【正文】 漸過渡到了變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運(yùn)行費(fèi)用。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機(jī)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(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠，必須改進(jìn)電梯控制方式。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(duì)此方法進(jìn)行了研究。同時(shí)介紹了 PLC選型原則以及 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 。 PLC控制 。 PLC control。 可編程序控制器 (PLC)最早是根據(jù)順序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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在的問題 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1． 所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)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。 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 1． 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)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(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高 ； 而且濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 檢查 故障困難， 費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ?CPU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道 (字 )的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器 (布爾處理器 )， 進(jìn)行點(diǎn) (位 )運(yùn)算與控制。 2． PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了 MTBF降低了 MTTR使可靠性提高。 5． 在 PLC的硬件方面 ,采用了一系列提高可靠性的措施 。例如 ， 采用軟件濾波 ； 軟件自診斷 ； 簡化編程語言等。更改程 序的操作也可 直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改， 更改的信息可在液晶屏或 CRT上顯示。 3． 維修方便 PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。 3． 操作的靈活性。 3． PLC可實(shí)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。 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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。 2． 變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM技術(shù) SVPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能 ； 調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，己逐漸取代直流電機(jī)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(biāo)較差，嚴(yán)重地影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。利用 PLC和變頻器對(duì)舊電梯進(jìn)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(yùn)行費(fèi)用 。 針對(duì)老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 和工作壽命短等缺 陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、可靠性高的可編程控制器（ PLC）來控制電梯。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由 PLC來實(shí)現(xiàn)電梯信號(hào)控制，變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了變頻器和可編程控制器（ PLC）的選擇。 電梯的主要組成部分 1． 曳引部分 :通常由曳引機(jī)和曳引鋼絲繩組成。 4． 其它裝置 ： 對(duì)重裝置、補(bǔ)償裝置等。 4． 行程極限保護(hù)開關(guān)，當(dāng)限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站時(shí)，此開關(guān)動(dòng)作 。在運(yùn)行中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯立即停車。 電梯的技術(shù)參 數(shù) 1． 載重量 (kg)制造和設(shè)計(jì)規(guī)定，電梯的額定載重量。 5． 開門寬度 (mm)轎廂門和層門完全開啟時(shí)的凈寬度。全繞 1:1吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度。 10． 停層站數(shù) (站 )凡在建筑物內(nèi)各樓層用于出入轎廂的地點(diǎn)均稱為站。 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。 電梯的主要參數(shù)是電梯制造廠設(shè)計(jì)和制造電梯的依據(jù)。 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。 自從我國實(shí)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。 電梯是服務(wù)于三分之一樓層的固定式升降設(shè)備。它適用于裝置在兩層以上的建筑內(nèi)，是輸送人員或貨物的垂直提升設(shè)備的交通工具。 生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進(jìn)步。 2． 電梯的拖動(dòng)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(diǎn)。 4． 電梯的管理功能不斷加強(qiáng)，電梯廣泛采用微機(jī)控制技術(shù)，不斷滿足擁護(hù)的使用功能要求。 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。 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(jìn)性能 、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置，因?yàn)橛来磐綗o齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流 ， 由于永磁技術(shù)的先進(jìn)性，將來很有可能取代 VVVF技術(shù)。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 基本方案選擇 本設(shè)計(jì)通過多種方案的比較和對(duì)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。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。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(biāo)稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)。選擇結(jié)果多數(shù)情況下變頻器標(biāo)稱功率與電動(dòng)機(jī)匹配，少數(shù)情況需要放大。 2． 所選擇通用變頻器的類型與被控制異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配。 6． 變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 通用變頻器的發(fā)展 上個(gè)世紀(jì) 80年代初，通用變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。前幾年主開關(guān)器件開始采用 IGBT， 僅三、四年的時(shí)間， IGBT變頻器的單機(jī)容量己達(dá) 1800KVA隨著 IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大 [7]。 人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動(dòng)控制的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 并不斷融入軟件功能。目前，新一代變頻器開始采用新的 精 簡指令集計(jì)算機(jī) “ （ Reduced Instruction Set ComputerRISC） ” ,將指令執(zhí)行時(shí)間縮短到納秒級(jí)。 目前出現(xiàn)了一類 “ 多控制方式 ” 通用變頻器。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、 泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。從技術(shù)發(fā)展動(dòng)向來看，大致有如下幾個(gè)方面 : 一． IGBT的應(yīng)用 最近幾年來， IGBT的應(yīng)用正在迅速推進(jìn)。 2． 同樣由于載波頻率的提高，使電動(dòng)機(jī)的電流 (特別是低速時(shí)的電流 )波形更加趨于正弦波，因而減少了電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)和電動(dòng)機(jī)的損耗。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點(diǎn)。其特點(diǎn)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。但因其價(jià)位高、投資大，所以在某種程度上限制了它的發(fā)展速度 。 因此，對(duì)無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的理論研究和實(shí)用化的開發(fā)代表著另一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。 另外， 616G5變頻器的起動(dòng)、制動(dòng)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(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá) %%， 使得電梯運(yùn)行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。這種變頻器不僅考慮了 V/f控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍 [11 ， 12]。 4． 保護(hù)功能完善、維修性能好。 %(無 PG) %(帶 PG) 速度響應(yīng) 5Hz(無 PG) 30Hz(帶 PG) 轉(zhuǎn)矩極限 有 轉(zhuǎn)矩精度 177。 10C） 頻率設(shè)定分辨率 (運(yùn)算分辨率 ) 數(shù)字式指令 模擬式指令 輸出頻率分辨率 過載量 額定輸出電流的 150%1min 頻率設(shè)定信號(hào) 10V10V， 010V， 420mA 加速度時(shí)間 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 約 20% 帶制動(dòng)選擇 150% 抑制高次 諧波電源 直流電抗器 內(nèi)帶（ 200V 24KVA 400V 26KVA以下可選） 12相整流 不能變動(dòng) 主要控制功能 瞬停再啟動(dòng) ， 下降控制 ， 轉(zhuǎn)矩控制 ， 零點(diǎn)伺服 操作裝置 16字 179。 2． 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān) ： 這種方法需對(duì)磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行運(yùn)算時(shí)需采用 PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。又因?yàn)殡娞菔请p向運(yùn)行的，所以 PLC還需具有可逆計(jì)數(shù)器。 本章小結(jié) 本章對(duì)變頻器的類型進(jìn)行了概述，并確定由 PLC來實(shí)現(xiàn)電梯信號(hào)控制，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器的選擇。 常用參數(shù)如表 41[13]。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為 P1，電梯運(yùn)行速度為 V，電梯自重為 W1,電梯載重為 W2配重為 W3，重力加速度為 g,變頻器功率為 P。 由于采用變頻調(diào)速，效率高。采用能耗制動(dòng)方式通過制動(dòng)單元將再生能量消耗在制動(dòng)電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。圖 PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括 PLC主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動(dòng)系統(tǒng)等。 轎廂操縱盤 安全裝置 指層器 調(diào)整器 拖動(dòng)控制 門機(jī)控制 輸 入 接 口 廳外呼梯 井道裝置 PC 機(jī) CPU 存儲(chǔ)器 輸 出 接 口 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 電梯 PLC信號(hào)控制系統(tǒng)框圖 二． 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 1． 一臺(tái)電機(jī)控制上升和下降 2． 各層設(shè)上 /下呼叫開關(guān) (最頂層與起始層只設(shè)一只 ) 3． 電梯到位后具有手動(dòng)或自動(dòng)開門關(guān)門功能 4． 電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵，警鈴風(fēng)扇及照明按鍵 5． 電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號(hào)指示燈 6． 待客自動(dòng)開門，當(dāng)電梯在某層停梯待客時(shí)，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動(dòng)開門迎客 7． 自動(dòng)門與提早關(guān)門在一般情況下，電梯停站 46秒應(yīng)能自動(dòng)關(guān)門 。 9． 內(nèi)指令記憶。 11． 呼梯記憶與順向截停。 13． 自動(dòng)關(guān)門待客。 電梯操作方式 單轎廂下集選控制登記所有轎廂和廳門下行召喚 ； 轎廂上行是只答應(yīng)轎廂召喚，直至最高層 ； 自動(dòng)改變運(yùn)行方向?yàn)橄滦?，?yīng)答廳門下行召喚。 三． 速度給定曲線 為了滿足舒適感提高運(yùn)輸效率及正確平層要求，電 梯的速度給定曲線是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其意義為加速度由 0加速到 1000轉(zhuǎn) /秒 2所需要的時(shí)間。而 S曲線變化率的變化，也可通過改變 S曲線起始、終了加速時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用的 616G5變頻器就具有 S曲線加速時(shí)間設(shè)定功能，即可獲得理想的起動(dòng)曲線。減速制動(dòng)階段速度曲線與加速起動(dòng)階段相對(duì)稱 [16 ]。 I/0 點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇 本設(shè)計(jì)按 七層的電梯為例，根 據(jù)需要控制的開關(guān)、設(shè)備大約有 52個(gè)輸入點(diǎn)，34個(gè)輸出點(diǎn)需進(jìn)行控制，考慮 10%15%的裕量，故選擇 C60P主機(jī)模塊 +C40P擴(kuò)展單元，其 I/O點(diǎn)數(shù)可達(dá) 56/44個(gè)， I/O分配如下 ： t 1 t 6 t 2 2 t 1 t 3 t 4 t5 v a ,v 0 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 輸入部分： 0000 高速計(jì)數(shù)器輸入端 0013 。本設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置，只要電梯一運(yùn)行，計(jì)數(shù)器就可以精確地確定走過的距離，達(dá)到與減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時(shí)即可發(fā)出減速命令。理想的電梯速度給定曲線如圖 ，圖中a為加速度， v為速度。增大加速時(shí)間值起動(dòng)曲線變緩，反之，起動(dòng)曲線變急。 為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動(dòng)速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線 (S曲線 )及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及 S曲線變化率決定的。直至最高層自動(dòng)反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。 14． 自動(dòng)返基站。 運(yùn) 行 方 式 選擇 運(yùn)行控制信號(hào) 安 全 保 護(hù) 信號(hào) 內(nèi)指令信號(hào) 外指令信號(hào) 光電脈沖 開關(guān)門信號(hào) 門區(qū)或平層 信號(hào) 信號(hào)信號(hào) 拖動(dòng)控制系統(tǒng) 呼 梯信號(hào)指示 運(yùn) 行 方 式 指 示示 呼梯鈴 開關(guān)門控制 樓層顯示 輸 入 接 口 PLC 輸 出 接 口 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）