【正文】 機(jī)工作狀態(tài)的改變，雙速異步電動(dòng)機(jī)在定子回路中串電抗與電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，這滿足不了乘客的舒適感；另外，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器接觸器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷。電梯性能的好壞對(duì)人們生活的影響越來(lái)越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式已由原來(lái)直流調(diào)速逐漸過(guò)渡到了交流變頻調(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。該電梯控制系統(tǒng)具有司機(jī)運(yùn)行和無(wú)司機(jī)運(yùn)行即手動(dòng)和自動(dòng)的功能，并且具有指層、廳召喚、選層、選向等功能。s fort criterion,guarantee steady precision,but also reduce the energy consumption,cut the operating , the PLC control technology and the frequency inverter has been being the focus. In this paper,using PLC to control to the elevator signaling system,a plete elevator control software has been developed,raised the elevator’s control level, improved the elevator travel fort,which resulted in an ideal control system has merits of advancing,reliable, elevator control system has functions of driver operation and automatic operation(manual and automatic),and has another functions of position indication、calling landing、 selector、 director and collective selective control. 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 Keyword： elevator, doublespeed asynchronous motor, programmable logic control，frequency inverter， collective selective control 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 序 言 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。并利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)構(gòu)成位置反饋，實(shí)現(xiàn)電梯的精確位移控制。具有集選控制的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的電梯曳引電動(dòng)機(jī)采用接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng) 機(jī)工作狀態(tài)的改變，雙速異步電動(dòng)機(jī)在定子回路中串電抗與電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，這滿足不了乘客的舒適感；另外，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷。因此， PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個(gè)熱點(diǎn)。 （ 4）多年 來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類(lèi)電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。 （ 4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn) PLC 的特點(diǎn) PLC 是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。 （ 3） PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。例如，采用可靠性的元件；采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造；對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對(duì)電源的斷電保護(hù)；對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。大多數(shù) PLC 采用編程器進(jìn) 行輸入和更改的 操作。 （ 2）編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。 （ 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，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；調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能 好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(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(lái)控制電梯。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由 PLC 來(lái)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。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 第二章 電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動(dòng)態(tài) 電梯的出現(xiàn) 1854 年，在紐約 水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，美國(guó)人伊萊沙178。以?shī)W的斯的名字而命名的電梯公司也開(kāi)始了她輝煌的旅程。為了確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護(hù)好電梯。 （ 4）轎門(mén)形式 有柵欄門(mén)、封閉式中分門(mén)、封閉式雙折門(mén)、封閉式雙折中分門(mén)等。半繞 2： 1吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩運(yùn)行速度的一半。如交流電機(jī)拖動(dòng)或直流電機(jī)拖動(dòng)，轎內(nèi)按鈕控制或集選控制等。電梯的運(yùn)行速度越快，頂層高度一般越高。 （ 15）井道尺寸 (mm) 寬 *深。因此，國(guó)家在 1997 年又正式頒發(fā)具有國(guó)際水平的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/~－ 97 以取代前述各標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曳引機(jī)旋轉(zhuǎn)使轎廂上下運(yùn)動(dòng)。 電梯的安全保護(hù)裝置 （ 1）電磁制動(dòng)器：裝于曳引機(jī)軸上，一般采用直流電磁制動(dòng)器，啟動(dòng)時(shí)通電松閘，停層后斷電制動(dòng)。 （ 5）急停按鈕：裝于轎廂司機(jī)操縱盤(pán)上，發(fā)生異常情況時(shí)，按此按鈕切斷電源，電磁制動(dòng)器制動(dòng)，電梯緊急停車(chē)。 （ 7）關(guān)門(mén)安全開(kāi)關(guān)：常見(jiàn)的是裝于轎廂門(mén)邊的安全觸板，在關(guān)門(mén)過(guò)程中如安全觸板碰到乘客時(shí)，發(fā)出信號(hào)，門(mén)電機(jī)停止關(guān)門(mén)，反向開(kāi)門(mén)，延時(shí)重新開(kāi)門(mén)，此外還有紅外線開(kāi) 關(guān)等。 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。電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步 出新－手柄開(kāi)關(guān)操縱，按鈕控制，信號(hào)控制，集選控制、人機(jī)對(duì)話等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)，變速式自動(dòng)人行道扶梯大大節(jié)省了行人的時(shí)間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)房位置靈活等特點(diǎn)，使得在低樓層場(chǎng)合得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。如緊急停車(chē)操作，消防員專(zhuān)用、防搗亂系統(tǒng)等。 隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進(jìn)化、外觀漂亮化。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進(jìn)性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 第三章 變頻器選擇及其參數(shù)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)通過(guò)多種方案的比較和對(duì)照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器的選擇。同時(shí)，設(shè)備的平均壽命的長(zhǎng)短是一個(gè)重要的參數(shù)，所以根據(jù)預(yù)期使用壽命來(lái)選擇品牌，經(jīng)驗(yàn) 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 和口碑仍然是主要依據(jù)。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(lèi)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。 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 通用變頻器概況 上個(gè)世紀(jì) 80 年代初，通用變頻實(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(jì)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。 （ 4）應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大 通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)模混合控制，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械、各類(lèi)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。本設(shè)計(jì)中拖動(dòng)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(wú)須配專(zhuān)用電機(jī)，可自學(xué)習(xí) 所配電機(jī)的各個(gè)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(guò) LCD 操作裝置，可提高操作性能。帶傳感矢量控制 (帶 PG) 178。 5% 轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 20Hz(無(wú) PG)以上 150Hz(帶 PG)以上 頻率控制范圍 ~400Hz 頻率精度 (溫度變動(dòng) ) 數(shù)字式指令 177。 VS616G5 將 U/f 控制、矢量控制、閉環(huán) U/f控制、閉環(huán)矢量控制四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是最適合電梯控制要求的。時(shí)，可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。 A、 B兩相脈沖波形圖如圖 所示。抑制直流電壓升高。最好采用大一數(shù)量級(jí)選配，即 11kW 電動(dòng)機(jī)選 15kW 的變頻器、 15kW 電動(dòng)機(jī)選 18kW 的變頻器 [12]。顯然，這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最佳控制 [15]。 電機(jī)功率 P1，變頻器功率 P 應(yīng)接近電機(jī)功率 P1，相對(duì)于 P2留有安全裕量，可取 P=。 ≈ 又所以： P==。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高，采用能耗制動(dòng)方式通過(guò)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，能耗制動(dòng)電阻 R2的大小應(yīng)使制動(dòng)電流 IZ的值不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即： IZ=UO/RZ≤ IN/2 RZ≥ 2UD/IN=2179。 513179。 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖中變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由 PLC 完成的。 可編程序控制器（ PLC）的選擇 電梯 PLC 控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運(yùn)動(dòng)的機(jī)械選層器。其中機(jī)械選層器 轎廂操縱盤(pán) 廳門(mén)信號(hào) PLC 拽引電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)編碼器 變頻器 PG 卡 電源 陽(yáng)泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 —— 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 與繼電器選層器將隨著繼電器控制電梯的逐步淘汰而淘汰 [17]。這種方法需對(duì)磁保開(kāi)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，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。在電梯中用碼盤(pán)來(lái)檢測(cè)轎廂的運(yùn)行速度及轎廂所處位置，用作速度反饋信號(hào)和位置指示信號(hào)。 FX2N系統(tǒng) PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： 1） FX2N配置靈活，除主機(jī)單元外，還可擴(kuò)展 I/O 模塊， A/D 模塊， D/A 模塊和其它特殊功能模塊。編程語(yǔ)言可用梯形圖或指令表。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(pán)、廳外呼梯盤(pán)、指層器、門(mén)機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動(dòng)系統(tǒng)等。 2）電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 電梯的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能： ① 一臺(tái)電機(jī)控制上升和下降，各層設(shè)上 /下呼叫開(kāi)關(guān)（最頂層與起始層只設(shè)一只）。自動(dòng)關(guān)門(mén)待客。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中或門(mén)關(guān)閉后，電梯啟動(dòng)前，按下操縱盤(pán)上開(kāi)關(guān)按鈕，門(mén)將打開(kāi)。自動(dòng)換向，當(dāng)電梯完成全 部順向指令后，應(yīng)能自動(dòng)換向，應(yīng)答相反方向的信號(hào)。當(dāng)電梯設(shè)有基站時(shí)，電梯在完成全部指令后，自動(dòng)駛回 基站，停機(jī)待 客。 ②單轎廂全集選：登記 所有廳門(mén)和轎廂召喚；上行時(shí)順應(yīng)答轎廂和廳門(mén)上召喚，直至最高層自動(dòng)反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。 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。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。系統(tǒng)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)算器就可以精確地確定走過(guò)的距離，到達(dá)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。 電梯的三個(gè)工作狀態(tài) 電梯控制系統(tǒng)由呼叫到響應(yīng)形成一次工作循環(huán)，電梯工作過(guò)程又細(xì)致分為自檢、正常工作、強(qiáng)制工作等三種工