【正文】 選用安川公司的 676GL5IP 電梯專用矢量控制變頻器。除了具備通用變頻器的功能外，還具有啟動力矩補償、停電時控制 (蓄電池運轉(zhuǎn) )、自動 加減速運行、抱閘控制、 超速檢測等電梯專用功能 ?？墒褂闷胀?A、 B、 Z 相編碼器檢測目前所有永磁同步電動機的磁極位置。 旋轉(zhuǎn) 編碼器的選擇 編碼器有兩方面的作用，一是用于位置的檢測 ； 二是用于測量轉(zhuǎn)差。在關(guān)門過程鐘，當(dāng)轉(zhuǎn)差大于設(shè)置值時 (即編碼器輸 入的轉(zhuǎn)速與變頻器輸出的頻率相差大于一定值某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 25 時 )，控制門停止關(guān)門，并 反向開門 。在開門過程中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)差大于設(shè)置 值，則停止開門 。 在本設(shè)計中， 永磁同步 電動機所使用的編碼器，不僅僅要向拖 動控制系統(tǒng)提供速度反饋，而且需要提供電動機磁極位置檢測功能。只有檢測出轉(zhuǎn)子的磁極位置后，才能確定變頻器的通電方式、控制模式以及輸出電流的頻率和相位， 以保證永磁同步電動機的正常工作。根據(jù)安川 676GL5IP 變頻器的需求，選用海德漢公司的 ERN 461型 A、 B、 Z 三相編碼器，安裝于永磁同步電機轉(zhuǎn)子軸端。 可編程控制器 的選擇 根據(jù)輸人信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為 10 點，輸出點數(shù)為 8 點 ； 輸人、輸出信號都是數(shù)字量。 增加 20%備用量，以便隨時增加控制功能： 輸入點數(shù)為： 10 (1+20%)=12 輸出點數(shù)為： 8 (1+20%)= 根據(jù) I/O點數(shù)，可選 FX0N24MR001 型可編程控制器 ， 其輸入點 14 點，輸出點10 點，擴展模塊可用點數(shù)為 32 點。 主拖動元器件的選擇 曳引電動機的選擇 本設(shè)計電梯采用有齒曳引機， 1:1 繞法的曳引系統(tǒng)，額定梯速為 1m/s，額定載重量 800kg，則電動機額定功率為： ?102 )1( NNp vmkk ??? （公式 41） ~704~484)~(1800)()~(?????????????? 根據(jù)實際電動機額定功率系列，粗選 11kW 電動機即可滿足要求，相當(dāng)于系數(shù) k取 。由 電動機選型參數(shù)表 ，選 YPTD160M24。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 26 表 41 電動機選型參數(shù)表 型號 功率 / kW 電壓 / V 電流 / A 轉(zhuǎn)速 / r/min 頻率 / Hz 功率因 數(shù) cos? 噪聲 dB(A) 額定工 作制 YPTD160M14 9 380 1456 50 60 S2/1h YPTD160M24 11 380 1456 50 60 S2/1h YPTD160L14 13 380 1456 50 60 S2/1h 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻 調(diào)速的諸多優(yōu)點，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)計的專用變頻器早 已 問世， 其 功能較強，使用靈活，但其價格 相對較貴。因此，本設(shè)計沒有采用專用 變頻器，而是選用了通用變頻器， 通過合理的配置、設(shè)計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計的特點之一。 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，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?？紤]以上各種因素，本設(shè)計選用安川 VS616G5 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。 同時安川 VS616G5 變頻器 是 一類 “多控制方式”通用變頻器，它 有 ： (1)無 PG(速度傳感器 )V/f 控制 ； (2)有PGV/f 控制 ； (3)無 PG 矢量控制 ； (4)有 PG 矢量控制等四種控制方式。 通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種。 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 %, 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)。 VS616G5 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。 VS616G5 變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表 42。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 27 表 42 VS616G5 變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 電 壓 200V 400V 容量范圍 ~110kVA ~160kVA 電 源 電壓頻率 200V：三相 200/208/220V 400 V：三相 380/400/415/440/460V 電壓允許變動 ? 10% 15% 頻率允許變動 ? 5% 控 制 特 性 控制方式 正弦波 PWM 控制：無傳感器矢量控制 (無 PG)， 帶傳感器矢量控制 (帶 PG)， V/f 控制， 帶傳感器 V/f控制 (用參數(shù)切換 ) 啟動轉(zhuǎn)矩 150%/lHz（無 PG) 150%/0 r/min(帶 PG) 速度控制范圍 1:100(無 PG) 1:1000(帶 PG) 速度控制精度 ? %(無 PG) %(帶 PG) 速度響應(yīng) 5Hz(無 PG) 30Hz(帶 PG) 轉(zhuǎn)矩極限 有 轉(zhuǎn)矩精度 ? 5% 轉(zhuǎn)矩響應(yīng) 20Hz(無 PG)以上 150HZ(帶 PG)以上 頻率控制范圍 頻 率 精 度 ( 溫 度 變 動 ) 數(shù)字式指令 ? % (10C~+40C) 模擬式指令 ? %(25C~? 10C) 頻率設(shè)定分辨率 數(shù)字式指令 輸出頻率分辨率 過載量 額定輸出電流的 150% 1min 頻率設(shè)定信號 10V~10V， 0~10V， 4~20mA 加減速時間 ~ 制動轉(zhuǎn)矩 約 20% 帶制動選擇 150% 主要控制功能 瞬停再起動，下降控制，零點伺服控制等 保護功能 電機保護，變頻器過載，瞬間過電流，電壓下降，過電壓， 輸入缺相 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 28 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 轎廂樓層位置檢測方法主要方法有如下幾種 ： (1)用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開 關(guān) ： 這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感 應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時，會占用 PLC 太多的輸入點。 (2)利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān) ： 這種方法需對磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權(quán)代碼，進行運算時需采用 PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。 (3)利用旋轉(zhuǎn)編碼器 ： 目前， PLC 一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜嫈?shù)單元，計數(shù)準(zhǔn)確，使用方便，因而在電梯 PLC 控制系統(tǒng)中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與 PLC 高速脈沖輸入端相連，電源也可利用 PLC 內(nèi)置 24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。 由以上 分 析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計采用此法。其旋轉(zhuǎn)編碼器與安川 VS616G5 變頻器 構(gòu)成閉環(huán)控制， 電源可利用 PLC 內(nèi)置 24V 直流電源。 三菱 PLC 允許的脈沖輸入頻率通常為 20KHz，記為 fo， 假設(shè)梯速為 v，單位 mm/s，電機轉(zhuǎn)速 n， 單位 r/s，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) P，計數(shù)精度 S，單位 mm/脈沖，輸出頻率為 f 。于是，有下列關(guān)系式： （ 公式 42） （公式 43） 對本設(shè)計來說， v=， n=1456r/min， fo=20KHz， 取 P=800，帶入上式得： f=800 1456/60=fo 根據(jù)以上計算，查旋轉(zhuǎn)編碼器選型手冊，選 用上海生產(chǎn)的 HLE600L3F 型軸套式旋轉(zhuǎn)編碼器。 光電開關(guān)的選擇 光電開關(guān)是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。 發(fā) 送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束， 發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光snvP ??0fPnF ???脈沖）/( / 3 mmsmmPn vs ??????某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 29 電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。 本設(shè)計中， 光電開關(guān) 主要是電梯運行記數(shù)控制，考慮各因素采用日本立石公司的OMRON、 E4 型光電開關(guān)。 可編程控制器 的選擇 根據(jù)控制要求，初步選三菱 FX2N 系列 PLC。 FX2N 系列是 PLC FX 家族中最先進的系列。由于 FX2N 系列具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以為工業(yè)自動化提供最大的靈活性和控制能力。 其主要特點： 1. 超小型可編程控制器：與 FX2 系列相比，面積、容積小 50%。 2. 高速大容量：超高速程式處理， ? s/基本指令；大容量存儲器，內(nèi)附 8k RAM，最大可達 16 k（包括注釋）。 3. 多種功能：基本指令 27 種，步進指令 2 種，應(yīng)用指令 128 種。 4. 內(nèi)附 高速計數(shù)器：單相計數(shù)器 60kHz 2 點， 10kHz 4 點；二相計數(shù)器 30kHz 2點， 5kHz 1 點。 5. 擴展模塊兼容：可選用 FX2N 及 FX0N 的擴展模塊及特殊功能模塊。 對 10 層 10 站 VVVF 電梯，根據(jù)輸人信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為 45 點，輸出點數(shù)為 43 點 ； 輸人、輸出信號都是數(shù)字量。 增加 20%備用量，以便隨時增加控制功能： 輸入點數(shù)為： 45?（ 1 + 20%） =54 輸出點數(shù)為： 43?（ 1 + 20%） =52 根據(jù) I/O點數(shù)，選 FX2N128MR001 型 PLC，其輸入點 64 點，輸出點 64 點，擴展模塊可用點數(shù)為 48 點至 64 點。 其他元器件的選擇 交流接觸器的選擇 1. 空氣電磁式交流接觸器 在接觸器中，空氣電磁式交流接觸器應(yīng)用最為廣泛，產(chǎn)品系列、種類最多。其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，但有些產(chǎn)品在功能、性能和技術(shù)含量等方面各有獨到之處，選用時可根據(jù)需要擇優(yōu)選擇，典型產(chǎn)品有 CJ CJ2 CJ2 CJ3 NC、 B、 LC1D系列交流接觸器等。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 30 2. 機械連鎖（可逆）交流 接觸器 機械連鎖（可逆）交流接觸器實際上是由兩個相同規(guī)格的交流接觸器再加上連鎖機構(gòu)和電氣連鎖機構(gòu)組成。它可以保證在任何情況下（如機械振動或錯誤操作而發(fā)出的指令）都不能使兩臺交流接觸器同時吸合，而只能是當(dāng)一臺接觸器斷開后，另一臺接觸器才能閉合，能有效地防止電動機正、反轉(zhuǎn)時出現(xiàn)相間短路的可能性，比單在電器控制回路中加電氣連鎖電路的應(yīng)用更安全可靠。機械連鎖交流接觸器主要用于電動機可逆控制、雙路交流電源的自動切換也可用于需要頻繁地進行可逆換接的電氣設(shè)備上。常用的機械連鎖（可逆）交流接觸器有 LC2D 型、 6C 系列、 3TD 系列、 B 系列等。 真空接觸器以真空為滅弧介質(zhì)，其主觸頭密封在真空開關(guān)管里。真空開關(guān)管以真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)，位于真空中的觸頭一旦分離，觸頭間將產(chǎn)生由金屬蒸汽和其他帶電粒子組成的真空電弧。真空電弧依靠觸頭上蒸發(fā)出來的金屬蒸氣來維持，因真空介質(zhì)有很高的絕緣強度且介質(zhì)恢復(fù)速度很快，真空電弧的等離子體很快向四周擴散，在第一次過零時真空電弧就能熄滅。由于熄弧過程是在密封的真空容器中完成的，電弧和熾熱的氣體不會向外界噴濺，所以開斷性能穩(wěn)定可靠，不會污染環(huán)境，因此特別適用于條件惡劣的危險環(huán)境中。常用 的真空接觸器有 CKJ、 EVS 系列等。