【文章內(nèi)容簡介】 前，電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電－接觸器控制或PLC控制。這些系統(tǒng)均由一個主控制器實施整個電梯的控制，屬于集中控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，強(qiáng)迫換速和急?；芈沸盘?、門機(jī)及控制電路信號、換速及平層信號、檢修及照明信號、內(nèi)選外呼及層站指示信號等，均要傳送給唯一的控制器，由該控制器進(jìn)行邏輯運算后執(zhí)行。這種系統(tǒng)存在兩方面的缺點：一是控制器運算量大，系統(tǒng)實時響應(yīng)速度受到限制，而且不利于擴(kuò)充控制器的功能，提高電梯的運行性能；二是布線復(fù)雜，維修困難。尤其是高層電梯，信號線相當(dāng)多，井道電纜縱橫交錯。隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電梯的分布式控制成為了可能。將電梯的控制功能分為若干模塊，由不同的控制器實現(xiàn)一部分功能，控制器間采用可靠的通信技術(shù)傳遞信息。這樣，可以實現(xiàn)電纜的插接化，大大減少井道電纜數(shù)，減少布線工作量和維護(hù)成本。而且，可以讓主控制器有更多的時間實現(xiàn)其他功能，以改善電梯的運行性能。N層電梯的分布式控制系統(tǒng)由一個主控制器、N個層站控制器和一個轎廂控制器組成，主控制器與層站控制器之間采用RS485連接，構(gòu)成1:N的主從式串行通信結(jié)構(gòu)；主控制器與轎廂控制器之間采用獨立的RS485串行接口進(jìn)行通信，如圖2－1所示。圖中的細(xì)線采用六芯屏蔽雙絞線電纜，固定在井道中，虛線采用隨梯的多芯屏蔽雙絞線電纜或扁平電纜，需要有足夠的長度以保證轎廂能夠自由上下運動，當(dāng)電梯提升高度較高時，應(yīng)選用內(nèi)部有鋼絲繩的抗拉電纜。采用RS－485的理由是:用線少，有利于布線，便于維護(hù)，實現(xiàn)模塊的插接化。差動傳輸數(shù)據(jù)，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳送速度高，傳輸距離遠(yuǎn)；與8051系列單片機(jī)的多機(jī)通信功能配合簡單，易于設(shè)計軟硬件。當(dāng)兩臺電梯實施并聯(lián)控制時，各主控制器的RS－485層站接口與并聯(lián)控制器的并聯(lián)控制接口組成RS485總線，層站控制器與并聯(lián)控制器的RS485層站接口相連。并聯(lián)控制器接收外呼信號后根據(jù)各主控制器控制的當(dāng)前電梯狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度，確定將呼梯信號發(fā)送給哪一臺電梯執(zhí)行。如圖22所示。綜合以上兩節(jié)，本設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)分為兩部分：第一部分為變壓變頻調(diào)速控制，采用變頻器對電梯進(jìn)行拖動；第二部分為電梯運行的邏輯控制，采用單片機(jī)實現(xiàn)電梯的分布式控制。 電梯電力拖動系統(tǒng)通用變頻器的基本原理在交流異步電動機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)、效益顯著，所以逐步得到推廣。變頻調(diào)速的基本控制方式由電機(jī)學(xué)可知，三相交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 (31)式中 ——電動機(jī)定子電源頻率。 ——電動機(jī)的極對數(shù)。由式(31)可知，若連續(xù)改變電源頻率，則可平滑地改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。而三相異步電動機(jī)定子每相感應(yīng)電動勢有效值為 (32)式中 ——定于每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； ——基波繞組系數(shù)； ——每極氣隙磁通量。由式(32)可見，在一定時，若電源頻率變大，則必然引起磁通變?nèi)?，此時，電動機(jī)鐵心就沒被充分利用；若增大，則會使鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，這樣會使電動機(jī)效率降低，嚴(yán)重時會使電動機(jī)繞組過熱，甚至損壞電動機(jī)。因此，在電動機(jī)運行時，希望磁通保持恒定不變。于是，在改變的同時，必須改變，即必須保證：采用恒定的電動勢頻率比的協(xié)調(diào)控制方式，就可以保證磁通恒定不變。這時，可根據(jù)圖31所示的感應(yīng)電動機(jī)等效電路推導(dǎo)出在恒定協(xié)調(diào)控制時的機(jī)械特性如下： (33)式中 ——電源角頻率； ——電動機(jī)轉(zhuǎn)差率； ——轉(zhuǎn)子電路電阻與負(fù)載等效附加電阻之和的拆算值； ——轉(zhuǎn)子電路漏感折算值。在式(33)中，分子與分母均有。當(dāng)很小時，可將分母中含項忽略，則 (34)式(34)表明，在很小時，與近似成正比,即這段機(jī)械特性可近似為直線。而且可以證明，在的協(xié)調(diào)控制條件下，當(dāng)改變頻率時，機(jī)械特性基本上是上下平移的。此外，根據(jù)式(33)可求得最大轉(zhuǎn)矩為 (35)由式(35)可見，在時，不隨變化。恒定控制方式的機(jī)械特性如圖32所示。這種特性符合電梯拖動要求。 然而，對繞組中的感應(yīng)電動勢卻難以直接控制。但是，在較高時可以忽略圖31中的定子繞組漏磁阻抗壓降。因此，可認(rèn)為定子每相電壓，則得這便是恒壓頻比控制方式。根據(jù)同樣分析方法可知，機(jī)械特性在較小范圍內(nèi)為近似線性段，且在負(fù)載一定情況下，隨下調(diào)，線性段也是隨的改變而平移。在恒壓頻比時，求得的最大轉(zhuǎn)矩為 (36)式(36)表明隨降低而減小，此時機(jī)械特性如圖33所示，由于電動機(jī)定子電壓只能小于等于額定電壓，所以只能下調(diào)，這時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若上調(diào)，而不能大于，所以下降，這時為恒功率調(diào)速，在隨著降低時，定子阻抗壓降就不能再被忽略了，此時會更小些，使得磁通有所減小。這時，為了保證不變?？梢匀藶榈貙⑻岣咭恍?，以便近似地補(bǔ)償定子阻抗壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖34所示。采取補(bǔ)償措施后，異步電動機(jī)的機(jī)械特性不但保留了較硬的線性段，而且當(dāng)頻率降低 時，同步轉(zhuǎn)速隨之下降，使在保證最大轉(zhuǎn)矩基本不變情況下，取得類似直流電動機(jī)調(diào)速的平移特性曲線。這樣，不但擴(kuò)大了調(diào)速范圍，而且在調(diào)速時，轉(zhuǎn)差功率不變，所以效率很高。具有定子電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式，被廣泛采用。變頻裝置工作原理按恒壓頻比控制方式進(jìn)行變頻調(diào)速的裝置，一類是直接變頻裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只使用一個變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源變換成VVVF電源，所以效率較高，但是，所用的元件數(shù)量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數(shù)較低，只適用于低轉(zhuǎn)速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。另一類為間接變頻裝置。這種裝置是將恒壓恒頻交流電源先經(jīng)整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為中間直流環(huán)節(jié)，再由逆變器電路轉(zhuǎn)換為VVVF電源，如圖3－5所示。這種裝置的控制方式有以下兩種：一、用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交—直—交變頻裝置。這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構(gòu)成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率由逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調(diào)配合起來完成。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，元件較少，控制方便，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率調(diào)的較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)也降低。如輸出環(huán)節(jié)由晶閘管構(gòu)成，則輸出電壓諧波較大。二、用不可控整流器整流，通過脈寬調(diào)制方式控制逆變器同時進(jìn)行變壓變頻的交——直——交變頻裝置。由于輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流電路，所以電網(wǎng)端功率因數(shù)高，而且與逆變器輸出電壓大小無關(guān)。逆變器在變頻的同時實現(xiàn)變壓，主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了電路結(jié)構(gòu)。逆變器的輸出與中間支流環(huán)節(jié)的電容電感參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。選擇對逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器輸出電壓為近似的正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調(diào)制方式（SPWM）。SPWM逆變器的工作原理逆變器的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通閉合時，逆變器輸出電壓的幅度等于整流器的恒定輸出電壓；當(dāng)開關(guān)器件截止開斷時，輸出電壓為零。于是，逆變器輸出電壓為等幅的脈沖列。為了使該脈沖列與正弦波等效，以便盡量減少諧波，現(xiàn)將正弦波分作N等份，另每一等份的正弦波的中點與響應(yīng)的矩形脈沖波形的中點相重合，并使矩形脈沖的面積與對應(yīng)等份的局部正弦波的面積相等，則等幅但不等寬的矩形脈沖列，必然與該半周正弦波等效。也就是說，各分段平均值的包絡(luò)線為等效的正弦波，可以推斷，若逆變器的開關(guān)器件工作在理想狀態(tài)，開關(guān)器件驅(qū)動信號的波形也應(yīng)與脈沖列相似。顯然，開關(guān)器件開，斷的工作頻率較高，等幅不等寬的脈沖列等效波形就越逼近對應(yīng)的正弦波形。對上述的等效控制方式，實際上是通過調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，即將所期望的正弦波形作為調(diào)制波，而將等腰三角形作為被調(diào)制的載波。利用三角形線性的變化的上升沿，下降沿與連續(xù)變化的正弦曲線的交點時刻，來控制逆變器開關(guān)器件的導(dǎo)通與截止。，由整流二極管構(gòu)成的三相不可控整流電路，輸出恒定直流電壓；逆變電路由6個功率開關(guān)器件絕緣柵雙極晶體管IGBT組成。在每個IGBT上，均反并聯(lián)一個續(xù)流二極管，以便感應(yīng)電動機(jī)負(fù)載。由三相正弦波振蕩器輸出作為調(diào)制波的參考信號電壓、,其信號頻率和波形幅度均在一定范圍內(nèi)可調(diào)。由三角波振蕩器輸出作為被調(diào)制的載波信號,分別與各項參考電壓進(jìn)行比較。載波信號的頻率,高于參考電壓頻率。若三角波,只在0與最大幅值之間交變，則為單極式控制方式。若三角波正負(fù)交變波形，則為雙極式控制方式。變頻器輸出的脈沖列所等效的正弦波（即輸出的基波）的電壓和頻率，取決于正弦調(diào)制波參考信號的幅值和頻率。也就是說，通過對正弦調(diào)制參考信號的電壓、頻率的協(xié)調(diào)平滑控制，就可對變頻電路實現(xiàn)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制。SPWM變頻器的基本特點：（1）主電路結(jié)構(gòu)簡單，只有一個功率控制極，功率因數(shù)和效率都高。（2）采用SPWM控制，輸出電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制同時在逆變器中完成，避免了大慣性直流濾波環(huán)節(jié)對調(diào)壓響應(yīng)的影響，快速響應(yīng)性不僅有利于實時控制，還有利于開環(huán)應(yīng)用。（3）采用雙極性、分段同步正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出具有完善對稱性的SPWM電壓波形，基波分量大，提高了逆變器的利用率并有效的消除或抑制低次有害諧波，降低了噪聲，能在很寬的調(diào)頻范圍內(nèi)使電動機(jī)穩(wěn)定工作，低速運行性能好。 SPWM變頻器主回路原理圖SPWM逆變器的功率器件常規(guī)的SPWM變頻器在中小功率范圍內(nèi)，多由BJT和GTR構(gòu)成，這種類型變頻器的主要缺點是開關(guān)頻率低（輸出波形諧波含量大，噪聲大）；功率密度低（裝置體積、重量大）；開關(guān)損耗大，驅(qū)動及保護(hù)電路復(fù)雜；可靠性低。本設(shè)計采用的絕緣柵極晶體管IGBT是一種BIMOS器件，它既具有MOSFET的高速開關(guān)和電壓驅(qū)動特性，又具有BJT的低電壓飽和特性及較大電流處理能力，同時不存在二次擊穿。IGBT在中小功率SPWM變頻器中正在迅速取代BJT及GTR，作為主功率開關(guān)器件。通用變頻器的選擇的概述因為電梯屬于位能負(fù)載，要求頻繁起停，并且隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動機(jī)在四象限內(nèi)運行。更重要的是要滿足乘客的舒適感和保證平層精度(即準(zhǔn)確停車)。這些要求是變頻器在電梯上應(yīng)用的特殊之處。因此，變頻器必須閉環(huán)運行(帶PG反饋)，還必須加制動電阻。高速電梯(2m/s以上的速度)一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價格的通用變領(lǐng)器也可以滿足要求。通用變頻器的選擇，包括變頻器類型選擇和容量選擇兩個方面。變頻器類型的選擇根據(jù)控制功能將通用變頻器分為三種類型。普通功能型控制變頻器；具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇、要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，選擇普通功能型。恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，例如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運輸電車、起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)、起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運行，是比較理想的。因為這種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性。從目前看，這種變領(lǐng)器的性能價格比還是相當(dāng)今人滿意的。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的傳動電動機(jī)，如果采用通用標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)，則應(yīng)考慮低速下的強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。新設(shè)備投產(chǎn)，可以考慮專為變頻調(diào)速設(shè)計的加強(qiáng)了絕緣等級并考慮了低速強(qiáng)迫通風(fēng)的變頻專用電動機(jī)。軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類對動態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，原來多采用直流傳動方式。目前，矢量控制型變頻器已經(jīng)通用化，加之異步電動機(jī)具有堅固耐用、不用維護(hù)、價格便宜等一些優(yōu)點。對于要求高精度、快響應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案。在本次設(shè)計中，我們選用安川變頻器來拖動電梯運行。它是一種矢量控制型變頻器，可以滿足動態(tài)性能要求較高電梯的運行環(huán)境。變頻器容量的選擇電梯是垂直運輸工具，屬于位能負(fù)載。其拖動構(gòu)原理如圖37所示。動力來自電動機(jī)，一般選11kw或15kw的異步電動機(jī)。曳引機(jī)的作用有三點；其是調(diào)速，其二是驅(qū)動曳引鋼絲繩，其三是在電梯停車時實施制動。為了加大載重能力。鋼絲繩的一端是轎廂，另一端加裝了對重裝置，對重的重量隨電梯載重量的大小而變化。這種拖動機(jī)構(gòu)可使電梯的載重能力大為提高，在電梯空載上行或重載下行時，電動機(jī)的負(fù)載最小，甚至是處在發(fā)電狀態(tài)；而電梯在重載上行和空載下行時，電動機(jī)的負(fù)載最大，是處在拖動狀態(tài)，這就要求電動機(jī)在四象限內(nèi)運行。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確停車性能。為滿足這些要求，采用變頻器控制電動機(jī)是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調(diào)速性能，并能節(jié)約大量電能，這是目前電梯大量采用變頻控制的主要原因。 綜上所述，我們選擇安川變頻器616G5通用變頻器。容量選擇方法如下：可選1:1配置，即電動機(jī)容量和變頻容量相等。最好是采用大一個數(shù)量級選配，如11kw電動機(jī)選15kw的變頻器，15kw電動機(jī)選18kW的變頻器。安川616G5通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng)通用變頻器安川616G5技術(shù)持性安川616G5通用變頻器可實現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機(jī)達(dá)到理想輸出，它有四種技術(shù)特性：(1)可直接控制交流異步電動機(jī)的電流，使電動機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩。(2)VS616G5適用于各種應(yīng)用場合，在低速下實現(xiàn)平穩(wěn)起動并且極其精確的運行。(3)它的自動調(diào)整功能可使各種電動機(jī)達(dá)到高性能的控制。(4)VS616G 5將控制、矢量控制、閉環(huán)控制、閉環(huán)矢量控制的四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是最適合電梯控制要求的。變頻器的配置及容量選擇VS—616G5變頻器用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中，必須配PG卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電動機(jī)測速及反饋。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機(jī)同軸連接，對電動機(jī)進(jìn)行測速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，當(dāng)A相脈沖超前B相脈沖90186。時，認(rèn)為電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)A