【文章內容簡介】 間常數(shù)宜大些； ⑵ 提高了運行效率，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； ⑶ 零速一般設計為 0Hz，速抱閘功能將影響舒適感；變頻器其他常用參數(shù)可根據電網電壓和電機銘牌數(shù)據直 接輸入。 為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設置后，需使變頻器對所驅動的電動機進行自學習，而 616G5 就具有曳引機參數(shù)自學習的功能，其方法是：將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關參數(shù)，變頻器將根據識別到的結果調整控制算法中的有關參數(shù)。顯然，這一組自學習到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。 變頻器的功率可根據曳引機電機功率、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 P1，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 P2由式 (31)計算： 2 1 2 3 1P = [( W +W +W ) g+F ] * V （ 31） 式中， 123F 1 = (W + W + W )g +?為摩擦力； 電機功率 1P ，變頻器功率 P應接近電機功率 1P ，相對于 2P 留有安全裕量，可取 P= 2P （ 32） 其中， k=， 1W =2020Kg， 2W =1000Kg， 3W =2400Kg， g=， V=式（ 31）得 P2=（ 600 ＋ 108 ） ≈ ；又有式（ 32）得 P= =。由于采用變頻調速，效率高。依照計算結果選 倍裕量，取變頻器容量為 15kW。 由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產生再生能量，所以變頻調速裝置應具有制動功能。帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器雖然能夠將再生能量回饋電網，但成 9 本太高，采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上 ，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動電阻 2R 的大小應使制動電流 Iz 的值不超過變頻器額定電流的一半，即： z o z nI =U /R =I /2 （ 33） z d n R=2U/I =2 513/≈ (Ω ) （ 34） 其中 oU 為額定情況下變頻器的直流母 線電壓，取 z R ≥ 30Ω。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。即： z 2 * /P = d d zU U R? = 5132/30≈ （ 35） 最后，選用的制動電阻為 R=30Ω，功率為 P= 的電阻。 變頻調速系統(tǒng)控制 本課題采用的變頻調速系統(tǒng)框圖如圖 23 所示。 P L C 門 電 機曳 引 機變 頻 器 電 源傳 感 器呼 叫 信號位 置 信號樓 層 顯示呼 叫 顯示 圖 23 本課 題變頻調速系統(tǒng)框圖 本章小結 本章主要介紹了變頻調速技術的相關知識，以及文中所需變頻器的選擇，還包括變頻調速控制系統(tǒng)的總體結構，為下一步的設計打下了堅實的理論基礎。 10 第三章 系統(tǒng)控制方案的設計及概述 (下位機部分 ) PLC 原理及其應用 PLC 簡介和基本工作原理 可編程控制器（ PLC）是一種數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通信網絡技術，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)自動控制裝置。 PLC 采用一類可編程的存儲器 ，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、定時、計數(shù)和算術操作等面向用戶的指令，面向控制過程和用戶，并通過數(shù)字式或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程，實時性好，信號處理時間短，速度快，可靠性高，編程方便，系統(tǒng)配置簡單靈活，控制系統(tǒng)采用模塊化結構，安裝簡單，維修方便，性價比高?？删幊炭刂破髦饕芍醒胩幚砥?(CPU)、存儲器、輸入/輸出 (I/O)接口、通信接口以及電源等部分組成，可編程控制器的基本組成如圖 31 所示。 圖 31 PLC 的基本組成 (1) 中央處理器： PLC 的核心部分，包括微處理器和控制接口電路。微處理器是 PLC 的運算和控制中心，實現(xiàn)邏輯運算、數(shù)字運算，協(xié)調控制系統(tǒng)內部各部分工作。控制接口電路是微處理器與主機內部其他單元進行聯(lián)系的部件，主要有數(shù)據緩沖、單元選擇、信號匹配以及中斷管理等功能。 (2) 存儲器用來 存儲系統(tǒng)程序和用戶程序，包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。 (3) 輸入 /輸出單元是可編程控制器的 CPU 和現(xiàn)場輸入、輸出裝置或其他外部設備 11 之間的連接接口部件。 PLC 通過 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場相聯(lián)系，通過 I/O 接口可以檢測被控對象或被控生產過程的各種參數(shù)。 I/O 單元主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入以及模擬量輸出等。 (4) 通信接口用于 PLC 之間、 PLC 與遠程 I/O 之間、 PLC 與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將 PLC 接入以太網或用于點對點通信等。 (5) 電源單元為 PLC 提供電源，一般采用開關電源，輸入電壓范圍寬，體積小，抗干擾性能好。 PLC 以循環(huán)掃描方式工作，按順序對內部的各種任務進行查詢、判斷和執(zhí)行，工作過程如圖 3 2 所示。 圖 32 PLC 工作過程 PLC 的特點及主要功能 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 多具有完善的數(shù)據運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制， CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 可靠性高、抗干擾能力強，平均故障時間為幾十萬小時。而且 PLC 采用了許多 12 硬件和軟件抗干擾措施。 硬件方面： (1)隔離，在微處理與 I／ 0 電路之 間采用光電隔離減少外部干擾源對 PLC 的影響。 (2)濾波，對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。且有些模塊還設置了連鎖保護、自診斷電路等。 軟件方面： (1)設置故障檢測與診斷程序。 (2)當軟故障條件出現(xiàn)時，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲器，禁止對存儲器進行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲器信息被沖掉。這樣，一旦外界調節(jié)正常后，便可以恢復故障發(fā)生前的狀態(tài)，恢復原來的工作。 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系 統(tǒng)設計及建造周期大為縮短，同時維護變得容易起來。更重要的是可以使同一設備經過改變程序改變生產過程。 模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ A）和數(shù)字量（ D）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。 PLC 廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 13 擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出單元（即 I/O 擴展單元）來增加輸入輸出點數(shù)，也可以通過附加各種功能單元及特殊功能單元來提高 PLC 的控制能力。 遠程 I/O 功能 遠程 I/O 功能是指通過遠程 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與 PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信 號。 通信聯(lián)網功能 通信聯(lián)網功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網、 PLC 與 PLC 之間連接、 PLC 與上位計算機的連接等，實現(xiàn) I/O 控制或數(shù)據交換，以完成較大規(guī)模的系統(tǒng)控制。 監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的運行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、計數(shù)器等設置值或強制 I/O 狀態(tài)。 PLC 編程語言 編程語言是 PLC 的重要組成部分， PLC 為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序的需要。 PLC 提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、語句表和功能塊圖等。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內部的結構原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設計和運行維護人員所接受。語句表 (STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序， 屬于面向機器硬件的語言。功能塊圖 (FBD)是使用像電子電路的各種門電路，加上輸入、輸出，通過一定的邏輯連接方式來完成控制邏輯，它也可以把函數(shù)和功能塊連接到電路中，完成各種復雜的功能和計算。所以，通過比較，本課題采用梯形圖對系統(tǒng)進行設計更為合理。 14 PLC 的編程軟件介紹 本課題采用西門子公司提供的 STEP7_MICRO/WIN 編程軟件．它是用于 S7 系列 PLC 進行編程、調試的全新軟件，它是在國際標準 IEC1131 3 的基礎上建立的，可以用 LAD、 STL 和 FBD 來編程。通過 STEP 7 編程軟 件，不僅可以非常方便的使用梯形圖和語句表等形式進行離線編程，經過編譯后通過轉接電纜直接下載入 PLC的內存中執(zhí)行，而且在調試運行時，還可以在線監(jiān)視程序中各個輸入輸出或狀態(tài)點的通斷狀況，給調試工作也帶來極大的方便。 STEP7 軟件的一個特點是調試功能很強大，不僅能在線讀取數(shù)據，而且能在線修改過程數(shù)據，對于調試大型復雜控制程序非常有效。 STEP7 軟件還附帶一些控制程序模塊，如 PID 調節(jié)模塊，這些模塊可以從主控制程序中直接調用，實現(xiàn)不同的功能。 硬件設計 PLC 的選擇 根據系統(tǒng)的控制要求及復雜程度 ，對所需要的 I/O 口要進行初步的估算。 PLC 的輸入輸出點數(shù)是有限的，在設計一個 PLC 控制系統(tǒng)時可能遇到其 I/O 口的點數(shù)問題，可以選擇 I/O 點數(shù)較多的 PLC 或增加擴展單元。 根據控制系統(tǒng)的功能要求，從經濟性、可靠性等方面考慮，選擇兩臺西門子 S7200系列 PLC 作為此電梯群控系統(tǒng)的控制主機。此電梯群控系統(tǒng)主電梯總共有 21 個數(shù)字輸入， 19 個數(shù)字量輸出， 1 個模擬量輸入，根據 I/O 點數(shù)和程序容量和控制的要求，又因為需要接的是交流負載，所以選用繼電器輸出型的 PLC，再根據學校的實際情況，選擇兩臺 CPU 224XP 繼電 器輸出型的 PLC 作為該控制系統(tǒng)的主機，在這個控制系統(tǒng)中，從PLC 主控制單元總共有 22 個數(shù)字輸入， 17 個數(shù)字量輸出， 1 個模擬量輸入，從控制單元總共有 16 個數(shù)字輸入， 11 個數(shù)字量輸出， 1 個模擬量輸入。根據 I/O 點數(shù)和數(shù)字輸入 /輸出擴展模塊選用兩個 EM223(16 點輸入 16 點輸出分別接在主從 PLC 后面。 系統(tǒng)硬件的介紹及使用 系統(tǒng)硬件主要有： 1 ）兩臺 PLC 控制器 224XP 以及兩臺擴展模塊 EM223； 3）兩根 15 根通信電纜 2） 裝有組態(tài)王 的電腦； 3 ）西門子變頻器 MM440 2 臺； 4） 兩個個 紅外對射傳感器、兩個個壓力傳感器、八個限位傳感器、兩個防沖頂傳感器、兩個下限位傳感器； 5 ）兩臺 YJ250A 曳引機；下面簡要介紹一下系統(tǒng)中的主要硬件： 數(shù)字量輸入輸出模塊 EM223 EM223 擴展模塊具有以下特性。 （ 1） 具有漏極 /源型 16 點 I/O 輸入，固態(tài) 16 點 I/O 輸出 （ 2）輸入電壓范圍，最大連續(xù)電壓 30V DC，額定電壓 24V DC（ 4mA），邏輯 1 信號最小是 15V DC（ ），邏輯 0 最大是 5V DC（ 1mA）。 （ 3）輸入 8 點 500V AC 光隔離。 （ 4）輸入最大延遲時間 ms。 （ 5）輸入屏蔽電纜最大 500 米，非屏蔽電纜最大 300 米。 （ 6）輸出電壓允許范圍 — DC，額定電壓 24V DC 。 （ 7）輸出最大電流邏輯 1 信號 20V DC。 （ 8）輸出屏蔽電纜 500m，非皮比電纜 150 米。 （ 9）輸出延遲 off 到 on 最大延遲 50us， on 到 off 最大延遲 200us。 （ 10）輸出采用 500VA