【正文】 險(xiǎn)系數(shù)。美國(guó)一家保險(xiǎn)公司對(duì)電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全 5 倍。 可編程序控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 72 頁(yè) 有專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)。 PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 電梯繼電器控制系統(tǒng) 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；而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 PLC是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC來控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。 (2) 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。 (6) 更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。 (1) 變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 72 頁(yè) 第 2 章 電梯的概述 本章介紹了電梯系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及各種分類方式。電梯的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。曳引鋼絲的兩端分別連轎廂和對(duì)重，依靠鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦來驅(qū)動(dòng)轎廂升降。 (3)門系統(tǒng) 門系統(tǒng)有轎廂門，層門，開門，連動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。它是有轎廂架和轎廂體組成的。 (5)重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。 (6)電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系 統(tǒng)由曳引電機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調(diào)速裝置等組成，它的作用是對(duì)電梯進(jìn)行速度控制。一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器與電機(jī)相連。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳 門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運(yùn)行的。 (8)安全保護(hù)系統(tǒng) 安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械的和電氣的各種保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全的使用。目前電梯的基本分類方法大致如下 ： (1)按用途分類 乘客電梯 ： 為運(yùn)送乘客設(shè)計(jì)的電梯，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的轎內(nèi)裝飾。 觀光電梯 ： 轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。 其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫(kù)電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。 這類電梯的額定速度一般在 以上。 直線電機(jī) 驅(qū)動(dòng)的電梯 ： 其動(dòng)力源是直線電機(jī)。 中速梯 ： 常指速度在 ～ 。 (4)按電梯有無司機(jī)分類 有司機(jī)電梯 ： 電梯 的運(yùn)行方式由專職司機(jī)操縱來完成。 按鈕控制電梯 ： 是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電梯，具有自動(dòng)平層功能，常見有轎外按鈕控制、轎內(nèi)按鈕控制兩種控制方式。 并聯(lián)控制電梯 ： 2～ 3 臺(tái)電梯的控制線路并聯(lián)起來進(jìn)行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。 按轎廂尺寸分類，則經(jīng)常使用 “ 小型 ” 、 “ 超大型 ” 等抽象詞匯表示。電梯的調(diào)速部分選用高性能 的矢量控制變頻器，邏輯部分由 PLC 來實(shí)現(xiàn)。 . 圖 電梯控制系統(tǒng)框圖 課題的核心問題有兩個(gè)：一是變頻器的參數(shù)設(shè)置以滿足運(yùn)行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求；二是由 PLC 編程實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行時(shí)各種信號(hào)控制。 1982 年，國(guó)際電工委員會(huì) (International Electrical Committee IEC)頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案， 1985 年提交了第 2 版， 1987 年的第 3 版對(duì) PLC 作了如下的定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 PLC 的主要功能和應(yīng)用 PLC 的主要功能和應(yīng)用如下： (1) 開關(guān)邏輯和順序控制這是 PLC 應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時(shí)混有較多的開關(guān)量時(shí)， PLC 具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)于頻 率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以選擇高速計(jì)數(shù)器。對(duì)安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對(duì)其中的邏輯運(yùn)算等，可采用冗余的 PLC 實(shí)現(xiàn)。一層有上升呼叫按鈕 K1 和指示燈 H1，二層有上升呼叫按鈕 K2 和指示燈 H2 以及下降呼叫按鈕 K4 和指示燈 H4，三層有上升呼叫按鈕K3 和指示燈 H3 以及下降呼叫按鈕 K5 和指示燈 H5，四層有下降呼叫按鈕 K6 和指示燈H6。 綜上所述，輸入點(diǎn)共有 20 個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)有 16 個(gè)。就本次四層電梯的設(shè)計(jì)而言，上述三種機(jī)型都行，但根據(jù)課本學(xué)習(xí)和熟悉程度， I/O 數(shù)量及輸入、輸出類型， S7300 的 I/O 點(diǎn)數(shù)可達(dá) 32/32 個(gè)，可以滿足 I/O 口點(diǎn)數(shù)。 SIMATIC S7 系列 PLC 都采用了模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得 S7 系列 PLC 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。 (4) 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 (7) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效的實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用接口模塊對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 所示。 CPU3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 都具有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展功能。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點(diǎn)即可。 ② 數(shù)字量輸出模塊 數(shù)字量輸出模塊 SM322 將 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號(hào)電平，可直接用于驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、小型電動(dòng)機(jī)、燈和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等。 A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測(cè)模擬量的精度是所設(shè)定的積分時(shí)間的正函數(shù)，也即積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。在輸出電壓時(shí)，可以采用 2 線回路和 4線回路兩種方式與負(fù)載相連。 PS307 可安裝在 S7300 的專用導(dǎo)軌上，除了給 S7300 CPU 供電外，也可給 I/O 模塊提供負(fù)載電源。如果需要，在擴(kuò)展機(jī)架可以安裝輔助電源。 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。 目前，市場(chǎng)流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅二、四年的時(shí)一間， IGBT 變頻器的單機(jī)容量已達(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。特別是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。 32 位數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal ProcessesDSP)的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。指令計(jì)算時(shí)間為 Ins 量級(jí)，是一般微處理器所無法比擬的。最初通用變頻器僅用十風(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。 VS616G5 型通用變頻器 電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 另外， VS616G5變頻器的啟動(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) 0. 01～ 0. 02%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)速圍。 (4) 保護(hù)功能完善、維修性能好。5% 400V 級(jí) 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,380/400/415/440/460V(對(duì)應(yīng)于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3 相 ,380/400/415/440/460V 5060Hz 電源 允許電壓波動(dòng) +10%， 15% 允許頻率波動(dòng) 177。5% 力矩響應(yīng) 20Hz(帶 PG, 40Hz) 頻率控制范圍 0. 1～ 400Hz 頻率控制精度 數(shù)字指令 :0. 01% ( 10 0C～ +40 ℃ ) 模擬指令 :% (250℃ ～ 177。 表 VS616G5 變頻器的參數(shù) 參數(shù) 功用 A 組 B 組 C 組 D 組 E 組 F 組 G 組 確定控制模式 選擇運(yùn)行功能 確定加減速時(shí)間及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時(shí)間 選擇頻率 確定運(yùn)行壓頻曲線 保護(hù)設(shè)置 確定偏差標(biāo)準(zhǔn) (2) 參數(shù)設(shè)計(jì)的原則： ① 減小啟動(dòng)沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時(shí)間常數(shù)宜大些。調(diào)速部分主要是對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)置，而 PLC 控制部分則首先闡述了設(shè)計(jì)思想，并對(duì) PLC 的選擇及 I/O 點(diǎn)數(shù)分配以及旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的連接。 (2) 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 72 頁(yè) PLC 的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電梯 PLC的控制系和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。電梯信號(hào)控制系統(tǒng)如圖 所示，輸入到 PLC的控制信號(hào)有 :運(yùn)行方式選擇、運(yùn)行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護(hù)信息、旋轉(zhuǎn)編碼器光電脈沖、開關(guān)門及限位信號(hào)、門區(qū)和平層信號(hào)等。 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。 按鈕開門。 自動(dòng)定向。 自動(dòng)換向。 自動(dòng)返基站。直至最高層自動(dòng)反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。加速斜率是以速度給定從 0 加速到 1000 轉(zhuǎn) /分所需要的時(shí)間來定義的。增大加速時(shí)間值起動(dòng)曲線變緩，反之，起動(dòng)曲線變急。理想的電梯速度給定曲線如圖所示，圖中 a 為加速度， v 為速度。 電梯曳引電機(jī)及門電機(jī)電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 所示。 M 13 ~L 1L 2L 3Q SF U 1K M 1 K M 2K M 3K M 4F R 1 F R 2M 23 ~ 圖 電梯曳引電機(jī)及門電機(jī)電路圖 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 72 頁(yè) 電梯自動(dòng)門的設(shè)計(jì) 任何種類的電梯絕大多數(shù)均要有開關(guān)門的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以是人工手動(dòng)的，也可以是電氣機(jī)械自動(dòng)的。 ② 當(dāng)轎廂門和某層樓的層門閉合后，應(yīng)由電氣機(jī)械設(shè)備的機(jī)械鉤子和電氣接點(diǎn)予以表現(xiàn)和考核。 ⑥ 門電機(jī)要具有一定的堵轉(zhuǎn) 能力。 當(dāng)門關(guān)至門寬的三分之二時(shí)， SA1 限位開關(guān)動(dòng)作，使 R2 電阻被短接一部分，使流經(jīng)R2 電阻中的電流增大，則總電流增大，從而使 RDl 的限流電阻上的壓降增大，也就是使MD 電動(dòng)機(jī)的電樞端電壓下降，此時(shí) MD 的轉(zhuǎn)速隨其端電壓的降低而降低也就是關(guān)門速度自動(dòng)減慢。 當(dāng)開關(guān)門繼電器 (KA1， KA2)失電復(fù)位后，則電機(jī) MD 所具有的動(dòng)能將全部消耗在 R2和 R1 電阻上了，也即進(jìn)入強(qiáng)烈能耗 (因 R2 電阻由于 SA2 開關(guān)仍處于被接通狀態(tài)，其阻值很小 )制動(dòng)狀態(tài)，很快的使 MD 電動(dòng)機(jī)停車，這樣直流伺服電動(dòng)機(jī)的開關(guān)門系統(tǒng)中就無需機(jī)械制動(dòng)器 (剎車 )來迫使電機(jī)停轉(zhuǎn)。至此關(guān)門過程結(jié)束。當(dāng)關(guān)門繼電器 KA2 吸合后，直流 110V 電源的“ +”極 (02 號(hào)線 )經(jīng)熔斷器 FU2，首先供電給直流伺服電動(dòng)機(jī) (MD)的勵(lì)磁繞組 MD0，同時(shí)經(jīng)可調(diào)電阻 RDl→ KA2 的 ( 2)常開觸點(diǎn)，→ MD 的電樞繞組→ KA2 的 ( 4)常開觸點(diǎn)至電源“ ”極 (01 號(hào)線 )。 ④ 關(guān)門時(shí)間一般為 35s，而開門時(shí)間一般為 。現(xiàn)就兩種驅(qū)動(dòng)類型的自動(dòng)開關(guān)門環(huán)節(jié)工作原理說明如下。 FR1， FR2 為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過載時(shí)斷開主電路。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。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，故將加速時(shí)間和 S 曲線加速時(shí)間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動(dòng)曲線。加速到 1000 轉(zhuǎn) /秒 2 所需要的時(shí)間。人們對(duì)于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。 (3) 電梯操作方式 單轎廂下集選