【正文】 儲電動機有關參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。變頻器的標準規(guī)格如表41所示。 VS616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設定都具有特定的含義。其中A組是用來確定控制模式；B組選擇運行功能；C組確定加減速時間及轉(zhuǎn)矩補償時間；D組是選擇頻率；E組確定運行壓頻曲線；F組是保護裝置；H組是確定偏差標準的設定。從表中可以看出，各參數(shù)是根據(jù)電梯運行舒適感的原則進行設計的，其中有些參數(shù)是根據(jù)電網(wǎng)和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入的。 變頻器的功率可以根據(jù)曳引電動機功率，電梯運行速度，電梯載重與配重進行計算。設電梯曳引電機功率為P1,電梯運行速度為v,電梯自重為W1，電梯載重為W2,配重為W3；重力加速度為g。變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2： P2=[（W1+W2W3）g+F1]v其中F=K（W1+W2W3）g+δ為摩擦力，δ可以忽略不計。 電機功率P1,變頻器功率P應接近于電機功率P1,相對于P2留有安全裕度，可取P≈。為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機進行自學習，而616G5就具有曳引機參數(shù)自學習的功能，其方法是：將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結果調(diào)整控制算法中的有關參數(shù)。顯然，這一組自學習到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。通過編寫自學習程序可以取得不同樓層脈沖數(shù)和各平層點的脈沖數(shù)。 為了適應電梯的迅速發(fā)展，利用PLC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制已成為發(fā)展主流。PLC是集計算機控制、自動控制技術、通信技術為一體的新型自動控制裝置，其控制精度高，適應性好，抗干擾能力強，能滿足電梯各性能方面的要求。本節(jié)對PLC控制系統(tǒng)的進行具體的闡述。 曳引電機的選型本設計的電梯型號為：TKJ1000/—JX。表示為交流調(diào)速乘客客梯，額定載重量是1000KG，采用集選控制方式?，F(xiàn)根據(jù)電梯要求來對曳引電動機選型。通過經(jīng)驗公式P=MGV,其中M為電梯額定載重,G為重力加速度，V為額定速度， kW。從電機產(chǎn)品中的JTD系列的電梯專用交流電動機的規(guī)格表中選：JTD430電動機。其基本參數(shù)介紹如下：功率：電壓：AC380V頻率：50Hz 轉(zhuǎn)速：1460rmp電梯控制系統(tǒng)硬件由轎廂操縱盤、廳門信號、PLC、變頻器調(diào)速系統(tǒng)構成，控制系統(tǒng)結構圖如圖32所示。圖中變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由PLC完成的。PLC負責處理各種信號的邏輯關系，從而向變頻器發(fā)出起停信號，同時變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送給PLC，形成雙向聯(lián)絡關系。 圖32 電梯控制系統(tǒng)結構圖根據(jù)前面電梯對其拖動系統(tǒng)要求的分析可知，當電梯所需曳引力方向與運行方向相反時，電梯減速運行，電機處于發(fā)電制動狀態(tài)，負載的位勢能量將被轉(zhuǎn)換成電能，并通過逆變器傳送到變頻器的中間直流環(huán)節(jié)中，如果不采取相應的措施，變頻器中濾波電容的電壓將上升。為了解決這個問題，通常有兩種方案：一種是變頻器外接一個制動器將這部分回饋的能量消耗在電阻上。這種方案雖然簡單，但在電梯中使用時存在著兩個缺點：一是在電梯運行過程中將有較大的能量損耗，使電梯運行的整體效率降低；二是所能產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩較小，且不穩(wěn)定，不能完全滿足高性能電梯的要求。為此我們采用了第二種方案，即變頻器外接一個能量再生反饋電路FRH，它能將電機制動時回饋到變頻器中間直流環(huán)節(jié)的能量傳送到電網(wǎng)中去，這樣不僅可以節(jié)約能量，提高系統(tǒng)整體運行效率，而且還可獲得足夠的制動轉(zhuǎn)矩，保證電梯的穩(wěn)定運行。 旋轉(zhuǎn)編碼器的應用對于電梯的速度控制和平層精度問題，單靠開環(huán)變頻器是很難準確實現(xiàn)的。因此有必要在開環(huán)變頻器的外圍增設速度反饋，構成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，以獲得滿意的平層精度和準確的速度控制。為此，系統(tǒng)還配置了與電動機同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器及PG卡，完成速度檢測及反饋，一起構成一個閉環(huán)的速度控制系統(tǒng)。從而滿足了電梯大范圍速度控制和準確平層精度的要求。 旋轉(zhuǎn)編碼器與主電動機同軸連接，通過PG卡（又名編碼器連接板）對電動機測速和反饋電梯的位置。選用OMRON公司的1024脈動增量式光電脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機同軸連接，產(chǎn)生A，B兩相脈沖。當A相脈沖超前于B相脈沖90度時，認為電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當A相脈沖滯后于B相脈沖90度時，認為電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)A，B相脈沖的相序，可判斷電動機的轉(zhuǎn)向。根據(jù)A，B脈沖的頻率（或周期）可測得電動機的轉(zhuǎn)速。若以A，B相脈沖的前沿或后沿產(chǎn)生計數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序列。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號送給變頻器，以便進行調(diào)節(jié)。為使PLC對變頻器進行有效的速度閉環(huán)控制，PLC與變頻器之間還存在如下的信號傳輸。（1）PLC發(fā)往變頻器的控制信號，主要有：①PLC檢測電梯門連鎖、安全回路和系統(tǒng)工作正常，允許變頻器的工作信號；②電梯運行方向信號（上行或下行）；③電梯運行速度信號（檢修運行、單層運行、多層運行、爬行等）；④電梯減速和平層停車信號。（2）變頻器反饋給PLC的信號。主要有：①變頻器正常工作狀態(tài)；②電梯有速度信號；③速度一致（變頻器上的速度指令與電動機實際運行速度相匹配）；④減速及停車狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)編碼器可將電梯在井道中移動的距離轉(zhuǎn)化為脈沖個數(shù)輸出。將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在曳引電機齒輪減速箱輸出軸的軸端上，所以它能直接反映電梯的運行情況。隨著曳引電機的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，這樣就可以從旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖輸出端獲得正比于電梯運行距離的脈沖個數(shù)。然后將此脈沖通往PLC的高速計數(shù)器的存儲單位。運行前通過編程方式將各信號，如換速點位置、平層點位置、制動停車點位置等所對應的脈沖數(shù)，分別存人相應的內(nèi)存單元。在電梯運行過程中，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測、軟件實時計算以下信號：電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置。從而進行樓層計數(shù)、發(fā)出換速信號和平層信號。用PLC的高速計數(shù)器對PG卡的輸出脈沖進行計數(shù)，累加后與設定的脈沖數(shù)相比較。當高速計數(shù)器的計數(shù)值與換速點對應的脈沖數(shù)相等時，且目的層有有效的選層信號或呼梯信號，則發(fā)出換速信號，電梯轉(zhuǎn)入爬行階段。當轎廂到達各樓層計數(shù)點時，樓層數(shù)加1或減1。為防止計數(shù)脈沖高電平期間反復計數(shù)，采用樓層計數(shù)信號上沿觸發(fā)樓層計數(shù)。當高速計數(shù)器的計數(shù)值與平層點的計數(shù)脈沖相等時發(fā)出平層信號則電梯平層。 系統(tǒng)主電路圖 VVVF變頻器構成的電梯曳引系統(tǒng)的結構圖如圖43所示。該系統(tǒng)由電動機IM，脈沖編碼器PG，變頻器VS616G5以及PG卡組成。能量再生反饋單元FRH。這些設備按圖中接線連接起來就構成了一個能實現(xiàn)四象限運行的閉環(huán)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，其本身的可靠性和保護功能已完全能滿足電梯對其拖動系統(tǒng)的要求。拖動系統(tǒng)的功能可由變頻器內(nèi)部的參數(shù)來設定，而電梯的運行則由完成電梯集選控制的可編程序控制器來控制。 圖33 系統(tǒng)主電路圖 電梯的工作過程電梯一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運行到減速停車的過程。PLC接收來自操作面板和呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經(jīng)程序判斷與運算后實現(xiàn)電梯的集選控制，PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時向變頻器發(fā)出運行方向、啟動、加速、減速、運行和制動停梯信號。電梯運行控制的過程可用圖44加以說明。曳引電動機正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）控制及高速控制信號有效時，電動機開始從 0Hz到50Hz開始起動，STF與COM之間和RH與COM之間同時接通，起動時間在3s左右，電梯上行加速，加速到額定速度時，然后維持在50Hz的速度一直運行，完成起動及運行段的工作。當換速信號到來后，PLC撤消高速信號RH與COM之間斷開，同時RL與COM之間接通時，電梯上行減速，減速到爬行速度時，電梯爬行上升。此時爬行的輸出頻率為6Hz。從50Hz到6Hz的減速過程在3s之內(nèi)完成，當達到6Hz速度時電梯停止減速，并以此速度爬行。當平層信號到來后，STF與COM之間和RL與COM之間同時斷開，PLC撤消爬行信號，同時發(fā)出停梯信號，此時電動機從6Hz減速到0Hz，電梯停梯。電梯下行的過程與上行類似，只是將控制端STF改成STR。正常情況下，在整個起動、運行、減速爬行段內(nèi)，變頻器的零速輸出點一直是閉合的。減至0Hz之后零速輸出點斷開，通過PLC抱閘及自動開門。 圖34 電梯運行過程 電梯門系統(tǒng)設計電梯門機設計是硬件設計的一個重要部分。本設計采用小型直流電動機作為自動門系統(tǒng)的驅(qū)動力。其電氣控制線路原理圖如圖35 所示。其工作原理如下：當按下關門按鈕，直流電源的正極經(jīng)熔斷器、GMJ再通過開門繼電器常閉觸點和R2電阻進行電樞分流而使門機M向關門方向轉(zhuǎn)動，電梯開始關門。當門關至三分之二時，關門限位開關1GM動作，使R2電阻被短接一部分，使流經(jīng)R2的電流增大，則總電流增大，從而使RD1上的壓降增大，也就是使電動機的電樞端電壓下降。此時電動機的轉(zhuǎn)速隨其端電壓的降低而降低，也就是關門速度減慢，直至輕輕地平穩(wěn)地完全關閉為止。此時關門限位開關動作，使GMJ失電復位。至此關門過程結束。對于開門情況完全與上述的關門情況一樣。 圖35 門系統(tǒng)原理圖 .7I/O接口電路設計I/O電路表示PLC與操縱盤、井道以及控制柜其他電器之間的連接，根據(jù)輸人信號的作用和輸出類型進行I/O地址分配。決定運行方式和運行條件等重要輸人信號應排列在前面，如安全信號、門連鎖、有/無司機、門機信號、檢修、消防等輸人信號。負載電壓類型和等級相同的輸出合為一組，利用同一公共輸出點。對于PLC的輸入輸出設備必須進行I/O點的分配，即對每個I/O設備都給出一個I/O的分配號，以便PLC能識別它們。不同的PLC的I/O的點數(shù)是不同的，設計時對I/O總體點數(shù)要考慮留有10%~15%的余量。經(jīng)過上述分析后，根據(jù)所確定的電梯層站數(shù)、控制方式等，計算控制系統(tǒng)的輸人信號及輸出信號的數(shù)量，同時對輸人、輸出信號是模擬量還是數(shù)字量要分開考慮，然后分類統(tǒng)計出各輸入、輸出量的電壓類型、等級、數(shù)量，共有輸入36個，輸出31個，考慮到要留有10％—15％的擴充I/O接口，所以本設計按五層的電梯，采用三菱公司的FX2N80MR系列可編程控制器（總共40個輸入、40輸出點）。根據(jù)選用的FX2N80MR的輸出、輸人點數(shù)分配情況及計算的I/O點數(shù)的實際情況，經(jīng)過綜合分析，列出I/。 I/O分配表序號輸入序號輸出X1門連鎖電器Y0上行指示X2開門按鈕Y1下行指示X3關門按鈕Y2加速接觸器X4上強迫換速開關Y3減速接觸器X5下強迫換速開關Y4報警X6直駛、滿載開關Y5抱閘繼電器X7有/無司機開關Y10開門輸出X10轎內(nèi)一樓按鈕Y11關門輸出X11轎內(nèi)二樓按鈕Y12檢修速度X12轎內(nèi)三樓按鈕Y14A段X13轎內(nèi)四樓按鈕Y15B段X14轎內(nèi)五樓按鈕Y16C段X16一樓上召按鈕Y17D段X17二樓下召按鈕Y20E段X20二樓上召按鈕Y21F段X21三樓下召按鈕Y22G段X22三樓上召按鈕Y23上行指示方向燈X23四樓下召按鈕Y24下行指示方向燈X24四樓上召按鈕Y30一樓指令指示燈X25五樓下召按鈕Y31二樓指令指示燈X27消防信號Y32三樓指令指示燈X30門區(qū)感應器Y33四樓指令指示燈X31上平層感應器Y34五樓指令指示燈X32下平層感應器Y35一樓上召指示燈X33一樓樓層感應Y36二樓上召指示燈X34二樓樓層感應Y37三樓上召指示燈X35三樓樓層感應Y40四樓上召指示燈X36四樓樓層感應Y41二樓下召指示燈X37五樓樓層感應Y42三樓下召指示燈X41上限位開關Y43四樓下召指示燈X42下限位開關Y44五樓下召指示燈X43檢修開關M1～M5樓層輔助繼電器X44主接觸點 M11～M15轎內(nèi)指令登記繼電器X46檢修上行開關M21～M241~4樓上召繼電器X47檢修下行開關 M32～M352~5樓下召繼電器X0高速計數(shù)器 電梯PLC設計外部接線圖 根據(jù)電梯的輸入、輸出端口的具體分配，利用軟件畫出PLC的外部接線圖。如圖36所示。變頻器 圖36 PLC外部接線圖 系統(tǒng)軟件設計 指層控制回路本例中樓層信號是通過安裝于每層井道內(nèi)的感應器及安裝在轎頂?shù)母舸虐鍋韺崿F(xiàn)，但由于獲得的樓層信號不連續(xù)，因而需要通過程序?qū)崿F(xiàn)。X33~ X37分別為1~5層感應器在PLC的輸入端地址。其實現(xiàn)程序見圖37。 圖47 連續(xù)層樓控制回路上述程序中M1~M5為PLC內(nèi)部輔助繼電器，其作用相當于繼電器控制線路中的1~5樓的樓層輔助繼電器。取得樓層信號后，就要將樓層信息通過指示燈或七段數(shù)碼管表示出來。若用指示燈表示層樓信號，程序非常簡單。本例中采用七段數(shù)碼管來表示樓層信號，其梯形圖如圖38。Y14，Y15, Y16, Y17, Y20, Y21, Y22為七段碼中A, B, C, D, E, F, G各個筆畫的PLC輸出端地址。圖38 樓層信號顯示 轎內(nèi)指令與廳外召喚的登記和消號轎內(nèi)指令和廳外召喚登記的條件是按下要登記的按鈕，若此時電梯處在正常運行狀態(tài)，而且電梯又不在登記的層樓，則該登記有效。轎內(nèi)指令登記消號的條件是：當電梯