【文章內(nèi)容簡介】 制方式能使得 電機(jī)在各種速度運(yùn)行時具有良好的機(jī)械特性，特別是在低速控制性能尤為突出。在電梯反饋系統(tǒng)方面，采用絕對 值位置編碼器從電梯轎廂上反饋轎廂絕對位置信號，對曳引電機(jī)進(jìn)行以距離為原則的控制，以實(shí)現(xiàn)直接平層技術(shù)，來達(dá)到優(yōu)越的電梯運(yùn)行效果。 電梯的發(fā)展趨勢 (1) 電梯品種的變化 電梯技術(shù)的研究與發(fā)展以及新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)該適應(yīng)市場和社會發(fā)展的需要。電梯的品種要隨著建筑需求而變化，電梯制造商提供的品種愈多，其市場占有量也一定愈大。隨著超高層建筑的增多，就需要高速、大容量的電梯。近幾年住宅電梯的開發(fā)的熱潮已出現(xiàn)，多層及小高層大樓配置的廉價、實(shí)用可靠的經(jīng)濟(jì)型住宅電梯是一個必然趨勢。無機(jī)房電梯是在電梯驅(qū)動裝置及其布置 方式上具有獨(dú)特風(fēng)格的一種產(chǎn)品。它把影響建筑整體造型美觀和人們居室日照的樓頂機(jī)房去掉了，既節(jié)省了建筑空間，又減低了制造成本。它代表了電梯技術(shù)的一種發(fā)展趨勢。 (2) 電梯的智能化 計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的發(fā)展，使大樓的信息得以快速傳遞，從而可實(shí)現(xiàn)大廈智能化。智能化的電梯首先要與智能化的大廈所有自動化信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與消防、保安、樓宇設(shè)備控制等系統(tǒng)交互聯(lián)系，使電梯成為安全舒適、高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)工具。串行通訊以其布線簡單，信息傳輸量大等優(yōu)點(diǎn)，在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多，由于去掉了微機(jī)接口板上大量輸入和輸出電路，減少了 井道、機(jī)房中的布線數(shù)量，可靠性大大提高。 電梯困人故障一直因擾著電梯的承包商，遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)集通訊、故障、診斷、微處理機(jī)為一體，可以通過市話線傳遞電梯的運(yùn)行和故障信息到遠(yuǎn)程服務(wù)中心。遠(yuǎn)程維修監(jiān)控中心始終監(jiān)控著他們所承包的電梯，隨時可以知道電梯的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)生故障的屬性，維修人員去故障梯之前就已知道該維修的項(xiàng)目，減少了維修服務(wù)的成本和時間，這種預(yù)保養(yǎng)式的售后服務(wù)方式將是電梯工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 (3) 綠色電梯 綠色電梯的研究的重點(diǎn)主要在電梯的制造、配置以及安裝和使用過程中的節(jié)能和減少環(huán)境污染等方面 。減少電梯能耗的措施是多方面的，主要包括：原材料的充分利用和再利用；電梯數(shù)量和電梯參數(shù)的優(yōu)化配置；選擇高效的驅(qū)動系統(tǒng)；減少電梯機(jī)械系統(tǒng)的慣性和磨擦阻力；合理應(yīng)用對重或平衡重；選用節(jié)能照明；客流和運(yùn)貨的規(guī)劃；出入口的布置等。而減少能耗的另一途徑是電梯運(yùn)行過程的能耗控制。利用電梯空載上行、滿 4 載下行時電機(jī)處以發(fā)電狀態(tài)的特性，將再生能量反饋給電網(wǎng)。利用電梯機(jī)房在樓頂?shù)膬?yōu)勢，充分利用太陽能作為電梯的補(bǔ)充能源也將是新的課題。 電梯繼電器控制系統(tǒng) 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) (1) 所有控制功能及信號 處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 (4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (1) 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使 系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 (3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大。 (5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高；而且檢查故障困難，費(fèi)時費(fèi)工。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故 [2]。 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn) PLC 的特點(diǎn) PLC 控制制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于 PLC 具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自 80 年代后 期 PLC 引入我國電梯行業(yè)以來，由 PLC 組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一 直是主流控制系統(tǒng)。 電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運(yùn)行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。 可編程控制器 (Programmable Logic controller，簡稱 PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動控制問題的最有效工具 ，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動化的二大支柱之一。 PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn) (1) 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行的自動控制，可靠性大大提高。 (2) 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 (3) PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (4) PLC可進(jìn)行故障自動檢測與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。 (5) 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。 (6) 更改控制方案時不需改動硬件接線。 變頻調(diào)速控制電梯的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、 微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機(jī)交流變頻技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式 [3]。 (1) 變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機(jī)，比同容量的直流電動機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點(diǎn)。 (2) 變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了 電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能 。調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。 6 (3) 變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電動機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 2 方案選擇 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(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)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但價格相對較貴。 因此，本設(shè)計(jì)沒有采用專用變頻器， 而是選用了通用變頻器通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。 目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，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 [4]。 變頻器的分類 變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對變頻器分類 : (1) 按變換頻率的方法分 交─直─交變頻器 交─交變頻器 (2) 按主電路工作方式分 電壓型變頻器 電流型變頻器 (3) 按變頻器調(diào)壓方法的不同分 PAM 變頻器 PWM 變頻器 (4) 按工作原理分類 U/f 控制變頻器 VC 控制變頻器 SF 控制變頻器 (5) 按照用途分類 通用變頻器 高性能專用變頻器 高頻變頻器 簡述通用變頻器概況 通用變頻器的發(fā)展 上個世紀(jì) 80 年代初，通用變頻器實(shí)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 IGBT 兩個大發(fā)展過程： (1) 容量不斷擴(kuò)大 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。到了 90 年代初， BJT 通用變頻器的容量達(dá)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，僅二、四年的時一間， IGBT 變頻器的單機(jī)容量已達(dá) 1800KVA,隨著 IGBT 容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。 (2) 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(shè)計(jì)上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動電路、檢測電路、保護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“能電力模塊” (Intelligent Module)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(qiáng)，保護(hù)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(hù)迅速可靠，傳感信號也十分迅速。 (3) 多功能和智能化 電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)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(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jī)械的工藝水平“升級”，達(dá)到以往無法達(dá)到的境界， 使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)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(chǔ)。 32 位數(shù)字信號處理器 (Digital Signal ProcessesDSP)的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實(shí)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(jì)算機(jī)”(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(biāo)量 )微處理器，其功能著重點(diǎn)放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運(yùn)算復(fù)雜而使 用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用十提高基本的運(yùn)算速度，達(dá)到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運(yùn)算速度的程度。有文獻(xiàn)報(bào)道， RISC 的運(yùn)算速度可達(dá) 1000MIPS,即 10 億次 /秒，相當(dāng)十巨型計(jì)算機(jī)水平。指令計(jì)算時間為 Ins 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(jì)計(jì)算、 PID 調(diào)節(jié)器在線實(shí)時運(yùn)算。 通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。 (4) 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大 8 通用變頻器經(jīng)歷了 模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。最初通用變頻器僅用十風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、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(jī)械，從各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床、加工中心超高速伺服機(jī)的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器 。在其它方面，如農(nóng)用機(jī)械 、食品機(jī)械、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池，可以說其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并巨還將繼續(xù)擴(kuò)大。 VS616G5 型通用變頻器 電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本設(shè)計(jì)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(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 VS616G5 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，同時降低了電機(jī)運(yùn)行損耗，特別適合電梯類負(fù)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(diào)節(jié)的 S曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá) 0. 01～ 0. 02%使得電梯運(yùn)行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機(jī)。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(jī)始終運(yùn) 行于靜噪音狀態(tài)。 VS616G5 型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通