【文章內(nèi)容簡介】 源問題。雙電梯的并聯(lián)控制是在單臺電梯控制的基礎上改進而成。隨著電氣控制技術的發(fā)展，采用可編程序控制器 (PLC)與變頻器控制電梯已是主流。利用 PLC的通訊網(wǎng)絡功能來實現(xiàn)雙電梯的并聯(lián)控制已成為可能。 PLC主要是對電梯的信號進行邏輯處理，變頻器則對電梯的運行速度進行控制，以改善運行曲線 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 電梯行業(yè)是一個特種行業(yè)，國家對電梯的設計、制造、安裝以及 使用都有詳細的國家標準。電梯的主要部分有土建、機械和電氣等組成 。 機械部分有導軌、轎廂、對重、鋼絲繩以及其 他機械部上海海洋大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設計 第 2 頁 共 61 頁 分 ； 電氣部分有主控制板，變頻器、曳引機等部分構成。電梯的運行 由主 控制板的指令控制變頻器，變 頻器驅(qū)動曳引機帶動轎廂運行。變頻器作為電梯中系統(tǒng)的核心部件，對電梯的安全可靠的運行是非常重要的。同時系統(tǒng)也對變頻器有一些特殊的要求。許多公司針對電梯的特殊要求，推出了電梯專用變頻器來滿足電梯的特殊要求 [1]。 變頻器在中國有巨大的需 求潛力 ， 根據(jù) 1997年原國家經(jīng)貿(mào)委調(diào)查數(shù)據(jù)，全國潛在變頻器市場約1200～ 1800億元。而截止 2020年，國內(nèi)累計推廣應用變頻調(diào)速裝置 800～ 1200萬 kw， 約 80～ 120億元，僅占 潛在市場的 7%左右?；诖?，美、日以及歐洲的各大變頻生產(chǎn)公司幾乎全部云集中國市場，外資變頻器一度占據(jù)了 95%以上的中國變頻器市場份額。 變頻 器的 分類有多種方法： (1)按中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交一交變頻器和交一直一交變頻器。 (2)按有無中間 低壓回路，可分為高一高變頻器和高一低一高變頻器。 在交一直一交變頻器中，按中 間直 流部分 的性質(zhì)，可分為電流型變頻器和電壓型變頻器。變頻器的技術發(fā)展水平是由電力電子技術 、 電機控制技術及自動化控制水平三個方面決定的。在低壓變頻器領域，由 于電力電子器件的耐壓問題已經(jīng)解決， 因此形成了標準的電路拓撲結構， 但功率器件滿足不了中、高壓變頻器的需要，為了解決這個問題，研究人員提出了一 些電路拓撲結構，如功率單元串聯(lián)多重化、多電平及逆變器件并聯(lián)等。 目前，國內(nèi)變頻器產(chǎn)品多為通用的電壓等級為 AC (Alternating Current) 380V 的中小功率產(chǎn)品，而在變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)所需要的高壓大功率雙向變頻器，成熟產(chǎn)品不多。國內(nèi)對變速恒頻風力發(fā)電有較深研究的大學有：清華大學、沈陽工業(yè)大學、浙江大學等。目前，哈爾濱九洲電氣股份公司研制出兆瓦級變速恒頻風力發(fā)電用的變頻器樣品。 國外各大品 牌的變頻器生產(chǎn)商，起步較早，初步形成了系列化的產(chǎn)品，如 ABB公司的 ACS1000系列， SIMENSE公司的 SIMOVERT MV系列， AB公司的 Power Flex 7000系列等，其控制系統(tǒng)也己實現(xiàn)全數(shù)字化。 ABB公司的 ACS1000系列采用了 IGCT（ Integrated Gate Commutated Thyristors）器件，功率范圍為 315KW5000KW，輸出電壓范圍為 kV4 kV，采用電壓型三電平結構，并提供有源前端( AFE， Active Front End)技術，可以實 現(xiàn)能量雙向流動。 SIMENSE公司的 SIMOVERT MV系列采用最新的 HVIGBT(HighVoltage Insulated Gate Bipolar Transistor)器件，輸出電壓范圍為 kV6 kV，電壓源型三電平結構并提供有源前端 ( AFE， Active Front End)技術。 AB公司的 Power Flex 7000系列采用 800A/1500A的 SGCT (Symmetrical Gate Commutated Thyristors)器件，功率范圍為 150KW6770KW，輸出電壓范圍為 kV6 kV，無 需熔斷器，有 12脈沖整流和 PWM整流兩種整流方式，提供 AFE有源前端技術，可以實現(xiàn)能量的雙向流動 [2]。 西門子的通用多功能變頻器 MM440采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和功能的多樣性，采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術，可使曳引機在低噪聲下運行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保上海海洋大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設計 第 3 頁 共 61 頁 護性能，高性能的矢量控制技術，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領域。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。具有快速的動態(tài)響應特性和超強的過載能力。眾多的自由功能模塊通過 BICO（二進制互聯(lián)連接）組成了大量資源供用戶使用，從而完成復雜的多種控制。正是 MM440強大而靈活的功能可以勝任電梯控制系統(tǒng)的要求。通過 MM440驅(qū)動異步曳引機構成的電梯系統(tǒng)完全滿足國標GB75882020《電梯制造與安裝規(guī)范》， GB/T100581997《電梯技術條件》的要求 [3]。 主要研究內(nèi)容 雙聯(lián)六層電梯的控制系統(tǒng)需用變頻器實現(xiàn)電梯轉速的變化 ，同過 MM440變頻器實現(xiàn)多段速運行，滿足電梯減速區(qū)與平層區(qū)運 行速度要求。因此，變頻器在電梯控制系 統(tǒng)當中具有很重要的作用，通過變頻器使電梯系統(tǒng)能夠穩(wěn)定平穩(wěn)運行，準確定位， 且具有良好的舒適度。 本系統(tǒng)通過 PLC與 MM440變頻器實現(xiàn)兩臺電梯的并聯(lián)控制，并且通過對變頻器多段速設定來實現(xiàn)電梯不同門層的運行控制，利用 PLC對電梯位置進行實時監(jiān)控，采用 旋轉編碼器和高速計數(shù)器設定值比較確定 電梯運行位置 ， 使電梯準確減速與?？?。 該系統(tǒng)包括工藝的設計、方案的選擇、硬件的設計、軟件的設計及模擬調(diào)試五部分 。 2 工藝設計 雙 聯(lián)六層電梯系統(tǒng)的工藝設計 系統(tǒng)簡介 本雙聯(lián)電 梯的電氣控制系統(tǒng)是采用 PLC 和 交流調(diào)速（ VVVF）控制，結合電梯系統(tǒng)所具備的硬件結構實現(xiàn)雙電梯的并聯(lián)控制。與傳統(tǒng)電梯相比，本電梯轎廂位置的檢測和電氣選層信號由安裝在轎廂頂上和曳引輪相連的旋轉編碼器 檢測， 而擺脫了以往靠繼電器和接觸開關等有觸點 器件控 制的龐雜線路系統(tǒng)，優(yōu)化了線路，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性，同時便于檢修 [4] 。 該 系統(tǒng)結構包括機房、井道、廳門、轎廂等幾大部分，同時具備電梯的安全保護裝置，各部分緊密配合實現(xiàn)電梯的準確運行。系統(tǒng)開始運行時， PLC主要是對電梯的信號進行邏輯處理，變頻器則對電梯的運行速 度進行控制，以改善運行曲線，旋轉編碼器則實現(xiàn)電梯位置的信號反饋，使電梯準確運行。工藝流程圖如圖 21所示： 上海海洋大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設計 第 4 頁 共 61 頁 控 制 器樓 層 顯 示 及 運 行 方 向開 關 門 按 鈕門 鎖 及 安 全 回 路井 道 保 護 功 能 輸 入檢 修電 梯 上 行電 梯 下 行多 段 速 1M M 4 4 0 變 頻 器多 段 速 2多 段 速 3MP G編 碼 器 反 饋轎 廂 及 轎 內(nèi)控 制 板轎 內(nèi) 召 喚 及 控 制 信 號廳外 呼 叫抱 閘 控 制曳 引 機到 站 指 示 電 鈴報 警 輸 出 信 號開 關 門制動器旋轉編碼器制動器抱 閘 控 制 圖 21 PLC控制雙聯(lián)六層電梯工藝圖 Figure 21 PLCbased doublesix elevator control system process diagram 電梯在底層和頂層分別設有一個向上或向下召喚按鈕，而在其他各層 設 有上，下召喚按鈕。轎廂操縱盒安裝在電梯 轎廂內(nèi)部， 設有與層站數(shù)相等的相應指令 按鈕。當進入轎廂的乘客按 下指令按鈕時，指令信號被登記，當?shù)却趶d 門外的乘客按下召喚按鈕時，召喚信號被登記。電梯在向上運行的過程中按登記的指令信號和向上召喚信號逐一予以停靠。每次?？繒r，電梯自動進行減速，平層，開門。當乘客進入轎廂完畢后，又自動關門 ， 啟動，直至完 成最后 一 項工作。如有信號再出現(xiàn)，則電梯根據(jù)信號位置選擇方向自行啟動運行。若無工作指令，則轎廂停留在最后?？康膶訕恰ｋ娞莸膯佑?PLC、 變 頻器及電磁制動器共同控制。首先 PLC根據(jù)指令信號確定上升或下降指令，然后將上升或下降及速度控制指令傳遞給變頻器相應的正轉或反轉及預置速度，并 將開閘指令給電磁制 動器使制動器抱閘松開。變頻器經(jīng)過內(nèi)部設定預置速度控制電梯的啟動 、 加速及滿速運行。電梯樓層的定位由 高速計數(shù) 端 口集與曳引輪相連的旋轉編碼器的脈沖數(shù)及轎廂所在位置決定。 當電梯達到要停靠的層站時， PLC經(jīng)過判斷此樓層符合，當旋轉編碼器的計數(shù) 脈 沖處 于此層的減速脈沖區(qū)域時， PLC滿速信 號輸出至變頻器相應端口，則變頻器按減速到 慢行速度，轎廂繼續(xù)上升，編碼器脈沖繼續(xù)增加到此層的平層段，到 層延時調(diào)整，曳引電動機停止，制動器抱閘，平層完畢轎廂停止運行。 系統(tǒng)各功能單元的作用 （ 1） 電梯機房里的主要 部件及功能 ○ 1 曳引機是 驅(qū)動電梯上下運行的動力裝置，它包括： 電 動機 、 制動器 、 減速箱 、 曳引輪 和 導向輪 。在電梯上通常采用雙瓦塊常閉式電磁制動器， 在電梯停止或斷電的情況下制動抱閘以確 保電 梯不致移動 ；對于減速箱 大多數(shù)電梯廠采用蝸輪蝸桿減速箱 ； 曳引輪在曳引系統(tǒng)當中的作用是 兩端借助曳引鋼絲繩分別懸掛轎廂和對重，并依靠曳引鋼絲繩和曳引輪繩槽間的靜摩擦力來實現(xiàn)電梯轎廂的升降 ；導向輪的作用是 為保證轎廂端和對重端鋼繩各自垂直與轎廂和對重，且保持平行并保證曳引輪上海海洋大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設計 第 5 頁 共 61 頁 有足夠大的包角 。 ○ 2 限速器：當轎廂運行速度達到限定值時，能發(fā)出電信號并產(chǎn)生機械動作的安全裝置。 ○ 3 控制柜：各種電子元器件和電器元件安裝在一個防護用的電器結構內(nèi)，按預定程序控制電梯運行的電控設備 。 ○ 4 旋轉編碼器：給轎廂定位的裝置。 （ 2） 電梯井道里的主要部件及功能 ○ 1 轎廂 :由轎廂架、轎廂體等組成，為承載物件所需的載體。 ○ 2 導軌：導軌通過導軌支架被固定在井道壁上，導軌的位置限定了轎廂和對重的位置。導軌是 轎廂上下運動的軌道。 ○ 3 對重裝置：對中裝置由對重輪，對重架，對重砣，曳引繩和防護遮攔等組成。對重與轎廂襯托起平衡作用。 ○ 4 緩沖器：當轎廂向下運動時，由于斷繩、超載、安全鉗限速器不動作、曳引輪和鋼絲繩打滑、制動器失效、無制動器力矩以及極限開關不起作用等原因，會造成轎廂向底坑掉落，這時，裝在轎廂下方底坑中的緩沖器，可以減緩轎廂與底坑間的沖擊。 ○ 5 限位開關：該裝置可以裝在轎廂上，也可以裝在 電梯井道上端站和下端站附近，當轎廂 運行超過端站時 ，用于切斷電源的安全裝置。 ○ 6 計數(shù)復位感應器 ： 使旋轉編碼器計數(shù)復位的裝置。 ○ 7 隨行電纜：電梯隨行電纜是電梯機房電氣器件與轎廂、井道及廳門等處電氣器件相連接的導線。 （ 3） 轎廂上的主要部件及功能 ○ 1 操縱箱：操縱箱裝載轎廂內(nèi)靠近轎 廂門 附近。用指令開關或按鈕，操縱轎廂運行。 ○ 2 轎內(nèi)指層燈：轎 內(nèi)指層燈設置于轎廂內(nèi)，用以顯示電梯運行位置和運行方向。 ○ 3 自動 門機：自動門機裝在轎廂頂?shù)那安?，以小型直流電動機為動力的自動開、關轎門和廳門的裝置。 ○ 4 轎門：轎門設置在轎廂入口的門。 ○ 5 安全鉗：安全鉗由于限速器 作用而引 起動作，迫使轎廂或?qū)χ匮b置卡停在導軌上，同時切斷控制回路電源的安全裝置。 ○ 6 導靴：導靴設置在轎廂架和對重裝置上，迫使和對重裝置沿著導軌運行的裝置。 （ 4） 電梯層門口的主要部件及功能 ○ 1 層門：層門設置在層站入口的封閉門。 ○ 2 門鎖：層門門鎖設置在層門內(nèi)測，門關閉后，將層門緊鎖。 ○ 3 層樓指示：層樓指示燈設置在層站層門上方或一側，用以顯示 轎廂運行層 站位置和方向。 ○ 4 召喚盒 ：召喚盒設置在層站門側，當乘客按下需要的召喚按鈕時，在轎廂內(nèi)可顯示或登記，令電梯運行停靠在召喚層站。 上海海洋大學 2020 屆畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設計 第 6 頁 共 61 頁 控制要求 （ 1） 有必要的電氣保護和機械保護即電梯的安全裝置要既有電氣安全裝置，又有機械安全裝置。能夠保證電梯的安全正常運行。 （ 2） 變頻器能根據(jù)用戶需要輸出相 應的 運行速率，既保證電 梯的快速性，穩(wěn)定性又要保證舒適度。 （ 3） 在電梯運行中，順向按下樓 層的召喚按鈕，信號被登記并儲存停 層信號，而逆向按下的召喚按鈕則不被登記，同時也不儲存其停層信號 ；無論電梯上行或是下行時，按下轎廂內(nèi)指令按鈕，則指令信號被登記，并儲存了停層信號。當停站后，信號被取消。 （ 4）變頻器采用線性 V/F控制，與 PLC，旋轉編碼器構成閉環(huán)的速