扶梯电气控制部分

扶梯、步道的电气控制原理自动扶梯是一种倾斜的带有连续循环运动梯路向上或向下输送乘客的电力驱动设备,它的主要特点是:1、输送能力大,输送客流均匀,能连续输送乘客;2、可以向上或向下运行;3、当停电或故障时可作普通楼梯通道使用,不影响楼层之间的交通;4、造型美观,可以美化环境;5、结构比较紧凑,占地面积小,使用维护方便。扶梯步道扶梯和步道广泛适用于各大型商场、车站、地铁车站、码头、航空港、购物中心等公共场所。由于自动人行步道与扶梯除了有梯路运行和水平运行的区别外,其他差别不大,因此在本章中不再另行介绍。在本章中,都以蒂森克虏伯公司生产的FT822型扶梯为例。扶梯的电气控制部分相对简单,主要有驱动电路、控制电路、安全回路、显示(设置)面板、装饰灯光电路等,下面具体介绍。一、扶梯的上下行和启动电路。1、扶梯的上下方向运行。从电路中来说,扶梯的上下行的实现就是让电动机的正转、反转。知识回顾：三相交流异步电动机的工作原理：在定子绕组中通入三相正弦电流,就会在转子和定子之间产生旋转磁场。(根据安培定则或叫右手螺旋定则电生磁的原理)由于旋转磁场与转子绕组之间有相对运动,则转子绕组切割磁场,在其中产生感生电压.因为转子绕组是闭合的,所以转子导体中便有电流流过。(根据右手定则)根据左手定则,通过电流的导体在磁场中要受到力的作用,这样转子就产生了转矩.在转矩的作用下。定子就沿着旋转磁场的方向旋转起来了。定子绕组源源不断地从电网中汲取电能经过电磁作用转化为机械能而输出，电动机就连续不断地旋转起来。可见，要改变电动机的转向，就是改变旋转磁场的方向，只要把通入电动机定子绕组的三相电任意两相对调即可。扶梯电路中上下行（正反转）的实现：如图1-a所示,k1.1为上方向运行交流接触器，k1.2为下方向运行交流接触器，k1.1工作时三相电源的顺序是U1、V1、W1进入电动机，K1.2工作时，三相电源的顺序是W1、V1、U1进入电动机，这样就改变了通入定子绕组的三相电源的相序，即改变了定子绕组同转子之间的旋转磁场方向，电动机就由正转变反转或上行变下行了。2、电动机的启动。知识回顾：三相交流异步电动机的降压启动有四种：定子回路串电阻、自耦变压器降压启动、星---三角形降压启动、延边三角型降压启动。其根本目的都是为了减小启动电流。因为蒂森克虏伯公司生产的FT822型扶梯用的是星→三角型降压启动，所以在此我们只讨论星→三角型降压启动这种方式。如图1-a所示，k1.1为上方向运行交流接触器,k2.1为星型连接交流接触器，k2.2为三角型连接交流接触器。我们先假设扶梯现在是上方向运行，即k1.1主触头闭合。电动机刚启动时，首先星型连接交流接触器K2.1的主触头闭合，电动机变星型启动。经过N秒的延时，星型连接交流接触器K2.1的主触头断开，三角形连接交流接触器K2.2的主触头闭合，电动机进入三角型正常运行。我们知道，上面的k1.1（上行）、K1.2（下行）、K2.1（星型连接）、K2.2（三角形连接）交流接触器主触头的闭合与断开就是对相应交流接触器线圈得电与失电的控制。那么它们是怎么来控制的呢？一般来说，是用启动按钮、停止按钮、时间继电器等来控制的，在蒂森克虏伯公司生产的FT822型扶梯中，该功能的控制是用可编程控制器（PLC）来实现的。用的PLC具体型号是：西门子S7-200。知识引入：可编程控制器（PLC）的基本介绍。一、可编程控制器概况可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。二、PLC的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：接受驱动现场信号受控元件三、基本指令系统特点PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。本章节采用最常用的编程语言---梯形图（LAD）来讨论电路问题，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练，只要你能看懂电路输入接口部件中央处理单元CPU板电源部件接口部件输出图就能看懂梯形图。什么叫梯形图呢？梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。PLC的基本逻辑指令基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号的PLC的基本逻辑指令都大台大同小异，现在我们针对三菱公司的FX2N系列，来看看其指令的功能和使用方法，。每条指令及其应用实例都以梯形图和语句表两种编程语言对照说明。一、输入输出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说明：符号功能梯形图表示操作元件LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C,SLDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,SOUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S,FLD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。X000Y000地址指令数据0000LDX0000001OUTY000二、触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）符号（名称）功能梯形图表示操作元件AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C,SANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，C,SOR（或）常开触点并联连接X，Y，M，T，C，SORI（或非）常闭触点并联连接X，Y，M，T，C，SAND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。X001X002Y001地址指令数据0002LDX001X0030003ANDIX0020004ORX0030005OUTY001三、电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）符号（名称）功能梯形图表示操作元件ORB（块或）电路块并联连接无ANB（块与）电路块串联连接无含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。ANBX000X002X003Y006X001X004X005ORBX006X003地址指令数据0000LDX0000001ORX0010002LDX0020003ANDX0030004LDIX0040005ANDX0050006ORX0060007ORB0008ANB0009ORX0030010OUTY006有了上面关于PLC的基础知识,我们再来看扶梯需要星三角降压启动时，用PLC是怎样控制的。用可编程控制器控制电机的正反转或星三角降压启动时控制电路中的接触器触点逻辑关系可用编程实现从而使线路接线大为简化。用可编程控制器实现电机星三角降压启动的接线图，主电路不变，控制电路如图1-b所示,请结合图1-a来看。KM1.1(上行)上行钥匙开关I1.0Q1.0下行钥匙开关I1.1Q1.1KM2.1(星)I1.2Q1.2KM2.2(三角)停止按钮PLCS7-200FR(热继电器常闭触头)COMNDC24vAC220v图1-b只画出上行的简单梯形图如下:I1.0I1.2M30.0M30.0M30.0KM1.1T40KM2.1(星)T40T40KM2.2(三角)现在我们来分析梯形图,在梯形中,I1.0是扶梯上行的钥匙开关,当扭动此开关时(I1.0闭合),能流从母线通过I1.0到达I1.2,而I1.2是闭合的,能流到达M30.0。这里可以把M30.0看成是在PLC内部的一个中间继电器,能流到达后,它便动作了。M30.0的动作后,其常开点变成了常闭点,锁住了扶梯上行的钥匙开关I1.0,使M30.0一直闭合。再来看下一句,M30.0闭合,能流分成了三路,一路使上方向运行的交流接触器KM1.1动作;第二路通过定时器T40的常闭点到达KM2.2线圈,使KM2.1闭合;第三路到达T40定时器,使T40定时器开始记时。此时,由于KM1.1、KM2.1接触器线圈得电,从电路图中可知电动机作星行启动。再来看下一句,经过N秒后,当T40定时器时间到,T40的常闭点变常开点,使KM2.1失电断开,其常开点闭合使KM2.2得电闭合,于是,现在电路中是KM1.1、KM2.2继电器在工作,电动机作三角形运行。当然,一个完善的程序还远远不止这些,比如在程序中应考虑输入互锁,电路中应考虑继电器互锁等,请自行分析。前面说过,可编程控制器(PLC)能帮助用户建立柔性的程控系统,其柔性的方便性就在于用户可以通过编写相应的控制程序来做不同的事情。我们拓展思路想想,如果我们在上下行钥匙开关点(I1.0、I1.1)或者另外增加输入点,装上感应开关来检测是否有人接近,那扶梯是不是就实现自动启动了?如果我们在停止按钮处写上定时器程序,扶梯不就可以实现自动停止了?还有,现在很多PLC都配套有通讯模块,直接支持或通过软件支持以太网通讯协议,这样就可以