【文章內(nèi)容簡介】 緊密相連，至今已有三十多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了由簡單到復雜、由低級到高級的發(fā)展歷程，大致可以分化為三個階段。 第一個階段是七十年代，其主要標志是交流雙速電梯，它采用改變牽引電機極對數(shù)來實現(xiàn)調(diào)速 。電機通常采用兩種或兩種以上不同極對數(shù)的繞組制成，其中極對數(shù)少的繞組成為高速繞組，用于電梯的啟動及穩(wěn)速運行，極對數(shù)多的繞組成為低速繞組，用于電梯的制動及維修。這種電梯結構簡單，價格低廉，使用和維護都很方便，但調(diào)速不夠平滑，舒適感較差。 第二個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)速的方法是通過改變?nèi)喈惒诫姍C定子端的供電電壓實現(xiàn)電機的調(diào)速，其制動多采用能耗制動。 第三個階段是九十年代至今，變壓變頻調(diào)速電梯開始占據(jù)了世界電梯的市場。VVVF 電梯通過調(diào)節(jié)電機定子繞組供電電壓的幅值 和頻率來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。電梯傳動系統(tǒng)技中，由于大量采用微機控制技術和脈寬調(diào)制技術（ PWM），其運行效率得到了大幅度的提高，電梯的體積大為縮小。現(xiàn)代交流調(diào)速技術向電梯控制領域的滲透，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 電梯以其獨特的先進技術和性能，實現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層準確、低噪音、安全等目標。由于其優(yōu)越的調(diào)速性能，顯著的節(jié)能效果，在很多應用場合已取代交流調(diào)壓調(diào)速電梯，而成為現(xiàn)代電梯市場的主流。 目前，生產(chǎn) VVVF 電梯的公司已經(jīng)遍布世界各國，如日本的三菱公司、東芝公司、日立公 司，美國的奧的斯公司等大的電梯制造廠家，他們在 VVVF 電梯的研制和進一步開發(fā)等方面，都取得了驕人的成就。在我國，電梯工業(yè)起步較晚，改革開放以來，也取得了很大的進步，如上海三菱、天津奧的斯、中國迅達、蘇州迅達、廣州電梯工業(yè)公司等電梯生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品都有一定的市場份額和技術含量。但遺憾的是，這些公司多為合資企業(yè)，電梯控制的關鍵部分的變頻器、控制器等重要組成部分，很大程度依賴進口，其核心技術牢牢控制在國外大公司手中。 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、新結構、新材料、新工藝 的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結構簡單化，體積小型化，材料輕型化，工藝先進化，外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發(fā)展。 （ 2） 技術含量更高，性能更好。 電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置。因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流，將來很有可能取代 VVVF 技術。另外，網(wǎng)絡控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性，亦是電梯的發(fā)展潮 流。 （ 3）安裝更方便、更快捷 高效、安全、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式。隨著技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保 、 安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展方向。 變頻器的特點和其在電梯中應用 變頻器是利用電力半導體器間的通斷作用，將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電動機的啟動、變頻調(diào)速，提高運轉(zhuǎn)精度，改變功率因數(shù)，過流 /過壓 /過載保護等功 能。 主電路是給異步電動機提供調(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 Uf 與交流電源同步，信號 US送入 PWM1 回路產(chǎn)生出符合電動機的信號，作為電動運行狀態(tài)的 PWM1 信號，控制正弦與再生部分 中開關器件，使之作為二極管整流橋工作。當電動機減速或制動時產(chǎn)生再生作用，功率器件在 PWM1 信號作用下進入再生狀態(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，減少對電網(wǎng)的干擾，起到保護功率開關元件的作用。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成幅值與頻率可調(diào)的交流電，輸入交流電動機驅(qū)動電梯運行。實行電流環(huán)與速度環(huán)的 PWM2信號，輸入正弦電流。 變頻器系統(tǒng)構成 （ 1）再生部分。這部分有兩個功能，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；二是在減速制動時，有效控制傳動系統(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，作為無源逆變器，向交流電動機供電。 （ 3）平波部分。在該電源系統(tǒng)中，由電解電容器構成平波器。如果是電流源，將由電感器組成。 （ 4）檢測部分。 PG 作為交流電機速度與位置傳感器，電流互感器作為主回路交流電流檢測器，智能防護技術作為與三相交流電網(wǎng)同步信號的檢測，電壓互感器為直流母線電壓檢測器。 （ 5）控制回路?？刂苹芈芬话阌形C、 DSP、 PLC 等構成，可選 16 或 32 位微機。控制回路 主要完成電力傳動系統(tǒng)的指令形成，電流、速度和位置控制，產(chǎn)生 PWM1 控制信號，故障診斷、檢測、顯示，電梯的控制邏輯管理、通訊和群控等任務。 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)品說明書都提高標稱功率數(shù)據(jù)，但實際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，按照變頻器標稱功率進行選擇，在實際中常?？赡軙胁煌?。根據(jù)具體的工程情況，可以有以下的幾種選擇方式： 12 （ 1）按照標稱功率選擇，一般做為初步投資估算依據(jù)； （ 2）按照電動機額定電流選擇，多用于恒轉(zhuǎn)矩負載的新設計項目； （ 3）按照電動機實際運行電流選擇，多用于改造工程； （ 4）按照轉(zhuǎn)矩過載能力選擇。 （ 5）根據(jù)被控設備的負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機的參數(shù)匹配； （ 2）電梯的啟動和停車都要平穩(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 （ 1）變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小、結構簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。 （ 2）變頻調(diào)速電源使用了先進的 SPWM 技術和 SVPWM 技術，明顯改善了電梯運行質(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，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機調(diào)速。 可編程控制器的特點及其在電梯控制中的應用 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)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用可編程的控制器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與運算操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。開關邏輯和順序控制，這是 PLC 應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功 能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜的控制要求。 PLC 在實現(xiàn)各種數(shù)量的 I/O 控制的同時，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的伺服電機，步進電機，變頻電機等 。 13 PLC 的系統(tǒng)構成 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，所以其硬件結構基本上與微型計算機相同。 PLC 由中央處理單元、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源五部分組成。其結構框圖如圖 12。 圖 12 PLC 硬件結構 （ 1） 中央處理單元（簡稱 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、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，與存儲器的輸入和輸出接口電路相連。其作用是處理和運行用戶程序，進行邏輯和數(shù)學運算，控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)工作。 CPU 接收并存儲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)場輸入設備的狀態(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，診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。 PLC 進入運行狀態(tài)后， CPU 從存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解 釋后，按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路，分時、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)定的邏輯或算術運算等任務。最后，根據(jù)運算結果，更換有關映象區(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)容實現(xiàn)對輸出的控制。 （ 2） 存儲器 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 器系 統(tǒng)程 序存 儲 器用 戶程 序存 儲 器用 戶程 序存 儲 器電 源電 源 14 存儲器是具有記憶功能的半導體電路。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，并固化到只讀式存儲器 ROM 中，用戶不能訪問。用戶程序是用戶根據(jù)工 程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的程序。通過編程器輸入到 PLC 的隨機存儲器 RAM 中，允許修改，由用戶啟動運行。 ROM 是存放 PLC 制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并永遠駐留在 ROM 中， PLC 去電后再上電， ROM 內(nèi)容不變。 RAM 是讀出時其內(nèi)容不被破壞，寫入時，新寫入的內(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 存儲器。 PLC 產(chǎn)品樣本或使用說明書中給出的存儲器形式或容量等均指用戶存儲器。存儲器容量是 PLC 的一個重要性能指標。 （ 3） 輸入單元 輸入單元是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場 被控設備相連的輸入接口，是現(xiàn)場信號進入 PLC的橋梁。其作用是接收主令元件，檢測元件傳來的信號。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)場設備之間的連接部件，把輸出信號送給控制對象的輸出接口。其作用是將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的電平信號，驅(qū)動被控設備的執(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，每一點輸出都有一個內(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，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 大部分采用開關式穩(wěn)壓電源供電。 PLC 的工作原理 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸 入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 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)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該