【文章內(nèi)容簡介】 能 現(xiàn)代電梯應(yīng)該合理的選擇拖動(dòng)方式，以達(dá)到節(jié)能的目的 ： 1）額定載重量（ kg）：制造和設(shè)計(jì)規(guī)定的電梯載重量。 2）轎廂尺寸（ mm） ：寬深高。 3）轎廂形式：有單或雙面開門及其它特殊要求等，以及對(duì)轎頂、轎底、轎壁的處理 ，顏色的選擇，對(duì)電風(fēng)扇、電話的要求等。 4）轎門形式：有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙拆門、封閉式雙拆中分門等。 5）開門寬度（ mm）：轎廂門和廳門完全開啟的凈寬度。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 6）開門方向：人在廳外面對(duì)廳門，門向左方向的為左開門，門向右方向開啟的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱為中分門。 7）曳引方式：常用的有半繞 1： 1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲的運(yùn)行速度。半繞 2： 1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲運(yùn)行速度的一半。全繞 1： 1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲的運(yùn)行速度。 8）額定速度（ m/s）：制造 和設(shè)計(jì)所規(guī)定的電梯運(yùn)行速度。 9）電氣控制系統(tǒng)：包括控制方式、拖動(dòng)系統(tǒng)的形式等。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。 10）停層站數(shù)（站）：凡在建筑物內(nèi)各層樓用于出入轎廂的地點(diǎn)均稱為站。 11）提升高度（ mm）：由底層端站樓面至層頂端站樓面之間的垂直距離。 12）頂層高度（ mm） :由頂層端站樓面至機(jī)房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之的垂直距離。電梯的運(yùn)行速度越快，頂層高度一般越高。 13）底坑深度（ mm）：由層底端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運(yùn)行速度越快，底坑一般越深。 14）井 道深度（ mm）：由井道底面至機(jī)房樓房或隔音層樓房板下最突出構(gòu)件之間的垂直距離。 15）井道尺寸（ mm）：寬深 [10]。 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 第三章 運(yùn)行 方案設(shè)計(jì) 總體方案的確定 電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。圖 31 電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，主要硬件由轎廂、開 門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成 。 圖 31 電梯 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 PLC 控制系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖 動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。圖 41 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、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動(dòng)系統(tǒng)等 [11]。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機(jī)，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)信號(hào)通過 PLC 輸入接口送入 PLC，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器及召喚指示燈華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 等發(fā)出顯示信號(hào)，向拖動(dòng)和門機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào) [12]。 圖 32 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 電梯的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能： 1)行車 方向由內(nèi)選信號(hào)決定 ,順向優(yōu)先執(zhí)行 。 2)行車途中如遇呼梯信號(hào)時(shí) ,順向截車 ,反向不截車 。 3)內(nèi)選信號(hào)、呼梯信號(hào)具有記憶功能 ,執(zhí)行后解除。 4)內(nèi)選信號(hào)、呼梯信號(hào)、行車方向、行車樓層位置均由信號(hào)燈指示 5)停層時(shí)可延時(shí)自動(dòng)開門、手動(dòng)開門、 (關(guān)門過程中 )本層順向呼梯開門 。 6)延時(shí)自動(dòng)關(guān)門 ,關(guān)門后延時(shí)等待內(nèi)選，自動(dòng)行車 。 7)行車時(shí)不能手動(dòng)開門或本層呼梯開門 ,開門不能行車。 電梯曳引方案 曳引電梯是當(dāng)今世界應(yīng)用最為廣泛的梯型，具有安全可靠、提升高度大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn) 【 】 。 曳引電梯最常用的曳引 比有 1： 1 和 2； 1 兩種，其工作原理 如圖 33 所示 。 本設(shè)計(jì)出于 降低對(duì)電機(jī)的要求 的考慮，采用了 2： 1 的 曳 引 方案 [13]。 圖 33 電梯曳引系統(tǒng) 工作原理 示意圖 轎廂操縱盤 廳外呼梯 輸入接口 PC主機(jī) CPU 存儲(chǔ)器 輸出接口 調(diào)整器 拖動(dòng)控制 井道裝置 安全裝置 指層器 門機(jī)控制 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第四章 硬件 選型、設(shè)計(jì) 及計(jì)算 四層電梯曳引電機(jī)及門電機(jī)電路圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 51 所示。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(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對(duì)電梯的控制。 FR1， FR2 為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過載時(shí)斷開主電路。 FU1 為熔斷器，起過電 流保護(hù)作用。 圖 41 電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖 可編程控制器 (PLC)的選擇 可編程控制器 (PLC)的特點(diǎn) （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC 是為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，除了對(duì)器件的嚴(yán)格篩選外，在硬件和軟件兩個(gè)方面還采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其平均無故障時(shí)間達(dá)到 (3～ 5)104h 以上。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 2）編程直觀、簡單 考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)， PLC 沒有采用微機(jī)控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的 梯形圖語言。梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂，電氣工程師和具有一定知識(shí)的電氣技術(shù)人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)間的隔閡在 PLC 上完全不存在。因此，許多國家生產(chǎn)的 PLC 都把梯形圖語言作為第一用戶語言，此外，還可采用指令表進(jìn)行編程控制。 （ 3）適應(yīng)性好 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可。由于 PLC 產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。其適應(yīng)能力非常強(qiáng)，既可控制一臺(tái)機(jī)器，一條生產(chǎn)線 ，也可控制一個(gè)復(fù)雜的群控系統(tǒng)；既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)距離控制。 （ 4）功能完善，接口功能強(qiáng) 目前的 PLC 具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高；其接口功率驅(qū)動(dòng)范圍較大，不象普通的計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)需放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，極大地方便了用戶。其常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有 110 V、220 V交流和 5V、 48 V直流等多種，負(fù)載能力可在 ～ 5 A 的范圍內(nèi)變化，模擬量的輸入輸出有 177。50 mV、 177。10 V和 0～ 10 mA、 4～ 20 mA 等多種規(guī)格，可以很方便地將 PLC 與各種不同的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備順序連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。由于 PLC具有以上特點(diǎn)，因此，與傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制和現(xiàn)在流行的電腦控制相比較，在電梯這樣的大型電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中采用 PLC 實(shí)現(xiàn)控制應(yīng)是最佳選擇。近年來， PLC 在處理速度、控制功能、通信能力及控制領(lǐng)域等方面都不斷有新的突破，正向著電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制一體化 (EIC)方向發(fā)展， PLC 裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置，是構(gòu)成 FMS、 COMC、 FA 的主控單元 [14]。 轎廂樓層位置檢測(cè)方 法 主要方法有如下幾種 : 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 (1) 用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān) :這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個(gè)磁感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時(shí)，會(huì)占用 PLC 太多的輸入點(diǎn)。 (2) 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān) :這種方法需對(duì)磁保開關(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，但它是無權(quán)代碼，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 [9]。 (3) 利用旋轉(zhuǎn)編碼器 :目前， PLC 一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜?jì)數(shù)單元，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，使用方便，因而在電梯 PLC 控制系統(tǒng)中，可用編碼器測(cè)取電梯運(yùn)行過程中 的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與 PLC 高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC 內(nèi)置 24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。 由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計(jì)采用此法。 PLC 的選型 根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測(cè)方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計(jì)數(shù)器。又因?yàn)殡娞菔请p向運(yùn)行的，所以 PLC 還需具有可逆計(jì)數(shù)器 [15]。本設(shè)計(jì) 再考慮到以下幾個(gè)方面，因此選用 西門子 PLC 來實(shí)現(xiàn)四層樓電梯的電氣控制 : (1)配置簡單。各種機(jī)型均可采用相同配置，簡化設(shè)備采購和倉庫庫存管理。 (2)編程方 便。用戶可根據(jù)不同機(jī)型的流程要求編制程序，程序調(diào)試和修改都非常簡便，能根據(jù)客戶需求進(jìn)行變化；程序可采用密碼保護(hù)，保護(hù)自己的勞動(dòng)成果。而且 PLC 采用的梯形圖語言簡單易學(xué)，容易上手，不 像 單片機(jī)控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜而且一旦定型不易修改，不能根據(jù)客戶需求變化。 (3)系統(tǒng)能非常方便地連接到 PC 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用情況，有時(shí)可無須增加額外硬件就能實(shí)現(xiàn)；增加適當(dāng)硬件可連接到互聯(lián)網(wǎng)上。 (4)系統(tǒng)外觀高檔，控制靈活，精確度高；故障率極低，節(jié)省維護(hù)成本。 綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中選用西門子 PLC 進(jìn)行過程 控制。 S7200CNCPU 型號(hào)包括 CPU222CN， CPU224CN,CPU226CN 等。 S7200CN 針對(duì)低性能要求的小型 PLC，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求 ， 緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使 S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 根據(jù)電梯控制的要求，需要 22個(gè)輸入 21個(gè)輸出點(diǎn)，可選用 CPU226CN 作為主控制器。它 集成 24輸入 /16輸出 ， 共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)； 可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35路模擬量 I/O點(diǎn) ；具有 12K字節(jié)程序和8K 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 6 個(gè)獨(dú)立的 30KHZ 高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的 20KHZ 高速脈沖輸出， 1 個(gè) RS485 通訊 /編程口。是具有較強(qiáng)控制力的控制器， 用于控制電梯的運(yùn)行 [16]。 輸入輸出分布如下表。 序號(hào) 名 稱 輸入點(diǎn) 序號(hào) 名 稱 輸出點(diǎn) 0 一層平層 0 電梯上行記憶 1 二層平層 1 電梯下行記憶 2 三層平層 2 電機(jī)正轉(zhuǎn) 3 四層平層 3 電機(jī)反轉(zhuǎn) 4 內(nèi)呼一樓 4 內(nèi)呼一樓指示 5 內(nèi)呼二樓 5 內(nèi)呼二樓指示 6 內(nèi)呼三樓 6 內(nèi)呼三樓指示 7 內(nèi)呼四樓 7 內(nèi)呼四樓指示 8 一層外呼上行 8 一層外呼上行指示 9 二層外呼上行 9 二層外呼上行指示 10 三樓外呼上行 10 三樓外呼上行指示 11 二樓外呼下行 11 二樓外呼下行指示 12 三樓外呼下行 12 三樓外呼下行指示 13 四樓外呼下行 13 四樓外呼下行指 示 14 手動(dòng)開門 14 門電機(jī)正轉(zhuǎn) 15 手動(dòng)關(guān)門 15 門電機(jī)反轉(zhuǎn) 16 開門限位 17 關(guān)門限位 18 電梯上升極限位 19 電梯下降極限位 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速已應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)， 使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 貴。因此，本設(shè)計(jì)沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。 目前，市場(chǎng)流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。 變頻器的原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)代使用的變頻器主要采用交 直 交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換 成頻率、電壓均可控制的交流電源提供給電動(dòng)機(jī)，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形 [16]。中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。如圖 42 所示。 圖 42 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器是利用輸出功率可改變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電。以此為電源再 供給電機(jī)使用。 如圖 43 所示。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 43 變頻器的電路連接示意圖 變頻器的選擇 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。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?？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 [8]，可以最大