【正文】 ......... 21 電梯上下行控制程序 ........................................................................... 24 制動等其它相關程序 ........................................................................... 25 上位機監(jiān)控軟件設計 ..................................................................................... 28 組態(tài)軟件簡介 ....................................................................................... 28 電梯監(jiān)控系統(tǒng)工程的建立 ................................................................... 28 組態(tài)界面的設計 ................................................................................... 29 采集歷史數(shù)據(jù)、顯示趨勢曲線和報表輸出 ....................................... 30 報 警系統(tǒng) ............................................................................................... 31 參考文獻 ................................................................................................................... 33 致謝 ............................................................................................................................ 34 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設計 1 第 1 章 緒論 隨著人口的增加、科學技術日新月異地發(fā)展和人們物質文化生活的逐步提高，導致了現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展。城市化的急劇擴張，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行垂直輸送，電梯產(chǎn)品在人們物質生活中的地位已經(jīng)和汽車一樣，成為重要的運輸設備之一。 電梯是一種相當復雜的機電綜合產(chǎn)品，具有零碎、分散、垂直運行、頻繁啟制動、總裝配和調試需要在遠離制造廠的使用現(xiàn)場進行等特點。由于電梯不是一目了然的機電綜合產(chǎn)品，在技術上較難全面掌握。隨著微機技術、變頻技術和 PLC技術導入電梯行業(yè)，對電梯的從業(yè)技術人員要求越來越高，導致了我國電梯專業(yè)人員人才異常缺乏。為了滿足市場的需求，適應社會對電梯行業(yè)技術人才的需求，使一批專業(yè)的電梯技術人 才脫穎而出，許多高校設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)計劃中，都將電梯控制技術有關的教學內容作為重要的教學內容。 如何能夠安全且直觀地了解電梯的機械結構，并且了解當前電梯的主要拖動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服務，一直是許多高校當前研究的熱點話題之一。 電梯作為垂直運輸?shù)纳翟O備，其特點是在高層建筑物中所占的面積很小，同時通過電氣或其他的控制方式可以將乘客或貨物安全、合理、有效地運送到不同的樓層。 目前，由于我國城市化的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為全球電梯需求量最大的國家 ，也是電梯產(chǎn)量最大的國家。由于電梯是機電一體化的典型產(chǎn)品，涉及到的行業(yè)多，產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度比較大，所以是發(fā)展國民經(jīng)濟的強大推動力之一。因此，電梯工業(yè)代表了一個國家工業(yè)發(fā)展領域的發(fā)展水平，涉及到新材料，新工藝，新技術的利用。 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設計 2 第 2章 電梯電氣方案設計 主拖動方式的選擇設計 電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅動電梯部件完成相應的運動。電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的啟動加速、穩(wěn)定運行和制動減速等起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響電梯的啟動加速、制動減速、平層精度和乘坐舒適性等指標。 在電梯中有兩個運動： 轎廂的升降運動和轎門及廳門的開關運動。本節(jié)主要為轎廂的升降運動選擇拖動方案。 下面對電梯常用的幾種拖動方案進行具體分析，逐一比較，最終選擇適合本電梯的拖動方案。 交流調壓調速電力拖動方式 用改變異步電動機定子電壓來實現(xiàn)調節(jié)電動機轉速的系統(tǒng)稱為調壓調速系統(tǒng) 。 交流雙速電梯采用串電阻或電抗啟動，其啟動、減速舒適感較差，速度不平穩(wěn)。而閉環(huán)控制的交流變壓調速則用可控硅取代了啟、制動電阻 (或電抗 )，使調速效果有了明顯提高。 調壓調速的調速性能也不是很高，在加減速階段要進行嚴格的速度閉環(huán)控制，這也就增加了電梯 控制的難度。由于調壓裝置輸出電壓的改變是通過控制晶閘管的導通角來實現(xiàn)的，因此加到電機上的電壓是非正弦的，尤其是低速時，定子電壓要求較低，晶閘管導通角增大，加到定子上的電壓嚴重變形，致使消耗于轉子電路的功率很大，電機發(fā)熱嚴重，壽命減短，效率較低。所以，大部分使用調壓調速的電梯，在電機上都安裝有風扇制冷裝置。 另外，同樣載重量、梯速的電梯，交流調壓調速電梯相對于變壓變頻 (VVVF)調速電梯，其電動機容量要求相對較大。隨著電力電子器件及控制技術的飛速發(fā)展，調壓調速已被變壓變頻調速 (VVVF)所取代。與調壓調速相比 ，變頻調速有其不可比擬的優(yōu)越性。對此，下面會進行詳細介紹。 變頻調速電力拖動方式 由于異步電動機的變壓變頻調速系統(tǒng)在調速時轉差率不變，因此在各種異步電 動 機 調 速 系 統(tǒng) 中 效 率 最 高 ， 性 能 也 最 好 。 異 步 電 動 機 的 轉 速n=no(1S)=60f1(1S)/p，當轉差率 S 變化不大且 S1 時， n 基本上正比于 no。所以，要改變交流電動機轉速，只需改變定子頻率 f1即可。但是，在改變轉速的同時，希望勵磁電流和功率因數(shù)基本保持不變。磁通太弱，則沒有充分利用鐵芯，電機容許的輸出轉速下降，電機的功率得不到充分利用而浪費；若 增大磁通，將引起磁路過分飽和而使勵磁電流增加，功率因數(shù)降低，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機?？傊冾l時還需變壓來保持磁通不變。 但異步電動機設計成低速時，電動機的溫升將會升高、效率會降低，性能不無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設計 3 佳。而設計成高速則務必使用齒輪減速機構，從而會導致環(huán)境污染等諸多缺點。 總之，變頻調速電力拖動方式是目前流行的電梯拖動方式，但還不是最理想的拖動方式。 永磁同步電動機拖動方式 永磁同步電動機拖動概述及特點 三相永磁同步電動機 (The Permanent Mag Synchronous Motor,PMSM)變頻調速系統(tǒng)，基于先進的 DSP 嵌入式處理器，采用矢量控制原理，實現(xiàn)了電流、速度雙閉環(huán)控制，較好的實現(xiàn)了同步電機的低速控制，有良好的抗干擾性能，滿足了無齒輪電梯電氣拖動系統(tǒng)的要求。永磁同步電動機由電壓源逆變器供電，選擇最優(yōu)開關矢量來控制定子磁鏈和定子轉矩，從而獲得最快的轉矩響應。 永磁同步電動機拖動方式具有如下的優(yōu)點： （ 1）永磁同步電動機的結構簡單緊湊、少維護。 （ 2）能夠提高電梯曳引系統(tǒng)的安全性、可靠性。 （ 3）降低了對環(huán)境的污染。永磁同步電動機正常工作不產(chǎn)生諧波干擾，而當過勵時能補償電網(wǎng)感性 負載所需的無功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。 （ 4）易于實現(xiàn)低轉速、大轉矩，特別適合無齒輪曳引。永磁同步電動機不需要勵磁電流，采用金屬粘貼技術可使轉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，很容易實現(xiàn)低轉速。正由于這個優(yōu)點，永磁同步電動機驅動的電梯拖動系統(tǒng)就不需要減速機構，非常適合無齒輪曳引電梯。 （ 5）提高傳動效率、節(jié)能、經(jīng)濟、具有較高的性能價格比。永磁同步無齒曳引技術具有優(yōu)越的低速轉矩特性和精確平穩(wěn)的運轉特性，有優(yōu)越的調速性能，能真正實現(xiàn)“零速抱閘”和“直接?？俊?。永磁同步電動機采用了永磁 材料，電動機不需要勵磁電流，定子電流的無功分量極低，功率因數(shù)可達到近似于 1。 （ 6）優(yōu)于直流無齒輪電動機驅動系統(tǒng) 。 永磁同步電動機由于轉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，電動機的力矩慣性比大，動態(tài)性能好，具有更高的低速性能、調速精度、快速響應性能等優(yōu)點。 與異步電動機變頻調速系統(tǒng)相比，當負載變化時，異步電動機通過調整轉差來適應，而同步電動機則只是調節(jié)功角，因此同步電動機響應速度更快，也因此其控制系統(tǒng)需要有精確的轉子位置檢測裝置和電壓電流檢測裝置，以便隨時確定磁場的大小、方向。轉子位置的 精確控制是永磁同步無齒輪曳引技術重要部分之一，它將直接關系到電梯啟動、制動的舒適性和平層精確度。 永磁同步電動機的控制方式 永磁同步電動機變頻調速系統(tǒng)的控制方式可分為兩大類：一類是他控式變頻調速系統(tǒng)；另一類是自控式變頻調速系統(tǒng)。他控式變頻調速系統(tǒng)中所用的變頻裝無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設計 4 置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。他控式變頻調速雖然能夠解決永磁同步電機的起動問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機變頻調速系統(tǒng)一般采用自控式運行。 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 電機作如下簡單分類：一類電機為晶閘管無換向器電機，又稱為負載換向同步電機調速系統(tǒng)。另一類電機稱為自控式永磁同步電動機或者永磁無刷直流電動機。 根據(jù)電動機反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機 (簡稱 BLDCM)調速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機 (簡稱 PMSM)調速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應電動勢和電流都為正弦波。 拖動方式的選擇 具有低速大轉矩特性的無齒輪永磁同步曳引機以其節(jié)省能源、體積小、低速運行平穩(wěn)、噪聲低、免維護等優(yōu)點，越來越引起電梯行業(yè)的廣泛關注 ， 本課題 選用此種拖動方式。 電梯永磁同步無齒曳引拖動系統(tǒng)原理見圖 2 所示 控制系統(tǒng)的選擇設計 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重故障，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能 出現(xiàn) 人身事故。所以，本課題不使用這種控制方式。 微機控制系統(tǒng) 微機具有體積小、成本低、自動化程度高、通用性強、節(jié)省能源的特點。微機應用于電梯控制，可以實現(xiàn)復雜的功能控制，并可以對電梯實施群控調度管理圖 21 永磁同步電動機拖動系統(tǒng)原理圖 電動機 5 轎廂 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設計 5 以提高運行效率。 基于上述原因，現(xiàn) 在微機控制在電梯的并聯(lián)控制和群控方面得到廣泛應用。由于目前使用微機的控制方式只在群控場合或高速場合使用，而本電梯模型模擬的是單個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)自動化控制的專用計算機，它是把計算機技術和自動化技術融為一體，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它充分利用了微型計算機的原理與技術，既可以用來完成邏輯控制，也可以實現(xiàn)模擬控制；既可以用來控制工業(yè)現(xiàn)場的各種設備及自動生產(chǎn)線，也可以同計算機聯(lián)網(wǎng)，構成集散控制系統(tǒng)，已在很多 領域取得了成功的應用?？删幊绦蚩刂破魇菍樵诠I(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)計算機，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，具有如下獨一無二的特點： 可靠性高 PLC 開發(fā)時在硬件方面采用了屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離及模塊結構等措施來增加 PLC 的可靠性；在軟件方面，設置了自診斷、警戒時鐘 WDT、信息保護和恢復等措施。它具有了極高的可靠性和很強的抗干擾能力，被譽為“不會損壞的儀表”。 控制程序可變，具有很好的柔性 在生 產(chǎn)工藝流程改變或設備更新時，如果需要改變控制功能，往往不必改變硬設備，只需改變一下應用程序就可以達到目的。所以，從這個意義上說，它具有很突出的柔性控制能力。 編程方法簡單易學 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還針對具體問題，開發(fā)了順序功能圖語言，簡化了復雜控制系統(tǒng)的編程。 功能強，性能價格比高 現(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順控等功能，還具有較強的數(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，還能擴展位置控制、運動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格比。 體積小，重量輕，能耗低 由于半導體集成電路的應用， PLC的體積相對很小。 綜合比較上述三種控制方式的優(yōu)缺點以及各自的適用場合，結合本課題電梯模型模擬的實際對象，本課題采用的控制系統(tǒng)選用 PLC 控制方式。