【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。3) 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)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?cái)U(kuò)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(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4) 適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)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/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 可編程控制器機(jī)型的選擇為了完成設(shè)定的控制任務(wù),主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和占用內(nèi)存的多少來(lái)確定PLC的機(jī)型。本系統(tǒng)為六層樓的電梯,采用集選控制方式。所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量估算如下: 1）輸入/輸出點(diǎn)的估算。輸入點(diǎn)有:門(mén)廳按鈕10個(gè),轎廂內(nèi)按鈕9個(gè),樓層感應(yīng)傳感器6個(gè),轎廂門(mén)限開(kāi)關(guān)2個(gè),檢修開(kāi)關(guān)1個(gè),平層傳感器2個(gè)，減速傳感器2個(gè)，過(guò)載測(cè)量傳感器1個(gè)，障礙檢測(cè)光電傳感器1個(gè)共34個(gè)。輸出點(diǎn)有：轎廂內(nèi)指示燈9個(gè)，門(mén)廳召喚按鈕指示等10個(gè)，樓層顯示用七段碼顯示器引腳7個(gè)，開(kāi)關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈2個(gè)，變頻器控制引腳3，電梯上下行指示燈2，總共33個(gè)。2）內(nèi)存容量的估算用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫(xiě)水平等因素有關(guān)。因此,在用戶程序編寫(xiě)前只能根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行估算。本系統(tǒng)有開(kāi)關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)有67個(gè)，模擬量I/O數(shù)為0個(gè)。利用估算PLC內(nèi)存總?cè)萘康挠?jì)算公式:所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開(kāi)關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)(10～15)+模擬量I/O總點(diǎn)數(shù)(150～250)再按30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約2K字節(jié)的內(nèi)存容量。3）控制器機(jī)型的選擇FX2，F(xiàn)X1, FX2C系列是三菱公司今年來(lái)推出的高性能小型可編程控制器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可編程控制器。它們都體積都比較小，但功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價(jià)格有很大的差別。如表33所示。表3 3 FXOS，F(xiàn)XON，F(xiàn)X2N性能比較型號(hào)I/0數(shù)用戶程序步數(shù)功能指令通信功能基本指令執(zhí)行時(shí)間模擬量模塊FX0S1030800步EEPROM50無(wú)~無(wú)FX0N241282k步EEPROM55較強(qiáng)~有FX2N162568K步RAM298較強(qiáng)有FX0S的功能簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以用與小型開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，F(xiàn)X0N可用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)，F(xiàn)X2N的功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的I/O 節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時(shí)使用，以及指令的執(zhí)行速度，因此選用三菱公司的FX2N系列的FX2N80MR。它的輸入繼電器X000X047共40個(gè)，輸出繼電器Y000Y047共40個(gè)，程序容量為8K字節(jié),完全滿足要求。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。4）輸入/輸出模塊的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制的要求,本系統(tǒng)的輸入選用直流24V的輸入模塊。輸出模塊選用繼電器輸出形式。開(kāi)關(guān)量輸出單元的作用是把PLC的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)。按照現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源的不同，可分為直流輸出單元（晶體管輸出方式，或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）和交流輸出單元（晶閘管輸出方式或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開(kāi)關(guān)元件，同時(shí)又是隔離器件。發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng)PLC輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)候，內(nèi)部電路使繼電器線圈K通電。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載L接通得電，VD作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)載回路的電源既可以選用交流電源，也可以選用直流電源。特別也指出的是，繼電器模式具有斷點(diǎn)確切，可以實(shí)際切斷所控制的回路電器連接的作用，同時(shí)這種模式既適合于直流又適合于交流的情況，因此這種模式在開(kāi)關(guān)頻率不是太高的情況下是首先選擇的輸出控制方案。下圖給出了這種輸出方案的原理圖。圖31 繼電器模式輸出單元5) 輸入/出點(diǎn)的分配表34 輸入/輸出點(diǎn)的分配輸入信號(hào)輸入點(diǎn)輸出信號(hào)輸出點(diǎn)轎廂內(nèi)控制按鈕樓層感應(yīng)傳感器門(mén)廳按鈕檢修按鈕門(mén)限位繼電器過(guò)載測(cè)量光電傳感器平層傳感器減速傳感器X0X10X11X16X17X30X31X32X33X34X35X36X37X40X41轎廂內(nèi)按鈕指示等七段碼顯示器引腳開(kāi)關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)變頻器控制信號(hào)門(mén)廳召喚按鈕指示等電梯上下行指示等Y0Y10Y11Y17Y20Y21Y24Y26Y27Y40Y41Y426）控制系統(tǒng)接線圖圖32 控制系統(tǒng)接線圖電梯運(yùn)行中的速度變化可以用如圖1—2所示。速度曲線表示，如圖中縱坐標(biāo)代表電梯的運(yùn)行速度，橫坐標(biāo)表示電梯運(yùn)行時(shí)間。t1為啟動(dòng)加速段，至A點(diǎn)到達(dá)電梯的額定速度，t2為勻速運(yùn)行段，到達(dá)B點(diǎn)，進(jìn)入t3減速制停段，到達(dá)平層，減速完成停梯開(kāi)門(mén)，完成電梯的一次運(yùn)行。圖33 電梯的速度曲線電梯的實(shí)際運(yùn)行速度曲線，對(duì)乘客的乘坐舒適感有很大影響。特別是高速電梯在加速段和減速段，如果設(shè)置不好，會(huì)有上浮、下沉、重壓、浮游、不平衡等不舒適感，最強(qiáng)烈的是上浮和下沉感。它與加速度與減速度的大小有關(guān)，當(dāng)延長(zhǎng)加速時(shí)間t減速時(shí)間t3，舒適感變好，但運(yùn)行效率降低。從實(shí)驗(yàn)得知，與人的舒適感關(guān)系最大的，不是加(減)速度，而是加(減)速度的變化率，即“加速度”，也就是t1和t3兩頭弧形部分的曲率。如果將加速度變化率限制在1．3m／s2以下，即使最大加速度達(dá)到2～2．5m／s2，也不會(huì)使人感到過(guò)分的不適。 電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動(dòng)控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍事設(shè)施以及日常生活中越來(lái)越得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)轉(zhuǎn)速是否變化，可以將各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械分為恒速拖動(dòng)與變速拖動(dòng)機(jī)械兩大類(lèi)，而在現(xiàn)代的各行各業(yè)中，絕大多數(shù)的機(jī)械都有著調(diào)速的要求，使得對(duì)變速拖動(dòng)系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)調(diào)速方便。而且在磁場(chǎng)一定的條件下，它的轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，使其轉(zhuǎn)動(dòng)矩容易控制。因此直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速比較容易得到良好的動(dòng)態(tài)特性，但是直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)時(shí)、價(jià)格昂貴、可靠性差、運(yùn)行出現(xiàn)火花等缺點(diǎn)使得直流電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)向高速、大容量發(fā)展的要求。交流電動(dòng)機(jī)特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，而且堅(jiān)固耐用，運(yùn)行可靠，維護(hù)量少，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。但由于交流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速比較困難，在早期采用的主要是繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外串電阻和鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速。在30年代提出了串級(jí)調(diào)速的方法，但是帶來(lái)調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，不容易控制的矛盾。直到本世紀(jì)50年代中期，晶閘管研制成功，開(kāi)創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代，使交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)得以應(yīng)用。在印年代初期，幾位著名的專(zhuān)家提出了實(shí)用和高效的靜止變壓變頻器。雖然交流電動(dòng)機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于變頻器的成本高，以及需要比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在與直流傳動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)中受到了阻礙，在70年代中期，在全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)能源危機(jī)，節(jié)約能源的問(wèn)題世界矚目。作為節(jié)約能源的一個(gè)重要手段，電機(jī)的調(diào)速問(wèn)題得到了重視，許多過(guò)去一般不調(diào)速的裝置也采用了調(diào)速，由此對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。由此可見(jiàn)，研究電力傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是交流調(diào)速的問(wèn)題有著重要的意義。 異步電機(jī)的調(diào)速方法及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式為: n=n0(1s)=60f/p(1s)式中:no為同步轉(zhuǎn)速，f為電源頻率,p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。，S為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。從上式可以看出，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以從改變下列三個(gè)參數(shù)如手:改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極數(shù)即變極調(diào)速。改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率即改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。改變供電電源的頻率即變頻調(diào)速。1. 變極調(diào)速對(duì)于鼠籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地與定子極對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)。改變定子繞組的接法，以改變定子的極對(duì)數(shù)，使異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0=60f1/p得到改變，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便、機(jī)械特性硬、效率高、可獲得恒轉(zhuǎn)矩與恒功率調(diào)速。其缺點(diǎn)是:只能有極調(diào)速，而且調(diào)速等級(jí)有限，只適用于不要求平滑調(diào)速的場(chǎng)合。2. 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常見(jiàn)的利用改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的方法有下列幾種:轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速。改變定子電壓調(diào)速?；铍姍C(jī)調(diào)速。串極調(diào)速及脈沖調(diào)速等。下面依次介紹上述調(diào)速方法的簡(jiǎn)單原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。(1)轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速方法簡(jiǎn)單、初期投人少，一般適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。其缺點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)子電路效率，隨之降低，轉(zhuǎn)子損耗增大，經(jīng)濟(jì)性變差。由于轉(zhuǎn)子電路串接電阻，使機(jī)械特性變軟，而且串接電阻的數(shù)值越大，特性就越軟，因而在低速下穩(wěn)定性差。只能獲得有級(jí)調(diào)速，平滑性不高。調(diào)速范圍受負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響，當(dāng)輕載時(shí)，調(diào)速范圍很小。(2)改變定子電壓調(diào)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于、(與最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速)時(shí)，其機(jī)械特性部分對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能穩(wěn)定運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很小。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在增加異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的基礎(chǔ)上，改變定子電壓，可獲得較寬的調(diào)速范圍。但它的機(jī)械特性變軟，使運(yùn)行不大穩(wěn)定。而且低壓時(shí)，過(guò)載能力低，負(fù)載波動(dòng)較大時(shí)，適應(yīng)性差，調(diào)速時(shí)效率低，功率因數(shù)較轉(zhuǎn)子電路串接電阻時(shí)更低，在低速時(shí)，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。(3)滑差電機(jī)調(diào)速。其特點(diǎn)是在異步電動(dòng)機(jī)的軸上裝一個(gè)電磁滑差離合器。滑差電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。其缺點(diǎn)是這種調(diào)速方式在不同的勵(lì)磁電流下其機(jī)械特性很軟，并且勵(lì)磁電流越小，特性越軟。在任何轉(zhuǎn)速下，離合器的傳遞效率為，=n2/n，在低速下它的效率很低。由于磨擦與剩磁的存在，使其存在不可控區(qū)，即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于10%的額定轉(zhuǎn)矩時(shí)可能失控。(4)串極調(diào)速。繞線型轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)與其它電機(jī)或電子設(shè)備(例如由晶閘管組成的逆變器)串級(jí)連接，以實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。串極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)速過(guò)程中其機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)至很低，調(diào)速范圍較寬。可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制無(wú)極調(diào)速。轉(zhuǎn)差功率可返回電網(wǎng)，效率較高。其缺點(diǎn)是只適用于繞線型轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)，在使用上有其局限性。必須有一個(gè)與轉(zhuǎn)子電勢(shì)頻率相同的外加電勢(shì)。由于外加電勢(shì)的頻率也得隨之變化，這在技術(shù)上是比較復(fù)雜的，設(shè)備較多，這是申極調(diào)速的一個(gè)主要缺點(diǎn)。3. 變頻調(diào)速隨著變頻器性能價(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，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格昂貴。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。 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。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，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇的一項(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VS61665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，可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗，特別適合電梯類(lèi)負(fù)載頻繁變化的場(chǎng)合。 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f(1s)/p，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，n基本上正比于f,所以改變供電電源頻率f，即可調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式，如有頻率連續(xù)可調(diào)的供電設(shè)備，可以獲得很大的調(diào)速范圍，很好的調(diào)速平滑性和足夠的機(jī)械特性硬度。4. 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)行選取。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P2:P2=[(W1+W2W3)g+F1]v，其中F1=K (W1+W2W3) 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留有較大裕量，可取P≈5. 制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算 由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生再生能量，，即 I1=Uo /R1≤I/2。，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗功率. 井道信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3．轉(zhuǎn)換觸點(diǎn) 4．常開(kāi)觸點(diǎn) 5．永久磁鐵6．隔磁板 圖34 干簧感應(yīng)器干簧感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖3—4所示。在U型槽兩側(cè)分別放置永久磁鐵和干簧管。當(dāng)沒(méi)有隔磁板插入U(xiǎn)形槽時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下常閉觸點(diǎn)2，3閉合，將隔磁板插入U(xiǎn)行槽時(shí)永久磁鐵磁場(chǎng)經(jīng)空氣隙和隔磁板構(gòu)成閉合磁路，于是在簧片彈性作用下，觸點(diǎn)2，3斷開(kāi)，常開(kāi)觸電3，4閉合。這樣可以根據(jù)電梯的控制要求，可以將感應(yīng)器安裝在轎廂的頂部，將隔磁板固定在井道所需位置的導(dǎo)軌上（對(duì)某種井道信號(hào)的產(chǎn)生，如：樓層信號(hào)有時(shí)候需要將感應(yīng)器安裝在井道所需的特定位置的導(dǎo)軌上，將隔磁板固定在轎廂上）。 1~6 一樓到五樓樓層信號(hào)