【正文】 ......... 21 電梯上下行控制程序 ........................................................................... 24 制動(dòng)等其它相關(guān)程序 ........................................................................... 25 上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................... 28 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 ....................................................................................... 28 電梯監(jiān)控系統(tǒng)工程的建立 ................................................................... 28 組態(tài)界面的設(shè)計(jì) ................................................................................... 29 采集歷史數(shù)據(jù)、顯示趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出 ....................................... 30 報(bào) 警系統(tǒng) ............................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 33 致謝 ............................................................................................................................ 34 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 隨著人口的增加、科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展和人們物質(zhì)文化生活的逐步提高，導(dǎo)致了現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展。城市化的急劇擴(kuò)張，致使土地資源日益緊張，從而建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，一幢幢的高樓拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓鱗次 櫛比。在這些高層建筑中每天有大量的人和物需要由電梯來進(jìn)行垂直輸送，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)生活中的地位已經(jīng)和汽車一樣，成為重要的運(yùn)輸設(shè)備之一。 電梯是一種相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)電綜合產(chǎn)品，具有零碎、分散、垂直運(yùn)行、頻繁啟制動(dòng)、總裝配和調(diào)試需要在遠(yuǎn)離制造廠的使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行等特點(diǎn)。由于電梯不是一目了然的機(jī)電綜合產(chǎn)品，在技術(shù)上較難全面掌握。隨著微機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)和 PLC技術(shù)導(dǎo)入電梯行業(yè)，對(duì)電梯的從業(yè)技術(shù)人員要求越來越高，導(dǎo)致了我國(guó)電梯專業(yè)人員人才異常缺乏。為了滿足市場(chǎng)的需求，適應(yīng)社會(huì)對(duì)電梯行業(yè)技術(shù)人才的需求，使一批專業(yè)的電梯技術(shù)人 才脫穎而出，許多高校設(shè)置了建筑電氣及其智能化本科專業(yè)。在該專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中，都將電梯控制技術(shù)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容作為重要的教學(xué)內(nèi)容。 如何能夠安全且直觀地了解電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且了解當(dāng)前電梯的主要拖動(dòng)方式和控制方式及其主要發(fā)展方向，以便更好地為電梯的教學(xué)服務(wù)，一直是許多高校當(dāng)前研究的熱點(diǎn)話題之一。 電梯作為垂直運(yùn)輸?shù)纳翟O(shè)備，其特點(diǎn)是在高層建筑物中所占的面積很小，同時(shí)通過電氣或其他的控制方式可以將乘客或貨物安全、合理、有效地運(yùn)送到不同的樓層。 目前，由于我國(guó)城市化的快速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為全球電梯需求量最大的國(guó)家 ，也是電梯產(chǎn)量最大的國(guó)家。由于電梯是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，涉及到的行業(yè)多，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度比較大，所以是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大推動(dòng)力之一。因此，電梯工業(yè)代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的發(fā)展水平，涉及到新材料，新工藝，新技術(shù)的利用。 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 第 2章 電梯電氣方案設(shè)計(jì) 主拖動(dòng)方式的選擇設(shè)計(jì) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯的動(dòng)力來源，它驅(qū)動(dòng)電梯部件完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電梯的啟動(dòng)加速、穩(wěn)定運(yùn)行和制動(dòng)減速等起著控制作用。拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響電梯的啟動(dòng)加速、制動(dòng)減速、平層精度和乘坐舒適性等指標(biāo)。 在電梯中有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)： 轎廂的升降運(yùn)動(dòng)和轎門及廳門的開關(guān)運(yùn)動(dòng)。本節(jié)主要為轎廂的升降運(yùn)動(dòng)選擇拖動(dòng)方案。 下面對(duì)電梯常用的幾種拖動(dòng)方案進(jìn)行具體分析，逐一比較，最終選擇適合本電梯的拖動(dòng)方案。 交流調(diào)壓調(diào)速電力拖動(dòng)方式 用改變異步電動(dòng)機(jī)定子電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)稱為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 。 交流雙速電梯采用串電阻或電抗啟動(dòng)，其啟動(dòng)、減速舒適感較差，速度不平穩(wěn)。而閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速則用可控硅取代了啟、制動(dòng)電阻 (或電抗 )，使調(diào)速效果有了明顯提高。 調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速性能也不是很高，在加減速階段要進(jìn)行嚴(yán)格的速度閉環(huán)控制，這也就增加了電梯 控制的難度。由于調(diào)壓裝置輸出電壓的改變是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的，因此加到電機(jī)上的電壓是非正弦的，尤其是低速時(shí)，定子電壓要求較低，晶閘管導(dǎo)通角增大，加到定子上的電壓嚴(yán)重變形，致使消耗于轉(zhuǎn)子電路的功率很大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，壽命減短，效率較低。所以，大部分使用調(diào)壓調(diào)速的電梯，在電機(jī)上都安裝有風(fēng)扇制冷裝置。 另外，同樣載重量、梯速的電梯，交流調(diào)壓調(diào)速電梯相對(duì)于變壓變頻 (VVVF)調(diào)速電梯，其電動(dòng)機(jī)容量要求相對(duì)較大。隨著電力電子器件及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，調(diào)壓調(diào)速已被變壓變頻調(diào)速 (VVVF)所取代。與調(diào)壓調(diào)速相比 ，變頻調(diào)速有其不可比擬的優(yōu)越性。對(duì)此，下面會(huì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。 變頻調(diào)速電力拖動(dòng)方式 由于異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此在各種異步電 動(dòng) 機(jī) 調(diào) 速 系 統(tǒng) 中 效 率 最 高 ， 性 能 也 最 好 。 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速n=no(1S)=60f1(1S)/p，當(dāng)轉(zhuǎn)差率 S 變化不大且 S1 時(shí)， n 基本上正比于 no。所以，要改變交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率 f1即可。但是，在改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，希望勵(lì)磁電流和功率因數(shù)基本保持不變。磁通太弱，則沒有充分利用鐵芯，電機(jī)容許的輸出轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)的功率得不到充分利用而浪費(fèi)；若 增大磁通，將引起磁路過分飽和而使勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)?？傊?，變頻時(shí)還需變壓來保持磁通不變。 但異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成低速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升將會(huì)升高、效率會(huì)降低，性能不無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 佳。而設(shè)計(jì)成高速則務(wù)必使用齒輪減速機(jī)構(gòu)，從而會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染等諸多缺點(diǎn)。 總之，變頻調(diào)速電力拖動(dòng)方式是目前流行的電梯拖動(dòng)方式，但還不是最理想的拖動(dòng)方式。 永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式 永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)概述及特點(diǎn) 三相永磁同步電動(dòng)機(jī) (The Permanent Mag Synchronous Motor,PMSM)變頻調(diào)速系統(tǒng)，基于先進(jìn)的 DSP 嵌入式處理器，采用矢量控制原理，實(shí)現(xiàn)了電流、速度雙閉環(huán)控制，較好的實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的低速控制，有良好的抗干擾性能，滿足了無齒輪電梯電氣拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。永磁同步電動(dòng)機(jī)由電壓源逆變器供電，選擇最優(yōu)開關(guān)矢量來控制定子磁鏈和定子轉(zhuǎn)矩，從而獲得最快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。 永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式具有如下的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、少維護(hù)。 （ 2）能夠提高電梯曳引系統(tǒng)的安全性、可靠性。 （ 3）降低了對(duì)環(huán)境的污染。永磁同步電動(dòng)機(jī)正常工作不產(chǎn)生諧波干擾，而當(dāng)過勵(lì)時(shí)能補(bǔ)償電網(wǎng)感性 負(fù)載所需的無功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。 （ 4）易于實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，特別適合無齒輪曳引。永磁同步電動(dòng)機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁電流，采用金屬粘貼技術(shù)可使轉(zhuǎn)子制造變得非常容易，可以輕松地制成高極數(shù)，配合以低頻變頻器，很容易實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速。正由于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯拖動(dòng)系統(tǒng)就不需要減速機(jī)構(gòu)，非常適合無齒輪曳引電梯。 （ 5）提高傳動(dòng)效率、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、具有較高的性能價(jià)格比。永磁同步無齒曳引技術(shù)具有優(yōu)越的低速轉(zhuǎn)矩特性和精確平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，有優(yōu)越的調(diào)速性能，能真正實(shí)現(xiàn)“零速抱閘”和“直接?？俊?。永磁同步電動(dòng)機(jī)采用了永磁 材料，電動(dòng)機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁電流，定子電流的無功分量極低，功率因數(shù)可達(dá)到近似于 1。 （ 6）優(yōu)于直流無齒輪電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。 永磁同步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子采用了高磁能積的稀土材料，控制裝置都由大功率晶體管組成，電動(dòng)機(jī)的力矩慣性比大，動(dòng)態(tài)性能好，具有更高的低速性能、調(diào)速精度、快速響應(yīng)性能等優(yōu)點(diǎn)。 與異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)相比，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)通過調(diào)整轉(zhuǎn)差來適應(yīng)，而同步電動(dòng)機(jī)則只是調(diào)節(jié)功角，因此同步電動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度更快，也因此其控制系統(tǒng)需要有精確的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置和電壓電流檢測(cè)裝置，以便隨時(shí)確定磁場(chǎng)的大小、方向。轉(zhuǎn)子位置的 精確控制是永磁同步無齒輪曳引技術(shù)重要部分之一，它將直接關(guān)系到電梯啟動(dòng)、制動(dòng)的舒適性和平層精確度。 永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制方式 永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式可分為兩大類：一類是他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)；另一類是自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)中所用的變頻裝無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 置是獨(dú)立的，其輸出頻率直接由速度給定信號(hào)決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速雖然能夠解決永磁同步電機(jī)的起動(dòng)問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運(yùn)行。 根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同，可將自控式永磁同步 電機(jī)作如下簡(jiǎn)單分類：一類電機(jī)為晶閘管無換向器電機(jī)，又稱為負(fù)載換向同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。另一類電機(jī)稱為自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)或者永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)的波形形狀又可分為無刷直流電動(dòng)機(jī) (簡(jiǎn)稱 BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動(dòng)機(jī) (簡(jiǎn)稱 PMSM)調(diào)速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流都為正弦波。 拖動(dòng)方式的選擇 具有低速大轉(zhuǎn)矩特性的無齒輪永磁同步曳引機(jī)以其節(jié)省能源、體積小、低速運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，越來越引起電梯行業(yè)的廣泛關(guān)注 ， 本課題 選用此種拖動(dòng)方式。 電梯永磁同步無齒曳引拖動(dòng)系統(tǒng)原理見圖 2 所示 控制系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì) 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，給乘用人員帶來不便和驚憂。如果電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底之類的嚴(yán)重故障，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能 出現(xiàn) 人身事故。所以，本課題不使用這種控制方式。 微機(jī)控制系統(tǒng) 微機(jī)具有體積小、成本低、自動(dòng)化程度高、通用性強(qiáng)、節(jié)省能源的特點(diǎn)。微機(jī)應(yīng)用于電梯控制，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能控制，并可以對(duì)電梯實(shí)施群控調(diào)度管理圖 21 永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)原理圖 電動(dòng)機(jī) 5 轎廂 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 以提高運(yùn)行效率。 基于上述原因，現(xiàn) 在微機(jī)控制在電梯的并聯(lián)控制和群控方面得到廣泛應(yīng)用。由于目前使用微機(jī)的控制方式只在群控場(chǎng)合或高速場(chǎng)合使用，而本電梯模型模擬的是單個(gè)的中低檔的低速乘客電梯，所以本課題不適合這種控制方式。 可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng) PLC 是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，它是把計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)融為一體，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它充分利用了微型計(jì)算機(jī)的原理與技術(shù)，既可以用來完成邏輯控制，也可以實(shí)現(xiàn)模擬控制；既可以用來控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備及自動(dòng)生產(chǎn)線，也可以同計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成集散控制系統(tǒng)，已在很多 領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破魇菍樵诠I(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，其出現(xiàn)后就受到普遍重視，發(fā)展也十分迅速，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有了極其重要的地位，最重要的原因是它與現(xiàn)有的各種控制方式相比較，具有如下獨(dú)一無二的特點(diǎn)： 可靠性高 PLC 開發(fā)時(shí)在硬件方面采用了屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、隔離及模塊結(jié)構(gòu)等措施來增加 PLC 的可靠性；在軟件方面，設(shè)置了自診斷、警戒時(shí)鐘 WDT、信息保護(hù)和恢復(fù)等措施。它具有了極高的可靠性和很強(qiáng)的抗干擾能力，被譽(yù)為“不會(huì)損壞的儀表”。 控制程序可變，具有很好的柔性 在生 產(chǎn)工藝流程改變或設(shè)備更新時(shí)，如果需要改變控制功能，往往不必改變硬設(shè)備，只需改變一下應(yīng)用程序就可以達(dá)到目的。所以，從這個(gè)意義上說，它具有很突出的柔性控制能力。 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 目前，大多數(shù) PLC 編程采用的都是與繼電器控制電路相似的梯形圖， PLC還針對(duì)具體問題，開發(fā)了順序功能圖語言，簡(jiǎn)化了復(fù)雜控制系統(tǒng)的編程。 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 現(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，還具有較強(qiáng)的數(shù)值處理功能、模擬量輸入輸出處理功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能等。此外，還能擴(kuò)展位置控制、運(yùn)動(dòng)控制等各種特殊功能的智能模 塊。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比。 體積小，重量輕，能耗低 由于半導(dǎo)體集成電路的應(yīng)用， PLC的體積相對(duì)很小。 綜合比較上述三種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及各自的適用場(chǎng)合，結(jié)合本課題電梯模型模擬的實(shí)際對(duì)象，本課題采用的控制系統(tǒng)選用 PLC 控制方式。