【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和 |廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。 8. 安全保護系 統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)包括機械的和電氣的各種保護系統(tǒng)，可保護電梯安全的使第二章 電梯綜述 10 用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用，還有切斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。 圖 21 電梯的基本結(jié)構(gòu) 1— 控制柜 (屏 ) 2 一拽引機 3— 拽引鋼絲繩 4— 限速器 5— 限速器鋼繩 6— 限速器張緊裝置 7— 轎廂 8— 安全鉗 9— 轎廂門安全觸板 10— 導(dǎo)軌 11— 對重 12— 廳門 13— 緩沖器 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 11 第三章 總體方案設(shè)計 本設(shè)計題目擬在電梯的變頻調(diào)速 控制方面進行研究，利用 PLC 技術(shù)和變頻調(diào)速控制技術(shù)實現(xiàn)對電梯運行的最優(yōu)控制。 總體方案的確定 PLC 電梯的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖 31 為電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括 PLC 主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機 ， 操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC 輸入接口送入 PLC，存儲在存儲器 ，由 PLC 控制 召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。 圖 31 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 在分析現(xiàn)代常用電梯控制系統(tǒng)的控制方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題要求控制系統(tǒng)的高性價比，本文采用的控制方案：由三菱 FX2N— 128MRPLC 控制器和 安轎 廂 操 縱 盤 廳 外 呼 叫指 層 器調(diào) 整 器拖 動 控 制安 全 裝 置井 道 裝 置門 機 控 制輸入接口輸出接口P C 主 機C P U 存 儲 器第三章 總體方案設(shè)計 12 川 VS_616G5 型全數(shù)字變頻器 組成速度控制閉環(huán)來實現(xiàn)電梯的速度調(diào)節(jié)，相應(yīng)開關(guān)量并聯(lián)接入 PLC 的 I/O 接點來完成電梯信號的邏輯控制。具體的硬件選型與設(shè)計詳見文中控制系統(tǒng)硬件設(shè)計部分。控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計通過下位機PLC 軟件設(shè)計，實現(xiàn)了 PLC 控制系統(tǒng)開關(guān)量的邏輯處理，從而保證電梯正確響應(yīng)呼叫和處理故障，下位機軟件中最重要的組成部 分是速度控制器控制程序，速度控制程序采用成熟的 PID 控制算法控制 PLC 的輸出從而控制變頻器的變頻，實現(xiàn)電梯速度的閉環(huán)控制。 設(shè)計思想 1. 信號控制系統(tǒng) 電梯信號控制基本由 PLC 軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 如圖 32所示，輸入到 PLC 的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有 /無司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護信息、光電脈沖、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。 圖 32 電梯信號控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 2. 電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 電梯的控制系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能： 運 行 方 式 選 擇 運 行 控 制 信 號 安 全 保 護 信 號內(nèi) 指 令 信 號外 指 令 信 號光 電 脈 沖呼 梯 信 號 顯 示樓 層 顯 示運 行 方 式 指 示呼 梯 鈴開 關(guān) 門 控 制開 關(guān) 門 信 號 門 區(qū) 或 平 層 信 號 拖 動 控 制 系 統(tǒng)輸入接口輸出接口P L C吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 13 1)行車方向由內(nèi)選信 號決定 ， 順向優(yōu)先執(zhí)行 ； 2)行車途中如遇呼梯信號時 ， 順向截車 ， 反向不截車 ； 3)內(nèi)選信號、呼梯信號具有記憶功能 ， 執(zhí)行后解除 ； 4)內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均由信號燈指示 ； 5)停層時可延時自動開門、手動開門、 (關(guān)門過程中 )本層順向呼梯開門 ； 6)有內(nèi)選信號時延時自動關(guān)門 ， 關(guān)門后延時自動行車 ； 7)無內(nèi)選時延時 5s 自動關(guān)門，但不能自動行車 ； 8)行車時不能手動開門或本層呼梯開門 ， 開門不能行車 ； 3. 擬實現(xiàn)功能 1)當(dāng)電梯轎廂或者廳門呼叫按鈕按下時，根據(jù)檢測到的上行或下行指令給出相應(yīng)的信號 ，從而控制電梯的驅(qū)動電機進行相應(yīng)的動作。當(dāng)有多個呼叫信號到達(dá)時，執(zhí)行方式為優(yōu)先響應(yīng)電梯運行方向上的信號，再響應(yīng)另一方向上的信號。對未及時響應(yīng)的信號進行保留。 2)電梯正常狀態(tài)下以快速啟動，當(dāng)要達(dá)到需要停止的樓層時，給出換速信號控制拖動電機轉(zhuǎn)為慢速運行，以確保電梯平穩(wěn)停止在目標(biāo)位置。 3)轎廂內(nèi)各層門廳控制按鈕，轎廂內(nèi)樓層選擇數(shù)字鍵 1— 14，各層門廳按鈕，除一層只設(shè)置上升按鈕，十四層只設(shè)置下降按鈕外，其他樓層設(shè)置上升和下降按鈕。 4)樓層顯示用 7 段 LED 顯示器實現(xiàn)顯示。 5)電梯的升降由交流異步電動機實現(xiàn)。 第四章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 14 第四章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)主要包括電梯拖動系統(tǒng)的控制和電梯邏輯系統(tǒng)的控制。電梯拖動控制部分主要包括電梯垂直方向主拖動電路和轎廂開關(guān)電路 ， 其性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要影響。電梯邏輯控制部分則是由控制部分的核心器件 PLC、呼叫按鈕、傳感器、控制繼電器、指示燈組成。 PLC 是電梯可靠運行的關(guān)鍵 ， 是電梯控制系統(tǒng)自動化程度的重要標(biāo)志。電梯的拖動系統(tǒng)控制主要以電梯運行速度為控制目標(biāo) ， 針對曳引電動機的不同調(diào)速方式構(gòu)成閉環(huán)或開環(huán)的速度控制系統(tǒng) ，實 現(xiàn)電梯運動狀態(tài)的控制。電梯的邏輯系統(tǒng)控制主要以電梯調(diào)度為控制目標(biāo) ,以電梯空間距離和時間間隔的嚴(yán)密配合 的 依據(jù) ， 利用直接或間接控制手段 ,完成電梯運行過程的協(xié)調(diào)實現(xiàn)電梯服務(wù)運行的安全、高效和 舒適。 本設(shè)計針對十四 層電梯裝置 ,高 30m,每層高 ,其電氣控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、曳引電動機、門電動機、安全裝置、井道裝置、轎箱操縱盤、廳外操作盒、層樓指示器等組成。系統(tǒng)主要控制要求如下 ： ； 2.內(nèi)指令和外召喚信號的登記、消除及顯示 ； ； ； 5. 轎箱到達(dá)層樓位置指示 ； 。 通過分析電梯的控制要求 ， 首先選擇合適的 PLC和變頻器。 PLC 是整 個控制系統(tǒng)的核心部件 ， 它對保證系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量是至關(guān)重要的。 變頻器是電梯拖動系統(tǒng)電梯調(diào)速的核心部件，對系統(tǒng)的調(diào)速性能影響很大。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC的 選型 為了完成設(shè)定的控制任務(wù) ,主要根據(jù)電梯控制方式與輸入 /輸出點數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定 PLC 的機型。本系統(tǒng)為 十四 層樓的電梯 ,采用集選控制方式。所需輸入 /輸出點數(shù)與內(nèi)存容量估算如下 ： 1．輸入 /輸出點的估算： 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 15 采用 PLC 構(gòu)成 十四 層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕和指示燈，二層 到十 三層 有上升呼叫按鈕和指示燈以及下降呼叫按鈕和指示燈， 十 四層有下降呼叫按鈕和指示燈。一至 十 四層有到位行程開關(guān)。電梯內(nèi)有一至 十 四層呼叫按鈕和指示燈；電梯開門和關(guān)門按鈕 ； 電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3 和 KM4 控制 ； 關(guān)門到位由行程開關(guān) ST1 檢測 ； 開門到位由行程開關(guān) ST2檢測。轎廂上行和下行由接觸器 KM1 和 KM2 控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。 進而估算出 輸入點共有 58 點 ，輸出點共有 64 點 ,總共 122 點 。 2. 內(nèi)存容量的估算 用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入 /輸出點數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有 關(guān)。因此在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入 /輸出點數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關(guān)量 I/O 總點數(shù)有 122 點 ，模擬量 I/O數(shù)為 0 個。利用估算 PLC 內(nèi)存總?cè)萘康挠嬎愎?： 所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù) =開關(guān)量 I/O 總點數(shù) (10～ 15)+模擬量 I/O 總點數(shù) (150～ 250)再按 30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約 1K 字節(jié)的內(nèi)存容量。 綜合 I/O 點數(shù)以及內(nèi)存容量， 選擇 FX2N— 128MR CPU 足以滿足要求 。 變頻器的選擇 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(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重要內(nèi)容。本設(shè) 計中拖動調(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行 見圖 41 所示 ，以改善電梯運行的舒適感 ； 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)計選用安川 VS_616G5 型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負(fù)載頻繁變化的場合。 另外， 616G5 變頻器的起動、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，配以 高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá) %，使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學(xué)習(xí)所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能 IGBT，載波頻第四章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 16 率 20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。 VS 一 616G5 型變頻器簡介 一、 616G5 型變頻器的特點 VS_616G5 型變頻器是安川電機公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 VS_616G5 變頻器的特點如下 ： 1)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能 。 3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小 。 4)保護功能完善、維修性能好。 5)通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能 。 VS_61665 變頻器的參數(shù) 616G5 變頻器共有 9 組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義 。 圖 41 電梯運行曲線 a / vva0 t 1 t 2 t 3 t 4t 5t 6 t吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 17 表 43 變頻器參數(shù) 參數(shù) 功用 A組 確定控制模式 B組 選擇運動功能 C組 確定加減時間及轉(zhuǎn)矩補償時間 D組 選擇頻率 E組 確定運行壓頻曲線 F組 保護設(shè)置 H組 確定偏壓標(biāo)準(zhǔn) 表 44 616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 220V級 輸出特性 最大輸出電壓 3相 ,200/208/220/230V(對應(yīng)于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3 相， 200/208/220V 50Hz 200/208/220/230V 60Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波動 177。5% 400V級 輸出特性 最大輸出電壓 3相 ,380/400/415/440/460V(對應(yīng)于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3相 ,380/400/415/440/460V 5060Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波動 177。5% 控制方式 正弦波 PWM (V/f控制、帶 PG反饋的 V/F控制、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制 4種控制方式任 選性 ) 控制 特性 啟動力矩 150%/1Hz(帶 PG, 150%/Ormin) 速度控制范圍 1:100(帶 PG, 1:1000) 速度控制精度 177。0. 2% (帶 PG， 177。0. 02% ) 速度響應(yīng) 5Hz(帶 PG, 30Hz) 力矩限制 可采用 (參數(shù)設(shè)定： 4級可變 ) 力矩精度 177。5% 力矩響應(yīng) 20Hz(帶 PG, 40Hz) 頻率控制范圍 0. 1～ 400Hz 頻率控制精度 數(shù)字指令 :0. 01% ( 10 0C～ +40 ℃ ) 模擬指令 :% (250℃ ～ 177。 10 ℃ ) 第五章 硬件設(shè)計及計算 18 第五章 硬件設(shè)計及計算 電梯曳引電機及門電機電路圖 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 51 所示。圖中 M1， M2 為曳引電機和門電機，交流接觸器 KM1~KM4 通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。 FR1， FR2 為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。 FU1 為熔斷器，起過電流保護作用。 圖 51 電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 19 PLC的系統(tǒng)硬件設(shè)計