【正文】 頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 22 頁 共 72 頁 表 安川 616G5 變頻器主要參數(shù)設(shè)置 參數(shù) 名稱 設(shè)定值 說明 A102 控制方式選擇 2 不帶 PG 矢量控制方式 B101 頻率指令選擇 1 B102 運行指令選擇 1 B103 停止方法選擇 0 續(xù)表 1 B104 反轉(zhuǎn)禁止選擇 0 B201 零速電平選擇 B204 停止時直流制動時間 C103 加速時間 2 C104 減速時間 2 C201 加速開始時 s 型曲線時間 C202 加速完了時 s 型曲線時間 C203 減速開始時 s 型曲線時間 C204 減速完了時 s 型曲線時間 C501 ASR 比例增益 1 5 C502 ASR 積分時間 1 3S D109 檢修速度 200rpm E101 輸入電壓設(shè) 置 380 E104 最高輸出頻率 50Hz E105 最大電壓 380 E106 額定電壓頻率 50Hz E109 最低輸出頻率電壓 0V E201 電機額定電流 按電機銘牌設(shè)置 E202 電機額定滑差 按電機銘牌設(shè)置 E203 電機空載電流 按電機銘牌設(shè)置 E204 電機極數(shù) 按電機銘牌設(shè)置 F101 PG 常數(shù) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設(shè)置 F102 PG 斷線檢測時的動作選擇 0 F103 超速時的動作選擇 0 F104 超度偏差過大時的 動作選擇 0 F105 PG 分頻比 根據(jù)電機極數(shù)設(shè)置 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 72 頁 第 4 章 硬件設(shè)計及參數(shù)計算 本章是系統(tǒng)硬件設(shè)計，分別對調(diào)速部分、 PIC 控制部分進行硬件設(shè)計。調(diào)速部分主要是對變頻器的參數(shù)設(shè)置，而 PLC 控制部分則首先闡述了設(shè)計思想，并對 PLC 的選擇及 I/O 點數(shù)分配以及旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的連接。 PLC 控制系統(tǒng)硬件 設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則 : (1) 最大限度 地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。 (2) 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如 :應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而在非正常情況下 (如突然掉電再上電、按鈕按錯等 )，也能正常工作。 (3) 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 (4) 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計 時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/0 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 24 頁 共 72 頁 PLC 的控制系統(tǒng)的設(shè)計 電梯 PLC的控制系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 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、指示器、門機、調(diào)速裝置與拖動系統(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，由 PLC 作出正確的控制決策，向拖動和門機系統(tǒng)發(fā)出控制信號，完成電梯門的開關(guān)動作。 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 圖 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 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)如圖 所示，輸入到 PLC的控制信號有 :運行方式選擇、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉(zhuǎn)編碼器光電脈沖、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 72 頁 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 圖 電梯 PLC 信號控制系統(tǒng)框圖 (2) 電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 一臺電 機控制上升和下降。 各層設(shè)上 /下呼叫開關(guān) (最頂層與起始層只設(shè)一只 )。 電梯到位后具有手動或自動開門關(guān)門功能。 電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵，警鈴風(fēng)扇及照明按鍵。 電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號指示燈。 待客自動開門，當(dāng)電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動開門迎客。 自動關(guān)門與提早關(guān)門 .在一般情況下，電梯停站 46 秒應(yīng)能自動關(guān)門，在延時時間內(nèi)，若按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時提前實現(xiàn)關(guān)門動作 .。 按鈕開門。在開關(guān)過程中或門關(guān)閉后，電梯啟動前，按下操縱盤上開關(guān)按鈕，門將打開。 內(nèi)指令記憶。當(dāng)轎 廂內(nèi)操縱盤上有多個選層指令時，電梯應(yīng)能按順序自動?？寇囬T，并能至調(diào)定時間，自動確定運行方向。 自動定向。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上，方向時，電梯應(yīng)能按先入為主的原則，選層指令相對與電梯位置具有不同自動確定運行方向。 呼梯記憶與順向截停。電梯在運行中應(yīng)能記憶層外的呼梯信號，對符合運行方向的召喚，應(yīng)能自動逐一?？繎?yīng)答。 自動換向。當(dāng)電梯完成全部順向指令后，應(yīng)能自動換向，應(yīng)答相反方向的信號。 自動關(guān)門待客。當(dāng)完成全部轎廂內(nèi)指令，又無層外呼梯信號時電梯應(yīng)自動關(guān)門在調(diào)定時間內(nèi)自動關(guān)閉轎廂照明。 自動返基站。當(dāng)電梯設(shè)有基站時，電 梯在完成全部指令后，自動駛回基站，停機待 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 26 頁 共 72 頁 客。 (3) 電梯操作方式 單轎廂下集選控制登記所有轎廂和廳門下行召喚；轎廂上行是只答應(yīng)轎廂召喚，直至最高層；自動改變運行方向為下行，應(yīng)答廳門下行召喚。 單轎廂全集選登記所有廳門和轎廂召喚；上行時順應(yīng)答轎廂和廳門上召喚。直至最高層自動反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。 (4) 速度給定曲線 為了滿足舒適感提高運輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。 為了獲得良好的舒適感，將電梯 的起制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線 (S 曲線 )及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及 S 曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從 0 加速到 1000 轉(zhuǎn) /分所需要的時間來定義的。其意義為加速度由。加速到 1000 轉(zhuǎn) /秒 2 所需要的時間。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。增大加速時間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。同理，增加 S曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。而 S 曲線變化率的變化，也可通過改變 S 曲線起始、終了加速時間來實現(xiàn)，本設(shè)計采用的 616G5 變頻器 就具有 S 曲線加速時間設(shè)定功能，故將加速時間和 S 曲線加速時間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如圖所示，圖中 a 為加速度， v 為速度。 a / vva0 t 1 t 2 t 3 t 4t 5t 6 t 圖 速度運行曲線 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 72 頁 (5) 減速及平層控制 電梯的工作特點是頻繁起制動，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準確平層，即“無速停車抱閘”不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘，即直接停止，要做到這一點關(guān)鍵是準確發(fā)出減速信號，在接近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置， 只要電梯一運行，計數(shù)器就可以精確地確定走過的距離，達到與減速點相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時即可發(fā)出減速命令。不論哪種方式產(chǎn)生的減速命令，由于負載的變化、電網(wǎng)波動、鋼絲繩打滑等，都會使減速過程不符合平層技術(shù)要求，為此一般在離層樓 100200mm 處需設(shè)置一個平層矯正器，以確保平層的長期準確性。 電梯曳引電機及門電機電路設(shè)計 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 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。 M 13 ~L 1L 2L 3Q SF U 1K M 1 K M 2K M 3K M 4F R 1 F R 2M 23 ~ 圖 電梯曳引電機及門電機電路圖 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 第 28 頁 共 72 頁 電梯自動門的設(shè)計 任何種類的電梯絕大多數(shù)均要有開關(guān)門的機構(gòu)，該機構(gòu)可以是人工手動的，也可以是電氣機械自動的。但現(xiàn)今已很少見到手動開關(guān)門的電梯了，僅僅對小型雜物電梯和簡易居民住宅電梯才使用手動開關(guān)門。現(xiàn)就兩種驅(qū)動類型的自動開關(guān)門環(huán)節(jié)工作原理說明如下。 (1) 對自動開關(guān)門機構(gòu) (或稱之為“自動門系統(tǒng)’ )的要求及其速度調(diào)節(jié)方法要求 ① 自動門機構(gòu)必須隨電梯轎廂移 動，即要求把自動門機構(gòu)安裝于轎廂頂上，除了能帶動轎廂門啟閉外，還應(yīng)能通過機械方法使電梯轎廂在各個層樓門區(qū)安全范圍內(nèi)能方便地使各層的外層門也能隨著轎廂門的啟閉而同步啟閉。 ② 當(dāng)轎廂門和某層樓的層門閉合后，應(yīng)由電氣機械設(shè)備的機械鉤子和電氣接點予以表現(xiàn)和考核。 ③ 開關(guān)門動作平穩(wěn)，不得有劇烈的抖動和異常響聲，按國家標準規(guī)定，開關(guān)門系 統(tǒng)在開關(guān)門過程中其運行噪聲不得大于 65dB(A 級 )。 ④ 關(guān)門時間一般為 35s，而開門時間一般為 。 ⑤ 自動門系統(tǒng)調(diào)整簡單方便，便于維修。 ⑥ 門電機要具有一定的堵轉(zhuǎn) 能力。 (2) 常用的自動開關(guān)門系統(tǒng)的電氣控制線路原理圖簡介 其電氣控制線路原理圖如圖 所示。當(dāng)關(guān)門繼電器 KA2 吸合后，直流 110V 電源的“ +”極 (02 號線 )經(jīng)熔斷器 FU2，首先供電給直流伺服電動機 (MD)的勵磁繞組 MD0，同時經(jīng)可調(diào)電阻 RDl→ KA2 的 ( 2)常開觸點，→ MD 的電樞繞組→ KA2 的 ( 4)常開觸點至電源“ ”極 (01 號線 )。另一方面，電源還經(jīng)開門繼電器 KA1 的 (1 14)常閉觸點和 R2 電阻進行“電樞分流”而使門電機 MD 向關(guān)門方向轉(zhuǎn)動，電梯開始關(guān)門。 當(dāng)門關(guān)至門寬的三分之二時， SA1 限位開關(guān)動作，使 R2 電阻被短接一部分，使流經(jīng)R2 電阻中的電流增大，則總電流增大，從而使 RDl 的限流電阻上的壓降增大，也就是使MD 電動機的電樞端電壓下降，此時 MD 的轉(zhuǎn)速隨其端電壓的降低而降低也就是關(guān)門速度自動減慢。當(dāng)門繼續(xù)關(guān)閉至尚有 100150mm 的距離時， SA2 限位開關(guān)動作，又短接了 R2電阻的很大一部分，使分流增加， RDl 上的電壓降更大，電動機 MD 電樞端的電壓更低，電機轉(zhuǎn)速更低，關(guān)門速度更慢，直至輕輕地平穩(wěn)地完全關(guān)閉為止，此時關(guān)門限位開關(guān)動作，使 KA2 失電復(fù)位。至此關(guān)門過程結(jié)束。對于開門情況完全與上述 的關(guān)門過程一樣， 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 72 頁 這里不再敘述。 當(dāng)開關(guān)門繼電器 (KA1， KA2)失電復(fù)位后，則電機 MD 所具有的動能將全部消耗在 R2和 R1 電阻上了，也即進入強烈能耗 (因 R2 電阻由于 SA2 開關(guān)仍處于被接通狀態(tài)，其阻值很小 )制動狀態(tài)，很快的使 MD 電動機停車，這樣直流伺服電動機的開關(guān)門系統(tǒng)中就無需機械制動器 (剎車 )來迫使電機停轉(zhuǎn)。