榜首部分 整体概述
1.1 研讨布景
主动扶梯广泛应用于大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合，大多数扶梯在客流量大的时分，作业于额外的运转状况，在没有乘客时仍以额外速度运转，具有耗能大、机械磨损严峻、运用寿命低、运转不行安全等缺陷，为此咱们规划了运用ATmega128开发板和EVK1100与变频操控相结合的节能及安全监控体系以改进扶梯以往的缺陷，咱们希望经过本项意图规划与施行，来把握运用ATMEL UC3A0512和ATmega128芯片完结项目，使ATMEL芯片在我国应用得愈加广泛。
1.2 主动扶梯运用现状剖析
跟着主动扶梯的拥有量不断的上升和前段时刻各地频发的主动扶梯运转事端，扶梯节能降耗和安全运转的研讨已引起社会各界的重视，研讨扶梯的节能降耗办法和加强扶梯的安全功用已经是大势所趋。
1.3 节能原理及运转监控剖析
节能原理：大多数主动扶梯驱动体系的中心是一个沟通(AC)感应电机。虽然沟通感应电机是牢靠的动力源，许多”终端用户”却不知沟通电机在载荷较轻时，其功率很低。 因为大多数沟通电机固有的规划，沟通电机20% ～40%做的是无用功，这部分能量常常以热量的方法白白被糟蹋掉，在谈节能方法之前，首要对主动扶梯的电机能耗进行剖析。
从图1-1中可以看出，电动机在正常运转状况下的功率损耗首要有3个部分:即定子铜耗定子铁耗和转子铜耗。因为转子中的电流频率很低， 因而转子的铁耗较小，可以疏忽不计，别的，机械损耗和附加损耗也是较小的将可其疏忽。而定子铜耗和转子铜耗别离与定子和转子中的电流的平方成正比，因而，减小电流将明显下降这两种损耗。至于定子中的铁耗，包含磁滞损耗和涡流损耗， 两者都近似地与电源频率成正比， 与铁芯中的磁感应强度的平方成正比由此可见，减小频率和下降铁芯磁通密度将会明显下降定子铁耗。
依据电机学原理可知：
输入功率=定子铜耗+铁耗+转子铜耗+机械损耗+附加损耗+输出功率= (定子铜耗+转子铜耗) + (铁耗+机械损耗+附加损耗) +输出功率=可变损耗+损耗+输出=损耗+输出功率从以上剖析可知，要想使主动扶梯电机节能，就有必要从削减电机损耗和削减输出功率两方面进行。
1)削减损耗：削减损耗也便是进步电机的作业功率。一般电机的作业功率在75% ～80%额外负载时功率最高。 在轻载时可调整输入电压来削减损耗，当可变损耗等于不变损耗时，异步电机的功率到达最大值。
2)削减输出功率：电机的输出功率与转速成正比，选用变频调速可线性削减主动扶梯的输出功率，而到达节能的意图。微机变频调速是经过调理电源的频率来改动异步电机的转速，在主动扶梯无人空载时可下降扶梯的转速(如20%或50%额外转速) ，进行节能，在扶梯检测到需求载人时再事前康复到正常速度， 变频器在轻载时，可自行调整输入电压来下降损耗。
依据异步电机的等效电路可以核算电机的各种运转功用，也可以经过空载实验和短路实验做出异步电机的“圆图”，然后得到电机输出转矩M2、功率η、转差率s、定子电流I1、功率因数cosθ等参数与电机输出功率P2 的联系曲线，典型异步电机的运转功用，如图所示。
由图1-2可见，异步电机在轻载或空载时的功率是很低的，理由是电机的激磁电流即电机的空载电流较大，电机的定子铜耗，特别是定子铁耗在轻载时并不比额外载荷时下降多少，因为空载电流较大，导致电机在轻载时功率因数很低。异步电机的这一运转特性，正是能在主动扶梯上完结降压节能的根底。
运转监控原理：主动扶梯产生事端的首要原因有：扶梯反转、扶梯电机过热引起火灾、扶梯上人数过多引发扶梯事端。本项目经过局域网通讯将主动扶梯的运转状况经过局域网传输到监控中心，监控中心人员在扶梯不正常运转时在监控中心可经过局域网操控主动扶梯的运转，然后在榜首时刻处理风险。
1.4 体系操控剖析
1.4.1 体系节能运转计划
当有乘客进入扶梯进口处时，光电感应设备检测到有用信号，此信号被送入ATmega128，经过处理输出一个操控信号，经过继电器模块使变频器依照设定的加快度进行无极变速，到达一个安稳的速度开端正常运转。一起定时器T1清零并开端计时，当T1在小于体系设置的T2时刻段内，光电感应设备检测到一个新的乘客进入，则T1又清零并从头开端计时，假如T1一向运转到大于T2的时刻段后，标明在设置的T2时刻内没有新的乘客进入，此刻扶梯经过变频器切换到低频运转，开端进入低速节能运转状况。尔后若T1在小于体系设置的T3时刻段内，光电感应设备检测到新的乘客进入，则T1再度清零并计时，一起变频器从低速节能运转状况开端缓慢加快到额外速度运转，若T1的值大于T3，则标明扶梯在节能运转状况下经过等候后还无乘客进入，此刻扶梯就从低速节能运转状况变为中止，然后到达最大节能。
安全方面：体系经过摄像头和温度传感器、人数计数传感器监检测，将扶梯现场运转状况和详细数据传输的监控中心的PC机，监控人员在监控室可以经过局域网调查扶梯运转数据，当扶梯运转数据超出了设定值时现场会宣布警报，并在显现屏上显现毛病。中心人员可经过局域网在网页上调查扶梯运转状况，然后在榜首时刻经过在局域网网页上的操刁难扶梯进行操控。别的扶梯上设备了急停按钮，当产生是事端时扶梯乘客可按下急停按钮，使扶梯中止运转。
1.4.2 主动运转的要求
当运转方向设定后，翻开电源，扶梯处于中止状况。
当设备在扶梯进口的光电检测设备检测到有乘客正向进入扶梯进口时，扶梯开端缓慢加快至额外速度运转，进入高速运转状况。
在预先设定的高速运转等候时刻内，没人乘梯时，扶梯开端减速为低速运转，进入低速运转等候状况。
扶梯在预先设定的低速运转等候时刻内时，若又有人进入扶梯，此刻扶梯缓慢加快至额外速度运转状况;若没人乘梯，则扶梯主动中止运转，进入中止待机状况，如此循环往复运转。
在扶梯运转过程中，扶梯非正常减速或非正常加快时，体系会宣布警报并中止运转。
当温度传感器检测到扶梯电机温度过高时，会宣布语音警报“扶梯非正常运转，现暂停运用”。
当扶梯上检测到的人数高于设定的人数时扶梯会液晶屏上会显现“扶梯已达额外人数，请乘客稍后运用”。等乘客走出扶梯是出口处的光电传感器会使显现屏上的人数减一，提示主动免除。1.4.3 电气操控要求
扶梯发动运转平稳 ，无颤动。
无人乘梯时，扶梯主动平稳过渡到节能状况。
1.4.4 检测设备满意的要求
设备在扶梯进口处的乘客检测设备检测是否有人乘梯。可是为了保证乘客的安全， 依照《主动扶梯和主动人行道的制作与设备安全标准》的要求自发动的扶梯，应在该运用者走到梳齿相交线之前发动运转， 故乘客检测设备应满意以下要求。
(1)光束， 应设置在梳齿相交线之前至少1.3m外。
(2)触点踏垫， 其外缘应设置在梳齿相交线之前至少1.8m处， 沿运转方向的触点踏垫长度至少为0.85m处。
在实践规划时可挑选设备在扶手进出口处的光电漫发射设备来完结改要求，本体系规划时挑选光电漫反射设备， 可以保证每一个从不同方向走过来的乘客都能被有用的勘探到， 然后完结自发动的功用。
1.5 项目完结的功用
节能方面：经过添加变频器来操控扶梯运转的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运转(例如额外速度)，进步客流量，当乘客检测设备在一段时刻内没有检测到乘客经过期，扶梯开端减速转为低速运转(例如0.2m/s，参数可设置)，此刻一向处于待机运转中，即为非自发动节能。
(1)运转状况描绘
变频操控，无人时低速，有人时高速。高速运转时刻记为T1，可经过ATmaga128开发板程序进行设置，详细时刻依据梯的进步高度和速度而定。
(2)运转过程
当扶梯上电中止等候，有方向(比方上行)开端运转时，此刻扶梯以低速开端节能运转进入待机等候。下方光电传感器检测是否有人经过，当有人经过期，操控器内部的定时器(记为T)清零，此刻扶梯开端缓慢加快至额外速度运转。额外运转时定时器(记为T)开端计时.当有一段时刻没人乘梯即T≥T1时，扶梯又开端减速进入低速运转待机等候状况，如此循环往复运转。
安全监控方面：局域网安全监控首要运用了EVK1100开发板，用于局域网通讯，经过网线可与上位机完结数据交换。经过摄像头监控中心的人员可以看到扶梯的运转状况，当发现扶梯有风险时监控中心的人员可以经过局域网网页上的STOP按钮让扶梯中止运转。当毛病承认免除后作业人员可以经过RUN按钮让扶梯从头作业。
别的，当扶梯的电机超负荷运转导致温度高于100℃时，温度传感器会宣布警报(模仿时设定40℃)。当扶梯运转速度过快和过慢时，单片机经过读取速度传感器反应的速度判别险情然后报警。当扶梯上人数到达体系设定的最高人数时会提示乘客稍后再运用，当出口处的光电传感器检测到有人出扶梯时，人数会主动减一，提示会主动免除。
1.6 体系整体剖析
1.6.1 体系框图
主动扶梯变频操控体系是在原工频操控体系的根底上，加装光电勘探传感器、变频器、摄像头、温度传感器、ATMEGA128开发板、ATmega128以及其他必要的辅佐元件，进行变频运转及安全监控。
ATmega128开发板是操控体系的中心，它的作用是对各种输入信号如乘客光电检测，操控扶梯节能运转，并对扶梯运转状况进行检测与显现。EVK1100进行安全监测并对信号进行处理，操控风险状况下时扶梯的中止并宣布警报等。变频器的作用是依据ATmega128的输入操控信号改动扶梯驱动电机的电源频率，使扶梯可以以必定的加快度进行软发动或进入低速节能状况运转。毛病显现设备的作用是对各种毛病现象进行显现。
该操控体系首要由红外勘探传感器、变频器、ATmega128开发板、EVK1100开发板和其他必要辅佐元件等组成。设备在入梯口的光电勘探传感器，随时监测主动扶梯的载客状况;ATmega128开发板是操控体系的中心，它接纳光电勘探传感器、温度传感器、速度传感器等设备送来的各种输入信号，并对接纳的输入信号进行处理，完结运转、中止、毛病判别及记载、状况显现等功用;变频器首要是依据ATmega128开发板的输出操控信号改动电源频率，主动调理扶梯的运转速度，保证发动运转平稳。
1.6.2 体系主电路剖析
因为主动扶梯运用场合的特殊性，适当一部分扶梯的空载时刻往往大于载客时刻，为了进步整个体系的安全牢靠性，下降成本，本规划选用旁路变频操控。即在本来工频空载体系的根底上(即保存主电机原工频空载体系)加装光电感应开关、变频器和ATmega128芯片等设备。其主电路图如图1-7所示。
变频器的R、S、T端子与市网的三相电源经过维护开关相连，U、V、W与扶梯的电机电源端经过沟通接触器KM1相连接，扶梯的上行和下行方向经过切换KM3与KM4主触点别离导通来操控。为了严厉避免扶梯因为程序毛病导致逆行，KM3(上行)和KM4(下行)导通与否不经过程序操控，而是由作业人员手动操控，一起为了避免作业人员误操作，可设置二次承认的方法以保证肯定安全，即有必要顺次按下两个按钮才可保证扶梯改动运转方向。检修形式下，扶梯由变频器供电，以设定的低速运转。FR为市网供电作业时扶梯电机过载维护设备热继电器，M为扶梯三相驱动电机。
旁路变频操控的长处是完结了无人乘梯时低速运转或中止，到达节能、下降噪声、削减机械磨损的意图。因为选用了变频操控，使体系的发动平稳，下降了对电网和机械设备的冲击。
