基于A(yíng)VR的自動(dòng)扶梯
加入技術(shù)交流群
第一部分 總體概述
1.1 研究背景
自動(dòng)扶梯廣泛應用于大型商場(chǎng)、超市、機場(chǎng)、地鐵、賓館等場(chǎng)合，大多數扶梯在客流量大的時(shí)候，工作于額定的運行狀態(tài)，在沒(méi)有乘客時(shí)仍以額定速度運行，具有耗能大、機械磨損嚴重、使用壽命低、運行不夠安全等缺點(diǎn)，為此我們設計了利用ATmega128開(kāi)發(fā)板和EVK1100與變頻控制相結合的節能及安全監控系統以改善扶梯以往的缺點(diǎn)，我們期望通過(guò)本項目的設計與實(shí)施，來(lái)掌握利用ATMEL UC3A0512和ATmega128芯片完成項目，使ATMEL芯片在中國應用得更加廣泛。
1.2 自動(dòng)扶梯使用現狀分析
隨著(zhù)自動(dòng)扶梯的擁有量不斷的上升和前段時(shí)間各地頻發(fā)的自動(dòng)扶梯運行事故，扶梯節能降耗和安全運行的研究已引起社會(huì )各界的關(guān)注，研究扶梯的節能降耗方法和加強扶梯的安全性能已經(jīng)是大勢所趨。
1.3 節能原理及運行監控分析
節能原理：大多數自動(dòng)扶梯驅動(dòng)系統的核心是一個(gè)交流(AC)感應電機。盡管交流感應電機是可靠的動(dòng)力源，許多終端用戶(hù)卻不知交流電機在載荷較輕時(shí)，其效率很低。 由于大多數交流電機固有的設計，交流電機20% ～40%做的是無(wú)用功，這部分能量常常以熱量的形式白白被浪費掉，在談節能方式之前，首先對自動(dòng)扶梯的電機能耗進(jìn)行分析。
圖1-1 電機的功率流向圖
從圖1-1中可以看出，電動(dòng)機在正常運行狀態(tài)下的功率損耗主要有3個(gè)部分:即定子銅耗定子鐵耗和轉子銅耗。由于轉子中的電流頻率很低， 因此轉子的鐵耗較小，可以忽略不計，另外，機械損耗和附加損耗也是較小的將可其忽略。而定子銅耗和轉子銅耗分別與定子和轉子中的電流的平方成正比，因此，減小電流將顯著(zhù)降低這兩種損耗。至于定子中的鐵耗，包括磁滯損耗和渦流損耗， 兩者都近似地與電源頻率成正比， 與鐵芯中的磁感應強度的平方成正比由此可見(jiàn)，減小頻率和降低鐵芯磁通密度將會(huì )顯著(zhù)降低定子鐵耗。
根據電機學(xué)原理可知：
輸入功率=定子銅耗+鐵耗+轉子銅耗+機械損耗+附加損耗+輸出功率= (定子銅耗+轉子銅耗) + (鐵耗+機械損耗+附加損耗) +輸出功率=可變損耗+損耗+輸出=損耗+輸出功率從以上分析可知，要想使自動(dòng)扶梯電機節能，就必須從減少電機損耗和減少輸出功率兩方面進(jìn)行。
1)減少損耗：減少損耗也就是提高電機的工作效率。通常電機的工作效率在75% ～80%額定負載時(shí)效率最高。 在輕載時(shí)可調整輸入電壓來(lái)減少損耗，當可變損耗等于不變損耗時(shí)，異步電機的效率達到最大值。
2)減少輸出功率：電機的輸出功率與轉速成正比，采用變頻調速可線(xiàn)性減少自動(dòng)扶梯的輸出功率，而達到節能的目的。微機變頻調速是通過(guò)調節電源的頻率來(lái)改變異步電機的轉速，在自動(dòng)扶梯無(wú)人空載時(shí)可降低扶梯的轉速(如20%或50%額定轉速) ，進(jìn)行節能，在扶梯檢測到需要載人時(shí)再事前恢復到正常速度， 變頻器在輕載時(shí)，可自行調整輸入電壓來(lái)降低損耗。
根據異步電機的等效電路可以計算電機的各種運行性能，也可以通過(guò)空載試驗和短路試驗做出異步電機的“圓圖”，進(jìn)而得到電機輸出轉矩M2、效率η、轉差率s、定子電流I1、功率因數cosθ等參數與電機輸出功率P2 的關(guān)系曲線(xiàn)，典型異步電機的運行性能，如圖所示。
圖1-2 運行特性曲線(xiàn)
由圖1-2可見(jiàn)，異步電機在輕載或空載時(shí)的效率是很低的，理由是電機的激磁電流即電機的空載電流較大，電機的定子銅耗，特別是定子鐵耗在輕載時(shí)并不比額定載荷時(shí)降低多少，因為空載電流較大，導致電機在輕載時(shí)功率因數很低。異步電機的這一運行特性，正是能在自動(dòng)扶梯上實(shí)現降壓節能的基礎。
運行監控原理：自動(dòng)扶梯發(fā)生事故的主要原因有：扶梯逆轉、扶梯電機過(guò)熱引起火災、扶梯上人數過(guò)多引發(fā)扶梯事故。本項目通過(guò)局域網(wǎng)通信將自動(dòng)扶梯的運行情況通過(guò)局域網(wǎng)傳輸到監控中心，監控中心人員在扶梯不正常運行時(shí)在監控中心可通過(guò)局域網(wǎng)控制自動(dòng)扶梯的運行，從而在第一時(shí)間解決危險。
1.4 系統控制分析
1.4.1 系統節能運行方案
當有乘客進(jìn)入扶梯入口處時(shí)，光電感應裝置檢測到有效信號，此信號被送入ATmega128，經(jīng)過(guò)處理輸出一個(gè)控制信號，經(jīng)過(guò)繼電器模塊使變頻器按照設定的加速度進(jìn)行無(wú)極變速，達到一個(gè)穩定的速度開(kāi)始正常運行。同時(shí)定時(shí)器T1清零并開(kāi)始計時(shí)，當T1在小于系統設置的T2時(shí)間段內，光電感應裝置檢測到一個(gè)新的乘客進(jìn)入，則T1又清零并重新開(kāi)始計時(shí)，如果T1一直運行到大于T2的時(shí)間段后，表明在設置的T2時(shí)間內沒(méi)有新的乘客進(jìn)入，此時(shí)扶梯通過(guò)變頻器切換到低頻運行，開(kāi)始進(jìn)入低速節能運行狀態(tài)。此后若T1在小于系統設置的T3時(shí)間段內，光電感應裝置檢測到新的乘客進(jìn)入，則T1再度清零并計時(shí)，同時(shí)變頻器從低速節能運行狀態(tài)開(kāi)始緩慢加速到額定速度運行，若T1的值大于T3，則表明扶梯在節能運行狀態(tài)下經(jīng)過(guò)等待后還無(wú)乘客進(jìn)入，此時(shí)扶梯就從低速節能運行狀態(tài)變?yōu)橥Ｖ?，從而達到最大節能。
安全方面：系統通過(guò)攝像頭和溫度傳感器、人數計數傳感器監檢測，將扶梯現場(chǎng)運行情況和具體數據傳輸的監控中心的PC機，監控人員在監控室可以通過(guò)局域網(wǎng)觀(guān)察扶梯運行數據，當扶梯運行數據超出了設定值時(shí)現場(chǎng)會(huì )發(fā)出警報，并在顯示屏上顯示故障。中心人員可通過(guò)局域網(wǎng)在網(wǎng)頁(yè)上觀(guān)察扶梯運行情況，從而在第一時(shí)間通過(guò)在局域網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)上的操作對扶梯進(jìn)行控制。另外扶梯上安裝了急停按鈕，當發(fā)生是事故時(shí)扶梯乘客可按下急停按鈕，使扶梯停止運行。
圖1-3 系統時(shí)序圖
1.4.2 自動(dòng)運行的要求
當運行方向設定后，打開(kāi)電源，扶梯處于停止狀態(tài)。
當安裝在扶梯入口的光電檢測裝置檢測到有乘客正向進(jìn)入扶梯入口時(shí)，扶梯開(kāi)始緩慢加速至額定速度運行，進(jìn)入高速運行狀態(tài)。
在預先設定的高速運行等待時(shí)間內，沒(méi)人乘梯時(shí)，扶梯開(kāi)始減速為低速運行，進(jìn)入低速運行等待狀態(tài)。
扶梯在預先設定的低速運行等待時(shí)間內時(shí)，若又有人進(jìn)入扶梯，此時(shí)扶梯緩慢加速至額定速度運行狀態(tài)；若沒(méi)人乘梯，則扶梯自動(dòng)停止運行，進(jìn)入停止待機狀態(tài)，如此循環(huán)往復運行。
在扶梯運行過(guò)程中，扶梯非正常減速或非正常加速時(shí)，系統會(huì )發(fā)出警報并停止運行。
當溫度傳感器檢測到扶梯電機溫度過(guò)高時(shí)，會(huì )發(fā)出語(yǔ)音警報“扶梯非正常運行，現暫停使用”。
當扶梯上檢測到的人數高于設定的人數時(shí)扶梯會(huì )液晶屏上會(huì )顯示“扶梯已達額定人數，請乘客稍后使用”。等乘客走出扶梯是出口處的光電傳感器會(huì )使顯示屏上的人數減一，提示自動(dòng)解除。
1.4.3 電氣控制要求
扶梯啟動(dòng)運行平穩 ，無(wú)抖動(dòng)。
無(wú)人乘梯時(shí)，扶梯自動(dòng)平穩過(guò)渡到節能狀態(tài)。
1.4.4 檢測裝置滿(mǎn)足的要求
安裝在扶梯入口處的乘客檢測裝置檢測是否有人乘梯。但是為了確保乘客的安全， 按照《自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的制造與安裝安全規范》的要求自啟動(dòng)的扶梯，應在該使用者走到梳齒相交線(xiàn)之前啟動(dòng)運行， 故乘客檢測裝置應滿(mǎn)足以下要求。
（1）光束， 應設置在梳齒相交線(xiàn)之前至少1.3m外。
（2）觸點(diǎn)踏墊， 其外緣應設置在梳齒相交線(xiàn)之前至少1.8m處， 沿運行方向的觸點(diǎn)踏墊長(cháng)度至少為0.85m處。
在實(shí)際設計時(shí)可選擇安裝在扶手進(jìn)出口處的光電漫發(fā)射裝置來(lái)實(shí)現改要求，本系統設計時(shí)選擇光電漫反射裝置， 能夠確保每一個(gè)從不同方向走過(guò)來(lái)的乘客都能被有效的探測到， 從而實(shí)現自啟動(dòng)的功能。
圖1-4 自動(dòng)扶梯運行模式流程圖
1.5 項目實(shí)現的功能
節能方面：通過(guò)增加變頻器來(lái)控制扶梯運行的速度，當梯上有乘客時(shí)，扶梯以高速運行（例如額定速度），提高客流量，當乘客檢測裝置在一段時(shí)間內沒(méi)有檢測到乘客通過(guò)時(shí)，扶梯開(kāi)始減速轉為低速運行（例如0.2m/s，參數可設置），此時(shí)一直處于待機運行中，即為非自啟動(dòng)節能。
（1）運行狀態(tài)描述
變頻控制，無(wú)人時(shí)低速，有人時(shí)高速。高速運行時(shí)間記為T(mén)1，可通過(guò)ATmaga128開(kāi)發(fā)板程序進(jìn)行設置，具體時(shí)間根據梯的提升高度和速度而定。
（2）運行步驟
當扶梯上電停止等待，有方向（比如上行）開(kāi)始運行時(shí)，此時(shí)扶梯以低速開(kāi)始節能運行進(jìn)入待機等待。下方光電傳感器檢測是否有人通過(guò)，當有人通過(guò)時(shí)，控制器內部的定時(shí)器（記為T(mén)）清零，此時(shí)扶梯開(kāi)始緩慢加速至額定速度運行。額定運行時(shí)定時(shí)器（記為T(mén)）開(kāi)始計時(shí).當有一段時(shí)間沒(méi)人乘梯即T≥T1時(shí)，扶梯又開(kāi)始減速進(jìn)入低速運行待機等待狀態(tài)，如此循環(huán)往復運行。
安全監控方面：局域網(wǎng)安全監控主要使用了EVK1100開(kāi)發(fā)板，用于局域網(wǎng)通信，通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)可與上位機完成數據交換。通過(guò)攝像頭監控中心的人員可以看到扶梯的運行情況，當發(fā)現扶梯有危險時(shí)監控中心的人員可以通過(guò)局域網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)上的STOP按鈕讓扶梯停止運行。當故障確定解除后工作人員可以通過(guò)RUN按鈕讓扶梯重新工作。
另外，當扶梯的電機超負荷運行導致溫度高于100℃時(shí)，溫度傳感器會(huì )發(fā)出警報（模擬時(shí)設定40℃）。當扶梯運行速度過(guò)快和過(guò)慢時(shí)，單片機通過(guò)讀取速度傳感器反饋的速度判斷險情從而報警。當扶梯上人數達到系統設定的最高人數時(shí)會(huì )提醒乘客稍后再使用，當出口處的光電傳感器檢測到有人出扶梯時(shí)，人數會(huì )自動(dòng)減一，提示會(huì )自動(dòng)解除。
1.6 系統總體分析
1.6.1 系統框圖
自動(dòng)扶梯變頻控制系統是在原工頻控制系統的基礎上，加裝光電探測傳感器、變頻器、攝像頭、溫度傳感器、ATMEGA128開(kāi)發(fā)板、ATmega128以及其他必要的輔助元件，進(jìn)行變頻運行及安全監控。
ATmega128開(kāi)發(fā)板是控制系統的核心，它的作用是對各種輸入信號如乘客光電檢測，控制扶梯節能運行，并對扶梯運行情況進(jìn)行檢測與顯示。EVK1100進(jìn)行安全監測并對信號進(jìn)行處理，控制危險情況下時(shí)扶梯的停止并發(fā)出警報等。變頻器的作用是根據ATmega128的輸入控制信號改變扶梯驅動(dòng)電機的電源頻率，使扶梯能夠以一定的加速度進(jìn)行軟啟動(dòng)或進(jìn)入低速節能狀態(tài)運行。故障顯示裝置的作用是對各種故障現象進(jìn)行顯示。
圖1-6 系統框圖
該控制系統主要由紅外探測傳感器、變頻器、ATmega128開(kāi)發(fā)板、EVK1100開(kāi)發(fā)板和其他必要輔助元件等組成。安裝在入梯口的光電探測傳感器，隨時(shí)監測自動(dòng)扶梯的載客情況；ATmega128開(kāi)發(fā)板是控制系統的核心，它接收光電探測傳感器、溫度傳感器、速度傳感器等裝置送來(lái)的各種輸入信號，并對接收的輸入信號進(jìn)行處理，實(shí)現運行、停止、故障判斷及記錄、狀態(tài)顯示等功能；變頻器主要是根據ATmega128開(kāi)發(fā)板的輸出控制信號改變電源頻率，自動(dòng)調節扶梯的運行速度，保證啟動(dòng)運行平穩。
1.6.2 系統主電路分析
由于自動(dòng)扶梯使用場(chǎng)合的特殊性，相當一部分扶梯的空載時(shí)間往往大于載客時(shí)間，為了提高整個(gè)系統的安全可靠性，降低成本，本設計采用旁路變頻控制。即在原來(lái)工頻空載系統的基礎上（即保留主電機原工頻空載系統）加裝光電感應開(kāi)關(guān)、變頻器和ATmega128芯片等裝置。其主電路圖如圖1-7所示。
圖1-7 旁路變頻控制系統主電路
變頻器的R、S、T端子與市網(wǎng)的三相電源通過(guò)保護開(kāi)關(guān)相連，U、V、W與扶梯的電機電源端通過(guò)交流接觸器KM1相連接，扶梯的上行和下行方向通過(guò)切換KM3與KM4主觸點(diǎn)分別導通來(lái)控制。為了嚴格防止扶梯由于程序故障導致逆行，KM3（上行）和KM4（下行）導通與否不通過(guò)程序控制，而是由工作人員手動(dòng)控制，同時(shí)為了防止工作人員誤操作，可設置二次確認的方式以保證絕對安全，即必須依次按下兩個(gè)按鈕才可確保扶梯改變運行方向。檢修模式下，扶梯由變頻器供電，以設定的低速運行。FR為市網(wǎng)供電工作時(shí)扶梯電機過(guò)載保護裝置熱繼電器，M為扶梯三相驅動(dòng)電機。
旁路變頻控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現了無(wú)人乘梯時(shí)低速運行或停止，達到節能、降低噪聲、減少機械磨損的目的。由于采用了變頻控制，使系統的啟動(dòng)平穩，降低了對電網(wǎng)和機械設備的沖擊。
第二部分 硬件部分
2.1 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板
ATMEGA128開(kāi)發(fā)板采用了典型的計算機結構，主要是CPU，RAM，ROM和專(zhuān)門(mén)設計的輸入輸出接口電路等組成。ATMEGA128開(kāi)發(fā)板則采用循環(huán)掃描工作方式，用戶(hù)程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開(kāi)始執行程序，直到遇到結束符后又返回第一條。如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶(hù)程序進(jìn)行運算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應的控制信號。
2.1.1 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板控制系統流程
ATMEGA128開(kāi)發(fā)板的運行、停止、檢修、狀態(tài)顯示、故障判斷及報警等功能是通過(guò)采集光電探測傳感器等裝置送來(lái)的各種輸入信號經(jīng)過(guò)ATMEGA128開(kāi)發(fā)板內部邏輯處理，通過(guò)輸出指令控制變頻器、接觸器等裝置來(lái)實(shí)現?？刂屏鞒虉D如圖2-1所示。
圖2-1 ATmega128單片機系統控制流程圖
在程序設計時(shí)，本系統采用模塊化的編程思想，將各個(gè)功能模塊單獨編制子程序進(jìn)行調用。在控制程序中，需要ATmega128單片機處理的最主要的邏輯信號是安全回路檢測信號，該信號用了判斷扶梯安全回路是否存在故障已及故障存在的位置，因而是自動(dòng)扶梯安全運行的重要保證。需要ATmega128單片機進(jìn)行處理的還有扶梯運行模式、狀態(tài)、檢修等信號。所有這些控制信號的給出，都是ATmega128單片機根據各個(gè)輸入信號通過(guò)復雜的控制程序來(lái)實(shí)現，這些程序之間必須協(xié)調一致、判斷合理才能完成自動(dòng)扶梯的整體控制。
ATmega128單片機的程序為循環(huán)掃描工作方式、首先ATmega128單片機初始化檢查，內部寄存器復位與置位，接著(zhù)檢測扶梯的運行狀態(tài)和運行模式，然后再將扶梯的各項安全信號狀態(tài)放入狀態(tài)寄存器，通過(guò)狀態(tài)字確認扶梯是否處于正常，如正常則輸出信號驅動(dòng)變頻器等設備工作，使扶梯進(jìn)行相應的運行。
ATMEGA128擴展電路
圖2-2 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板輸入輸出接線(xiàn)圖
2.2 EVK1100開(kāi)發(fā)板
為了使扶梯運行更安全，我們將控制扶梯運行部分與監控扶梯安全的部分分開(kāi)?？刂品鎏菔褂肁TMEL的ATmega128芯片，監控扶梯安全使用的是ATEML的EVK1100開(kāi)發(fā)板。這樣當控制運行的部分突然出現故障時(shí)，監控中心可以通過(guò)安全監控電路使扶梯停止運行。EVK1100開(kāi)發(fā)板使用的是UC3A0512芯片。UC3A 系列擁有512K 字節的閃存，并擁有一個(gè)內置10/100以太網(wǎng)媒體接入控制器 (MAC)、10/100-Mbps IEEE(R) 802.3 標準以太網(wǎng) MAC 可實(shí)現設計能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議堆棧進(jìn)行通訊的聯(lián)網(wǎng)的植入式系統。
圖2-3 EVK1100開(kāi)發(fā)板
2.3 變頻器（FR-A700）
變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現電機的變速運行的設備。變頻器主要由五部分組成:整流回路、逆變器、控制電路、制動(dòng)組件和保護回路.變頻調速控制方式一般大體可分為兩種，開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，后者需要電動(dòng)機軸轉速反饋。普通的電壓/頻率(V/F)控制屬于開(kāi)環(huán)方式，閉環(huán)控制方式包括轉差頻率控制、矢量控制等方式。
根據系統需要，本系統選用三菱公司生產(chǎn)的FR-740變頻器，該變頻器可方便設定啟動(dòng)額度頻率、運行頻率、加速時(shí)間、驅動(dòng)轉矩等參數，可滿(mǎn)足系統所需的各種功能要求。其實(shí)物如圖2-3。
圖2-3 FR-A700
2.3.1 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板與變頻器的連接圖
變頻器與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板的輸出端口連接如圖所示，當光電檢測裝置檢測到乘客信號時(shí)，Y0輸出，變頻器的RH端子有輸入信號，變頻器根據預先設置的頻率和加速時(shí)間控制扶梯電機緩慢加速啟動(dòng)，當在設置的時(shí)間段T2內檢測不到新的乘客時(shí)。Y1輸出，變頻器的RM端子有輸入信號，變頻器按照預先設置的較低的頻率輸出，控制扶梯以節能方式運作。通過(guò)給變頻器的RH，RM，RL的三個(gè)端子進(jìn)行不同輸入組合，可設置不同的運行頻率輸出。當在設置的時(shí)間T3段內檢測不到新的乘客時(shí)，Y2輸出，變頻器的停止信號控制端子MRS有輸入信號，變頻器停止輸出，扶梯停止運作。變頻器的SD端與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板的COM端相連接。連接如圖2-4所示。
圖2-4 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板與變頻器的連線(xiàn)
2.3.2 ATMEGA128開(kāi)發(fā)板與變頻器連接應注意的問(wèn)題
數據處理需要時(shí)間，存在一定的時(shí)間延遲，故在較精確的控制時(shí)應予以考慮。因為變頻器在運行中會(huì )產(chǎn)生較強的電磁干擾，為保證ATMEGA128開(kāi)發(fā)板不因為變頻器主電路斷路器及開(kāi)關(guān)器件等產(chǎn)生的噪聲而出現故障，將變頻器與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板相連接時(shí)應該注意以下幾點(diǎn)：
1）對ATMEGA128開(kāi)發(fā)板本身應按規定的接線(xiàn)標準和接地條件進(jìn)行接地，而且應注意避免和變頻器使用共同的接地線(xiàn)，且在接地時(shí)使二者盡可能分開(kāi)。
2）當電源條件不太好時(shí)，應在A(yíng)TMEGA128開(kāi)發(fā)板的電源模塊及輸入/輸出模塊的電源線(xiàn)上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的變壓器等，另外，若有必要，在變頻器的接線(xiàn)端也應采取相應的措施。
3）當把變頻器和ATMEGA128開(kāi)發(fā)板安裝于同一操作柜中時(shí)，應盡可能使與變頻器有關(guān)的電線(xiàn)和與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板有關(guān)的電線(xiàn)分開(kāi)。
4）通過(guò)使用屏蔽線(xiàn)和雙絞線(xiàn)達到提高噪聲干擾的水平。對于變頻器而言，主回路端子PE的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實(shí)際應用中一定要非常重視。
在變頻器等電力電子設備中，為了提高裝置的抗干擾和防雷擊能力，在電源輸入側均有電容或者壓敏電阻組成的電源濾波和壓敏電阻、放電管組成的防雷擊電路，有些變頻器可以直接選用外接模塊單元。
在我國，大多數工廠(chǎng)采用三相四線(xiàn)制，有些用戶(hù)因沒(méi)有地線(xiàn)，干脆不接，或者為了簡(jiǎn)單將PE接至零線(xiàn)。在這種情況下，由于防浪涌電路中的電容及壓敏電阻漏電流IC和IR較大，一般為幾十至幾百毫安，在接地情況不夠良好的情況下，R0較大，零線(xiàn)與地之間的電壓達到幾十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全規范，也對系統的可靠性產(chǎn)生重大影響，因此在條件允許的情況下應盡量采用專(zhuān)用接地線(xiàn)，避免與其他設備公用接地。變頻器接地導線(xiàn)的截面積一般應不小于2.5mm2，長(cháng)度控制在20m以?xún)?。建議變頻器的接地與其它動(dòng)力設備接地點(diǎn)分開(kāi)，不能共地。
2.4 旋轉編碼器(E6A2-CW5C)
旋轉編碼器是用來(lái)測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數主要有每轉脈沖數（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過(guò)兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。
工作原理：由一個(gè)中心有軸的光電碼盤(pán)，其上有環(huán)形通、暗的刻線(xiàn)，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦信號組合成A、B、C、D，每個(gè)正弦相差90度相位差（相對于一個(gè)周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A(yíng)、B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A(yíng)、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。
本系統采用E6A2-CW5C型的編碼器，其實(shí)物如圖2-5所示
圖2-5 E6A2-CW5C
編碼器有5條引線(xiàn)，其中3條是脈沖輸出線(xiàn)，1條是COM端線(xiàn)，1條是電源線(xiàn)。編碼器的電源可以是外接電源，也可直接使用ATMEGA128開(kāi)發(fā)板的DC24V電源。電源“-”端要與編碼器的COM端連接，“+ ”與編碼器的電源端連接。編碼器的COM端與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板輸入COM端連接，A、B相脈沖輸出線(xiàn)直接與ATMEGA128開(kāi)發(fā)板的輸入端連接(A相與X0相連，B相與X1相連)，連接時(shí)要注意ATMEGA128開(kāi)發(fā)板輸入的響應時(shí)間。有的旋轉編碼器還有一條屏蔽線(xiàn)，使用時(shí)要將屏蔽線(xiàn)接地。
2.5 語(yǔ)音芯片（ISD 1720）
在本系統中采用ISD 1720型號的語(yǔ)音芯片，來(lái)構成語(yǔ)音報警系統，人數過(guò)多時(shí)，發(fā)出警報，提醒乘客，達到語(yǔ)音報警的安全控制。
其實(shí)物如圖2-7所示
圖2-7 ISD 1720
1、功能概述
ISD1700系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率可在4K至12K間調節，供電范圍可以在2.4V至5.5V之間。ISD1700系列錄放芯片可工作于獨立按鍵模式和SPI控制模式。芯片內有存儲管理系統來(lái)管理多段語(yǔ)音，這樣在獨立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語(yǔ)音錄放。此芯片內有振蕩器，可通過(guò)外部電阻來(lái)調節其振蕩頻率；還有帶自動(dòng)增益控制（AGC）的話(huà)筒運放，模擬線(xiàn)路輸入，抗鋸齒濾波器，多級存儲陣列，平滑濾波器，音量控制，直接驅動(dòng)喇叭的PWM輸出與接外部功放的電流/電壓輸出。
2.6 光電開(kāi)關(guān)（GY50-W3-3E1）
光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線(xiàn)的物體均可被檢測。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線(xiàn)的強弱或有無(wú)對目標物體進(jìn)行探測。
關(guān)電開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：
（1）、檢測距離長(cháng)。
（2）、響應速度快。
（3）、分辨能力高。
（4）、容易取得規則的檢測區。
（5）、不受磁場(chǎng)和震動(dòng)的影響。
（6）、利用光的特性檢測。
對于本系統的檢測要求，及以上對關(guān)電開(kāi)關(guān)的功能分析，我們選用GY50-W3-3E1型號的光電開(kāi)關(guān)用來(lái)做光電檢測，來(lái)滿(mǎn)足扶梯系統的檢測要求。
其實(shí)物如圖2-8所示。
圖2-8 GY50-W3-3E1
2.7 鑰匙開(kāi)關(guān)
鑰匙開(kāi)關(guān)分為三位鑰匙開(kāi)關(guān)和兩位鑰匙開(kāi)關(guān)，適用于交流50HZ（或60HZ），電壓380V以下，及直流電壓220V以下的電磁啟動(dòng)器、接觸器、繼電器及其它電器線(xiàn)路中作遙遠控制和安全控制之用，其中帶燈式按鈕（LED）發(fā)光）還適用于需要燈光信號指示的場(chǎng)合。本系統選用3種狀態(tài)的鑰匙開(kāi)關(guān)，用于切換扶梯的上下行運行，可防止非工作人員接觸，造成不必要的故障及事故。
其實(shí)物如圖2-9所示
圖2-9 鑰匙開(kāi)關(guān)
第三部分 系統通信
3.1 計算機（PC）與EVK1100開(kāi)發(fā)板之間的通信
UC3A 系列擁有512K字節的閃存，并擁有一個(gè)內置10/100以太網(wǎng)媒體接入控制器(MAC)、10/100-Mbps IEEE(R) 802.3 標準以太網(wǎng) MAC 可實(shí)現設計能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議堆棧進(jìn)行通訊的聯(lián)網(wǎng)的植入式系統。本項目使用了EVK1100開(kāi)發(fā)板上的以太網(wǎng)模塊，一下是使用方法。
將網(wǎng)絡(luò )改成局域網(wǎng)。
將EVK1100與電腦連接。
進(jìn)入控制網(wǎng)頁(yè)。
操作網(wǎng)頁(yè)參數。
通過(guò)操作網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面可以對自動(dòng)扶梯進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，大大增強扶梯的安全性能。
第四部分 結束語(yǔ)
4.1 此設計系統最終實(shí)現的功能
節能方面：
1、分時(shí)運行：當光電傳感器檢測到有人時(shí)扶梯自動(dòng)調頻并加速，無(wú)人時(shí)則減速至停止。
安全方面：
1、局域網(wǎng)安全監控：通過(guò)攝像頭可觀(guān)測都整個(gè)扶梯的運行情況，扶梯不正常運行時(shí)監控中心可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)操作，發(fā)送指令給EVK1100，EVK1100發(fā)出信號是扶梯停止運行。
2、速度監控：編碼器檢測扶梯的運行速度，并在速度與設定的速度相比過(guò)快或過(guò)慢時(shí)發(fā)出提示。
3、語(yǔ)音報警：電機溫度過(guò)高時(shí)會(huì )向乘客發(fā)出提示。
4、液晶：顯示扶梯運行速度，溫度，扶梯上的人數，當前時(shí)間，故障報警信息 。
5、線(xiàn)圈保護：KM1常閉和KM2線(xiàn)圈串聯(lián)，KM2常閉和KM1線(xiàn)圈串聯(lián)，保證KM1線(xiàn)圈和K M2線(xiàn)圈不能同時(shí)的電。
6、鑰匙開(kāi)關(guān)：正，反，?？刂?，防止非工作人員接觸扶梯開(kāi)關(guān)。
7、急停按鈕：變頻器或檢測傳感器出現故障時(shí)，可通過(guò)此按鈕讓扶梯停止運行。
自動(dòng)扶梯控制設計方式多樣，各有千秋。通過(guò)以上介紹和分析，不難得出這樣的結論采用旁路變頻控制的自動(dòng)扶梯的設計，除了運行可靠、穩定性高和安全性能增強外，同時(shí)還大大的減少了能源的浪費，這自動(dòng)扶梯控制系統的基礎上都有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，實(shí)現自動(dòng)化控制的同時(shí)還節約了能源。本設計利用ATMEGA128開(kāi)發(fā)板和三菱FR-A740型變頻器控制，運行可靠，性能優(yōu)良，檢修方便。
在傳統的扶梯中，不管人流量多少或者有無(wú)乘客，扶梯都以額定的速度運行，造成很大的能量損耗，不間斷的運行也使得扶梯各部分的機械磨損嚴重，縮短了扶梯的使用壽命。對傳統扶梯的控制系統進(jìn)行節能改造后，具有調速性能好、節能效果顯著(zhù)、運行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，是當今社會(huì )節能降耗、提高效率的有效手段。同時(shí)由于變頻器在啟動(dòng)時(shí)電流是從零開(kāi)始緩慢增加的，所以采用變頻器技術(shù)后，還可以降低扶梯在啟動(dòng)時(shí)的沖擊電壓對電網(wǎng)的影響。
評論