【文章內(nèi)容簡介】 ，越來越快速。 無噪聲機房和小噪聲運行，大大降低了對環(huán)境的影響。 綜上所述， 本設(shè)計采用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（ VVVF）電機拖動控制系統(tǒng)，以期達到預(yù)期的目的 。 電梯 主拖動系統(tǒng)方案圖見附圖 12。 第二章 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 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。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此， PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：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；系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器；大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜；多年來我國一 直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：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；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；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，而且檢查故障困難，費時費工。 電梯繼電器控制系 統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成 電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 PLC 是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。 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。 PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。 首先，可靠性，對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 1）PLC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 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。 3） PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。 4） PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計 的硬件使可靠性大大提高。 5）在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件 。采用先進的工藝制造流水線制造 。對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護 。對存儲器內(nèi)容的保護等。 6） PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)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。 其次，易操作性， PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面 :： 1）操作方便 對PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù) PLC 采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的 PLC，編程器采用了 CRT 屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。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?，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上顯示。 2）編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握 f 地解。采用布爾助記符編程語言時，十分有助于編程人員的編程。 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。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過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。 最后， 靈活性， PLC 的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面 :： 1）編程的靈活性。 PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。 2）擴展的靈活性。 PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。 3）操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。 PLC 控制電梯的優(yōu)點： (1)在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 (2)去掉了選層器及大部分繼電器 ，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 (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。 (4)PLC 可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 (5)用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 (6)更改控制方案時不需改動硬件接線。為便于比較 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點 現(xiàn)列表如下，詳見表 21。 從 表 21 可以看出， PLC 控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被 PLC 控制系統(tǒng)所取代是大勢所趨。 表 21 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng) 比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng) 控制功能 實現(xiàn) 有許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能 各種控制功能通過編制的程序來實現(xiàn) 對控制要求變更適應(yīng)性 適應(yīng)性差，需要重新設(shè)計，改變繼電器和接線 適應(yīng)性強，只需針對程序進行修改 控制速度 低，靠機械動作實現(xiàn) 極快，靠微處理器進行處理 特殊功能 一般沒有 有 安裝，施工 連線多，施工繁 安裝容易，施工方便 可靠性 差，觸點多，故障多 高，因元器件采取了篩選和抗老化等可靠性措施 壽命 短 長 可擴展性 困難 容易 維護 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護工作量小 PLC 控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機有通用微機應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持， 故對要求快速，實時性強，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要求工作人員應(yīng)具有一定的專業(yè)知識，技術(shù)水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。 PLC 控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)比較見表 22。 從 表 22 可見，在控制功能方面， PLC 與通用計算機相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強電一起工作，容易實現(xiàn)機電一體化。 表 22 PLC 控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較 比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng) 工作目的 科學計算 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求高 對工作環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)軟件 一般只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級語言，如 BASIC，C 等 梯形圖，助記符語言， SFC 標準化語言 對操作人 員的要求 需專門培訓，并具有一定的計算機基礎(chǔ) 一般的技術(shù)人員，稍加培訓即可操作使用 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格低 其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 本設(shè)計通過多種方案的比較和參照， 可看出 PLC 控制具有顯著的優(yōu)點： 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高；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； 可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性 和可靠性，并便于檢修； 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 綜上所述，本設(shè)計 采用 PLC 控制。 第三章 電梯控制系統(tǒng)框圖設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼 叫電路、主拖動電機電路、開關(guān)門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及 PLC 電路等組成的。 圖 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 平層感應(yīng)器 平層 拖動 減速 減速點信號 定向平層 樓層信號 位置信號 起動 指層 轎內(nèi)指令、廳內(nèi)召喚 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由轎廂、開關(guān)門機構(gòu)、曳引機構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成，如圖 。 圖 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 第四章 主要元器件選型 門拖動元器件的選擇 永磁同步伺服系統(tǒng) 的 重點 選擇 電梯門 機控制系統(tǒng)要使電梯門開關(guān)動作時快速起、停、加速、減速，且運行平穩(wěn)，到位準確。要實現(xiàn)這個目標，需解決好電機的選擇問題，控制電路的 選擇及設(shè)計問題 。 眾所周知，在所有的電機中，直流電機的調(diào)速特性最好，但其不可避免的有刷結(jié)構(gòu)制約了其應(yīng)用場合。在工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的交流異步電機雖然控制簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，而交流同步電機存在著控制復(fù)雜，容易失步的缺點。相對而言， 永磁同步 電機結(jié)合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。 因此，門 拖動系統(tǒng)采用 三相交流永磁同步 伺服電機 。 三相交流永磁同步伺服電機簡稱交流伺服電機（ AC server motor)或伺服電機，由于它具有高響應(yīng)、高精度、運行平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩輸出、能過載、低噪聲、結(jié)構(gòu)簡介、可靠性高、免維護等優(yōu)點，是目前旋轉(zhuǎn)電機中最佳的控制電機。 伺服電機的電源及運轉(zhuǎn)狀態(tài)是由驅(qū)動器提供和控制的。驅(qū)動器的驅(qū)動能力及驅(qū)動指標的優(yōu)異，影響伺服電機的機械輸出特性；伺服電機性能 參數(shù)的優(yōu)異，影響驅(qū)動器的驅(qū)動和控制效果。 伺服電機的選型是多個因素綜合考慮、合理選擇的過程，一般應(yīng)著重注意這曳引機 門機 顯示 現(xiàn)場信號 PLC 變頻器 電源 PGggGgGGFGGG 幾個參數(shù)的選擇：電機的額定轉(zhuǎn)矩、電機運行的最高 轉(zhuǎn)速、負載慣量及電機轉(zhuǎn)子慣量、加減速時所需要的過載能力、電機起停頻率等。 綜合考慮各種因素，為滿足設(shè)計要求，采用 安川∑ Ⅱ系列伺服 系統(tǒng)。本系統(tǒng)的 伺服驅(qū)動器內(nèi)置了 伺服電機全部的參數(shù)，采用 先進的控制算法及伺服電機優(yōu)良的性能 ， 性價比極佳。 安川∑ Ⅱ系列伺服 系統(tǒng)不僅具有伺服快速響應(yīng)性、高速高精度的特性，而且具有如下優(yōu)點： 簡單 （ 1） 設(shè)定簡單 在線自學習功能能夠自動測定機械的必要參數(shù)，自動設(shè)定必要的伺服增益，初學者也能很快得心應(yīng)手的應(yīng)用。 （ 2） 電機自動識別 自動識別伺服電機的容量和型號，自動設(shè)定電機參數(shù)。 （ 3） 維護簡單 主控回路分離布線，用戶參數(shù)可在控制器上直接設(shè)定，減少了配線（絕對編碼器配線數(shù)從 15 減少到 7 根，增量式從 9 根減少到 5 根），這些都使配線、維護更加簡單方便。 高性能 （ 1） 整定時間短 擴充了新的控制算法，實現(xiàn)了模式跟蹤控制、制振控制，強化了對振動的抑制。對于低剛性機械，定位時間比原產(chǎn)品縮短了 2/3。 （ 2） 高速高精度 采用高分辨率的編碼器（ 16 位、 17 位），提高了位置控制精度。采用 dp 軸變換電流控制法，將轉(zhuǎn)矩控制精度從177。 5%提高到177。 2%。 （ 3） 平穩(wěn)運行 采用速度跟蹤控制技術(shù)，減小了電機 轉(zhuǎn)速波動，低速下也能極平穩(wěn)地運行。 柔性化設(shè)計 （ 1） 多合一控制 轉(zhuǎn)矩控制、位置控制和速度控制三位一體，控制方位切換采用參數(shù)設(shè)定切換。 （ 2） 廣泛適用 伺服控制器有基本功能型、擴展功能型，伺服電機從小容量到大容量，制動器和減速機都可選，充分考慮各種控制要求和安裝場合。 （ 3） 環(huán)境適用性強 保護等級： IP55 標準 ， IP67 標準 。 耐振性： 耐振強度達到了 49m/s2 以下。 （ 4） 符合國際主要安全標準