【正文】 ic structure and working principle, performance and features， PLC’s application and selection, describing the basic position of the inverter, classification, the vector control principle of the inverter and VVVF elevator control features. The design of the freight elevator control system is the system with random logic control. In addition the article also introduces the principle of PLC and hardware design of the VVVF freight elevator and the VVVF freight elevator software program designation. In this design, threestore freight elevators can be applied by PLC controlling and activated with variable frequency. Also, the puter munication succeeds to operate on the surveillance of the freight elevator and pletes the running controlled indirectly on the puter. Therefore, it is supposed that it is feasible to use PLC to control freight elevators and focus on monitoring them between buildings. Key Words: programmable controller, freight elevator controlling, frequency transformer， PLC , monitoring function 1 1 前 言 電梯的起源與發(fā)展 隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多。因此，在 20 世紀前半葉，電梯的電力拖動，尤其是高層建筑物中的電梯速度的調(diào)節(jié)，幾乎都是采用直流調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 在第二次世界大戰(zhàn)以后，美國的建筑業(yè)得以快速 發(fā)展，促使電梯也進入發(fā)展時期，新技術(shù)被廣泛用于電梯。 在 1967 年將固體晶閘管用于電 梯拖動系統(tǒng)。至此，電梯的控制技術(shù)有了很大發(fā)展。 1985 年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。 當前，在電梯電力拖動方面，除了大容量電梯還采用直流拖動系統(tǒng)以外，用交流變 2 頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，已成為高速電 梯的主流。解放后，隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，電梯企業(yè)應運而生。如中國迅達公司、天津奧梯斯公司、上海三菱公司、蘇州迅達公司和廣州電梯工業(yè)公司等企業(yè)，就是通過合資和補償貿(mào)易方式，引進發(fā)達國家的先進管理和技術(shù)，不斷改善現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和管理體制，使企業(yè)素質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量都提高到了一個新水平，推出一代電梯新產(chǎn)品。 早期的電梯控制裝置主要是由繼電器、接觸器控制邏輯電路組成，存在功能弱、故障多、壽命短等缺點。 3 2 電梯的拖動與控制技術(shù) 電梯的定義與種類 電梯的定義 國家標準 《 電梯名詞術(shù)語 》 規(guī)定，電梯的定義 ： 用電力拖動，具有乘客或載貨轎廂，其運行于垂直的或與垂直方向傾斜不大于 15 度角的兩側(cè)剛性導軌之間，運送乘客和 (或 )貨物的固定設備。 (3)轎廂要方便于乘坐乘客或承載貨物。通常用在 16 層以上的建筑物內(nèi)）。如 ， ， ， 1m/s；通常用在 10層以下的建筑或客貨兩用電梯或貨梯）。 按操縱控制方式分類 （ 1）手柄控制電梯 （ 2）按鈕控制電梯 （ 3）信號控制電梯 （ 4）集選控制電梯 （ 5）下 (或 )上集選控制電梯 （ 6）并聯(lián)控制電梯 （ 7）梯群程序控制電梯 （ 8）梯群智能控制電梯 （ 9）微機控制電梯 按拖動方式分類 （ 1）直流電梯 （ 2）交流電梯 （ 3）液壓電梯 （ 4）齒輪齒條電梯 （ 5）螺桿式電梯 （ 6）直線電機驅(qū)動電梯 電梯的主要組成 電梯是把機電合成一體的大型復雜產(chǎn)品，為了研究的方便，必須首先對電梯的總體結(jié)構(gòu)有概括認識。 機房 5 所屬的主要構(gòu)件：控制柜、承重梁、導向輪、限速器、選層器、極限開關(guān)。 曳引系統(tǒng) 功能：輸出與傳送動力，驅(qū)動電梯運行。 門系統(tǒng) 功能：乘客或貨物的進出口，運行時層、轎門必須封閉，到站時才能 打開。 電器控制系統(tǒng)圖 功能：對電梯的運行進行操縱和控制。當電動機 是單速時，稱為交流單速電梯，其速度一般不高于 。 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動技術(shù) 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動技術(shù)國外已大量應用于電梯。它控制的電梯速度達 4m/s，但是，機組結(jié)構(gòu)體積大，耗電大，維護工作量較大，造價高，因此，常用于對速度，舒適感要求較高的建筑物中。當電動機具有調(diào)壓（ variable voltage 縮寫為 VV）調(diào)速裝置時稱為交流調(diào)速電梯，它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達到直流電動機的水平，其速度一般不高于 。本設計應用的就是這種拖動技術(shù)。觸發(fā)器為“ 1”態(tài)，相當于繼電器接通 ； 為“ 0”態(tài)，相當于繼電器斷開。 繼電器由兩個主要的部件構(gòu)成，一是 (電磁 )線圈，二是 (常開、常閉 )接點 。 交流變頻變壓控制技術(shù) PWM 控制技術(shù)是通用型變頻器中應用十分廣泛的一種電壓和頻率控制方法，它可以極為有效地抑制輸出電壓的諧波，而且動態(tài)響應較好。在變頻調(diào)速應用中，則主要是后者即變壓變頻。 SPWM 控制 逆變器開關(guān)模式信號通常情況下利用三相對稱的正弦波參考信號（控制波）與一個共用的三角波載頻信號（調(diào)制波）互相比較來生成。 本章小結(jié) 本章先對電梯的定義、種類、組成進行闡釋，從而對電梯有初步了解。電梯的拖動技術(shù)主要有單、雙速交 流電動機拖動技術(shù)、交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動技術(shù)、直流發(fā)電機 — 電動機可控硅勵磁拖動技術(shù)、可控硅直接供電拖動技術(shù)、交流調(diào)速拖動技術(shù)。交流變頻變壓控制技術(shù)主要介紹的是 ： （ 1） PWM 控制技術(shù)即脈寬調(diào)制。（ 2） SPWM 控制。包括單極性和雙極性兩種情況。 電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求 ，而且電梯的首要保證就是安全，所以采用可編程控制器是 非常合適的選擇。因而在冶金、化工、交通、電力、機械等領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。 第一階段：從第一臺可編程序控制器問世到 20 世紀 70 年代中期，是可編程序控制器的初 創(chuàng)階段。 第二階段：從 20 世紀 70 年代中期到末期，是可編程序控制器的擴展階段 。 第三階段：從 20 世紀 70 年代末期到 20 世紀 80年代中期，是 PLC 通信功能實現(xiàn)階段。 第四階段：從 20 世紀 80 年代中期開始是 PLC 的開放階段。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的 SYMATIC S5 和 S7 系列、 AB 公司的 PLC5 等。 1987 年，國際電工委員會 (International Electrical CommitteeIEC)頒布了 PLC 標準草案，其第 3版對 PLC作了如下的定義： PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的 12 數(shù)字運算操作的電子裝置。它主要由中央處 理單元 CPU、存儲器、輸入、輸出等部分組成。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。 （ 1）輸入接口電路一般由光電耦合電路和微 機 輸入接口電路組成。微 機 的輸入接口電路一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、“選通”電路和中斷請求邏輯電路集成而成。由于輸入 — 內(nèi)部電路 — 輸出在電器上完全隔離，從而有效地防止了現(xiàn)場的強電干擾。 編程器是專用的，不同型號的 PLC 都有自己專用的編程器，不能通用。 PLC的外部設備還有盒式錄音機、打印機、 EPROM 寫入器及 高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設備等 [3]。 掃描從 0000 號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，再無中轉(zhuǎn)或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址遞增的方向順序逐條掃描用戶程序即執(zhí)行，直到程序結(jié)束。一方面，所掃描的程序被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用；另一方面，還可以利用 CPU 設置的定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，從而避免了由于 CPU 內(nèi)部故障使程序進入死循環(huán)而造成故障的影響。 PLC 的掃描周期通常為幾十毫秒。如果有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程器顯示等。 可編程控制器（ PLC）的性能指標 PLC 的性能，通常是用以下多種指標綜合 表述，不同品種規(guī)格的 PLC 其性能指標是不盡相同的，要根據(jù)具體悄況來分析。約定 16 位二進制數(shù)為一個字，每 1024 個字為 1K 字。 I/O 總點數(shù) PLC 的輸入和輸出量有開關(guān)量和模擬量兩種。 指令種類數(shù)和總條數(shù)用以表示 PLC 的編程和控制功能。 有的 PLC 還具有某些特種功能，例如自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能，監(jiān)控功能，特殊功能模塊，遠程 I/O 能力等。 16 （ 3）繼電接觸控制功能改變，需拆線 ， 甚至更換元器件，麻煩； PLC 控制功能改變，只修改程序即可，很方便。 （ 7） PLC 的適用范圍比繼電接觸控制的廣泛。而計算機使用匯編語言或其他高級語言編程，比 PLC 編程復雜。 （ 6） PLC 體積小，調(diào)試周期短。 （ 4） PLC 進行故障自動檢測與報警等顯示，提高運行安全性，并便于檢修。以前，都使用電梯繼電器控制系統(tǒng)，雖然，該系統(tǒng)存在一定的優(yōu)點： （ 1）所有控制功能及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。 但也存在一定的問題： （ 1）系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 （ 5） 由于線路復雜，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。 （ 2）過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度 、 壓力、電流等。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進電動機或伺服電動機，實現(xiàn)對各種機械的位置控制。因為 CMP2A 型機具有以下幾方面的優(yōu)點 ： CMP2A 型機專用于開關(guān)控制，其體積小，安裝起來節(jié)省空間，功能強。 變頻器 80 年代初通用變頻器實現(xiàn)了商品化。 在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定 (通常為工頻 50Hz)的交流電 (三相的或單相的 )變換成頻率連續(xù)可調(diào) (多數(shù)為 0400Hz)的三相交流 電。 逆變器負載側(cè)的變流器Ⅱ為逆變器。無論電動機處于電動狀態(tài)或是發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為 1。其主要任務是完成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等。圖 所示為變頻器的使用 。 （ 2） 交 — 直 — 交變頻器又稱為間接式變頻器。在中小容量變頻器中，這種方式已經(jīng)很少采用。 （ 2）電壓型：直流環(huán)節(jié)的儲能元件是電容器 CF。直流電動機轉(zhuǎn)矩表達式為 M=CM￠ Ia，可以分別控制電樞電流 Ia 和磁通￠兩個參數(shù)，它們之間互成90176。即如果在電機調(diào)速過程中始終維持定子電流的磁場電流分量 I1M 不變，而控制轉(zhuǎn)矩電流分量 I1T，它就相當于直流電動機中維持磁 21 場電流不變，而通過控制電樞電流來控制電機的轉(zhuǎn)矩一樣，能夠使系統(tǒng) 具 有較好的動態(tài)特性。 電梯變頻調(diào)速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。隨著變頻器性能價格比的提高，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。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)速范圍。 （ 4）保護功能完善、維修性能好。 調(diào)速部分 電梯在起動過程中，為了限制起動電流，減少電網(wǎng)電及起動的加速度，改善乘客乘坐的舒適感和防止對機件的沖擊，一般在定子電路中串入電抗、電阻或電阻與電抗的組合體，進行降壓起動。 圖 電梯電氣控制系統(tǒng)框圖 I/O 點數(shù) 較典型的 I/O 點數(shù)有： 轎內(nèi)指令按鈕：位于轎內(nèi)的操縱箱上，每層各有一個。 開、關(guān)門：有廳門、轎門電器觸點開關(guān) ， 用于保證電梯廳、轎門都關(guān)好，開關(guān)接通時電梯才能運行 ， 開、關(guān)門極限開關(guān) ， 手動開關(guān)門按鈕。因此分為上感應干簧管觸點和下感應干簧管觸點。上行時應保留下行的信號，下行時應保留上行的信號。 （ 4）電梯的換速、平層電路 電梯通常以快 速起動，而在減速時斷開快速繞組，接入慢速繞組。如果電梯因不應有的原因，上行超越平層位置，電梯將反向平層。貨梯是根據(jù)外部呼叫信號，行程信號以及自身控制規(guī)律運行的。 （ 1）電梯可能發(fā)生的事故隱患和故降 ① 轎廂失控、超速運行：由于電磁制動器失靈，減速器中的蝸輪、蝸桿的輪齒、軸、銷、鍵等折斷以及曳引繩