【文章內容簡介】 運行，而在非正常情況下 (如突然掉電再上電、按鈕按錯等 )也能正常工作。 (3) 力求簡單、經濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 (4) 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這 就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/0點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。 系統(tǒng)設計框圖 根據(jù)設計任務及要求本次設計的系統(tǒng)設計框圖如圖 21所示，硬件部分由 PLC、變頻器、旋轉編碼器、曳引電機、轎廂等組成，機械部分由曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、機械安全保護系統(tǒng)等組成。 河南理工大學課程設計說明書 7 三相電源整 流濾 波電 路VS616G5RSTM對重轎 廂`PLC樓 層 指 示 及 運 行 方 向安 全 回 路消 防井 道 保 護 功 能 輸 入檢 修開 關 門 按 鈕開 關 門上 行下 行使 能抱 閘 控 制廳 外 召 喚載 荷 數(shù) 字 信 號零 速轎 內 召 喚 及 控 制 信 號抱 閘 控 制復 位故 障運 行 中準 備 就 緒主 接 觸 器旋 轉 編 碼器編 碼 器 反 饋制 動 器接 觸 器 控 制運 行 接 觸 器曳 引 機轎廂操縱板 圖 1系統(tǒng)設計框圖 的控制系統(tǒng)的組成 電梯 PLC 的控制系和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖 22 為電梯 PLC 控 制系統(tǒng)的基本結構圖，主要硬件包括 PLC 主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指示器、門機、調速裝置與拖動系統(tǒng)等。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過 PLC 輸入接口送入 PLC，由PLC 作出正確的控制決策，向拖動和門機系統(tǒng)發(fā)出控制信號，完成電梯門的開關動作。 河南理工大學課程設計說明書 8 轎 廂 操 作 盤門 機 控 制井 道 裝 置安 全 裝 置廳 外 呼 叫調 整 器指 層 器拖 動 控 制P L C 主 機輸入接口C P U 存 儲 器輸出接口 圖 2 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結構圖 設計思想 電梯信號控制基本由 PLC軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖 23 所示，輸入到 PLC 的控制信號有 :運行方式選擇、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器光電脈沖、開關門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。各種數(shù)字信號通過輸入接口輸入 PLC內部再由 PLC通過輸出接口控制各種功能的實現(xiàn)。 轎 廂 操 作 盤到 層 信 號外 召 喚 信 號開 關 門 信 號內 呼 叫 信 號廳 外 呼 叫 按 鈕拖 動 控 制 系 統(tǒng)電 梯 升 降 控 制運 行 方 向 顯 示呼 叫 信 號 顯 示開 關 控 制P L C 主 機輸入接口C P U 存 儲 器輸出接口 圖 3 電梯 PLC 信號控制系統(tǒng)框圖 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調速己應用到許多領域，變頻調速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。目前有為電梯控制而設計的專用變頻器早 已問世，其功能較強，使用靈活，但價格相對較貴。電梯的調度要求除了一般工業(yè)控制的動態(tài)、靜態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內容。本設計中拖動調速系統(tǒng)的關鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。 河南理工大學課程設計說明書 9 因此，本設計沒有采用專用變頻器，而 選用安川 VS616G5型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量控制、轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機 運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。 另外， VS616G5變頻器的啟動、制動具有可任意調節(jié)的 S曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點，配以高精度的旋轉編碼器，控制精度可達 ～ %使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。 VS616G5 型變頻器是安川電機公司面向世界推出的 21 世紀通用型變頻器，這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉矩與較高的調速范圍。采用高性能 IGBT，載波頻率 20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。 變頻器容量計算 變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行計算。 設電梯曳引機電機功率為 P。，電梯運行速度為 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 P2： P2=[(Wl+W2+W3)g+F] V。其中 F=( Wl+W2+W3)g+? 為摩擦力， ? 可忽略不計。 電機功率 P1，變頻器功率 P應接近電機功率 P1，相對于 P2留有安全裕量，可取 P=。 k=， Wl=2021Kg， W2=1000Kg， W3=2400Kg， g=， V=所以： P2=(600 +108 ) ≈ 又所以： P== 由于采用變頻調速，效率高。依照計算結果選 ，取變頻器容量為 15kW。 PLC通過向安川 616G5變頻器發(fā)出電梯上行輸出和電梯下行輸出信號，從而控制曳引電動機的轉動方向，決定電梯的上 /下行運動； PLC通過向安川 616G5變頻器發(fā)出電梯高速運行和電梯低速運行信號，從而間接控制曳引電動機的轉動速度，決定電梯的高速 /低速運動。 速度運行曲線 乘客對電梯需要包括生理需求和心理需求，從生理和心理上滿足乘客需設計電梯轉速基本出發(fā)點。生理需求是指乘客對其垂直平面內運行方式提出要求。人們垂直平面內乘坐 電梯承受加速度或減速度時，會引起體內器官相對運動，產生不舒服感覺，這就是重力加速度效應。專家們一直建議電梯加、減速度應限制 ，且加速度變化率應限制 。速度控制曲線往往如下圖 24 所示， A、 B、 C、 D 處加速度變化率為正、負無窮大，其它時刻則為 0。 VS616G5 變頻器中有 15 種速度曲線可供選擇， 河南理工大學課程設計說明書 10 但多數(shù)均為如圖 24所示線性，少數(shù)幾種 S型，能滿足客戶對電梯性能要求（加、減速時間為 ，額定轉速為 1m/s），針對以上情況，本文中設計了一種新型速度控制曲線。如下圖 25所示： 圖 4常規(guī)速度控制曲線 圖 5改進后速度控制曲線 系統(tǒng)快速性和舒適性以及加、減速時間和額定轉速進行以下分析： 加速曲線 AE ： V=kt2 則可知此段 aAE =2kt、ρ AE=2k 加速切線 EF ： V=VE+2ktE（ ttE）則可知此段 aEF=2ktE、ρ E=0 設計中考慮到加速快速性、選擇加速曲線 FB 與 AE 對稱，即 tE=tBtF 。 勻速運行時電梯額定轉速是 1m/s，這要求 B點 加速度及加速度變化率均須為 0，由此 選 擇勻 速曲 線 BC : V=VN a=0 ρ =0 以 上分 析可 知mmE aKtV ?2 22 ?? 選擇am=。ρ m=2m/s3=ρ max 由 satmmE 6 ??? ? smaVmmE / 22 ??? ? 河南理工大學課程設計說明書 11 設定 AE 與 FB 對稱則有Δ VFB=VE=。Δ tFB=tE=；Δ VEF=VN2VE=12== ????? mEFEF aVt 并各點參數(shù)入下所示 E: tE= VE=； F: tF=tE+ΔtEF=+= VF=VE+Δ VEF=+=； B: tB=tF+tE=+= VB=VF+VE=VN=1m/s ∴ AE段： V=kt2=ρ /2t2= t∈ [0,] EF: V=VE+a（ ttE） =+（ ） = t∈ [,] FB:V=VBk（ tBt） 2=（ ） 2 t∈ [,] 加速和減速段曲線是對稱，由對稱性可知 CG： V= VCk（ tct） 2=（ tct） 2 tc=+T0 t∈ [+T0,+T0] GH： V=VGa（ ttG） =（ ） t∈ [+T0,+T0] HD: V=k（ ttD） 2=（ t3T0） 2 t∈ [+T0,3+T0] （ 1）光滑性 VN=1m/s VE=2VE 則兩段曲線間存切線，加速曲線光滑。 （ 2）快速性 aav= smtVRN / ??、 aavaavb= （ 3）最小間距可實現(xiàn)性 ? ? ? ? ? ? mtVdttVdttVdttVdtV BBtt FBtt EFt AEt BFFEEB ..21. 00 ???????? ???? ∴起動段 電梯走了 距離 由對稱性知，降速段亦運行 ，∴ H=2 = 普通樓層一層樓高度為，電梯額定轉速為 1m/s，加、減速所用時間為 前提下所設計加速曲線滿足最小間距要求。 （ 4）舒適性 A、 B、 C、 D 四點，加速度變化率均為 0，也即此時生理加速度為 0。整個運行過程中加速度變化率最大值為 ，這大大減小了重力效應對人體影響。 2． 5I/O 點數(shù)的估算與分配 表一： PLC IO