【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，減小運行費用。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。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。同時介紹了 PLC選型原則以及 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 。 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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在的問題 電梯繼電器控制系統(tǒng)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。 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。 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 ； 而且濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 檢查 故障困難， 費時費工。 PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ?CPU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。 2． PLC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。 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。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 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。 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)速范圍寬、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。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。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 。 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、可靠性差濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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。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。 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。 4． 其它裝置 ： 對重裝置、補償裝置等。 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 。在運行中如出現(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的凈寬度。全繞 1:1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。 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，電梯也在進步。 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。 4． 電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術(shù)，不斷滿足擁護的使用功能要求。 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性能 、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)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)。 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第三章 基本方案選擇 本設(shè)計通過多種方案的比較和對照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。這是本設(shè)計的特點之一。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)情況下變頻器標稱功率與電動機匹配，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機的參數(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（論文） 16 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。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 1800KVA隨著 IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大 [7]。 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。目前，新一代變頻器開始采用新的 精 簡指令集計算機 “ （ Reduced Instruction Set ComputerRISC） ” ,將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。 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展。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。 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。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點。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。但因其價位高、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。 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 %%， 使得電梯運行舒適感好，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 [11 ， 12]。 4． 保護功能完善、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 10V10V， 010V， 420mA 加速度時間 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 內(nèi)帶（ 200V 24KVA 400V 26KVA以下可選） 12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 179。 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。又因為電梯是雙向運行的，所以 PLC還需具有可逆計數(shù)器。 本章小結(jié) 本章對變頻器的類型進行了概述，并確定由 PLC來實現(xiàn)電梯信號控制，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)電梯曳引機電機功率為 P1，電梯運行速度為 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。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，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主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。 轎廂操縱盤 安全裝置 指層器 調(diào)整器 拖動控制 門機控制 輸 入 接 口 廳外呼梯 井道裝置 PC 機 CPU 存儲器 輸 出 接 口 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 電梯 PLC信號控制系統(tǒng)框圖 二． 電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 1． 一臺電機控制上升和下降 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或自動開門關(guān)門功能 4． 電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵，警鈴風扇及照明按鍵 5． 電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當前層號指示燈 6． 待客自動開門，當電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動開門迎客 7． 自動門與提早關(guān)門在一般情況下，電梯停站 46秒應(yīng)能自動關(guān)門 。 9． 內(nèi)指令記憶。 11． 呼梯記憶與順向截停。 13． 自動關(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 ； 自動改變運行方向為下行，應(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輸效率及正確平層要求，電 梯的速度給定曲線是一個關(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、終了加速時間來實現(xiàn)，本設(shè)計采用的 616G5變頻器就具有 S曲線加速時間設(shè)定功能，即可獲得理想的起動曲線。減速制動階段速度曲線與加速起動階段相對稱 [16 ]。 I/0 點數(shù)的分配及機型的選擇 本設(shè)計按 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個輸入點，34個輸出點需進行控制，考慮 10%15%的裕量，故選擇 C60P主機模塊 +C40P擴展單元，其 I/O點數(shù)可達 56/44個， 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（論文） 30 輸入部分： 0000 高速計數(shù)器輸入端 0013 。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置，只要電梯一運行，計數(shù)器就可以精確地確定走過的距離，達到與減速點相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時即可發(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。增大加速時間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。 為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線 (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。直至最高層自動反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。 14． 自動返基站。 運 行 方 式 選擇 運行控制信號 安 全 保 護 信號 內(nèi)指令信號 外指令信號 光電脈沖 開關(guān)門信號 門區(qū)或平層 信號 信號信號 拖動控制系統(tǒng) 呼 梯信號指示 運 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（論文）