【導讀】梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng)，由于繼電器本。身的機械和電磁慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性。為了保證電梯運行既。高效節(jié)能又安全可靠，必須改進電梯控制方式。根據(jù)順序邏輯控制的需要發(fā)展起來的可。編程控制器，它是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。處理速度快，可靠性高，能夠保證電梯正常、安全、可靠地運行。同時，由于電機交流。能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。本文將基于PLC的變頻調(diào)速方法應用到電梯系統(tǒng)中，并對此方法進行研究。然后，介紹了變頻器類型以及參數(shù)設計的相關知識;同時介紹了PLC選型原則。實現(xiàn)一定功能的PLC電梯控制系統(tǒng)。最后的模擬調(diào)試結(jié)果表明，基于PLC的變頻調(diào)速電

　　

【正文】 。 1N —— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù) 。 1NK —— 基波繞組系數(shù) 。 m? —— 每極氣隙磁通量。 對于固定電機， 1N 1NK 為常量，因此，要想在改變 1f 的時候磁通 m? 保持不變，只需同步地改變 gE 使 / mEg? =常值 ,然而，繞組中的感應電勢是難以直接控制的，當電勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，此時定子相電壓 1 gUE? 從而 我們認為當1/ 1UF=常值時， m? 基本恒定，即 1U 和 1F 成正比例函數(shù)。但是，當頻率較低時， 1U 和 gE都較小，定子繞組的漏磁阻抗壓降不能忽略，此時可以簡單地把電壓 1U 適當 抬高，以便近似地補償定子壓降。 在電梯的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的實際最大轉(zhuǎn)速為其額定轉(zhuǎn)速，因此，電梯的變頻調(diào)速屬“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”。 從上面的分析可看出，只有同時改變電源的電壓和頻率，才能滿足變頻調(diào)速的要求。這樣的裝置統(tǒng)稱為變壓變頻裝置，即 VVVF裝置 (VVVF是英文 Variable Voltage Variable Frequency 的縮寫 )。 VVVF 控制的電梯相對于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯 (ACVV)都有十分突出的優(yōu)點。下面與 ACVV 控制的電梯相比較。安全可靠。先進的電腦控制技術(shù)，完善的檢測、自診斷、 自保護功能最大限度地考慮了電梯在任何情況下出現(xiàn)故障的可能性，設置了各種防故障和應急裝置。舒適感好。理想的電梯運行速度曲線，根據(jù)人體生理適應能力由高性能的微電腦設計而成，采用矢量控制技術(shù)對交流電動機進行精確調(diào)節(jié)，使電梯運行極其平衡、舒適。最佳召喚應答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應自動調(diào)節(jié)，使電梯運行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時間，使電梯運行效率得到充分發(fā)揮。 節(jié)約電能。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速 (VWF)系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)異、功能齊全、質(zhì)量可靠，而且具有優(yōu)異的節(jié)能效果，與目前同規(guī)格的 ACVV 相比 ，節(jié)能約 40%，并可使用戶電源容量也大量減小。 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 20 節(jié)省機房空間。超小型的機房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機房控制系統(tǒng)相比，體積減少 1/2 以上，重量大大減輕。因此，節(jié)省機房空間，減輕機房承重，提高建筑利用率，從而可節(jié)約建筑費用。 利用率高。全電腦控制可以方便地使兩臺、三臺、四臺以上的電梯進行群控，合理安排，合理分配，提高電梯的運行效率。 井道信號系統(tǒng)的設計 ⑴ 電梯位置的確定與顯示 轎廂中的乘客以及門廳中等待乘坐電梯的人都需要知道電梯的當前位置，電梯確定是否能夠應答新的召喚指令以及什么時候減速平層制動這都需要知道 電梯的當前的準確位置。一般的電梯系統(tǒng)都的位置信號都是靠設置在井道中的位置開關來實現(xiàn)的，如我們上邊說到的干簧感應器，就是比較可靠，性能比較好的一種。在井道中對應每一樓層的適當位置都安裝一個干簧感應器，在轎廂運行過程中到當固定在轎廂頂上的閣磁板插入某樓曾的干簧感應器時，該干簧管的常閉觸點接通，表示電梯已經(jīng)到達該樓層，并置位相應的狀態(tài)繼電器，知道隔磁板插入另外一個樓層的干簧感應器。 ⑵ 轎廂的平層與停車 轎廂運行后需要確定在那一層站停車，平層即是指停車時轎廂的底與門廳地面應相平齊，一般都有平層誤差規(guī)定，如平層是兩平 面相差不能超過 5mm,平層停車需過程需要在轎廂底與停車樓層相平之前就開始，先是減速，然后才開始制動，減小沖擊，提高平層的準確性以及乘客的舒適感。本系統(tǒng)的平層信號是由平層感應器發(fā)出的。如圖 4— 4所示，上平層感應器和下平層感應器都裝在電梯轎廂的頂上，隔磁板安裝在井道壁上。在上行的過程中，上平層感應器首先插入隔磁板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，直到下平層感應器插入隔磁板的時候，說明電梯已經(jīng)準確平層，發(fā)出停車信號，電動機停轉(zhuǎn)，抱閘抱死，并發(fā)出開門信號。在電梯下行的過程中井道信號的獲得過程與此正好相反。 電梯控 制系統(tǒng)的設計 本控制系統(tǒng)是采用 VS一 616G5 型變頻器和西門子 S7—— 200 系列 PLC 組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng) ,電氣控制硬件框圖如圖 45,它由曳引電機、門電機、變頻器、可編程控制器 PLC及其他電氣元件構(gòu)成。電梯的調(diào)速部分選用高性能的矢量控制變頻器 ,利用光電編碼器測量曳引電機的轉(zhuǎn)速 ,構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。電路的邏輯部分由 PLC 來實現(xiàn) ,PLC 接受來自現(xiàn)場的呼叫、轉(zhuǎn)速、樓層、位置等信號。發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)的速度信號、門機的開關門信號、樓層顯示及呼叫顯示信號。 系統(tǒng)控制原理圖如圖 44所示： 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 21 可編程控制器 (pLc)的選型 根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器，綜合考慮后，系統(tǒng)選擇了西門子 S7—— 200系列 PLC。 西門子 S7— 200 系列 PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點 : ⑴ S7— 200 系列 PLC 配置靈活，除主機單元外，還可擴展 1/0 模塊， A/D 模塊， D/A模塊和其它特殊功能模塊。 ⑵ S7— 200 系列 PLC 指令功能豐富，有多種指令，且指令執(zhí)行速度快。 ⑶ S7— 200 系列 PLC 可用內(nèi)部輔助繼電器 M，定時器 T，計數(shù)器 C 等功能和數(shù)量滿足 了系統(tǒng)控制要求的需要，尤其是高速計數(shù)器能接受脈沖編碼器脈沖。 ⑷ S7— 200 的編程可用編程器，編程方便。編程語言可用梯形圖或指令表。 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、呼梯盤、井道及安全保護信號通過 PLC 輸入接口送入 PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。 設計思路 電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 ⑴ 一臺電機控制上升和下降，各層設上 /下呼叫開關 (最頂層與起始層只設一只 )。 PG 門電機 呼叫 信號 位置 信號 樓層 顯示 呼叫 顯示 光電編碼器 拽引機 PLC 變頻器 電源 圖 44 控制系統(tǒng)原理圖 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 22 ⑵ 電 梯到位后，具有手動或自動開門關門功能。 ⑶ 電梯內(nèi)設有方向指示燈及電梯當前層號指示燈及層樓指令鍵，及照明。 ⑷ 待客自動開門，當電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應能自動開門。自動關門待客。當完成全部轎廂內(nèi)指令，又無層外呼梯信號時，電梯應自動關鍵客按迎門在調(diào)定時間內(nèi)自動關閉轎廂照明。 ⑸ 自動關門與提早關門，在一般情況下，電梯停站應能自動關門 。在延時時間內(nèi)，若按下關門按鈕，門將不經(jīng)延時提前實現(xiàn)關門動作。 ⑹ 按鈕開門。在開關過程中或門關閉后，電梯啟動前，按下操縱盤上開關按鈕，門將打開。 ⑺ 內(nèi)指令記憶。當轎廂內(nèi) 操縱盤上有多個選層指令時，電梯應能按順序?？寇囬T，并能至調(diào)定時間，自動確定運行方向。 ⑻ 自動定向，當轎廂內(nèi)操縱盤選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應能按先入為主的原則，自動確定運行方向。自動換向，當電梯完成全部順向指令后，應能自動換向，應答相反方向的信號。 ⑼ 呼梯記憶與順向截停。電梯在運行中應能一記憶層外的呼梯信號，對符合運行方向的召喚，應能自動逐一停靠應答。 點數(shù)的分配及機型的選擇 按照系統(tǒng)要求， PLC 的點數(shù)分配如表（ 41）所示： 表 41 I/O 點數(shù)的分配 輸入 輸出 開門信號 正向運行 關門信號 反向運行 開門限位信號 正常運行頻率 關門限位信號 點動頻率 超載信號 爬行頻率 檢修信號 開門 變頻器故障信號 關門 一層選層信號 一層選層指示燈 二層選層信號 二層選層指示燈 三層選層信號 三層選層指示燈 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 23 四層選層信號 四層選層指示燈 一層上呼 信號 一層上呼信號燈 二層上呼梯信號 二層上呼信號燈 三層上呼梯信號 三層上呼信號燈 二層下呼梯信號 二層下呼信號燈 三層下呼梯信號 三層下呼信號燈 四層下呼梯信號 四層下呼信號燈 一層上平層 上行顯示 一層下平層 下行顯示 二層上平層 超載報警 一層下平層 數(shù)碼管 a 段顯示 三層上平層 數(shù)碼管 b 段顯示 三層下平層 數(shù)碼管 c 段顯示 四層上平層 數(shù)碼管 d 段顯示 四層下平層 數(shù)碼管 e 段顯示 上極限限位 數(shù)碼管 f 段顯示 下極限限位 數(shù)碼管 g段顯示 根據(jù) 表 （ 41） 可知，設備大約有 27個輸入點， 27個輸出點，考慮 1015%的裕量，故選擇西門子 S7— 200系列 CPU226 以及擴展模塊 EM223（ DC24V16 點輸入 /16 點輸出）。CPU226 為 24點輸入 16 點輸出，外加擴展 模塊足以滿足系統(tǒng)需要。另外， CPU226 可以提供 DC5V 電流為 1000mA， EM223 模塊耗 DC5V 總電流為 150mA?？梢娺@種配置是可行的。系統(tǒng)配置圖 如圖（ 45）所示 ： 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 24 圖 45 系統(tǒng)配置簡圖 L1 U L2 V L3 W 1 2 3 4 5 6 R S T KM 正轉(zhuǎn) /停止 反轉(zhuǎn) /停止 異常復位 快車 爬行 慢車 COM 公共端 PLC 輸出 制動電阻 PG 卡 電動機 A脈沖 B 脈沖 旋轉(zhuǎn)編碼器 0v 24v 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 25 5 系統(tǒng)軟件開發(fā) 電梯的自檢狀態(tài) 在電梯控制中，有大量的邏輯信號需要處理，這部分工作是由 PLC 來完成的，系統(tǒng)軟件根據(jù)運行要求及保護要求由 PLC來實現(xiàn)邏輯控制。 PLC 上電后， PLC 中的程序己開始運行，但因為電梯尚未讀入任何數(shù)據(jù)，也就無法在收到請求信號后通過固化在 PLC 中的程序作出響應。為滿足處于響應呼叫就緒狀態(tài)這一條件，必須使電梯處于平層狀態(tài)已知樓層且電梯門處于關閉狀態(tài)。電梯自檢過程的目標為 :先按下啟動按鈕，在 PLC 的第一個掃描周期，檢查電梯是否平層，若電梯為平層，則保持，若電梯未平層，則通過置位使中間繼電器置 1，進而使電梯下行直至平層是中間繼電器復位為止。 電梯的正常工作狀態(tài) 電梯完成一個呼叫響應的步驟如下 : ⑴電梯在檢測到門廳或轎廂的呼叫信號后將此樓層信號與 轎廂所在的樓層信號比較，通過選向模塊進行選向。 ⑵電梯通過拖動調(diào)速模塊驅(qū)動直流電機拖動轎廂運動。轎廂運動速度要經(jīng)過低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚?，并以高速運行至減速點。 ⑶當電梯檢測到目標層樓層檢測點產(chǎn)生的減速點信號時，電梯進入減速狀態(tài)，由中速度變?yōu)榈退?，并以低速運行到平層點停止。 ⑷平層后，電梯開門，直到碰到開門到位行程開關 。再經(jīng)過一定延時后關門，直到碰到關門到位行程開關。電梯控制系統(tǒng)始終實時顯示轎廂所在樓層。 系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程 開關門環(huán)節(jié) 電梯的 開 關門存在以下幾種情況： ⑴ 電梯自動運 行停層時的開門。電梯在停層時，至平層位置， 接通，電梯應開始開門。 河北工程大學畢業(yè)設計 說明書 26 ⑵ 開關門均為手動狀態(tài)，由開關門按鈕 和 實施開門與關門。 ⑶ 呼梯開門。電梯到達某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬?，若有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。若其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并起動運行，到達呼梯層時再開門，此時的開門按停層開門處理。 ⑷ 電梯停用后的關門。此時電梯到達基站，人員離開轎廂，電梯自動 延遲 3秒 關門 。 ⑸ 電梯自動運行時的關門。停站時間繼電器 T37 延時結(jié)束后 ，電梯自動關門。停站時間未到，可通過關門按鈕實現(xiàn)提前關門。 電梯初始化環(huán)節(jié) 當 PLC 首次運行程序時，通過 控制電梯， 檢查電梯是否平層，若電梯為平層，則保持，若電梯未平層，則通過置位使中間繼電器置 1，進而使電梯下行直至平層是中間繼電器復位為止。 停層信號的登記與消除環(huán)節(jié) 人員通過對轎廂內(nèi)操縱盤上 14層選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當電梯到達所選的樓層后，停層信號即被消除，指示燈也應熄滅。 外呼信號的登記與 消除環(huán)節(jié) 人員在廳門外呼梯時，呼梯信號應被接收和記憶。當電梯到達該樓層，且定向方向與目的地方向一致時 (基層與頂層除外 )，呼梯要求已滿足，呼梯信號應被消除。 按下外呼按鈕時，相對應的外呼輔助繼電器接通，外呼鈕下的指示燈亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。而該信號的消除環(huán)節(jié)是由當層信號的動斷觸點與運行方向信號的動斷并聯(lián)構(gòu)成。這樣安排是前邊提到過的電梯運行中只響應同時呼梯的原則決定的。即電梯運行方向與呼梯目的的地方向一致且到達呼梯樓層時，電梯將停止，呼梯要求已滿足，呼梯信號被