【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源問(wèn)題。雙電梯的并聯(lián)控制是在單臺(tái)電梯控制的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。隨著電氣控制技術(shù)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(luò)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)雙電梯的并聯(lián)控制已成為可能。 PLC主要是對(duì)電梯的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，變頻器則對(duì)電梯的運(yùn)行速度進(jìn)行控制，以改善運(yùn)行曲線 。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 電梯行業(yè)是一個(gè)特種行業(yè)，國(guó)家對(duì)電梯的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及 使用都有詳細(xì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電梯的主要部分有土建、機(jī)械和電氣等組成 。 機(jī)械部分有導(dǎo)軌、轎廂、對(duì)重、鋼絲繩以及其 他機(jī)械部上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 自動(dòng)停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 61 頁(yè) 分 ； 電氣部分有主控制板，變頻器、曳引機(jī)等部分構(gòu)成。電梯的運(yùn)行 由主 控制板的指令控制變頻器，變 頻器驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)帶動(dòng)轎廂運(yùn)行。變頻器作為電梯中系統(tǒng)的核心部件，對(duì)電梯的安全可靠的運(yùn)行是非常重要的。同時(shí)系統(tǒng)也對(duì)變頻器有一些特殊的要求。許多公司針對(duì)電梯的特殊要求，推出了電梯專用變頻器來(lái)滿足電梯的特殊要求 [1]。 變頻器在中國(guó)有巨大的需 求潛力 ， 根據(jù) 1997年原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委調(diào)查數(shù)據(jù)，全國(guó)潛在變頻器市場(chǎng)約1200～ 1800億元。而截止 2020年，國(guó)內(nèi)累計(jì)推廣應(yīng)用變頻調(diào)速裝置 800～ 1200萬(wàn) kw， 約 80～ 120億元，僅占 潛在市場(chǎng)的 7%左右。基于此，美、日以及歐洲的各大變頻生產(chǎn)公司幾乎全部云集中國(guó)市場(chǎng)，外資變頻器一度占據(jù)了 95%以上的中國(guó)變頻器市場(chǎng)份額。 變頻 器的 分類有多種方法： (1)按中間環(huán)節(jié)有無(wú)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(wú)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(shù)發(fā)展水平是由電力電子技術(shù) 、 電機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)化控制水平三個(gè)方面決定的。在低壓變頻器領(lǐng)域，由 于電力電子器件的耐壓?jiǎn)栴}已經(jīng)解決， 因此形成了標(biāo)準(zhǔn)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 但功率器件滿足不了中、高壓變頻器的需要，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員提出了一 些電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)品多為通用的電壓等級(jí)為 AC (Alternating Current) 380V 的中小功率產(chǎn)品，而在變速恒頻風(fēng)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(guó)內(nèi)對(duì)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電有較深研究的大學(xué)有：清華大學(xué)、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等。目前，哈爾濱九洲電氣股份公司研制出兆瓦級(jí)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電用的變頻器樣品。 國(guó)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(shí)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(jié)構(gòu)，并提供有源前端( AFE， Active Front End)技術(shù)，可以實(shí) 現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。 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(jié)構(gòu)并提供有源前端 ( AFE， Active Front End)技術(shù)。 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(wú) 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(shù)，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng) [2]。 西門子的通用多功能變頻器 MM440采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)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(yùn)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(shù)，可使曳引機(jī)在低噪聲下運(yùn)行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護(hù)功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 自動(dòng)停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 61 頁(yè) 護(hù)性能，高性能的矢量控制技術(shù)，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領(lǐng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和超強(qiáng)的過(guò)載能力。眾多的自由功能模塊通過(guò) BICO（二進(jìn)制互聯(lián)連接）組成了大量資源供用戶使用，從而完成復(fù)雜的多種控制。正是 MM440強(qiáng)大而靈活的功能可以勝任電梯控制系統(tǒng)的要求。通過(guò) MM440驅(qū)動(dòng)異步曳引機(jī)構(gòu)成的電梯系統(tǒng)完全滿足國(guó)標(biāo)GB75882020《電梯制造與安裝規(guī)范》， GB/T100581997《電梯技術(shù)條件》的要求 [3]。 主要研究?jī)?nèi)容 雙聯(lián)六層電梯的控制系統(tǒng)需用變頻器實(shí)現(xiàn)電梯轉(zhuǎn)速的變化 ，同過(guò) MM440變頻器實(shí)現(xiàn)多段速運(yùn)行，滿足電梯減速區(qū)與平層區(qū)運(yùn) 行速度要求。因此，變頻器在電梯控制系 統(tǒng)當(dāng)中具有很重要的作用，通過(guò)變頻器使電梯系統(tǒng)能夠穩(wěn)定平穩(wěn)運(yùn)行，準(zhǔn)確定位， 且具有良好的舒適度。 本系統(tǒng)通過(guò) PLC與 MM440變頻器實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電梯的并聯(lián)控制，并且通過(guò)對(duì)變頻器多段速設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯不同門層的運(yùn)行控制，利用 PLC對(duì)電梯位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用 旋轉(zhuǎn)編碼器和高速計(jì)數(shù)器設(shè)定值比較確定 電梯運(yùn)行位置 ， 使電梯準(zhǔn)確減速與?？俊?該系統(tǒng)包括工藝的設(shè)計(jì)、方案的選擇、硬件的設(shè)計(jì)、軟件的設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試五部分 。 2 工藝設(shè)計(jì) 雙 聯(lián)六層電梯系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì) 系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jié)合電梯系統(tǒng)所具備的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)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(cè)和電氣選層信號(hào)由安裝在轎廂頂上和曳引輪相連的旋轉(zhuǎn)編碼器 檢測(cè)， 而擺脫了以往靠繼電器和接觸開關(guān)等有觸點(diǎn) 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(yùn)行的可靠性，同時(shí)便于檢修 [4] 。 該 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括機(jī)房、井道、廳門、轎廂等幾大部分，同時(shí)具備電梯的安全保護(hù)裝置，各部分緊密配合實(shí)現(xiàn)電梯的準(zhǔn)確運(yùn)行。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)， PLC主要是對(duì)電梯的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，變頻器則對(duì)電梯的運(yùn)行速 度進(jìn)行控制，以改善運(yùn)行曲線，旋轉(zhuǎn)編碼器則實(shí)現(xiàn)電梯位置的信號(hào)反饋，使電梯準(zhǔn)確運(yùn)行。工藝流程圖如圖 21所示： 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 自動(dòng)停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 61 頁(yè) 控 制 器樓 層 顯 示 及 運(yùn) 行 方 向開 關(guān) 門 按 鈕門 鎖 及 安 全 回 路井 道 保 護(hù) 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(hào)廳外 呼 叫抱 閘 控 制曳 引 機(jī)到 站 指 示 電 鈴報(bào) 警 輸 出 信 號(hào)開 關(guān) 門制動(dòng)器旋轉(zhuǎn)編碼器制動(dòng)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(shè)有一個(gè)向上或向下召喚按鈕，而在其他各層 設(shè) 有上，下召喚按鈕。轎廂操縱盒安裝在電梯 轎廂內(nèi)部， 設(shè)有與層站數(shù)相等的相應(yīng)指令 按鈕。當(dāng)進(jìn)入轎廂的乘客按 下指令按鈕時(shí)，指令信號(hào)被登記，當(dāng)?shù)却趶d 門外的乘客按下召喚按鈕時(shí)，召喚信號(hào)被登記。電梯在向上運(yùn)行的過(guò)程中按登記的指令信號(hào)和向上召喚信號(hào)逐一予以?？?。每次?？繒r(shí)，電梯自動(dòng)進(jìn)行減速，平層，開門。當(dāng)乘客進(jìn)入轎廂完畢后，又自動(dòng)關(guān)門 ， 啟動(dòng)，直至完 成最后 一 項(xiàng)工作。如有信號(hào)再出現(xiàn)，則電梯根據(jù)信號(hào)位置選擇方向自行啟動(dòng)運(yùn)行。若無(wú)工作指令，則轎廂停留在最后?？康膶訕恰ｋ娞莸膯?dòng)由 PLC、 變 頻器及電磁制動(dòng)器共同控制。首先 PLC根據(jù)指令信號(hào)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(yīng)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)及預(yù)置速度，并 將開閘指令給電磁制 動(dòng)器使制動(dòng)器抱閘松開。變頻器經(jīng)過(guò)內(nèi)部設(shè)定預(yù)置速度控制電梯的啟動(dòng) 、 加速及滿速運(yùn)行。電梯樓層的定位由 高速計(jì)數(shù) 端 口集與曳引輪相連的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)及轎廂所在位置決定。 當(dāng)電梯達(dá)到要?？康膶诱緯r(shí)， PLC經(jīng)過(guò)判斷此樓層符合，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù) 脈 沖處 于此層的減速脈沖區(qū)域時(shí)， PLC滿速信 號(hào)輸出至變頻器相應(yīng)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(shí)調(diào)整，曳引電動(dòng)機(jī)停止，制動(dòng)器抱閘，平層完畢轎廂停止運(yùn)行。 系統(tǒng)各功能單元的作用 （ 1） 電梯機(jī)房里的主要 部件及功能 ○ 1 曳引機(jī)是 驅(qū)動(dòng)電梯上下運(yùn)行的動(dòng)力裝置，它包括： 電 動(dòng)機(jī) 、 制動(dòng)器 、 減速箱 、 曳引輪 和 導(dǎo)向輪 。在電梯上通常采用雙瓦塊常閉式電磁制動(dòng)器， 在電梯停止或斷電的情況下制動(dòng)抱閘以確 保電 梯不致移動(dòng) ；對(duì)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(dāng)中的作用是 兩端借助曳引鋼絲繩分別懸掛轎廂和對(duì)重，并依靠曳引鋼絲繩和曳引輪繩槽間的靜摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的升降 ；導(dǎo)向輪的作用是 為保證轎廂端和對(duì)重端鋼繩各自垂直與轎廂和對(duì)重，且保持平行并保證曳引輪上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 自動(dòng)停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 61 頁(yè) 有足夠大的包角 。 ○ 2 限速器：當(dāng)轎廂運(yùn)行速度達(dá)到限定值時(shí)，能發(fā)出電信號(hào)并產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)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(gè)防護(hù)用的電器結(jié)構(gòu)內(nèi)，按預(yù)定程序控制電梯運(yùn)行的電控設(shè)備 。 ○ 4 旋轉(zhuǎn)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(dǎo)軌：導(dǎo)軌通過(guò)導(dǎo)軌支架被固定在井道壁上，導(dǎo)軌的位置限定了轎廂和對(duì)重的位置。導(dǎo)軌是 轎廂上下運(yùn)動(dòng)的軌道。 ○ 3 對(duì)重裝置：對(duì)中裝置由對(duì)重輪，對(duì)重架，對(duì)重砣，曳引繩和防護(hù)遮攔等組成。對(duì)重與轎廂襯托起平衡作用。 ○ 4 緩沖器：當(dāng)轎廂向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于斷繩、超載、安全鉗限速器不動(dòng)作、曳引輪和鋼絲繩打滑、制動(dòng)器失效、無(wú)制動(dòng)器力矩以及極限開關(guān)不起作用等原因，會(huì)造成轎廂向底坑掉落，這時(shí)，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(guān)：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(dāng)轎廂 運(yùn)行超過(guò)端站時(shí) ，用于切斷電源的安全裝置。 ○ 6 計(jì)數(shù)復(fù)位感應(yīng)器 ： 使旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)復(fù)位的裝置。 ○ 7 隨行電纜：電梯隨行電纜是電梯機(jī)房電氣器件與轎廂、井道及廳門等處電氣器件相連接的導(dǎo)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(guān)或按鈕，操縱轎廂運(yùn)行。 ○ 2 轎內(nèi)指層燈：轎 內(nèi)指層燈設(shè)置于轎廂內(nèi)，用以顯示電梯運(yùn)行位置和運(yùn)行方向。 ○ 3 自動(dòng) 門機(jī)：自動(dòng)門機(jī)裝在轎廂頂?shù)那安?，以小型直流電?dòng)機(jī)為動(dòng)力的自動(dòng)開、關(guān)轎門和廳門的裝置。 ○ 4 轎門：轎門設(shè)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(dòng)作，迫使轎廂或?qū)χ匮b置卡停在導(dǎo)軌上，同時(shí)切斷控制回路電源的安全裝置。 ○ 6 導(dǎo)靴：導(dǎo)靴設(shè)置在轎廂架和對(duì)重裝置上，迫使和對(duì)重裝置沿著導(dǎo)軌運(yùn)行的裝置。 （ 4） 電梯層門口的主要部件及功能 ○ 1 層門：層門設(shè)置在層站入口的封閉門。 ○ 2 門鎖：層門門鎖設(shè)置在層門內(nèi)測(cè)，門關(guān)閉后，將層門緊鎖。 ○ 3 層樓指示：層樓指示燈設(shè)置在層站層門上方或一側(cè)，用以顯示 轎廂運(yùn)行層 站位置和方向。 ○ 4 召喚盒 ：召喚盒設(shè)置在層站門側(cè)，當(dāng)乘客按下需要的召喚按鈕時(shí)，在轎廂內(nèi)可顯示或登記，令電梯運(yùn)行?？吭谡賳緦诱?。 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 PLC 自動(dòng)停車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 61 頁(yè) 控制要求 （ 1） 有必要的電氣保護(hù)和機(jī)械保護(hù)即電梯的安全裝置要既有電氣安全裝置，又有機(jī)械安全裝置。能夠保證電梯的安全正常運(yùn)行。 （ 2） 變頻器能根據(jù)用戶需要輸出相 應(yīng)的 運(yùn)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(yùn)行中，順向按下樓 層的召喚按鈕，信號(hào)被登記并儲(chǔ)存停 層信號(hào)，而逆向按下的召喚按鈕則不被登記，同時(shí)也不儲(chǔ)存其停層信號(hào) ；無(wú)論電梯上行或是下行時(shí)，按下轎廂內(nèi)指令按鈕，則指令信號(hào)被登記，并儲(chǔ)存了停層信號(hào)。當(dāng)停站后，信號(hào)被取消。 （ 4）變頻器采用線性 V/F控制，與 PLC，旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成閉環(huán)的速