【正文】 ......................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 33 致謝 ............................................................................................................................ 34 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 隨著人口的增加、科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展和人們物質(zhì)文化生活的逐步提高，導(dǎo)致了現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ： 電梯； PLC；組態(tài)軟件；監(jiān)控 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 Abstract With the increase in urban population and people39。 本課題控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)分兩部分進(jìn)行。國內(nèi)在這方面的應(yīng)用尚處于起步階段。它能提供電梯運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)獲得對電梯日常運(yùn)行的記錄和監(jiān)測資料，實(shí)現(xiàn)故障的早期預(yù)告、診斷及處理，確保電梯的運(yùn)行、維護(hù)和管理。無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 摘 要 隨著城市人口的增加和人們物質(zhì)文化生活水平的提高，高層建筑的數(shù)量在快速增加，電梯的使用量也隨之急劇增加。它為電梯維修保養(yǎng)單位和電梯使用單位對電梯的集中管理提供了一種強(qiáng)有力的手段。無齒輪電梯用低速大轉(zhuǎn)矩永磁同步電動機(jī)在電梯的應(yīng)用是目前的熱點(diǎn)研究之一，其研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。在電梯的使用中最被人們重視的就是安全問題，所以對電梯的各種保護(hù)環(huán)節(jié) 重點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件的畫面運(yùn)行效果良好。 configuration software。 電梯是一種相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)電綜合產(chǎn)品，具有零碎、分散、垂直運(yùn)行、頻繁啟制動、總裝配和調(diào)試需要在遠(yuǎn)離制造廠的使用現(xiàn)場進(jìn)行等特點(diǎn)。在該專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中，都將電梯控制技術(shù)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容作為重要的教學(xué)內(nèi)容。由于電梯是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，涉及到的行業(yè)多，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度比較大，所以是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大推動力之一。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(biāo)。 交流調(diào)壓調(diào)速電力拖動方式 用改變異步電動機(jī)定子電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)稱為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 。由于調(diào)壓裝置輸出電壓的改變是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的，因此加到電機(jī)上的電壓是非正弦的，尤其是低速時(shí)，定子電壓要求較低，晶閘管導(dǎo)通角增大，加到定子上的電壓嚴(yán)重變形，致使消耗于轉(zhuǎn)子電路的功率很大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，壽命減短，效率較低。與調(diào)壓調(diào)速相比 ，變頻調(diào)速有其不可比擬的優(yōu)越性。所以，要改變交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率 f1即可。 但異步電動機(jī)設(shè)計(jì)成低速時(shí)，電動機(jī)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(shè)計(jì) 3 佳。永磁同步電動機(jī)由電壓源逆變器供電，選擇最優(yōu)開關(guān)矢量來控制定子磁鏈和定子轉(zhuǎn)矩，從而獲得最快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。永磁同步電動機(jī)正常工作不產(chǎn)生諧波干擾，而當(dāng)過勵(lì)時(shí)能補(bǔ)償電網(wǎng)感性 負(fù)載所需的無功功率，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。 （ 5）提高傳動效率、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、具有較高的性能價(jià)格比。 永磁同步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)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(jī)的力矩慣性比大，動態(tài)性能好，具有更高的低速性能、調(diào)速精度、快速響應(yīng)性能等優(yōu)點(diǎn)。他控式變頻調(diào)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(shè)計(jì) 4 置是獨(dú)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)。 根據(jù)電動機(jī)反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機(jī) (簡稱 BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機(jī) (簡稱 PMSM)調(diào)速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動勢和電流都為正弦波。所以，本課題不使用這種控制方式。由于目前使用微機(jī)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(gè)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。它具有了極高的可靠性和很強(qiáng)的抗干擾能力，被譽(yù)為“不會損壞的儀表”。 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 現(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，還具有較強(qiáng)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。 綜合比較上述三種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及各自的適用場合，結(jié)合本課題電梯模型模擬的實(shí)際對象，本課題采用的控制系統(tǒng)選用 PLC 控制方式。 電梯的額定（轎廂）速度設(shè)計(jì)成電梯的 ， 否則，考慮啟動及減速轎廂永遠(yuǎn)不可能達(dá)到額定速度。該產(chǎn)品為封閉式結(jié)構(gòu)。該種電機(jī)為三相電動機(jī)，電壓 380V，頻率 ， 電流 ，功率 ，轉(zhuǎn)速 167r/min，額定轉(zhuǎn)矩 670N FX2N 系列每條基本指令執(zhí)行時(shí)間為 s。 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 根據(jù)電梯的層站數(shù)、梯型、控制方式、應(yīng)用場所及具體控制要求，計(jì)算出 PLC的輸入信號與輸出信號的數(shù)量。 2）強(qiáng)迫減速開關(guān)和限位開關(guān)是防止電梯沖頂或蹲底的第一道防線和第二道防線，上下共 4個(gè)數(shù)量。 總之，初步估算需要 36個(gè)輸入信號。 2）接觸器及中間繼電器有制動接觸器、開門繼電器、關(guān)門繼電器、電源接觸器、超載繼電器、運(yùn)行接觸器和風(fēng)扇共 7個(gè)。 由上述分析可知，現(xiàn)場輸入信號共 36個(gè)，輸出信號共 35個(gè)，共 71 個(gè)信號需要 PLC 進(jìn)行處理。 綜上所述，選擇日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N80MR 型號的 PLC?？紤]以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，可以最大限度地提高電機(jī)的運(yùn)行效率，同時(shí)降低電機(jī)的運(yùn)行損耗，特別適合電梯類負(fù)載頻繁變化的場合。 保護(hù)功能完善、維修性能好。根據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)，編碼器又分為接觸式、光電式等類型。這兩種區(qū)段分得越密，則分辨率越高。 旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)的計(jì)算 為了提高檢測位置的精度，應(yīng)該選擇用每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)多的旋轉(zhuǎn)編碼器?？紤]到樓間距較小，設(shè)旋轉(zhuǎn)編碼器每個(gè)脈沖對應(yīng)的轎廂移動距離即計(jì)數(shù)精度為 S（單位 mm/脈沖），考慮設(shè)計(jì) S 的不大于 ，則可以計(jì)算出所需旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖個(gè)數(shù) P 的數(shù)值。 主電路及輔助電路的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)脈沖脈沖 轉(zhuǎn) /1 2 0 0/ /1 2 0 ??? mmmmsDP ?無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 32 硬件結(jié)構(gòu)圖 Fig 32 The Chart of Hardware Architecture 電梯控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。輸入地址分配見表 31 所示，輸出地址分配見表 32 所示。由此指導(dǎo)思想可以設(shè)計(jì)出圖 34所示的主拖動電路。 TC 為控制變壓器，其二次側(cè)輸出端子 0 02 的直流輸出用于電梯門系統(tǒng)和制動器系統(tǒng)的電源，二次側(cè)輸出端子 10 103 的交流輸出用于門聯(lián)鎖回路和安全回路的電源，輸出端子 40 403 的直流輸出 用作內(nèi)指令信號燈、廳呼梯信號燈以及樓層顯示和運(yùn)行方向的電源。 TA3 為屏蔽線接線端子。也就是說， PLC的輸出端口可以和變頻器的上述信號端子直接相連接，從而實(shí)現(xiàn) PLC 對變頻器的控制。用數(shù)字操作器對參數(shù) H101～ H106 進(jìn)行設(shè)定，從而使變頻器的 5～ 8 端子具有了全新的功能，最多可達(dá) 9 段速運(yùn)行。 強(qiáng)迫減速開關(guān)是為了防止電梯失控時(shí)造成沖頂或蹲底的第一道防線。 限位開關(guān)是為了防止電梯沖頂或蹲底的第二道防線。由此可知，限位開關(guān) SQ2 或 SQ4 動作時(shí) PLC 通過程序使 Y000 和 Y007 為 OFF，接觸器 KM1 和KM2斷電釋放，制動器馬上制動，迫使電梯立即停梯。電梯的超載存在著因曳引力不足而造成溜梯的危險(xiǎn)（實(shí)際電梯中，超載是指超過額定載重量的15%，并不小于 75kg）?？傊?，模擬超載的情況后，電梯報(bào)警不關(guān)門，電梯自然也不會運(yùn)行了。 困人救援裝置 目前在解救電梯困人過程中，不 再提倡安全窗形式的自救，而是強(qiáng)調(diào)報(bào)警求救加專業(yè)人員實(shí)施救援的形式。 無齒同步曳引電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 短路保護(hù)、過載保護(hù) 在上述設(shè)計(jì)的主電路中，斷路器 QF1 具有過載保護(hù)功能。 （ 2）超速保護(hù) 為了防止因控制失靈、電力不足、制動器失效、曳引力不足及曳引鋼絲繩斷裂等原因?qū)е罗I廂的超速墜落，應(yīng)該設(shè)置限速器裝置，用來防止電梯的超速（當(dāng)轎廂運(yùn)行速度超過額定速度的 115%即為超速）。 由于實(shí)際電梯超速器和安全鉗動作時(shí)會發(fā)出信號，超速器和安全鉗的常閉觸點(diǎn)斷開，切斷相關(guān)電路，所以在本模型中只能僅僅使用兩個(gè)常閉的按鈕來模擬這兩個(gè)功能。 如果將安全回路直接接入可編程序控制器，而不經(jīng)過具 有安全觸點(diǎn)性質(zhì)的接觸器或繼電器開關(guān)元件，是錯(cuò)誤的。在轎廂門沒有關(guān)好的情況下轎廂就運(yùn)行，將對轎箱內(nèi)的人員產(chǎn)生很大的危險(xiǎn)。電梯所有的廳門和轎門都處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)， KA2 線圈得電吸合，也就是說 KA2 常開觸點(diǎn)的閉合是電梯曳引機(jī)運(yùn)行的必要條件。 圖 37 啟閉電 梯和照明電路 Fig 37 The Chart of Startup or Shutdown Lift And Illumination Circuit 本章小結(jié) 本章在上章確定系統(tǒng)方案的前提下，選擇了系統(tǒng)所用曳引電動機(jī)、可編程控制器、變頻器和旋轉(zhuǎn)編碼器等主要器件的 型號。具體而言它要實(shí)現(xiàn)的控制功能有 :開、關(guān)門控制；轎內(nèi)指令信號、廳呼指令信號的登記與消除；順向截梯及最遠(yuǎn)反向截梯的處理；滿載直駛功能實(shí)現(xiàn)；自動選向、自動運(yùn)行、換速、平層、停車及自動開關(guān)門功能；檢修運(yùn)行 (強(qiáng)制工作狀態(tài) )狀態(tài)等。 從宏觀考慮，電梯完成一個(gè)呼叫響應(yīng)的步驟如下： 電梯在檢測到門廳或轎箱的呼叫信號后將此樓層信號與轎箱所在樓層信號比較，通過選向決定運(yùn)行方向。 平層后，經(jīng)過一定延時(shí)后開門，直至碰到開關(guān)到位行程開關(guān)；再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門，直到碰到關(guān)門到位行程開關(guān)。將 M12常閉觸點(diǎn)互鎖關(guān)門繼電器 Y006線圈路徑， M12常開觸點(diǎn)接通開門繼電器 Y005路徑。） （ 1）電梯自動關(guān)門。 T3計(jì)時(shí)未到的情況下，教廂內(nèi)人員可以按動 PLC 輸入接口的 X012 端子接的 SB2 關(guān)門按鈕，可以馬上實(shí)現(xiàn)關(guān)門按鈕關(guān)門功能 。上班啟動電梯時(shí)，用鑰匙開關(guān)轉(zhuǎn)動 SQ20 會使 M16 繼電器為 ON， M16常開觸點(diǎn)閉合會使 Y005為 ON 并且自保， Y005控制開門繼電器 KA5得電，實(shí)現(xiàn)上班送電開門開放電梯的功能。由上分析，變頻器的輸出為零時(shí)， Y007常閉觸點(diǎn)閉合和 M14常開觸點(diǎn)閉合會使開門繼電器 Y005為 ON，開門繼電器 KA5 得電吸合，實(shí)現(xiàn)到站零速平層停靠抱閘開門。 靠時(shí)， M600 為 ON，如果一層廳里有人按動上行呼梯按鈕 SB12，則對應(yīng)的X034 為 ON,結(jié)果是 M19 為 ON。 測取每層減速點(diǎn)的程序 計(jì)數(shù)方式 電梯是通過計(jì)算輸入脈沖數(shù)檢測轎廂位置，從而測取各層減速點(diǎn)。 本電梯模型采用了相對計(jì)數(shù)方式來測取各層減速點(diǎn)?？傊?M200 為 ON表示轎廂進(jìn)入平層，M201 為 ON 表示轎廂離開平層。我們把 M300～ M305 分別叫 1～ 6 層的空間位置繼電器。 利用空間位置繼電器 M300～ M305，結(jié)合平層時(shí)的信號 M418，主控指令 MC 與主控復(fù)位指令 MCR 之間的程序可以將計(jì)數(shù)器在一層平層到二層平層期間計(jì)的脈沖數(shù)送給數(shù)據(jù)寄存器 D201，二層平層到三層平層期間計(jì)的脈沖數(shù)送給數(shù)據(jù)寄存器D202，以此類推，五層平層到六層平層期間計(jì)的脈沖數(shù)送給數(shù)據(jù)寄存器 D205，這些數(shù)據(jù)寄存器的實(shí)質(zhì)是各自反應(yīng)了樓層的高度。 計(jì)數(shù)器的設(shè)置 程序中使用高速計(jì)數(shù)器，又稱為中斷計(jì)數(shù)器，它的計(jì)數(shù)不受掃描周期的影響，但其最高計(jì)數(shù)頻率受輸入響應(yīng)速度和全部高速計(jì)數(shù)器處理速度這兩個(gè)因素限制，此處用了一個(gè)計(jì)數(shù)器 C237，其計(jì)數(shù)最高頻率 10KHz。這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器 C237 的當(dāng)前值和設(shè)定值相同時(shí)， C237位元件變?yōu)?ON，意味著轎廂離平層位 置正好是 H 對應(yīng)的距離，實(shí)質(zhì)是表示轎廂到達(dá)了樓層的減速點(diǎn)。通過 DECO解碼指令對 D306的內(nèi)容解碼，可以知道電梯在一層時(shí) M600為 ON，從一層上升到距離二層平層 H的距離時(shí)（此時(shí) M99為 ON 一個(gè)周期）， D306 中的數(shù)值變?yōu)?，從而 M600變?yōu)?OFF,M601變?yōu)?ON，以此類推，在 M604由 ON變?yōu)?OFF、 M605由OFF變?yōu)?ON 意味著電梯到了六層減速點(diǎn)了。 圖 43 運(yùn)行控制程序 制動等其它相關(guān)程序 電梯制動程序 制動器是電梯的一個(gè)重要安全裝置，對主軸起著制動作用。設(shè)計(jì)的制動器松閘程序見圖 44所示。當(dāng)光電開關(guān)動作后， M418 為 ON 導(dǎo)致 M70 為 ON，從而 Y042 變?yōu)?OFF。 正常情況下，除了兩個(gè)終端層站外，其它中間層站務(wù) 必實(shí)現(xiàn)電梯的順向截梯、反向不截梯功能，這用廳的上下召喚指令信號燈繼電器和運(yùn)行方向繼電器M M9 相配合很