【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 加、減速度的增大，而加、減速度的過(guò)分增大和不合理的變化有將造成乘客的不舒適感。因此，對(duì)電梯又提出了舒適性的要求。 電梯舒適度的要求 電梯引起乘客生理不適主要是由于以下兩點(diǎn)原因造成的： ①由加速度引起的不適。人在加速上升或減速下降時(shí)，加速度引起的慣性力疊加到重力之上，使人產(chǎn)生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或減速上升時(shí)，加速度產(chǎn)生的慣性力抵消部分重力，使人產(chǎn)生上浮感，感到內(nèi)臟不適，頭暈?zāi)垦！? 考慮到人體生理上對(duì)加、減速度的承受能力， GB/T1581997《電梯技術(shù)條件》中規(guī)定：“電梯的起制動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)、迅速，加、減速度最大值不大于 m/s2?！? ②由加速度變化率引起的不適。大量實(shí)驗(yàn)證明，人體不但對(duì)加速度敏 感，對(duì)加加速度（或稱(chēng)加速度變化率）也比較敏感。我們用 a 來(lái)表示加速度，用ρ來(lái)表示加加速度，則當(dāng)加加速度ρ較大時(shí)，人的大腦就會(huì)感到暈眩、痛苦，它的影響比加速度 a 的影響還嚴(yán)重。我們也稱(chēng)加加速度為生理系數(shù)，在電梯行業(yè)一般限制生理系數(shù)ρ不超過(guò) m/s2。 而促進(jìn)電梯舒適度的途徑有以下幾種途徑： ① 選用品質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定的曳引機(jī) 曳引機(jī)是電梯運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)裝置，其性能直接關(guān)系到電梯運(yùn)行的舒適感。曳引機(jī)的機(jī)械間隙對(duì)電梯的影響主要體現(xiàn)在電梯在加減速過(guò)程中，在電機(jī)速率發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)運(yùn)行和發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)將發(fā)生切換，造成電梯的振動(dòng) ，極大地影響了電梯的舒適感。在電梯 S 曲線(xiàn) 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 9 9 加減速過(guò)程中，一般各有一兩次明顯失重或者超重感覺(jué)，并伴隨曳引機(jī)發(fā)出異響。另外，對(duì)于一些改造的雙速舊梯用曳引機(jī)，由于多次高低速切換的巨大沖擊，造成連接套軸中的橡膠墊片嚴(yán)重磨損，也會(huì)造成上述現(xiàn)象。因此， 要想使得電梯具有良好的舒適性 ,必須選用品質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定的曳引機(jī) . 曳引機(jī)功率的選擇公式： N＝ QV（ 1Y） /102W 其中： W 為電梯機(jī)械傳動(dòng)效率； Y 為電梯平衡系數(shù)： Q 為電梯的額定載重量； V 為電梯的額定速度。 在計(jì)算電梯曳引機(jī)功率后再預(yù)留 20%～ 30%的功率。 ② 選用品質(zhì)優(yōu)良 的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 在保證曳引機(jī)質(zhì)量的前提下，與曳引機(jī)配套的電機(jī)的性能也直接關(guān)系到電梯的起制動(dòng)過(guò)程的性能，問(wèn)題主要表現(xiàn)為啟動(dòng)舒適感的好壞。如果電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，在電梯松閘的時(shí)刻產(chǎn)生的倒溜就會(huì)很小。 ③ 選用性能優(yōu)良的變頻器 異步電機(jī)矢量控制是完全基于電機(jī)參數(shù)的矢量控制，因此電機(jī)參數(shù)必須能夠進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)。否則，取得不了優(yōu)越的性能。因此，首先必須選用能夠進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)的變頻器。其次，變頻器必須具有零速 150%以上的轉(zhuǎn)矩輸出，可以保證良好的啟動(dòng)和停車(chē)舒適感。另外，需要非常好的過(guò)載能力， 110%的額定負(fù)載，必須連續(xù)運(yùn)行， 特別對(duì)于高層電梯，需要滿(mǎn)載運(yùn)行超過(guò) 30S 以上的，更要考慮這一點(diǎn)。 井道信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) （ 1)電梯位置的確定與顯示 轎廂內(nèi)的乘客與門(mén)廳中等待電梯的乘客需要知道電梯目前所在位置 ,電梯要確定是否能夠響應(yīng)新的召喚指令及何時(shí)減速平層制動(dòng)，這些都需要明確電梯當(dāng)前的準(zhǔn)確位置。通常電梯系統(tǒng)的位置信號(hào)是靠設(shè)置在井道中的位置開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (2)轎廂的平層與停車(chē) 轎廂運(yùn)行后需要確定停車(chē)樓層，平層是指停車(chē)時(shí)轎廂底與門(mén)廳地面齊平，不過(guò)在實(shí)際中無(wú)法達(dá)到百分之百的精確，通常都有平層誤差規(guī)定。平層停車(chē)過(guò)程需在轎廂底與所停樓層 的地面相平之前開(kāi)始，先要開(kāi)始減速，然后再制動(dòng)，以減小沖擊，提高平層停車(chē)的精確度和乘客的舒適感。 電梯模型結(jié)構(gòu) （ 1） 電梯層門(mén) 的顯示 電梯層門(mén)是為了確保乘客安全，而在各層樓的?？空?，通向井道的入口處，設(shè)置供司機(jī)、乘用人員和貨物等出入的門(mén)。 圖 31 為電梯層門(mén)示意圖。電梯層門(mén)旁裝有消防按鈕、上行召喚按鈕和下行召喚按 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 10 10 鈕（最底層只有上行召喚按鈕、最高層只有下行召喚按鈕） ,并有召喚登記指示燈。層門(mén)上方裝有 LED 數(shù)碼管，用以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。 紅色圓圈是消防按鈕，向 下按導(dǎo)致 X10 接通。按下該按鈕的同時(shí)向左轉(zhuǎn)是消防關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)， X14 觸點(diǎn)閉合，電梯門(mén)關(guān)閉；向右轉(zhuǎn)是消防開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)， X11 觸點(diǎn)閉合，電梯門(mén)打開(kāi)。呼梯按鈕按下時(shí)，相應(yīng)的按鈕變成青綠色，表示該呼梯按鈕已按下。電梯樓層顯示采用 7段 LED 數(shù)碼管顯示，圖中顯示電梯目前處于三樓的位置。電梯運(yùn)行方向用紅色箭頭表示，圖中箭頭向上表示電梯正處于上行狀態(tài)中 圖 31 電梯層門(mén)示意圖 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 11 11 （ 2） 電梯轎廂內(nèi)控制屏 圖 32 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 硬件選型 變頻器的概述及選型 (1)變頻器的概述 上個(gè)世紀(jì) 80 年代初，通用變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近 20 年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個(gè)大發(fā)展過(guò)程。這期間變頻器的容量不斷增大、體積越來(lái)越小、功能越來(lái)越多也更加的智能化，使得變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 (2)變頻器的選型 ★變頻器容量計(jì)算 變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計(jì)算。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為 P1，電梯運(yùn)行速度為 v，電梯自重為 W1，電梯載重為 W2，配重為 W3，重力加速度為 g，變頻器功率為 P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為 2P : 2 1 2 3 1[ ( ) ]P W W W g F v? ? ? ? (31) 其中 1 2 3( + ) +F K W W W g ?? 為摩擦力， ? 可忽略不計(jì)。 電機(jī)功率 P1，變頻器功率 P 應(yīng)接近于電機(jī)功率 P1，相對(duì)于 P2 留有安全裕量，可取? 。 ★變頻器制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 12 12 由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動(dòng)功能。雖然帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但造價(jià)太高。如果采用能耗制動(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，成本較低且具有良好的使用效果。能耗制動(dòng)電阻 Rz 的大小應(yīng)使得制動(dòng)電流工作時(shí)的值不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即 1 01 /2ZI U R I?? (32) 其中 U0為額定情況下變頻器的直流母線(xiàn)電壓 .由于制動(dòng)電阻的工作不是連 續(xù)長(zhǎng)期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。 ★變頻器的選型 電梯的調(diào)速除了對(duì)一般的工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的要求外，其舒適度的指標(biāo)通常也要考慮。本設(shè)計(jì)中保證電梯按理想的給定速度曲線(xiàn)運(yùn)行并保證舒適感的關(guān)鍵是電梯的拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。 考慮以上各種因素 ， 本設(shè)計(jì)最終選用 由 佛山市特飛龍機(jī)電設(shè)備有 限公司生產(chǎn)的價(jià)格為1020 元的 歐姆龍小型變頻器 ORMON 3G3JZAB015 變頻器 三相變頻器 。 圖 33 歐姆龍小型變頻器 ORMON 3G3JZAB015 變頻器 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 13 13 位置檢測(cè)元件的選型 轎廂位置檢測(cè)裝置俗稱(chēng)選層器，它檢測(cè)電梯轎廂運(yùn)行狀態(tài)，所處位置，及時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)出所需要的信號(hào)。其主要功能是：根據(jù)登記的內(nèi)選與外呼信號(hào)和轎廂的位置關(guān)系，確定運(yùn)行方向；當(dāng)電梯將要到達(dá)所需停站的樓層時(shí)，給曳引電動(dòng)機(jī)減速信號(hào)，使其換速；當(dāng)平層停車(chē)后，發(fā)出信號(hào)以消去已應(yīng)答的選層、呼梯信號(hào)，并指示轎廂當(dāng)前位置，選層器種類(lèi)較多，通常分三大類(lèi)，即機(jī)械選層器、繼電器選層器和微機(jī) 選層器。其中機(jī)械選層器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。 位置檢測(cè)方法主要有如下幾種： (1)用干簧感應(yīng)器或其它位置開(kāi)關(guān) 干簧感應(yīng)器如圖 34 所示。 1干簧管； 2常閉觸點(diǎn)； 3轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)； 4常開(kāi)觸點(diǎn)； 5永久磁鐵； 6隔磁 圖 34 干簧感應(yīng)器 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 14 14 干簧感應(yīng)器就是在 U 型槽的兩側(cè)分別放置干簧管與永久磁鐵。當(dāng)隔磁板沒(méi)有插入 U 型槽內(nèi)時(shí)，那么磁場(chǎng)作用下的常閉觸點(diǎn) 3 閉合；隔板插入 U 型槽時(shí)，永久磁鐵磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)隔磁板和 空氣間隙形成閉合磁路。那么，在簧片的彈性作用下，觸點(diǎn) 3 常開(kāi)， 4 則閉合。于是根據(jù)電梯的控制要求，可將傳感器安裝在轎廂的頂部，隔磁板固定于井道相應(yīng)位置的導(dǎo)軌上。 采用這種方法具有直觀、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)槊繉佣夹枰粋€(gè)感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時(shí)，就會(huì)占用過(guò)多的 PLC 輸入點(diǎn)。 (2)用雙穩(wěn)態(tài)磁保開(kāi)關(guān) 該方法需要對(duì)磁保開(kāi)關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，較麻煩。雙穩(wěn)態(tài)磁保開(kāi)關(guān)如圖 35 所示。 圖 35 雙穩(wěn)態(tài)磁保開(kāi)關(guān) (3)采用旋轉(zhuǎn)編碼器 目前的 PLC 一般都具有專(zhuān)用計(jì)數(shù)單元或高速脈沖輸入端，所以為獲取電梯運(yùn)行的準(zhǔn)確位置，可采 用編碼器。編碼器可以直接與 PLC 高速脈沖輸入端相連，利用 PLC 內(nèi)置 24V 直流電源作為其電源。 編碼器實(shí)物和原理如圖 36 所示。 圖 36 旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)物圖及工作原理 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 15 15 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式測(cè)量裝置，安裝于被測(cè)軸上并隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)量 (主要為轉(zhuǎn)角 )，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的輸出信號(hào)。電梯的轎廂所處的位置及運(yùn)行速度用碼盤(pán)來(lái)檢測(cè)，檢測(cè)所得的位置及速度作為位置反饋信號(hào)和速度指示信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)軸與曳引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸直接相連，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼器輸出與 轉(zhuǎn)動(dòng)量對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，通過(guò)累積脈沖數(shù)可以直接計(jì)算出轎廂對(duì)應(yīng)的位置行程，從而確定電梯運(yùn)行時(shí)轎廂所處的樓層位置，進(jìn)而確定出換速點(diǎn)、開(kāi)門(mén)地點(diǎn)、到站停車(chē)點(diǎn)等。 由于本文是五層電梯的控制故選用感應(yīng)器檢測(cè)轎廂位置，如圖 37 所示： 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 16 16 圖 37 電梯的平層、停層裝置示意圖 PLC 的概述及選型 (1)PLC 的概述 PLC 是一種專(zhuān)門(mén)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。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算式運(yùn)算 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 17 17 等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出 ，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 具有以下特點(diǎn)①高可靠性，強(qiáng)抗干擾能力②配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)③重量輕、體積小、能耗低④系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造的工作量小，維護(hù)方便，易改造⑤學(xué)用容易，深受歡迎。 (2)PLC 的選型 本系統(tǒng)按照 5 層電梯進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)控制要求，共需輸入點(diǎn)數(shù) 33 點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù) 29點(diǎn)，考慮大約 12%的裕量，故最終選擇西門(mén)子 S7200 系列 CPU226 PLC 為主機(jī)，并配以 EM223DC24V 數(shù)字量 16 輸入 /16 輸出擴(kuò)展模塊。 CPU226 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)為 24 入 /16 出，EM223 為 16 入 /16 出，形成輸入點(diǎn)數(shù)共 40 點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù) 32 點(diǎn)，滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。如圖 38為 PLC 實(shí)物圖。 圖 38 PLC 實(shí)物圖 電梯控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)是采用 ORMON 3G2JV 型變頻器和西門(mén)子 S7200 型 PLC 組成的頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng) ,電氣控制硬件框圖如圖 39 所示。 圖 39 控制系統(tǒng)框圖 它由曳引電機(jī)、門(mén)電機(jī)、變頻器、可編程控制器 PLC 及其他電氣元件構(gòu)成。電梯的調(diào)速部分選用高性能的矢量控制變頻器。電路的邏輯部分由 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn) , PLC 接受來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的呼叫、轉(zhuǎn)速、樓層、位置等信號(hào)。發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)的速度信號(hào)、門(mén)機(jī)的開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)、 基于 PLC 的五層電梯控制系統(tǒng) 18 18 樓層顯示及呼叫顯示 信號(hào)。 交流雙速電梯的主電路 圖中 M1 為