【文章內(nèi)容簡介】 ．為降低電梯成本，首選通用變頻器。4．電梯的啟動和停車都要平穩(wěn)。5．變頻器帶有防止失速功能。6．變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。 通用變頻器為了滿足以上的條件，本設計選擇通用變頻器。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是：一．為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求。二．為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。 通用變頻器的發(fā)展上個世紀80年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用JGBT兩個大發(fā)展過程。一．容量不斷擴大80年代初采用的BJT的PWM變頻器實現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達到了600KVA,400KVA以下的已經(jīng)系列化。前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三、四年的時間，IGBT變頻器的單機容量己達1800KVA隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大[7]。二．結(jié)構(gòu)的小型化變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路(LSI)和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋，驅(qū)動電路，檢測電路，保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊（Intelligent Module,IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速[8]。三．多功能和智能化電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展，特別是微機的應用，為變頻器多功能化和高性能化提出了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平“升級”，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。8位、16位及32位CPU奠定了通用變頻器全數(shù)字控制的基礎。32位數(shù)字信號處理器（Digital Signal ProcesserDSP）的應用將通用變頻器的性能提高一大步，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。目前，新一代變頻器開始采用新的精簡指令集計算機“（Reduced Instruction Set ComputerRISC）”,將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。它是一種矢量（超標量）微處理器，其功能著重點放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運算復雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用于提高基本的運算速度，達到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運算速度的程度。有文獻報道，RISC的運算速度可達1000M/PS，即10億次/秒，相當于巨型計算機水平，指令計算時間為1ns量級，是一般微處理器所無法比擬的。有的變頻器廠家聲稱，以RISC為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計計算、PID調(diào)節(jié)器在線實時運算。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如本設計所采用的安川公司的VS615G5變頻器就有：(1)無PG(速度傳感器)V/f控制；(2)有PGV/f控制；(3)無PG矢量控制；(4)有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制土述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。四．應用領域不斷擴大通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應性不斷增強。最初通用變頻器僅用于風機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應用領域得到了相當?shù)臄U展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中J心超高速伺服機的精確位置控制都己應用通用變頻器；在其它方面，如農(nóng)用機械、食品機械、木工機械、印刷機械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池?？梢哉f其應用范圍相當廣闊，并且還將繼續(xù)擴大[9]。 通用變頻器的功率輸出驅(qū)動技術(shù)動向采用變頻器的調(diào)速傳動技術(shù)，近年來取得驚人的進步。從技術(shù)發(fā)展動向來看，大致有如下幾個方面: 一．IGBT的應用 最近幾年來，IGBT的應用正在迅速推進。其顯著的特點是:開關(guān)頻率高，驅(qū)動電路簡單。用于通用變頻器時，有如下明顯的效果： 1．由于載波效率的提高(20KHz或更高)，負載電動機的噪聲明顯減少，實現(xiàn)了低噪聲傳動。電動機的金屬鳴響聲因振動頻率超過了人耳可感知的程度而“消失”。2．同樣由于載波頻率的提高，使電動機的電流(特別是低速時的電流)波形更加趨于正弦波，因而減少了電動機轉(zhuǎn)矩的脈動和電動機的損耗。 3．由于IGBT為電壓驅(qū)動型，因而簡化了驅(qū)動回路，使整個裝置更加緊湊，可靠性提高，成木降低。 4．主開關(guān)器件如果采用IPM，上述效果將更加明顯。 二．網(wǎng)側(cè)變流器的PWM控制的變頻器 目前上市的絕大多數(shù)通用變頻器，其網(wǎng)側(cè)變流器采用不可控的二極管整流器。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點。比如，網(wǎng)側(cè)電流波形嚴重畸變，影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，諧波損耗大，電動機制動時的再生能量無法回饋給電網(wǎng)等?，F(xiàn)己開發(fā)出一種新型的采用PWM控制方式的自換相交流器，并已經(jīng)成功地用作變流器中的網(wǎng)側(cè)變流器。電器結(jié)構(gòu)形式與逆變器完全相同，每個橋臂均由一個自關(guān)斷器件和一個二極管反并聯(lián)組成。其特點是:直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流(網(wǎng)側(cè)電流)波形基本為正弦，功率因數(shù)可保持為1，并且能量可以雙向流通。 網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制交流器又稱為“雙PWM控制變頻器”。這種再生能量回饋式高性能通用變頻器，代表著另一個新的技術(shù)動向。它的大容量化，對于制動頻繁的或可逆運行的生產(chǎn)設備十分有意義。但因其價位高、投資大，所以在某種程度上限制了它的發(fā)展速度。三．矢量控制變頻器的通用化在造紙、軋鋼等應用領域，要求精度高，響應快，一般性的通用變頻器已經(jīng)不能勝任，往往要采用矢量控制方案。但是矢量控制往往需要速度傳感器，運算復雜、調(diào)整麻煩，對電動機的參數(shù)依賴性較大。目前，國內(nèi)正在努力使矢量控制變頻器實現(xiàn)通用化。因此，對無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的理論研究和實用化的開發(fā)代表著另一個新的技術(shù)發(fā)展方向。 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內(nèi)容。本設計中拖動調(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行，以改善電梯運行的舒適感；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，本設計選用安川VS616G5型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)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，616G5變頻器的起動、制動具有可任意調(diào)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(zhuǎn)編碼器，%%，使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。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)[10]。 VS616G5型變頻器簡介一．VS616G5型變頻器的特點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(diào)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(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍[11，12]。VS616G5變頻器的特點如下：1．包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。2．有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。3．由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。4．保護功能完善、維修性能好。5．通過LCD操作裝置，可提高操作性能。二．616G5型變頻器的標準規(guī)格616G5型變頻器的標準規(guī)格如表31表31 616G5型變頻器的標準規(guī)格 電壓200V 400V 容量范圍 電源電壓頻率200V：三相 200/208/220V400V：三相 380/400/415/440/460V電壓允許變動+10% 15%頻率允許變動177。5% 控制特控 性控制方式正弦波PWM控制：無傳感器矢量控制（無PG）帶傳感器矢量控制（帶PG）V/f控制帶傳感器V/f控制（用參數(shù)切換）啟動轉(zhuǎn)矩150%/Hz（無PG） 150%r/min(帶PG)速度控制范圍1:100(無PG) 1:1000(帶PG)速度控制精度177。%(無PG) %(帶PG)速度響應5Hz(無PG) 30Hz(帶PG)轉(zhuǎn)矩極限有轉(zhuǎn)矩精度177。5%轉(zhuǎn)矩響應20Hz(無PG)以上 150Hz(帶PG)以上頻率控制范圍頻率精度（溫度變動）數(shù)字式指令177。%（10C+40C）模擬指令177。%（25C177。10C）頻率設定分辨率(運算分辨率)數(shù)字式指令 模擬式指令 輸出頻率分辨率過載量額定輸出電流的150%1min頻率設定信號10V10V，010V，420mA加速度時間制動轉(zhuǎn)矩約20% 帶制動選擇 150%抑制高次諧波電源直流電抗器內(nèi)帶（200V 24KVA 400V 26KVA以下可選）12相整流不能變動 主要控制功能瞬停再啟動，下降控制，轉(zhuǎn)矩控制，零點伺服操作裝置16字2線 日語液晶顯示器接通插件板可選擇16種（最多可裝3塊）保護功能電機保護，變頻器過載，瞬間過電流，電壓下降，過電壓，輸入缺相 可編程序控制器(PLC)的選擇電梯PLC控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運動的機械選層器。電梯運行過程中，轎廂所處樓層位置如何檢測，PLC軟件如何根據(jù)給定輸入信號及運行條件判斷或計算樓層數(shù)，是電梯正常運行的首要問題，是正確定向和選層換速的必要前提。 轎廂樓層位置檢測方法主要方法有如下幾種：1．用干簧管磁感應器或其它位置開關(guān)：這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應器，當樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點。2．利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān)：這種方法需對磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進行編碼，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，進行運算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。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糜嫈?shù)單元，計數(shù)準確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準確位置，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)編碼器檢測轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設計采用此法。 PLC的選型根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。綜合考慮后，本設計選擇了日本OMRON公司生產(chǎn)的C系列P型機。C系列P型機具有以下幾方面的優(yōu)點：1．P型機專用于開關(guān)量控制，其體積小，安裝起來節(jié)省空間；2．其功能較強，具有2kHz的高速計數(shù)器，可作為定位控制的標準硬件使用；在指令方面，P型機有編碼、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可逆計數(shù)等功能。從結(jié)構(gòu)上看：P型機包括主機單元、I/0擴展單元、UO鏈接單元，A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元等；3．P型機采用的是箱體結(jié)構(gòu)，其價格便宜，可靠性高；4．P型機的任一種CPU箱和任一種擴展箱均可配置在一起，因此，用戶可根據(jù)所需的VO點數(shù)進行選件配置，使用靈活、方便。本章小結(jié)本章對變頻器的類型進行了概述，并確定由PLC來實現(xiàn)電梯信號控制，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器的選擇。第四章 系統(tǒng)硬件設計 變頻器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。由于616G5是通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數(shù)設置比專用型變頻器要復雜得多。 VS616G5變頻器的參數(shù)616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表41[13]。表41 變頻器參數(shù)參數(shù)功用A組確定控制摸式B組選擇運行功能C組確定加減速時間及轉(zhuǎn)矩補償時間D組選擇頻率E組確定運行壓頻曲線F組保護設置H組確定偏差標準 參數(shù)設置參數(shù)設置的原則：1．為減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些；2．為了提高運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊；3．零速一般設置為0Hz,速抱閘功能將影響舒適感；4．變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設置見表42表42 安川616G5變頻器主要參數(shù)設置表參數(shù)名稱 設定值說明A102控制方式選擇2不帶PG矢量控制方式B101頻率指令選擇1B102運行指令選擇1B103停止方法