【正文】 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。 變頻調(diào)速控制電梯的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(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 。電梯控制系統(tǒng)主要分為機(jī)械和電氣兩大部分，詳細(xì)介紹電梯系統(tǒng)的組成和分類，為下面系統(tǒng)設(shè)計做準(zhǔn)備。 圖 電梯基本結(jié)構(gòu) 1. 控制柜 (屏 ) 2. 曳引機(jī) 3. 曳引鋼絲繩 4. 限速器 5. 限速器鋼繩 6. 限速器張緊裝置 7. 轎廂 8. 安全鉗 9. 轎廂門安全觸板 10. 導(dǎo)軌 11. 對重 12. 廳門 13. 緩沖器圖 214538791011126 13 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 6 頁 共 72 頁 (1)曳引系統(tǒng) 電梯曳系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅(qū)動電梯運(yùn)行。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型還可以增加曳引力。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇，門導(dǎo)軌架，等組成，層門設(shè)在層站入口處。轎廂架是轎廂體的承重機(jī)構(gòu)，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。對重由對重架和對重塊組成。曳引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或者直流電機(jī)。調(diào)速裝置對曳引電機(jī)進(jìn)行速度控制。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷總電源的極限保護(hù)裝置。 載貨電梯 ： 主要為 運(yùn)送貨物而設(shè)計，通常有人伴隨的電梯。 車輛電梯 ： 用作裝運(yùn)車 輛的電梯。 (2)按驅(qū)動方式分類 交流電梯 ： 用交流感應(yīng)電動機(jī)作為驅(qū)動力的電梯。 液壓電梯 ： 一般利用電動泵驅(qū)動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。 電梯問世初期，曾用蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)作為動力直接驅(qū)動電梯，現(xiàn)已基本絕跡。 高速梯 ： 常指速度大于 。 無司機(jī)電梯 ： 乘客進(jìn)入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運(yùn)行到達(dá)目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。 信號控制電梯 ： 這是一種自動控制程度較高的有司機(jī)電梯。 群控電梯 ： 是用微機(jī)控制和統(tǒng)一調(diào)度多臺集中并列的電梯。此外，還有雙層轎廂電梯等。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用集中控制方式，主要包括信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩大部分。 可 編 程 控 制 器 變頻器 旋轉(zhuǎn)編碼器 顯示裝置 安全裝置 廳外呼梯盒 轎廂操縱盤 拖動控制系統(tǒng) M 3~ 信息控制系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 72 頁 的選擇 PLC 的定義 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸 出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。另外某些 PLC 產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如 PID 模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的 PID 等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。 (4) 數(shù)據(jù)處理新型 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些 PLC 還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。 (6) 通信把 PLC 作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的 交換，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此 PLC 是實(shí)現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。一至四層有到位行程開關(guān) SQ1～ SQ4。 PLC 的選型 在工程應(yīng)用中可選用的 PLC 機(jī)型很多，比如三菱公司的 FX 系列、 OMRON 公司的C 系列、西門子等，它們功能都差不多，在工程應(yīng)用中各有千秋，至于要選擇哪種機(jī)型，就要根據(jù)自己的設(shè)計需要及應(yīng)用水平。所以 本次設(shè)計采用西門子 SIMATIC S7300 系列 PLC 機(jī)型。 SIMATIC S7300 的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)，其主要功能如下： (1) 高速的指令處理 ～ s? 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 (5) 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。 圖 S7300 系列 PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)基本構(gòu)成 SIMATIC S7300 系列 PLC 是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任 務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。 S7300 是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架 (導(dǎo)軌 )或多個機(jī)架上。它的主要組成部分有導(dǎo)軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM)、信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。 CPU 以梯形圖 LAD、功能塊 FBD或語句表 STL 進(jìn)行編程。輸入信號進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU 采樣。 晶體管輸出 模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊； 可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊； 繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。 SM331可選四檔積分時間： 、 、 20ms 和 l00ms，相對應(yīng)的以位表示的精度為 12和 14。采用 4 線回路能獲得比較高的輸出精度。 (4) 接口模塊 (IM) 接口模板 (IM360/361)用來在機(jī)架之間傳遞總線。對于雙層組態(tài)，硬連線的 IM365 接口模板較為經(jīng)濟(jì) (不需要輔助電源，在擴(kuò)展機(jī)架上不能使用 CP 模板 )。目前有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但價格相對較貴。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 72 頁 變頻器的分類 變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對變頻器分類 : (1) 按變換頻率的方法分 交─直─交變頻器 交─交變頻器 (2) 按主電路工作方式分 電壓型 變頻器 電流型變頻器 (3) 按變頻器調(diào)壓方法的不同分 PAM 變頻器 PWM 變頻器 (4) 按工作原理分類 U/f 控制變頻器 VC 控制變頻器 SF 控制變頻器 (5) 按照用途分類 通用變頻 器 高性能專用變頻器 高頻變頻器 簡述通用變頻器概況 通用變頻器的發(fā)展 上個世紀(jì) 80 年代初，通用變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。 (2) 結(jié)構(gòu)的小型化 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路 (LSI)和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實(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“精簡指令集計算機(jī)”(Reduced Instruction set ComputerRISC)，將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。有的變頻器廠家聲稱，以 RISC 為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計計算、 PID 調(diào)節(jié)器在線實(shí)時運(yùn)算。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器 。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行，以改善電梯運(yùn)行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。無須配專用電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機(jī)。 VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下 : (1) 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 (5) 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能。5% 控制 特性 控制方式 正弦波 PWM (V/f 控制、帶 PG反饋的 V/F 控制、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制 4 種控制方式任選性 ) 啟動力矩 150%/1Hz(帶 PG, 150%/Ormin) 速度控制范圍 1:100(帶 PG, 1:1000) 速度控制精度 177。10 ℃ ) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 72 頁 變頻器的參數(shù)設(shè)置 由于采用 PLC 作為邏輯控制部件，故變頻器和 PLC 通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。 ② 提高了運(yùn)行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車擊。 PLC 控制系統(tǒng)硬件 設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。圖 為電梯 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、指示器、門機(jī)、調(diào)速裝置與拖動系統(tǒng)等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 72 頁 運(yùn) 行 方 式 選 擇 運(yùn) 行 控 制 信 號 安 全 保 護(hù) 信 號內(nèi) 指 令 信 號外 指 令 信 號光 電 脈 沖呼 梯 信 號 顯 示樓 層 顯 示運(yùn) 行 方 式 指 示呼 梯 鈴開 關(guān) 門 控 制開 關(guān) 門 信 號 門 區(qū) 或 平 層 信 號 拖 動 控 制 系 統(tǒng)輸入接口輸出接口P L C 圖 電梯 PLC 信號控制系統(tǒng)框圖 (2) 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 一臺電 機(jī)控制上升和下降。 電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號指示燈。在開關(guān)過程中或門關(guān)閉后，電梯啟動前，按下操縱盤上開關(guān)按鈕，門將打開。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上，方向時，電梯應(yīng)能按先入為主的原則，選層指令相對與電梯位置具有不同自動確定運(yùn)行方向。當(dāng)電梯完成全部順向指令后，應(yīng)能自動換向，應(yīng)答相反方向的信號。當(dāng)電梯設(shè)有基站時，電 梯在完成全部指令后，自動駛回基站，停機(jī)待 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁 共 72 頁 客。 (4) 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關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其意義為加速度由。同理，增加 S曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。 a / vva0 t 1 t 2 t 3 t 4t 5t 6 t 圖 速度運(yùn)行曲線 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 72 頁 (5) 減速及平層控制 電梯的工作特點(diǎn)是頻繁起制動，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準(zhǔn)確平層，即“無速停車抱閘”不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘，即直接停止，要做到這一點(diǎn)關(guān)鍵是準(zhǔn)確發(fā)出減速信號，在接近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。圖中 M1， M2為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器 KM1～ KM4 通過控制兩臺電動機(jī)的運(yùn)行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對電梯的控制。但現(xiàn)今已很少見到手動開關(guān)門的電梯了，僅僅對小型雜物電梯和簡易居民住宅電梯才使用手動開關(guān)門。 ③ 開關(guān)門動作平穩(wěn)，不得有劇烈的抖動和異常響聲，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，開關(guān)門系 統(tǒng)在開關(guān)門過程中其運(yùn)行噪聲不得大于 65dB(A 級 )。 (2) 常用的自動開關(guān)門系統(tǒng)的電氣控制線路原理圖簡介 其電氣控制線路原理圖如圖 所示。當(dāng)門繼續(xù)關(guān)閉至尚有 100150mm 的距離時， SA2 限位開關(guān)動作，又短接了 R2電阻的很大一部分，使分流增加， RDl 上的電壓降更大，電動機(jī) MD 電樞端的電壓更低，電機(jī)轉(zhuǎn)速更低，關(guān)門速度更慢，直至輕輕地平穩(wěn)地完全關(guān)閉為止，此時關(guān)門限位開關(guān)動作，使 KA2 失電復(fù)位。