【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 6）節(jié)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(kāi)門(mén)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(mén)形式：有柵欄門(mén)、封閉式中分門(mén)、封閉式雙拆門(mén)、封閉式雙拆中分門(mén)等。 5）開(kāi)門(mén)寬度（ mm）：轎廂門(mén)和廳門(mén)完全開(kāi)啟的凈寬度。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 6）開(kāi)門(mén)方向：人在廳外面對(duì)廳門(mén)，門(mén)向左方向的為左開(kāi)門(mén)，門(mén)向右方向開(kāi)啟的為右開(kāi)門(mén)，兩扇門(mén)分別向左右兩邊開(kāi)啟者為中開(kāi)門(mén)，也稱(chēng)為中分門(mén)。 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(chēng)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]。 郭學(xué)忠：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(lèi)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(kāi)門(mén)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(lèi)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(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 [11]。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機(jī)，操縱盤(pán)、呼梯盤(pán)、井道及安全保護(hù)信號(hào)通過(guò) 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(mén)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(chē)方向由內(nèi)選信號(hào)決定 ,順向優(yōu)先執(zhí)行 。 2)行車(chē)途中如遇呼梯信號(hào)時(shí) ,順向截車(chē) ,反向不截車(chē) 。 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(chē)方向、行車(chē)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(kāi)門(mén)、手動(dòng)開(kāi)門(mén)、 (關(guān)門(mén)過(guò)程中 )本層順向呼梯開(kāi)門(mén) 。 6)延時(shí)自動(dòng)關(guān)門(mén) ,關(guān)門(mén)后延時(shí)等待內(nèi)選，自動(dòng)行車(chē) 。 7)行車(chē)時(shí)不能手動(dòng)開(kāi)門(mén)或本層呼梯開(kāi)門(mén) ,開(kāi)門(mén)不能行車(chē)。 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(pán) 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(mén)機(jī)控制 郭學(xué)忠：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(mén)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(mén)電機(jī)，交流接觸器 KM1~KM4 通過(guò)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來(lái)控制轎廂和廳門(mén)，從而進(jìn)行對(duì)電梯的控制。 FR1， FR2 為起過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過(guò)載時(shí)斷開(kāi)主電路。 FU1 為熔斷器，起過(guò)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(wú)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(jiǎn)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(méi)有采用微機(jī)控制中常用的匯編語(yǔ)言，而是采用了一種面向控制過(guò)程的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言與繼電器原理圖相類(lèi)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(guó)家生產(chǎn)的 PLC 都把梯形圖語(yǔ)言作為第一用戶語(yǔ)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(guò)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(lái)， 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 : 郭學(xué)忠：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(kāi)關(guān) :這種方法直觀、簡(jiǎn)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(kāi)關(guān) :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，但它是無(wú)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(guò)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(jiǎn)單方便。 由以上分析可見(jiàn)，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(mén)子 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)四層樓電梯的電氣控制 : (1)配置簡(jiǎn)單。各種機(jī)型均可采用相同配置，簡(jiǎn)化設(shè)備采購(gòu)和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)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(jiǎn)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(yǔ)言簡(jiǎn)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(wú)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(mén)子 PLC 進(jìn)行過(guò)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(chēng) 輸入點(diǎn) 序號(hào) 名 稱(chēng) 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(kāi)門(mén) 14 門(mén)電機(jī)正轉(zhuǎn) 15 手動(dòng)關(guān)門(mén) 15 門(mén)電機(jī)反轉(zhuǎn) 16 開(kāi)門(mén)限位 17 關(guān)門(mén)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(zhuān)用變頻器早已問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較郭學(xué)忠：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(méi)有采用專(zhuān)用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專(zhuān)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(lèi)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(guò)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(wú)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。考慮以上各種因素，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]，可以最大限度地提高電