基于PLC變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本科畢業(yè)論文

1、. . . . 目 錄第一章前言41.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點與存在的問題41.1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點41.1.2 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題41.2 PLC與在電梯控制中的應(yīng)用特點51.2.1 PLC的特點51.2.2 PLC控制電梯的優(yōu)點61.3電梯變頻調(diào)速控制的特點61.4 課題的來源71.5 課題的主要研究容7第二章電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動態(tài)92.1 電梯設(shè)備92.1.1 電梯的分類92.1.2 電梯的主要組成部分92.1.3 電梯的安全保護裝置92.1.4 電梯的技術(shù)參數(shù)102.2 電梯的發(fā)展動態(tài)112.2.1 電梯的產(chǎn)生112.2.2 電梯的發(fā)展概況122.2.3 電梯

2、技術(shù)發(fā)展概況122.2.4 電梯發(fā)展的前景展望13第三章基本方案選擇143.1 變頻器的選擇143.1.1 變頻器的分類143.1.2 選擇變頻器規(guī)格153.1.3 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件153.2 通用變頻器153.2.1 通用變頻器的發(fā)展163.2.2 通用變頻器的功率輸出驅(qū)動技術(shù)動向173.2.3 VS-616G5型變頻器簡介193.3 可編程序控制器(PLC)的選擇213.3.1 轎廂樓層位置檢測方法213.3.2 PLC的選型21第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計234.1 變頻器結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)置234.1.1 VS-616G5變頻器的參數(shù)234.1.2 參數(shù)設(shè)置234.1.3 變頻器自學(xué)習(xí)功能的應(yīng)

3、用方法244.1.4 變頻器容量計算254.1.5 變頻器制動電阻參數(shù)的計算254.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計264.2.1 設(shè)計思想264.2.2 電梯操作方式284.2.3 I/0點數(shù)的分配與機型的選擇294.2.4 旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的連接314.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖32第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計335.1 開關(guān)門控制335.1.1 開門控制335.1.2 關(guān)門控制345.2 指令外召喚信號的登記消除與顯示355.2.1 指令信號處理355.2.2 外召喚信號處理355.3 選層定向與反向截梯365.4 層樓計算、換速、平層、停車385.5 層樓位置指示395.6 呼梯鈴控制與故障報警415.7 消防運

4、行41結(jié)束語43參考文獻44致4546 / 49摘要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟和城市生活的發(fā)展，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ撸娞菪阅艿暮脡膶θ藗兩畹挠绊懺絹碓斤@著。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機械和電磁慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性。為了保證電梯運行既高效節(jié)能又安全可靠，必須改進電梯控制方式。根據(jù)順序邏輯控制的需要發(fā)展起來的可編程控制器(PLC)，它是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。PLC處理速度快，可靠性高，能夠保證電梯正常、安全、可靠地運行。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的

5、舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。本文將基于PLC的變頻調(diào)速方法應(yīng)用到電梯系統(tǒng)中，并對此方法進行了研究。首先，分別闡述了電梯繼電器控制和PLC控制的特點，突出講述繼電器電梯控制系統(tǒng)暴露的缺點以與PLC電梯控制系統(tǒng)所具有的優(yōu)點，并對電梯的變頻調(diào)速控制進行了介紹。其次，在閱讀了大量國外相關(guān)文件資料的基礎(chǔ)上，對電梯技術(shù)和電梯設(shè)備的發(fā)展進行了綜述。然后，介紹了變頻器類型以與參數(shù)設(shè)計的相關(guān)知識;同時介紹了PLC選型原則以與PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思路;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電梯系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)要求，進行電梯系統(tǒng)的PLC軟件開發(fā)，通過軟件開發(fā)的特點，結(jié)合PLC自身的控制規(guī)律，設(shè)計出可

6、實現(xiàn)一定功能的PLC電梯控制系統(tǒng)?；赑LC的變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)運行效率高，系統(tǒng)安全可靠性強，并且系統(tǒng)構(gòu)造簡單易于實現(xiàn)，滿足了對電梯系統(tǒng)期望的要求。 關(guān)鍵詞： 電梯; PLC控制; 變頻調(diào)速 ABSTRACT：Along with the development of modern economy and city life,the elecator hasbecome a essential walking tool for people in daily life,and the performance of elevators obviously influences peoples li

7、ves.The traditional elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and electromagnetic inertia of relay is big.In order to ensure the efficiency

8、and reliable securities,the control method of elevator muse be changed.The programmable logic controller(PLC),which develops based on sequence logical control,is digital operation electronic device specialized in the industria; application environment.PLC possesses fast process speed and high reliab

9、ility.Therefore,PLC can be able to ensure the elevator run normally,securely and reliably.In addition,the drive method of elevators has replaced the DC velocity modulation with frequency control due to the development of AC frequency control of motors.The frequency control not only satisfies the com

10、fort sense of passengers and ensures the stable precision,but also decreases the loss of power,saves resources and reduces expenses.The frequency control method based on PLC is applied to the elevator shstem and further researched. Firstly,the essay respectively presents the characteristics of the e

11、levator system based on relay control and PLC control,specially formulates the defdcts exposed from relay control system and the advantages of PLC control system, introduces the frequency control of elevator.Secondly,based on reading many domestic and international relative literatures,the developme

12、nt of elevator techniques and elevator devices is overviewed.And then,the relative knowledge of frequency-converter is introduced;the principle of PLC model election and design scheme of PLC control system are introduced as well.On the basis of these,the PLC software of elevator system is developed

13、according to the working states demands of the elevator.A elevator system based on PLC control is designed through combining the characteristics of software development and rules of PLC control.Finally,the elevator frequency control based on PLC possesses high operational efficiency and strong syste

14、m security.The system structure is simple and easily realized,and satisfies the demands of the elevator system expected.Key words:elevator;PLC control; frequency conversion timing;第一章 前言繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)最早是根據(jù)順序

15、邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點與存在的問題1.1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點1所有控制功能與信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。2系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修與故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。3大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。

16、4多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。1.1.2 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題1系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。2普通控制電器與硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。3電磁機構(gòu)與觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。5由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員

17、帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故1。1.2 PLC與在電梯控制中的應(yīng)用特點1.2.1 PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。一可靠性：對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。1PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。2PL

18、C采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護，故障診斷和信息保護與恢復(fù)等，提高了MTBF降低了MTTR使可靠性提高。3PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。4PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。5在PLC的硬件方面,采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對電源的斷電保護；對存儲器容的保護等。6P

19、LC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波；軟件自診斷；簡化編程語言等。二易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面：1操作方便對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M行更改，更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。2編程方便PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握f地解。采用布爾助記符

20、編程語言時，十分有助于編程人員的編程。3維修方便PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。三靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面：1編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。2擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制圍的擴展。3操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易2。1.2.2 PLC控制電梯的優(yōu)點1在電梯控制

21、中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。2去掉了選層器與大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。3PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。4PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。5用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。6更改控制方案時不需改動硬件接線。1.3電梯變頻調(diào)速控制的特點隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電交流變工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。改善變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功

22、率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用圍與其它許多優(yōu)點而被國外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻調(diào)速電梯的特點：1變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。2變頻調(diào)速電源使用了先進的SPWM技術(shù)SVPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運行質(zhì)量和性能；調(diào)速圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，己逐漸取代直流電機調(diào)速。 3變頻調(diào)速電梯使用先進的SPWM和SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯3。1.4 課題的來源變頻器以其優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在電梯業(yè)也是如此，

23、目前國7080年代安裝完成的電梯絕大部分是繼電器控制，線路復(fù)雜，節(jié)點接線多，故障率高，調(diào)速方式一般采用變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速。維修困難，屬于能耗型調(diào)速，效率低，發(fā)熱量大，調(diào)速性能指標較差，嚴重地影響電梯運行質(zhì)量。應(yīng)對這些電梯進行更新和改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，所以對電梯進行局部改造是經(jīng)濟的、實際的。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯，取得了良好效果。利用PLC和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。1.5 課題的主要研究容課題所研究的容主要是用可編程控制器

24、（PLC）和變頻器改造在用電梯自動控制系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。調(diào)速系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速，在各種負載下都有良好的調(diào)速性能和準確的停車性能，滿足乘客的舒適感和保證平層精度（即準確停車），并能節(jié)約大量電能。論文的主要容如下：首先對電梯系統(tǒng)與可編程控制器（PLC）

25、、變頻器作了比較全面的總結(jié)和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類與特點，電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號控制兩大部分。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC來實現(xiàn)電梯信號控制，變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了變頻器和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了變頻器的參數(shù)設(shè)置與PLC的選型、I/O點數(shù)分配以與旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法基礎(chǔ)上，設(shè)計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā)實例。第二章 電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動態(tài)2.1 電梯設(shè)備2.1.1 電梯的分類電梯的分類有各式各樣:1按用途分類 乘客電梯；載貨電梯；客貨電梯；病床電梯；雜物電梯；住宅電梯；特

26、種電梯；2按速度分類 低速電梯 1m/s以下；中速電梯 1-2m/s；高速電梯 2m/s以上；超高速電梯 4m/s以上；3按驅(qū)動電源分類 交流電梯 速度一般小于2m/s； 直流電梯 速度一般大于2m/s；4按控制方式分類 有層間控制；簡易集選控制；集選控制；有/無司機控制；群控等。2.1.2 電梯的主要組成部分1曳引部分:通常由曳引機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉(zhuǎn)使轎廂上下運動。2轎廂和廳門：轎廂由轎架、轎底、轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折式，雙折中分式和直分式等。3電器設(shè)備與控制裝置有曳引機：選層器傳動與控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳站指示器組成。4其它裝置：對重裝

27、置、補償裝置等。2.1.3 電梯的安全保護裝置1電磁制動器，裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。2強迫減速開關(guān)，其分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上的撞塊就觸動此開關(guān)，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。3限位開關(guān)，當轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關(guān)立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。4行程極限保護開關(guān)，當限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站時，此開關(guān)動作。5急停按鈕，裝于轎廂司機操縱盤上，發(fā)生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。6廳門開關(guān)，每個廳門都裝有門鎖開關(guān)。僅當廳門關(guān)上才一允許電梯啟動;在運行

28、中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯立即停車。7關(guān)門安全開關(guān)，常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關(guān)門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關(guān)門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關(guān)等。8超載開關(guān)，當超載時轎底下降開關(guān)動作，電梯不能關(guān)門和運行。9其它的開關(guān)，安全窗開關(guān)，鋼帶輪的斷帶開關(guān)等。2.1.4 電梯的技術(shù)參數(shù)1載重量(kg)制造和設(shè)計規(guī)定，電梯的額定載重量。2轎廂尺寸(mm)寬*深*高。3轎廂形式有單或雙面開門與其他特殊要求等，以與對轎頂、轎底、轎處理，顏色的選擇，對的要求等等。4轎門形式有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙折門、封閉式雙折中分。5開門寬度(mm)轎廂門和層門完全開啟時的

29、凈寬度。6開門方向人在轎外面對轎廂門向左方向開啟的為左開門，門向右方向的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱中分門。7曳引方式常用的有半繞1:1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的度。半繞2:1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩運行速度的一半。全繞1:1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。8額定速度(m/s)制造和設(shè)計所規(guī)定的電梯運行速度。9電氣控制系統(tǒng)包括控制方式、拖動系統(tǒng)的形式等。如交流電機拖動或電機拖動，轎按鈕控制或集選控制等。10停層站數(shù)(站)凡在建筑物各樓層用于出入轎廂的地點均稱為站。11提升高度(mm)由底層端站樓面至頂層端站樓面之間的垂直距離。12頂層高度(mm

30、)由底層端站樓面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)間的垂直的距離。電梯的運行速度越快，頂層高度一般越高。13底坑深度(mm)由底層端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運度越快，底坑一般越深。14井道高度(mm)由井道底面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之垂直距離。15井道尺寸(mm)寬*深。電梯的主要參數(shù)是電梯制造廠設(shè)計和制造電梯的依據(jù)。用戶選用電梯時，必據(jù)電梯的安裝使用地點、載運對象等，按標準的規(guī)定，正確選擇電梯的類別和有數(shù)與尺寸，并根據(jù)這些參數(shù)與規(guī)格尺寸，設(shè)計和建造安裝電梯設(shè)備，否則會影響電梯的使用效果。2.2 電梯的發(fā)展動態(tài)2.2.1 電梯的產(chǎn)生1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽

31、會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界圍得到了廣泛應(yīng)用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她己經(jīng)發(fā)展成為世界、亞洲和中國領(lǐng)先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓的垂直交通工具一電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓投入運行。為了確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。2.2.2 電梯的發(fā)展概況隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，日益增高的高層建筑已成為現(xiàn)代都市的重要的標志，作為高層建筑的垂直運載工具-電梯得到了快速發(fā)展。

32、電梯是服務(wù)于三分之一樓層的固定式升降設(shè)備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直上的傾斜角小于15的剛性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物。它適用于裝置在兩層以上的建筑，是輸送人員或貨物的垂直提升設(shè)備的交通工具。追溯電梯這種提升設(shè)備的歷史，早在公元前我國就有利用人力作動力和簡單提升設(shè)備，直到現(xiàn)在我國北方部分農(nóng)村仍用手搖轱轆提取井水的升降提水裝置，所以說，我國是世界上最早出現(xiàn)這種提升設(shè)備電梯雛形的國家之一。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)、產(chǎn)品不斷用于電梯控制系統(tǒng)，如可編程控制器的應(yīng)用；單片機的應(yīng)用；無觸點半導(dǎo)體邏輯控制晶閘管（俗稱可控硅）的應(yīng)用；集成電路與數(shù)字控制、計算機群控制與調(diào)頻調(diào)壓

33、技術(shù)的應(yīng)用、拖動系統(tǒng)簡化、性能提高等。大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動態(tài)。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關(guān)操縱，按鈕控制，信號控制，集選控制、人機對話等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢，變速式自動人行道扶梯大大節(jié)省了行人的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。一個半世紀的風風雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升現(xiàn)代人生活質(zhì)量的承諾。2.2.3 電梯技術(shù)發(fā)展概況1電梯的速度要求越來越快，

34、高速、超高速電梯的數(shù)量愈來愈多。2電梯的拖動技術(shù)有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動電梯更是得到迅速的發(fā)展，已由以前的變級調(diào)速（AC-VP）發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速（AC-VV）與調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（AC-VVVF），使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。3電梯的邏輯控制已從過去簡單的繼電器接觸器控制發(fā)展為可編程序控制器PLC和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制、控等，電梯可靠性得到很大的提高。4電梯的管理功能不斷加強，電梯

35、廣泛采用微機控制技術(shù)，不斷滿足擁護的使用功能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。5智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。6機械傳動方面，由于國際上機構(gòu)加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應(yīng)用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化4。2.2.4 電梯發(fā)展的前景展望1結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，隨體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發(fā)展。2技術(shù)含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)

36、的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流，由于永磁技術(shù)的先進性，將來很有可能取代VVVF技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)，以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。 3安裝更方便、更快捷高效、安全、可重復(fù)使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式；隨著新技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快，效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保安全、環(huán)保，節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展方向5。第三章 基本方案選擇本設(shè)計通過多種方案的比較和

37、對照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。3.1 變頻器的選擇隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器早己問世，一其功能較強，使用靈活，但其價格相對較貴。因此，本設(shè)計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計的特點之一。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡一樣，但其總的控制思想?yún)s是小異。3.1.1 變頻器的分類變頻器的種類很多，下面

38、根據(jù)不同的分類方法對變頻器分類：1按變換頻率的方法分 交一直一交變頻器交一交變頻器2按主電路工作方式分 電壓型變頻器電流型變頻器3按變頻器調(diào)壓方法的不同分 PAM變頻器PWM變頻器4按工作原理分類 U/f控制變頻器VC控制變頻器SF控制變頻器5按照用途分類 通用變頻器高性能專用變頻器高頻變頻器3.1.2 選擇變頻器規(guī)格變頻器產(chǎn)品說明書都提高標稱功率數(shù)據(jù)，但實際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，直接按照變頻器標稱功率進行選擇，在實際中常常可能會行不通。根據(jù)具體工程的情況，可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式：1按照標稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)。2按照電動機額定電流選擇；多用于

39、恒轉(zhuǎn)矩負載的新設(shè)計項目。3按照電動機實際運行電流選擇：多用于改造工程。4按照轉(zhuǎn)矩過載能力選擇綜上所述，根據(jù)實際工程情況，以適當?shù)姆椒ㄟx擇變頻器規(guī)格很重要。選擇結(jié)果多數(shù)情況下變頻器標稱功率與電動機匹配，少數(shù)情況需要放大。所以，籠統(tǒng)的認為放大一級功率選擇變頻器是沒有錯的想法，但會造成浪費。總的來說從生產(chǎn)成本來作合適的選擇6。3.1.3 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件1根據(jù)被控設(shè)備的負載特性選擇通用變頻器的類型。2所選擇通用變頻器的類型與被控制異步電動機的參數(shù)匹配。3為降低電梯成本，首選通用變頻器。4電梯的啟動和停車都要平穩(wěn)。5變頻器帶有防止失速功能。6變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。3.2 通用變頻器為了滿足

40、以上的條件，本設(shè)計選擇通用變頻器。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是：一為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量與改善生活環(huán)境等要求。二為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。3.2.1 通用變頻器的發(fā)展上個世紀80年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用JGBT兩個大發(fā)展過程。一容量不斷擴大80年代初采用的BJT的PWM變頻器實現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達到了600KVA,400KVA以下的已經(jīng)系列化。前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三、四年的時間，IGBT變頻器的單機容量己達

41、1800KVA隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大7。二結(jié)構(gòu)的小型化變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路(LSI)和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋，驅(qū)動電路，檢測電路，保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊（Intelligent Module,IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速8。三多功能和智能化電力電子器件和控制技術(shù)

42、的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展，特別是微機的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提出了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平“升級”，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。8位、16位與32位CPU奠定了通用變頻器全數(shù)字控制的基礎(chǔ)。32位數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processer-DSP）的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。目前，新一代變頻器開始采用新的

43、精簡指令集計算機“（Reduced Instruction Set Computer-RISC）”,將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。它是一種矢量（超標量）微處理器，其功能著重點放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運算復(fù)雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用于提高基本的運算速度，達到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運算速度的程度。有文獻報道，RISC的運算速度可達1000M/PS，即10億次/秒，相當于巨型計算機水平，指令計算時間為1ns量級，是一般微處理器所無法比擬的。有的變頻器廠家聲稱，以RISC為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計計算、P

44、ID調(diào)節(jié)器在線實時運算。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如本設(shè)計所采用的安川公司的VS615-G5變頻器就有：(1)無PG(速度傳感器)V/f控制；(2)有PGV/f控制；(3)無PG矢量控制；(4)有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制土述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。四應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強。最初通用變頻器僅用于風機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當?shù)臄U

45、展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中J心超高速伺服機的精確位置控制都己應(yīng)用通用變頻器；在其它方面，如農(nóng)用機械、食品機械、木工機械、印刷機械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池?？梢哉f其應(yīng)用圍相當廣闊，并且還將繼續(xù)擴大9。3.2.2 通用變頻器的功率輸出驅(qū)動技術(shù)動向采用變頻器的調(diào)速傳動技術(shù)，近年來取得驚人的進步。從技術(shù)發(fā)展動向來看，大致有如下幾個方面: 一IGBT的應(yīng)用 最近幾年來，IGBT的應(yīng)用正在迅速推進。其顯著的特點是:開關(guān)頻率高，驅(qū)動電路

46、簡單。用于通用變頻器時，有如下明顯的效果： 1由于載波效率的提高(20KHz或更高)，負載電動機的噪聲明顯減少，實現(xiàn)了低噪聲傳動。電動機的金屬鳴響聲因振動頻率超過了人耳可感知的程度而“消失”。2同樣由于載波頻率的提高，使電動機的電流(特別是低速時的電流)波形更加趨于正弦波，因而減少了電動機轉(zhuǎn)矩的脈動和電動機的損耗。 3由于IGBT為電壓驅(qū)動型，因而簡化了驅(qū)動回路，使整個裝置更加緊湊，可靠性提高，成木降低。 4主開關(guān)器件如果采用IPM，上述效果將更加明顯。 二網(wǎng)側(cè)變流器的PWM控制的變頻器 目前上市的絕大多數(shù)通用變頻器，其網(wǎng)側(cè)變流器采用不可控的二極管整流器。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點

47、。比如，網(wǎng)側(cè)電流波形嚴重畸變，影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，諧波損耗大，電動機制動時的再生能量無法回饋給電網(wǎng)等?，F(xiàn)己開發(fā)出一種新型的采用PWM控制方式的自換相交流器，并已經(jīng)成功地用作變流器中的網(wǎng)側(cè)變流器。電器結(jié)構(gòu)形式與逆變器完全一樣，每個橋臂均由一個自關(guān)斷器件和一個二極管反并聯(lián)組成。其特點是:直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流(網(wǎng)側(cè)電流)波形基本為正弦，功率因數(shù)可保持為1，并且能量可以雙向流通。 網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制交流器又稱為“雙PWM控制變頻器”。這種再生能量回饋式高性能通用變頻器，代表著另一個新的技術(shù)動向。它的大容量化，對于制動頻繁的或可逆運行的生產(chǎn)設(shè)備十分有意義。但因其價位高、投資大，所以在某種

48、程度上限制了它的發(fā)展速度。三矢量控制變頻器的通用化在造紙、軋鋼等應(yīng)用領(lǐng)域，要求精度高，響應(yīng)快，一般性的通用變頻器已經(jīng)不能勝任，往往要采用矢量控制方案。但是矢量控制往往需要速度傳感器，運算復(fù)雜、調(diào)整麻煩，對電動機的參數(shù)依賴性較大。目前，國正在努力使矢量控制變頻器實現(xiàn)通用化。因此，對無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的理論研究和實用化的開發(fā)代表著另一個新的技術(shù)發(fā)展方向。 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要容。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因

49、此，電梯節(jié)約用電日益受到重視?？紤]以上各種因素，本設(shè)計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。另外，616G5變頻器的起動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的S曲線和零頻仍可輸出150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達0.01%-0.02%，使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學(xué)習(xí)所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能IGBT，載波頻率20KHz，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使

50、電機始終運行于靜噪音狀態(tài)10。3.2.3VS-616G5型變頻器簡介一VS-616G5型變頻器的特點VS-616G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍11，12。VS-616G5變頻器的特點如下：1包括電流矢量控制在的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。2有豐富的藏與選擇功能。3由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。4保護功能完善、維修性能好。5通過LCD操作裝置，可提高操作性能。二616G5型變頻器的標準規(guī)格616G5型變頻器的標

51、準規(guī)格如表3-1表3-1616G5型變頻器的標準規(guī)格 電壓200V 400V 容量圍1.2-110KVA 1.4-460KVA 電源電壓頻率200V：三相 200/208/220V400V：三相 380/400/415/440/460V電壓允許變動+10% -15%頻率允許變動5% 控制特控 性控制方式正弦波PWM控制：無傳感器矢量控制（無PG）帶傳感器矢量控制（帶PG）V/f控制帶傳感器V/f控制（用參數(shù)切換）啟動轉(zhuǎn)矩150%/Hz（無PG） 150%r/min(帶PG)速度控制圍1:100(無PG) 1:1000(帶PG)速度控制精度0.2%(無PG) 0.02%(帶PG)速度響應(yīng)5Hz(

52、無PG) 30Hz(帶PG)轉(zhuǎn)矩極限有轉(zhuǎn)矩精度5%轉(zhuǎn)矩響應(yīng)20Hz(無PG)以上 150Hz(帶PG)以上頻率控制圍0.1-400Hz頻率精度（溫度變動）數(shù)字式指令0.01%（-10C-+40C）模擬指令0.1%（25C-10C）頻率設(shè)定分辨率(運算分辨率)數(shù)字式指令 0.01Hz/100Hz模擬式指令 0.03Hz/60Hz輸出頻率分辨率0.01Hz過載量額定輸出電流的150%1min頻率設(shè)定信號-10V-10V，0-10V，4-20mA加速度時間0.01-6000.0s制動轉(zhuǎn)矩約20% 帶制動選擇 150%抑制高次諧波電源直流電抗器帶（200V 24KVA 400V 26KVA以下可選）1

53、2相整流不能變動 主要控制功能瞬停再啟動，下降控制，轉(zhuǎn)矩控制，零點伺服操作裝置16字2線 日語液晶顯示器接通插件板可選擇16種（最多可裝3塊）保護功能電機保護，變頻器過載，瞬間過電流，電壓下降，過電壓，輸入缺相3.3 可編程序控制器(PLC)的選擇電梯PLC控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運動的機械選層器。電梯運行過程中，轎廂所處樓層位置如何檢測，PLC軟件如何根據(jù)給定輸入信號與運行條件判斷或計算樓層數(shù)，是電梯正常運行的首要問題，是正確定向和選層換速的必要前提。3.3.1 轎廂樓層位置檢測方法主要方法有如下幾種：1用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān)：這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個

54、磁感應(yīng)器，當樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點。2利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān)：這種方法需對磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權(quán)代碼，進行運算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。3利用旋轉(zhuǎn)編碼器：目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜嫈?shù)單元，計數(shù)準確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC置24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計采用此法。3.3.2 PLC的選型根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。綜合考慮后，本設(shè)計選擇了日本OMRON公司生產(chǎn)的C系列P型機。C系列P型機具有以下幾方面的優(yōu)點：1P型機專用于開關(guān)量控制，其體積小，安裝起來節(jié)省空間；2其功能較強，具有2kHz的高速計數(shù)器，可作為定位控制的標準硬件使用；在指令方面，P型機有編碼、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可逆計數(shù)等功能。從結(jié)構(gòu)上看：P型機包括主機單元、I/0擴展單元、UO單元，A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元等；3P型機采