【正文】 （ 5） 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高 ； 而且檢查故障困難 ，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來(lái)不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 目前典型的 PLC 應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域， PLC 取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如裝配生產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)床及電梯控制等。 （ 2）過(guò)程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度 、 壓力、電流等。可編程控制器有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，這樣可編程控制器可以采用模擬控制用于過(guò)程控制。 （ 3） 數(shù)據(jù)處理 ： 一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便的對(duì)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。用 PLC 可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。 （ 4）通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái) PLC 連接起來(lái)使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC 組成集選控制系統(tǒng)和總線控制系統(tǒng)。 18 可編程控制器 （ PLC）的選擇 可編程控制器作為工業(yè)自動(dòng)化的核心設(shè)備其應(yīng)用極為廣泛可以說(shuō)只要有工廠，有控制要求，就會(huì)有 PLC 的應(yīng)用。由 于 PLC 的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本設(shè)計(jì)選擇了日本 OMRON 公司生產(chǎn)的 CMP2A 型機(jī)。因?yàn)?CMP2A 型機(jī)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn) ： CMP2A 型機(jī)專用于開(kāi)關(guān)控制，其體積小，安裝起來(lái)節(jié)省空間，功能強(qiáng)。它不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能，成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置。性價(jià)比高 （ MP2A 型機(jī)采用的是箱體結(jié)構(gòu) ） ，其價(jià)格便宜，可靠性高，易于擴(kuò)展（該機(jī)型的任一種 CPU 箱和任一種擴(kuò)展箱均可配置在一起）。因此，用戶可根據(jù)所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行選件配置，使用靈 活、方便。 變頻器 80 年代初通用變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近 20 年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個(gè)大的進(jìn)展過(guò)程。目前從一般要求的小范圍調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎都可采用交流調(diào)速傳動(dòng)。因此可以說(shuō)在電氣調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，以變頻器應(yīng)用技術(shù)為代表的交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)成為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。 在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定 (通常為工頻 50Hz)的交流電 (三相的或單相的 )變換成頻率連續(xù)可調(diào) (多數(shù)為 0400Hz)的三相交流 電。變頻器的輸入 ()接至頻率固定的三相交流電源，輸出端 ()輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動(dòng)機(jī)。 變頻器的基本構(gòu)成 通用變頻器的基本 構(gòu)成主要由主電路 (包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器 )和控制電路組成。 整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器Ⅰ是整流器，它的作用是把三相 (也可以是單相 )交流電整流成直流電。 逆變器負(fù)載側(cè)的變流器Ⅱ?yàn)槟孀兤鳌Ｗ畛Ｒ?jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器 19 件組成三相橋式逆變電路。只要有規(guī)律地控制逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，就可以得到任意頻率的三相交 流電輸出。 中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)或是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為 1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能組件 (電容器或電抗器 )來(lái)緩沖 ， 所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 控制電路控制電路常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前 己經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，主要依靠軟件來(lái)完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的控制。圖 所示為變頻器的使用 。 圖 變頻器的使用 變頻器的分類 按變換環(huán)節(jié)分 （ 1）交 — 交變頻器又稱為直接式變頻器。它是把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的 1/2 以下 (0～ fN/2)，故它主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng) 20 中。 （ 2） 交 — 直 — 交變頻器又稱為間接式變頻器。它是先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，在改替變頻后電動(dòng)機(jī)的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，通用變頻器就屬于這種形式。 按輸出電壓的調(diào)制方式分 （ 1） PAM(脈幅調(diào)制 )：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變直流電壓的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式已經(jīng)很少采用。 （ 2） PWM(脈寬調(diào)制 )：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈 沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。目前普 遍 應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī) 律安排的正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)方式。 按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分 （ 1）電流型：直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電感線圈 LF。 （ 2）電壓型：直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容器 CF。 變頻器的矢量控制原理 矢量控制是一種新的傳動(dòng)控制技術(shù)，是交流傳動(dòng)控制理論上的一個(gè)質(zhì)的飛躍。它的想法是設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制。調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好的根本原因就在于它的轉(zhuǎn)矩容易控制。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為 M=CM￠ Ia，可以分別控制電樞電流 Ia 和磁通￠兩個(gè)參數(shù)，它們之間互成90176。 直角坐標(biāo)正交關(guān)系且為兩個(gè)獨(dú)立變量，可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電路上互不影響。而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為 M=C￠ MI2cos＆ 2，式中轉(zhuǎn)子阻抗角＆ 2=arctansx2/r2異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流 I2和氣隙有效磁通￠ m有關(guān)，且與轉(zhuǎn)速 (轉(zhuǎn)差率 s)有關(guān)， I2和￠ M兩個(gè)參數(shù)既不 成直角又不是兩個(gè)獨(dú)立的變量，轉(zhuǎn)矩的這種復(fù)雜關(guān)系成為異步電動(dòng)機(jī)難 以 控制的根本原因。 為使交流電動(dòng)機(jī)得到和直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制性能，必須通過(guò)電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流 I1分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量 I1M和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電 流分量 I1T，把固定坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂票愕韧谥绷麟妱?dòng)機(jī)。即如果在電機(jī)調(diào)速過(guò)程中始終維持定子電流的磁場(chǎng)電流分量 I1M 不變，而控制轉(zhuǎn)矩電流分量 I1T，它就相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)中維持磁 21 場(chǎng)電流不變，而通過(guò)控制電樞電流來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一樣，能夠使系統(tǒng) 具 有較好的動(dòng)態(tài)特性。 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種 主要手段。 變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起、制動(dòng)平穩(wěn)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 電梯變頻調(diào)速使用的是異步電動(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)。 變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能：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。 變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電 動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯 [4]。 變頻器的選擇 目前通用變頻器己經(jīng)在機(jī)械、冶金、石化、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此，本設(shè)計(jì)沒(méi)有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。 616G5 型變頻器的特點(diǎn)： VS616G5 型變頻器是安川電機(jī)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(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過(guò)其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下： （ 1）包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 22 （ 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(hù)功能完善、維修性能好。 （ 5）通過(guò) LCD 操作裝置，可提高操作性能。 貨梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 貨梯控制系統(tǒng)可分為調(diào)速部分和邏輯控制部分 [5]。調(diào)速部分的性能對(duì)貨梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要影響，邏輯控制部分則是貨梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。 調(diào)速部分 電梯在起動(dòng)過(guò)程中，為了限制起動(dòng)電流，減少電網(wǎng)電及起動(dòng)的加速度，改善乘客乘坐的舒適感和防止對(duì)機(jī)件的沖擊，一般在定子電路中串入電抗、電阻或電阻與電抗的組合體，進(jìn)行降壓起動(dòng)。隨著速度的提高，逐級(jí)將電阻或電抗器短接切除，使電梯逐步加速，最后進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行。 電氣控制系統(tǒng) [6] 電梯的控制線路主要由以下幾個(gè)部分組成：轎內(nèi)指令線路，廳門招呼線路，定向選層線路，起動(dòng)運(yùn)行線路，平層線路，指層線路，開(kāi)關(guān)門控制線路， 安全保護(hù)電路。這些線路的關(guān)系如圖 所示。 圖 電梯電氣控制系統(tǒng)框圖 I/O 點(diǎn)數(shù) 較典型的 I/O 點(diǎn)數(shù)有： 轎內(nèi)指令按鈕：位于轎內(nèi)的操縱箱上，每層各有一個(gè)。 23 門廳呼喚按鈕：位于電梯的廳門口，除頂層只有下呼和底層只有上呼外，其余每層均有上、下呼按鈕。 樓層感應(yīng)器：位于井道每一層的相應(yīng)位置上，當(dāng)轎廂到達(dá)每一層的相應(yīng)位置時(shí)，樓層感應(yīng)器干簧管觸點(diǎn)因隔磁板插入而斷開(kāi)，該觸點(diǎn)信號(hào)用于選向、選層，轎內(nèi)指令、門廳召喚的消號(hào)和指層電路。 平層感應(yīng)器：位于轎廂的頂部，用于準(zhǔn)確平層，由上平層感應(yīng)器、門區(qū)感應(yīng)器和下平 層感應(yīng)器組成。 開(kāi)、關(guān)門：有廳門、轎門電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) ， 用于保證電梯廳、轎門都關(guān)好，開(kāi)關(guān)接通時(shí)電梯才能運(yùn)行 ， 開(kāi)、關(guān)門極限開(kāi)關(guān) ， 手動(dòng)開(kāi)關(guān)門按鈕。 其它還有超載、上下極限等開(kāi)關(guān)或觸點(diǎn)。 電梯各主要部分的運(yùn)行機(jī)理 （ 1）樓層感應(yīng) 樓層感應(yīng)器通過(guò)感應(yīng)器的干簧管觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)來(lái)感應(yīng)出樓層信號(hào)。要求它是連續(xù)的，即該層感應(yīng)信號(hào)只有當(dāng)電梯運(yùn)行到上層或下層時(shí)才能消失。因此分為上感應(yīng)干簧管觸點(diǎn)和下感應(yīng)干簧管觸點(diǎn)。工作原理為：當(dāng)電梯在一層時(shí)，一層的樓層感應(yīng)繼電器使一層的指層繼電器接通并保持，電梯到達(dá)二層時(shí)，二層的樓層感應(yīng)繼電器 使二層的指層繼電器接通并保持，同時(shí)切斷一層的指層繼電器。同理，當(dāng)電梯向下時(shí)，相應(yīng)的樓層感應(yīng)繼電器也接通指層繼電器。 （ 2）轎內(nèi)指令及廳召喚 在集選控制電梯中，電梯的執(zhí)行方式是先響應(yīng)向上的信號(hào)，然后再響應(yīng)向下的信號(hào)，如此反復(fù)。上行時(shí)應(yīng)保留下行的信號(hào)，下行時(shí)應(yīng)保留上行的信號(hào)。 （ 3）電梯的選向 改變電梯的運(yùn)行方向，實(shí)際上就是改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。通過(guò)接通上、下行接觸器來(lái)改變電梯的運(yùn)行方向。當(dāng)上、下方向均有指令時(shí)，如果電梯已處于上行狀態(tài)，則執(zhí)行完向上指令后再執(zhí)行向下指令。 （ 4）電梯的換速、平層電路 電梯通常以快 速起動(dòng)，而在減速時(shí)斷開(kāi)快速繞組，接入慢速繞組。當(dāng)電梯將要到達(dá)該停的樓層時(shí)，應(yīng)發(fā)出換速信號(hào)，斷開(kāi)快速繼電器、接通慢速繼電器，然后制動(dòng)。電梯進(jìn)入換速狀態(tài)后，便可在最近樓層平層停止。 （ 5）電梯的平層 24 電梯具有上平層感應(yīng)輸出繼電器、門區(qū)感應(yīng)輸入繼電器和下平層感應(yīng)輸入繼電器來(lái)進(jìn)行電梯的平層。如果電梯因不應(yīng)有的原因，上行超越平層位置，電梯將反向平層。 （ 6）電梯停電的處理 在實(shí)際電梯的運(yùn)行過(guò)程中，為了防止因停電產(chǎn)生事故，在停電發(fā)生時(shí)，會(huì)馬上投入救援裝置，該救援裝置的作 用是提供緊急電源，供轎廂移動(dòng)至平層，然后開(kāi)門疏散乘 客并停止工作 ， 等待來(lái)電之后再回到正常狀態(tài)。 邏輯部分 邏輯部分主要由 PLC 來(lái)進(jìn)行控制。 PLC 控制系統(tǒng)具有接線少、工作可靠、維護(hù)容易等特點(diǎn)。貨梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)，行程信號(hào)以及自身控制規(guī)律運(yùn)行的。由于呼叫是隨機(jī)的，貨梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此貨梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。 圖 電梯 PLC信號(hào)系統(tǒng)框圖 貨梯的安全保護(hù)裝置 貨梯是高層建筑物不可缺少的垂直運(yùn)輸工具，長(zhǎng)時(shí)期地頻繁地載人在空間上上下下的運(yùn)行，必須有足夠的安全性。為了確保在 運(yùn)行中的安全，電梯在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)定了多種的PLC 控制系統(tǒng)、機(jī)械安全裝置和電氣安全裝置，這些裝置共同組成了電梯安全保護(hù)系統(tǒng)。 （ 1）電梯可能發(fā)生的事故隱患和故降 ① 轎廂失控、超速運(yùn)行：由于電磁制動(dòng)器失靈，減速器中的蝸輪、蝸桿的輪齒、軸、銷、鍵等折斷以及曳引繩在曳引輪嚴(yán)重打滑等情況發(fā)生，那么正常的制