【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 緊密相連，至今已有三十多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展歷程，大致可以分化為三個(gè)階段。 第一個(gè)階段是七十年代，其主要標(biāo)志是交流雙速電梯，它采用改變牽引電機(jī)極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速 。電機(jī)通常采用兩種或兩種以上不同極對(duì)數(shù)的繞組制成，其中極對(duì)數(shù)少的繞組成為高速繞組，用于電梯的啟動(dòng)及穩(wěn)速運(yùn)行，極對(duì)數(shù)多的繞組成為低速繞組，用于電梯的制動(dòng)及維修。這種電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用和維護(hù)都很方便，但調(diào)速不夠平滑，舒適感較差。 第二個(gè)階段是八十年代盛行的交流調(diào)壓調(diào)速電梯，其性能優(yōu)越于交流雙速電梯。調(diào)壓調(diào)速的方法是通過(guò)改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)定子端的供電電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，其制動(dòng)多采用能耗制動(dòng)。 第三個(gè)階段是九十年代至今，變壓變頻調(diào)速電梯開(kāi)始占據(jù)了世界電梯的市場(chǎng)。VVVF 電梯通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值 和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。電梯傳動(dòng)系統(tǒng)技中，由于大量采用微機(jī)控制技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)（ PWM），其運(yùn)行效率得到了大幅度的提高，電梯的體積大為縮小?，F(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)向電梯控制領(lǐng)域的滲透，使得交流調(diào)速電梯的調(diào)速性能幾乎完全可以和直流電梯相媲美。 VVVF 電梯以其獨(dú)特的先進(jìn)技術(shù)和性能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層準(zhǔn)確、低噪音、安全等目標(biāo)。由于其優(yōu)越的調(diào)速性能，顯著的節(jié)能效果，在很多應(yīng)用場(chǎng)合已取代交流調(diào)壓調(diào)速電梯，而成為現(xiàn)代電梯市場(chǎng)的主流。 目前，生產(chǎn) VVVF 電梯的公司已經(jīng)遍布世界各國(guó)，如日本的三菱公司、東芝公司、日立公 司，美國(guó)的奧的斯公司等大的電梯制造廠家，他們?cè)?VVVF 電梯的研制和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)等方面，都取得了驕人的成就。在我國(guó)，電梯工業(yè)起步較晚，改革開(kāi)放以來(lái)，也取得了很大的進(jìn)步，如上海三菱、天津奧的斯、中國(guó)迅達(dá)、蘇州迅達(dá)、廣州電梯工業(yè)公司等電梯生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品都有一定的市場(chǎng)份額和技術(shù)含量。但遺憾的是，這些公司多為合資企業(yè)，電梯控制的關(guān)鍵部分的變頻器、控制器等重要組成部分，很大程度依賴進(jìn)口，其核心技術(shù)牢牢控制在國(guó)外大公司手中。 電梯發(fā)展展望 （ 1）不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。 10 隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝 的發(fā)展，電梯的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，體積小型化，材料輕型化，工藝先進(jìn)化，外觀漂亮化。同時(shí)，無(wú)機(jī)房電梯在新世紀(jì)將會(huì)有較大速度發(fā)展。 （ 2） 技術(shù)含量更高，性能更好。 電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進(jìn)性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。因?yàn)橛来磐綗o(wú)齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流，將來(lái)很有可能取代 VVVF 技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進(jìn)性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性，亦是電梯的發(fā)展潮 流。 （ 3）安裝更方便、更快捷 高效、安全、可重復(fù)使用的無(wú)腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式。隨著技術(shù)的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來(lái)更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無(wú)底坑、無(wú)線控制、綠色環(huán)保 、 安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來(lái)電梯的重要發(fā)展方向。 變頻器的特點(diǎn)和其在電梯中應(yīng)用 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器間的通斷作用，將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、變頻調(diào)速，提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度，改變功率因數(shù)，過(guò)流 /過(guò)壓 /過(guò)載保護(hù)等功 能。 主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變化為直流功率的“整流器”，吸收變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 變頻器的工作原理 電壓反饋信號(hào) Uf 與交流電源同步，信號(hào) US送入 PWM1 回路產(chǎn)生出符合電動(dòng)機(jī)的信號(hào)，作為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的 PWM1 信號(hào)，控制正弦與再生部分 中開(kāi)關(guān)器件，使之作為二極管整流橋工作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速或制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生再生作用，功率器件在 PWM1 信號(hào)作用下進(jìn)入再生狀態(tài)，電能回饋交流電網(wǎng)。交流電抗器主要是限制回饋到電網(wǎng)的再生電 11 流，減少對(duì)電網(wǎng)的干擾，起到保護(hù)功率開(kāi)關(guān)元件的作用。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成幅值與頻率可調(diào)的交流電，輸入交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電梯運(yùn)行。實(shí)行電流環(huán)與速度環(huán)的 PWM2信號(hào)，輸入正弦電流。 變頻器系統(tǒng)構(gòu)成 （ 1）再生部分。這部分有兩個(gè)功能，一是將電網(wǎng)三相正弦交流電壓整流成直流，向逆變部分提供直流電源；二是在減速制動(dòng)時(shí)，有效控制傳動(dòng)系統(tǒng)能量回饋給電網(wǎng)。主電路器 件是 IGBT 模塊。根究系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，既可作整流器使用，也可作有源逆變器使用。 （ 2）逆變器部分。逆變器部分同樣是有 IGBT 模塊組成，作為無(wú)源逆變器，向交流電動(dòng)機(jī)供電。 （ 3）平波部分。在該電源系統(tǒng)中，由電解電容器構(gòu)成平波器。如果是電流源，將由電感器組成。 （ 4）檢測(cè)部分。 PG 作為交流電機(jī)速度與位置傳感器，電流互感器作為主回路交流電流檢測(cè)器，智能防護(hù)技術(shù)作為與三相交流電網(wǎng)同步信號(hào)的檢測(cè)，電壓互感器為直流母線電壓檢測(cè)器。 （ 5）控制回路?？刂苹芈芬话阌形C(jī)、 DSP、 PLC 等構(gòu)成，可選 16 或 32 位微機(jī)?？刂苹芈?主要完成電力傳動(dòng)系統(tǒng)的指令形成，電流、速度和位置控制，產(chǎn)生 PWM1 控制信號(hào)，故障診斷、檢測(cè)、顯示，電梯的控制邏輯管理、通訊和群控等任務(wù)。 變頻器的分類、規(guī)格以及滿足條件 1) 變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對(duì)變頻器分類： （ 1）按變換頻率的方法分：交 — 直 — 交變頻器和交 — 交變頻器； （ 2）按主電路工作方式分：電壓型變頻器和電流型變頻器； （ 3）按變頻器調(diào)壓方法的不同分： PAM 變頻器和 PWM 變頻器； （ 4）按工作原理分： U/F 控制變頻器、 VC 控制變頻器和 SF 控制變頻器； （ 5）按照用途分：通用變頻 器、高性能專用變頻器和高頻變頻器。 2) 變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都提高標(biāo)稱功率數(shù)據(jù)，但實(shí)際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，按照變頻器標(biāo)稱功率進(jìn)行選擇，在實(shí)際中常?？赡軙?huì)行不通。根據(jù)具體的工程情況，可以有以下的幾種選擇方式： 12 （ 1）按照標(biāo)稱功率選擇，一般做為初步投資估算依據(jù)； （ 2）按照電動(dòng)機(jī)額定電流選擇，多用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目； （ 3）按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇，多用于改造工程； （ 4）按照轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力選擇。 （ 5）根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選用通用變頻器的類型； 3) 選擇的變 1）所選用通用變頻器的類型與被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配； （ 2）電梯的啟動(dòng)和停車都要平穩(wěn)； （ 3）變頻器帶有防止失速功能； （ 4）變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn) （ 1）變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)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)和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 （ 3）變頻調(diào)速電 梯調(diào)速范圍寬，控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。 可編程控制器的特點(diǎn)及其在電梯控制中的應(yīng)用 PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器， 它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用可編程的控制器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與運(yùn)算操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制，這是 PLC 應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功 能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要求。 PLC 在實(shí)現(xiàn)各種數(shù)量的 I/O 控制的同時(shí)，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，使得它可以控制各種能接收這些信號(hào)的伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，變頻電機(jī)等 。 13 PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，所以其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。 PLC 由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源五部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 12。 圖 12 PLC 硬件結(jié)構(gòu) （ 1） 中央處理單元（簡(jiǎn)稱 CPU） 中央處理單元是 PLC 的控制中樞和核心部件，其性能決定了 PLC 的性能。其由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，與存儲(chǔ)器的輸入和輸出接口電路相連。其作用是處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)工作。 CPU 接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。同時(shí)，診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后， CPU 從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解 釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。最后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更換有關(guān)映象區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，根據(jù)輸出狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。 （ 2） 存儲(chǔ)器 編 程 器編 程 器中 央 處 理 器C P U中 央 處 理 器C P U輸入單元輸入單元輸出單元輸出單元系 統(tǒng)程 序存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng)程 序存 儲(chǔ) 器用 戶程 序存 儲(chǔ) 器用 戶程 序存 儲(chǔ) 器電 源電 源 14 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。其作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序。邏輯變量和其它一些信息。系統(tǒng)程序是控制 PLC 完成各種功能的程序，由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)，并固化到只讀式存儲(chǔ)器 ROM 中，用戶不能訪問(wèn)。用戶程序是用戶根據(jù)工 程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的程序。通過(guò)編程器輸入到 PLC 的隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 中，允許修改，由用戶啟動(dòng)運(yùn)行。 ROM 是存放 PLC 制造廠家寫(xiě)入的系統(tǒng)程序，并永遠(yuǎn)駐留在 ROM 中， PLC 去電后再上電， ROM 內(nèi)容不變。 RAM 是讀出時(shí)其內(nèi)容不被破壞，寫(xiě)入時(shí)，新寫(xiě)入的內(nèi)容覆蓋原有的內(nèi)容。為防止掉電后信息丟失，配有后備鋰電池。除此而外， PLC 還有 EPROM、 EEPROM 存儲(chǔ)器。 PLC 產(chǎn)品樣本或使用說(shuō)明書(shū)中給出的存儲(chǔ)器形式或容量等均指用戶存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器容量是 PLC 的一個(gè)重要性能指標(biāo)。 （ 3） 輸入單元 輸入單元是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 被控設(shè)備相連的輸入接口，是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入 PLC的橋梁。其作用是接收主令元件，檢測(cè)元件傳來(lái)的信號(hào)。輸入類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)電路隔離，提高 PLC 的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移，信號(hào)鎖存電路。各 PLC 生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的 I/O 部件或模塊供用戶選用。 （ 4） 輸出單元 輸出單元也是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，把輸出信號(hào)送給控制對(duì)象的輸出接口。其作用是將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出類型有繼電器 輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。 輸出接口電路也采用光電耦合，每一點(diǎn)輸出都有一個(gè)內(nèi)部電路，由指示電路、隔離電路、繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排。輸出部件或模塊也有多種類型供選用。 （ 5） 電源 電源的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部所需的直流電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220V 或 110V），直流電源（常用的為直流 24V）。 PLC 大部分采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸 入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 15 （ 1） 輸入處理階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該