毕 业 设 计（论文）
（说 明 书）
题 目：商场手扶电梯变频系统
毕业设计（论文）任务书姓名
专业电气自动化技术
任务下达日期年月日设计（论文）开始日期年月日设计（论文）完成日期年月日设计（论文）题目：商场手扶电梯变频系统设计
A2编制设计
B2设计专题（毕业论文）
指导教师
系（部）主任
年月日
毕业设计（论文）答辩委员会记录
自动化与信息工程系电气自动化专业，学生于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：商场手扶电梯变频系统设计
专题（论文）题目：商场手扶电梯变频系统设计
指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：，，，
，，，
第页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。
现在当今世界各大商场均安装有手扶电梯和升降电梯，手扶电梯的生产情况与使用数量要占据整个电梯市场的一半左右，为了提倡国家的节能环保，要求扶手电梯一定要节能省电安全平稳，故而采用变频器进行控制，节能省电的目的，使其有人时运行没人时停止的目的。扶手电梯的发展已成为衡量一个国家现代化程度的一个标志。有一些发达的工业国家，扶手电梯的使用相当普遍。
随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。
本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。
关键词：电梯；手扶；变频（PWM控制，PAM控制，变频调速）；PLC控制
目录
摘要 (1)
目录 (2)
第一章概述 (3)
1.1电梯的定义与分类 (3)
1.2选题背景 (4)
1.3国内外的发展现状 (6)
第二章设计思路 (8)
2.1手扶变频调速电梯应该具备的性能指标 (8)
2.2手扶电梯主要参数 (9)
2.3系统的总体结构 (9)
第三章硬件系统设计 (11)
3.1手扶电梯的硬件结构 (11)
3.2PLC的选型 (16)
3.2.1可编程控制器PLC的结构 (16)
3.2.2可编程控制器PLC的工作原理 (17)
3.2.3 PLC的主要生产厂家及产品 (19)
3.2.4方案的选择 (19)
3.3变频器的选型 (20)
3.3.1变频器的介绍 (20)
3.3.2 变频器的选型 (22)
3.4电机的选择 (25)
第四章软件设计 (27)
4.1变频器的部分参数设定流程如下 (27)
4.1.1变频器的初始设定 (29)
4.1.2参数的存取级别设置 (30)
4.1.3 变频器的驱动方式设置 (31)
4.1.4 试运行的操作 (32)
4.1.5空载运行时的参数设置 (33)
4.2可编程控制器的I/O分配与程序编制 (35)
第五章系统调试 (39)
5.1自动扶梯的调试 (39)
5.2手扶电梯使用管理应注意事项 (43)
结论 (46)
参考文献 (47)
第一章概述
电梯是电气自动化和集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，不仅应具有高度的安全性还应具有绝对的平稳性和节能效果。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护和稳定节能措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
1.1电梯的定义与分类
电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨间的固定式升降设备。
1、电梯的定义
广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。
狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passenger conveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。
2、电梯的分类
1）根据用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、商场电梯、特种电梯。
2）根据驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。
3）根据速度分类：
低速电梯（速度不大于1.75m/s）；
中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)
高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)；
超高速电梯(速度大于6m/s)；
（1）根据有无减速器分类：
有减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以下的电梯
无减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以上的电梯
（2）根据有无司机分类：
有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。
（3）根据控制方式分类：
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。
本论文主要介绍商场手扶电梯变频系统设计，如图：
图1-1 商场手扶电梯
1.2选题背景
电梯是电气自动化和集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，不仅应具有高度的安全性还应具有绝对的平稳性和节能效果。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护和稳定节能措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装
调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。
电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，手扶电梯也逐渐的在各大商场得到了广泛的应用，现在，电梯已从直流电动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动，到交流调压调速(ACVV，
Alternating Current V oltage)控制，发展到交流调压调频技术(VVVF，Variable V oltage Variable Frequency)控制，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，使得手扶电梯的运行得到了可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。
新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频(VVVF，Variable V oltage Variable Frequency)技术，由于VVVF电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。这一技术的发展使得各大商场，医院，企业，地铁，高层宾馆、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑场所的所有使用者得到了极大的认可和肯定，也使乘坐者更加放心和舒适的使用。
1.3国内外的发展现状
在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，商厦大楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。商场随着城市的发展也在不断的发展着，电梯作为这些建筑物内的主要运输工具已经成为我们日常生活的中的一个不可缺少的组成部分。因此这也使得手扶变频调速电梯在商场中得到了广泛的应用。
1、一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。我国的国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到13．5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17．8％。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!
仅此说明我国的电梯发展空间是非常广阔的，同时这也说明手扶式变频调速电梯的发展舞台也是随着城市的发展和扩张而不断的发展的。现在我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74％。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波
宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISO/TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。
2、中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
3、世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51％。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
本文在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，研究并提出了基于可编程控制器PLC和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用安川VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使PLC的内部的资源和功能得到了充分的利用。采用PLC可编程控制器对电梯信号系统进行控制，提高了电梯的控制水平标准，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。
第二章设计思路
本章确定了系统的总体结构，并针对系统的总体结构，对变频器的类型进行了述，并确定由PLC来实现电梯信号控制，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。
2.1手扶变频调速电梯应该具备的性能指标
随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。
目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”“节能”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。
1、智能化
我们所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有随机处理各种问题的能力，让乘客有更多的主动性。于此同时在电梯有人乘坐是，其电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除在工作和生活中产生烦躁，紧张，不安的情绪。使大楼商厦的交通运输实现真正的智能化，现代化，可靠化。达到方便检修和方便使用。智能化重点要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。
2、安全化
运行安全是电梯的根本和关键，也是现在和以后设计电梯的重点问题，可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，更要美观与环境的协调达到平衡，让乘客看上去心情舒畅，安全和可靠的运行的同时达到美观大方不失华丽。让每一位乘客在平稳安全、舒适的电梯上度过每个楼层的间距。而当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。
3、与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：
1）视觉协调：有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。
2）消除电磁辐射：如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备尤其是在一个商场中。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的办公自动化(OA)、楼宇自动化(BA)、电气自动化（EA）、通讯自动化(CA)这些设备的正常运转。
3）舒适感：通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。
2.2手扶电梯主要参数
1、额定速度(Y／)：梯级在空载情况下的运行速度(m／s)。一般为0．5m／s、0．65m ／s及0．75m／s。
2、倾角(α)：梯级运行时与水平面构成的最大角度，通常为30°或35°。
3、提升高度(H)：扶梯的上基点与下基点的垂直高度差(m)。
4、梯级宽度(B)：梯级名义宽度(mm)。
5、梯级水平段(L)：扶梯进口处水平运行的距离(mm)。
当ｖ=0．50m／s时，L≥800mm；
当v≤0．65m／s时，L≥1200mml
课题开发是基于PLC的电梯变频调速系统，采用变频器和PLC组成的变频调速电梯控制系统。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，逻辑部分由PLC来实现。
2.3系统的总体结构
课题的核心问题有两个：一是变频器的参数设置以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求；二是由PLC编程实现电梯运行时各种信号控制。
图2-3系统总体结构
该扶手电梯调速系统通过PLC控制器控制系统的运行方式，通过变频器控制其电机的转速，变频器是将频率固定的交流电变换成频率连续可调的交流电的装置。变压变频控制（即VVVF控制）的交流调速电梯是一种通过均匀和连续地改变定子供电频率来平滑地改变电机转速的调速方式。由于供电电压与频率同时作相应调节，维持了磁通的恒定，电机最大转矩保持不变因而满足了电梯的使用要求。由于这是一种改变电机同步转速方式，因而无论转速如何变化，转差功率的消耗基本不变，因此系统效率高，是一种很有前途的电梯调速方式。
在电梯的上行下行状态上输出不同的电压，从而控制电机的转矩，在无人或者人流量少时采用低转速，在有人或者人流量大时通过变频器控制电机采用高转速，从而达到节能省电的目的，在变频器运行时同时好受触发器的控制，通过红外线传感器的控制，从而识别有人乘坐或是无人乘坐。
控制方式采用变频调速集选控制的电气控制系统。集选控制电梯的电气控制系统是将有人和无人流动时发出的外指令信号，通过传感器和其他信号等加以综合分析后，使电梯自动选择运行方向及目的层站的扶手电梯控制系统。
第三章硬件系统设计
3.1手扶电梯的硬件结构
扶梯由桁架、驱动减速机、驱动装置、张紧装置、导轨系统、梯级、梯级链，或齿条、扶栏扶手带以及各种安全装置所组成。
1、桁架(图3-1)：
它是扶梯的基础构架，扶梯的所有零部件都装配在这一金属结构的桁架中。一般用角钢、型钢或方形与矩形管等焊制而成。．有整体焊接桁架与分体焊接桁架两种。
图3-1桁架
分体桁架一般由3部分组成，即上平台、中部桁架与下平台。其中，上、下平台相对而言是标准的，只是由于额定速度的不同而涉及梯级水平段不同，影响到上平台与下平台的直线段长度。中间桁架长度将根据提升高度而变化。
为保证扶梯处于良好工作状态，桁架必须具有足够刚度，其允许挠度一般为扶梯上、下支点间距离的1‰。必要时，扶梯桁架应设中间支承，它不仅起支撑作用，而且可随桁架的胀和缩自行调节。
2、驱动机(以链条式为例)：
驱动机主要由电动机、蜗轮蜗杆减速机、链轮、制动器(抱闸)等组成。就电动机的安装位置可分为立式与卧式，目前采用立式驱动机的扶梯居多。其优点为：结构紧凑，占地少，重量轻，便于维修；噪音低，振动小，尤其是整体式驱动机(图3-2)，其电动机转子轴与蜗杆共轴，因而平衡性很好，且可消除振动及降低噪音；承载能力大，小提升高度的扶梯可由一台驱动机驱动，中提升高度的扶梯可由两台驱动机驱动。