变化的电源形式输送给电动机，从而达到调速的目的。

本方法的优点是：一、调速的范围很大。变频调速装置的调速范围都比较宽，适合经常处于低载荷状态下运行的电气设备的调速需求；二、调速的效率高。变频调速是通过改变电源的频率，使电动机仍按照该频率的同步转速运行，不会增