哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
⾃动控制扶梯的危机控制原理
摘要
⾃动扶梯⼴泛⽤于酒店、商场、地铁、⽕车站、写字楼、机场等场所，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。
本设计采⽤PLC控制系统，具有可靠性⾼、稳定性好、编程简单、使⽤⽅便、检修维护⽅便等显著优点。将PLC应⽤于⾃动扶梯上，可⼤⼤提⾼⾃动扶梯的控制⽔平，使⾃动扶梯达到了更为理想的控制效果。跟继电器控制⾃动扶梯相⽐有了⼀个质的飞跃。它实现了⾃动扶梯的电脑化控制，使⾃动扶梯更趋智能化。
⾃动扶梯采⽤伺服驱动，Y-Δ切换启动。从电梯运⾏的安全要求和检修运⾏要求出发，同时考虑到电梯操作的便利性，程序设计主要实现三种运⾏状态：⾃动运⾏、⼿动运⾏、检修运⾏状态。在正常情况下，扶梯进⼊⾃动运⾏状态；当发⽣某种特殊情况时，扶梯在外部⼿动信号的作⽤下，进⼊⼿动运⾏状态，当系统检修时，插⼊检修盒，进⼊检修状态。在电⽓系统组成以后，为了实现最优控制，需要精⼼的编制PLC的控制程序。在PLC控制程序中需要进⾏处理的逻辑信号⾸先是安全回路检测信号，通过对这些信号的处
理，给出相应的运⾏状态显⽰和报警信号。
关键词⾃动扶梯PLC 控制系统
Automatic escalator principle of crisis management
Summary
Escalators are widely used in hotels, shopping malls, subway, train stations, office buildings, airports and other places, in the convenience of our customers and improve the quality of service has played a very important role.
This design uses a PLC control system, high reliability, stability, programming is simple, easy to use, repair and maintenance convenience obvious advantages. PLC applied to the escalator, the escalator can greatly improve the level of control, so that the escalator to reach the desirable control effect. Compared with the relay control escalators have a qualitative leap. It implements a computerized control of the escalator, so that the escalator more intelligent. Escalators servo drive, Y-Δ start switch. Running from the elevator maintenance safety requirements and operating requirements, and taking into account the convenience of elevator operations, programming realization of three main operating
states: automatic operation, manual operation, maintenance running. Under normal circumstances, the escalator into the auto-run state; when the occurrence of certain special circumstances, the escalator in the role of the external hand signal, to enter manually run the state, when the system overhaul, insert the repair box, enter the maintenance state. After the electrical system components in order to achieve optimal control, requires careful preparation of PLC control program. Control program in the PLC logic required in the signal processing circuit first security detection signal, by processing these signals are given the appropriate operating status display and alarm signal. Keywords Escalator PLC Control System
- I -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
⽬录
摘要……............................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.1.1 (1)
第2章⾃动扶梯的结构及原理........................................ 错误！未定义书签。
2.1 本章⼩结................................................................. 错误！未定义书签。第3章PLC的原理 .......................................................... 错误！未定义书签。
3.1 本章⼩结................................................................. 错误！未定义书签。第4 章PLC硬件 ............................................................. 错误！未定义书签。第5章软件........................................................................ 错误！未定义书签。结论. (8)
致谢 (9)
参考⽂献 (10)
附录 (10)
- II -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
第1章绪论
1.1课题背景
⾃动扶梯是由⼀台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输
送机所组合⽽成的, ⽤以在建筑物的不同层⾼间运载⼈员上下的⼀种连续输送
机械。它的出现给⼈类的⽇常⽣活带来极⼤的便利。⾃动扶梯作为运送旅客的
交通⼯具, 不仅成功地缩⼩了⽬标间的距离, ⽽且使超短途( 如楼层、⽉台间等) 的⼤流量⼈员运输成为可能。因此, 经济学家说:“⾃动扶梯的出现使⼈们有了
逛⼤型商场的欲望。”交通学家说“是⾃动扶梯和⾃动⼈⾏道的应⽤使我们可
以把车站、机场建的尽可能⼤。”⾃动扶梯的应⽤已经改变了我们的⽣活, 并
已经成为现代物质⽂明的⼀个重要标志。
1.1.1⾃动扶梯的发展历程
我们今天所认识的⾃动扶梯, 其发明历程经历过曲折。杰西·瑞
诺和查尔斯·希伯格是这个⾏业最早时的两个伟⼈。1859 年, 美国
⼈内森·爱⽶斯发明⼀种“旋转式梯级扶梯”并获专利。但是,
“旋转式梯级扶梯”是让乘客沿正三⾓形的⼀边进⼊, 到达顶点后
飞降下来, 类似于杂技的惊险动作。因此, 该扶梯未能付诸实践。
但是, 他的构思具有开拓性。1891 年, 在美国科尼岛码头装了⼀部
⾃动扶梯, 轰动⼀时。它当时被称为“倾斜升降机”, 是由纽约企
业家杰西·瑞诺设计制造的。他早在1882 年就申请并发明了此项专利。这种⾃动扶梯采⽤输送带原理, ⼀条分节的坡道以20度⾄30度
坡度移动。扶梯的起⽌点都有齿长40厘⽶的梳状铲，与脚踏板上的凹
齿啮合。乘客站在倾斜移动的节⽚上, 不必举⾜, 便能上、下扶
梯。1895 年, 杰西·瑞诺在纽约市的考尼岛第⼀次展⽰了“⾃动扶梯”(它更像⼀部为⼈设计的传送带) 。美国的乔奇·惠勒与瑞诺同
年获得了另⼀种形式⾃动扶梯的专利, 但他的专利很长时间⽆⼈问津。1898 年, 查尔斯·希伯格买下了乔奇·惠勒与杰西·瑞诺的⾃
动扶梯专利, 并加以改造。1899 年查尔斯·希伯格与奥的斯公司携
⼿制造出第⼀台阶梯式⾃动扶梯。7⽉9⽇, 第1台奥的斯- 西伯格梯
阶式(梯级是⽔平的, 踏板⽤硬⽊制成, 有活动扶⼿和梳齿板)扶梯
试制成功, 这是世界第⼀台真正的⾃动扶梯。1900年, 查尔斯·希
伯格将拉丁⽂中的“Scala”(梯级) ⼀词与当时在美国已经⽤的相
当普遍的“Elevator”⼀词组合成为Escalator, 并注册为产品商标,
- 1 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
司。直到1950年，奥的斯公司拥有该商标。1950 年根据商标保护法的规定,“escalator”失去了它名称的专有权, 成为⾃动扶梯的通称。1920年，奥的斯公司把杰西·瑞诺的倾斜板条式扶梯和西伯格的梯阶式扶梯两者的长处融为⼀体, 重新进⾏设计, 使扶梯性能⼤为改观。1922年, 奥的斯公司制造了世界上第⼀台现代化⾃动扶梯, ⽔平楔槽式梯级与梳齿板相结合, 此后被其它⾃动扶梯制造商所沿⽤。1985年, 三菱电机公司研制出曲线运⾏的螺旋型⾃动扶梯, 并成功投⼊⽣产。螺旋型⾃动扶梯可以节省建筑空间, 具有装饰艺术效果。1991年, 三菱电机公司开发了带有中间⽔平段的⼤提升⾼度⾃动扶梯。这种多坡度型⾃动扶梯, 在⼤提升⾼度时可降低乘客对⾼度的恐惧感, 并能与⼤楼楼梯结构协调配置。1993 年，据《⽇⽴评论》报道,⽇本⽇⽴制作所开发了可以乘运⼤型轮椅的⾃动扶梯, ⼏个相邻梯级可以联动形成⽀持轮椅的平台。20世纪90 年代末, 富⼠达公司开发了变速式⾃动⼈⾏道，即⾃动⼈⾏道以分段速度运⾏, 乘客从低速段进⼊, 然后进⼊⾼速平稳运⾏段, 再后进⼊低速段离开。这样提⾼了乘客上下⾃动⼈⾏道时的安全性, 缩短了长⾏程时的乘梯时间。2000年4⽉, 美国ElevatorWorld报道, 位于德国汉堡的蒂森⾃动扶梯⼯⼚，制造出全彩⾊⾃动扶梯梯级，它由玻璃纤维材料制成，有蓝⾊、绿⾊、红⾊、灰⾊和⿊⾊等。彩⾊梯级为建筑师提供了丰富的设计想象空间。2002年4⽉17⽇⾄20⽇，三菱电机公司在第5届中国国际电梯展览会上展出了倾斜段⾼速运⾏的⾃动扶梯模型。可铰接伸缩的驱动齿条结构在运⾏时可使梯级的间隔发⽣变化, 从⽽使速度也产⽣变化。其倾斜段的速度是出⼊⼝⽔平段速度的1.5倍, 这样既缩短了乘客的乘梯时间, 也提⾼了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。2003 年2 ⽉, 奥的斯公司发布新型的NextStep⾃动扶梯, 它采⽤Guarded 踏板设计, 梯级踏板和围裙板成为协调运⾏的单⼀模块; 它还采⽤了其它⼀些提⾼⾃动扶梯安全性的新技术, ⾃动扶梯技术⼜⼀次更新。
1.1.2⾃动扶梯的研究概况
⾃动扶梯经过100多年的研究发展，已经成为⼀种⽐较成熟的产品。但是⽬前世界上的⼤型电梯公司, 如：奥的斯、⽇⽴、迅达、三菱等依然投⼊⼤量的⼈⼒、物⼒对⾃动扶梯和⾃动⼈⾏道进⾏研究
- 2 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
(⼀) 节能
1、⾃动调节电压法
该⽅法的原理是根据电动机的负载⼤⼩, 利⽤新型节能器⾃动及时地调节电动机的⼯作电压, 使之能耗最⼩。新型的节能器是按照电量的有效值检测电动机的功率因数, ⽽且是应⽤瞬时检测技术, 在电动机全部运⾏时间内对其各相的电压和电流的⼤⼩和相位进⾏检测, 据此来调节电动机的端电压, 使电动机在不同负载情况下都运⾏到最佳状态, 功率因数和效率都得到提⾼, 能耗最⼩。节能的多少因负载的⼤⼩⽽不同, 约在20%~50%左右。 2、“⾃动重新启动”运⾏模式
该运⾏模式即⾃动扶梯在⽆乘客时⾃动停⽌运⾏, 当有乘客时⼜⾃动重新启动的⼀种运⾏模式。该运⾏模式已被标准所认可, 其节能相当可观, 不过这取决于停梯时间的长短。此外, 该运⾏模式也使⾃动扶梯的磨损⼤⼤减少, 从⽽延长了⾃动扶梯零部件的寿命。
3、Y-Δ切换法
该⽅法的基本原理是: 当扶梯启动时, 电动机按Y接法启动，不再通过时间原则切换成Δ接法运⾏, ⽽是乘客数量增加到设定的数量之后，电动机才切换成Δ接法运⾏。当乘客数量减少到设定的数量之后, 电动机⼜切换成Y接法运⾏，如此反复。经过测试, Y接法⽐Δ接法节能显著，节能可达20%，相当可观。
4、变频驱动
该⽅法的关键在于使⽤⾼性能的变频器, 如“交-直-交”PWM型变频器。由于变频器的采⽤, 可以在⽆⼈时很容易实现极低频率极低电压对电动机供电, 使⾃动扶梯以极低的速度运⾏。其节能效果可以与“⾃动重新启动”运⾏模式相媲美, 甚⾄超出。因为变频驱动可以使扶梯在轻载的⼯况下实现降压节能运⾏。
( ⼆) 环保
1、⽆润滑型⾃动扶梯
该⾃动扶梯的关键是梯级链采⽤了齿条与过渡型齿条的传动⽅式,⽽该过渡型齿条⼜与电动机采⽤了齿轮与齿条的传动⽅式。在整个扶梯的运⾏过程中⽆需润滑油的参与。该⾃动扶梯摈弃了传统扶
- 3 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
2、⽆重⾦属污染
⽬前很多公司⾃动扶梯照明系统多采⽤的是⽇光灯管，但是该⽅法存在着⽇光灯管破裂后⽔银污染环境的危害。因此，部分公司已经开始使⽤LED照明系统替代传统⽇光灯管的照明系统，降低了
扶梯对环境的危害。
( 三) 安全
强调安全性的⾃动扶梯以移动式裙板扶梯为代表。该⾃动扶梯的原理是将梯级踏板和围裙板组成为协调运⾏的单⼀模块，梯级踏板和围裙板成为协调运⾏的单⼀模块。该⾃动扶梯的梯级与裙板之间⽆任何间隙，从⽽避免发⽣该区域⼿指轧⼊的危险。⽽这⼀区域正是传统⾃动扶梯的主要危险所在。
1.1.3⾃动扶梯的发展前景
⽬前各⼤电梯公司对⾃动扶梯和⾃动⼈⾏道研究主要集中于安全、节能和环保等⽅⾯。但是今后⾃动扶梯和⾃动⼈⾏道的发展⽅向除了以上三个⽅⾯之外，还将朝⾼速⽅向发展。⽬前有些公司也陆续推出了相关产品。如:CNIM公司推出了加速⾃动⼈⾏道，最⼤速度可达11公⾥/⼩时。蒂森公司的加速⾃动⼈⾏道, 最快速度可达2⽶/秒。该公司的第⼀台加速⾃动⼈⾏道安装在多伦多机场。NKK 公司的加速⾃动⼈⾏道的最⾼速度达1.2⽶/秒。总之,⾃动扶梯作为现代⽂明的⼀个重要标志之⼀，其发展⽔平也体现了当代社会科学进步⽔平。
第⼆章PLC原理
2.1可编程控制器
国内外现有的⾃动扶梯，它们的系统控制形式⼤都采⽤可编程控制器控制。⽬前电梯和⾃动扶梯正向⾼技术含量、⾼可靠性、⾼品质、更安全、更舒适的⽅向发展。客户对⾃动扶梯控制⽅式的要求也越来越⾼。以继电器为控制系统的⾃动扶梯已逐渐受到⾼技术要求的冲击。总之, 技术含量⾼, 物超所值的产品将越来越被中国的消费者所青睐。
可编程控制器与继电器、单⽚微机相⽐有着⽐较独特的优点[13]：
第⼀，具备灵活、通⽤特点
在继电器控制系统中，使⽤的控制器件是⼤量的继电器，整个系统是根据
- 4 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
时费⼒。如果因为⼯艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，⽽重新进⾏布线、焊接、固定等⼯作，耗费了⼤量的⼈⼒、物⼒和时间。⽽可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动少量的接线即可。⽽且，同⼀台可编程控制器还可以⽤于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很⼤的灵活性、通⽤性。另外PLC产品还具有多样化、系列化的特点，其结构形式多种多样，同⼀系列⼜有低档、⾼档之分，因此可以适应于各种不同规模、不同要求的⼯业控制。PLC 还有多种功能模块，可以根据需要灵活组合成各种不同功能的控制装置，实现各种特殊的控制要求。
第⼆，可靠性⾼、抗⼲扰能⼒强
对于⾃动扶梯⽽⼀⾔，可靠性是⼀个⾮常重要的指标，如何能在各种恶劣的⼯作环境和条件(如电磁⼲扰、低温潮湿、灰尘超⾼温等)下，平稳可靠的⼯作，将故障率降⾄最低，是研制每⼀种控制器件必须考
虑的问题。PLC的研制者在这⼀⽅⾯采取了许多有利的措施，使PLC具有很⾼的可靠性和抗⼲扰能⼒，因此被称为“专为适应恶劣的⼯业环境⽽设计的计算机”。
第三，编程简单、使⽤⽅便
⽤单⽚计算机实现控制，使⽤的是汇编语⾔，难于掌握，要求使⽤者具有⼀定⽔平的计算机硬件和软件知识。⽽PLC采⽤⾯向控制过程、⾯向问题的“⾃然语⾔”编程，容易掌握。例如⽬前⼤多数PLC采⽤的梯形图语⾔编程⽅式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，⼜考虑到⼤多数电器技术⼈员的读图习惯及应⽤微机的⽔平，很容易被电器技术⼈员所接受。PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活⽅便。它与⽬前微机控制常⽤的汇编语⾔相⽐，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执⾏时间，但对⼤多数的⾃动扶梯控制设备来说，PLC的控制速度是⾜够的。
⽤单⽚计算机控制，只有在输⼊输出接⼝上做⼤量⼯作，才能与控制现场连接起来，调试也⽐较⿇烦。⽽PLC的输⼊输出接⼝已经做好，可直接与控制现场的⽤户设备直接连接。输⼊接⼝可以与各种开关和传感器连接，输出接⼝具有较强的驱动能⼒，可以直接与继电器、接触器和电磁阀等连接，使⽤很⽅便。
第四，接线简单
PLC的接线只需将输⼊设备(如按钮、开关等)与PLC输⼊端⼦连接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与PLC输出端⼦连接。接线⼯具仅为螺丝⼑，接线⼯作极其简单、⼯作量极少。
第五，功能强
现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，⽽且还能完成A/D，D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联⽹和⽣产过程监控等。因此，它既可对开关量进⾏控制，⼜可对模拟量进⾏控制；既可现场控制，⼜可
- 5 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
第六，体积⼩、重量轻和易于实现机电⼀体化
由于PLC采⽤了半导体集成电路。因此具有体积⼩、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为⼯业控制⽽设计的专⽤计算机，其结构紧凑、坚固耐⽤、体积⼩巧，并由于具备很强的可靠性和抗⼲扰能⼒，使之易于装⼊机械设备内部，因⽽成为实现机电⼀体化⼗分理想的控制设备。
同样，可编程控制器控制也有其不⾜的地⽅，在性价⽐上要⾼于继电器控制和单⽚微机控制；其开发潜
⼒要差于单⽚微机，不如其功能灵活多样；通⽤性不好，不同⼚家的可编程控制器以及其附属单元都是固定专⽤等等。
2.2PLC的简介
⾃从1969年美国DEC公司研制出世界上第⼀台可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller ：PLC)以来，经过三⼗多年的发展与实践，其功能和性能已经有了很⼤的提⾼，从当初⽤于逻辑控制和顺序控制领域扩展到运动控制领域。可编程逻辑控制器(PLC)也该成为可编程控制器(Programmable Controller ：PC)由于个⼈计算机夜间成PC，为了避免混淆，可编程控制器仍被称为PLC。
早在20世纪20年代，⼈们⽤导线把各种继电器、定时器、接触器及其出点按⼀定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种⽣产机械，这就是我们所熟悉的继电器接触控制。但由于它结构简单、设备体积⼤、动作速度慢、功能少，不利于产品的更新。近年来，随着⼤规模集成电路的发展，使得以微处理器为核⼼组成的可编程控制器得到了迅速发展，并⼴泛应⽤于各种领域中，以满⾜⼯业化⼤⽣产中的⾼效的，⼤量的⾃动化要求。如电动机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压⼒、流量的设定与控制等。
可编程控制器(Programmable Controller)⼜简称为PC或PLC，⽇本电器控制学会曾对可编程控制器作了⼀个定义：“可编程控制器是将逻辑运算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等控制程序，⽤⼀串指令
形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输⼊输出部件，对⽣产设备与⽣产过程进⾏控制的装置。1987年，美国国际电⼯委员会(IEC)对可编程控制器定义如下：可编程控制器时⼀种数字运算操作的电⼦系统，专门为在⼯业环境应⽤⽽设计，它采⽤可编程序的存储器，⽤来在其内部存储执⾏逻辑运算、顺序定时、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输⼊输出控制各种机械或⽣产过程。
可见PLC是基于计算机技术和⾃动控制理论⽽发展起来的，它既不同于普通的计算机，⼜不同于⼀般的计算机控制系统，作为⼀种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构、硬件组成、软件结构以及I/O通道、⽤户界⾯等诸多⽅⾯都有其特殊性。
可编程控制器的⼀般组成：
PLC是以微处理器为核⼼的⼯业⽤计算机系统，其硬件组成与计算机有类
- 6 -
哈尔滨理⼯⼤学学⼠学位论⽂
处理器(CPU)、存储器、输⼊单元、输出单元、电源、通信端⼝、I/O扩展端⼝等组装在⼀个箱体内构成主机。另外还有独⽴的I/O扩展单元与主机配合使⽤。整体式PLC结构紧凑、体积⼩、⼩型机常采⽤这种
结构。组合式PLC将CPU单元、输⼊单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU的单元称为CPU模块，其他单元称为扩展模块。⼤中型机常采⽤组合式结构。
PLC在运⾏过程中⼀般由CPU、存储器和输⼊/输出系统三个部分即可完成预定的各种控制任务，因此可将这三部分称为PLC 的基本组成部分。其它可选部件包括编程器、外存储器、模拟I/O盘、通讯接⼝、扩展接⼝以及测试设备等。主要⽤于系统的编程组态、程序存储、通讯联⽹、系统扩展和系统测试、维护等，是PLC的辅助组成部分，在PLC正常运⾏期间，这些部件并不起作⽤，它们主要⽤于系统的开发、安装、调试和维护。
PLC的系统程序和⽤户程序都存放在存储器中现场输⼊信号经过I/O系统传送⾄CPU，CPU按照⽤户程序存储器⾥安放的指令，执⾏逻辑或算术运算，并发出相应的控制指令，该指令通过I/O系统传送⾄现场，驱动相应的执⾏机构动作，从⽽完成相应的控制任务。
CPU是PLC的核⼼，其作⽤类似于⼈的⼤脑。是由控制电路、运算器、存储器和总线等组成，⼀般都集成在⼀块芯⽚上。它能够识别⽤户按照特定的格式输⼊的各种指令，并按照指令的规定，根据当前的现场I/O信号的状态发出相应的控制指令，完成预定的控制任务并将结果送到PLC的输出终端。另外它还能够识别⽤户所输⼊的指令序列的格式和语法错误，还具有系统电
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议