【正文】 (4) 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大 通用變頻器經(jīng) 歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)模混合控制，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。指令計(jì)算時(shí)間為 Ins 量級(jí)，是一般微處理器所無(wú)法比擬的。它是一種矢量 (超標(biāo)量 )微 處理器，其功能著重點(diǎn)放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運(yùn)算復(fù)雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用十提高基本的運(yùn)算速度，達(dá)到了以“每秒上億條指令”為單位來(lái)衡量運(yùn)算速度的程度。 32 位數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal ProcessesDSP)的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無(wú)跳閘功能”。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一 種可能，即可以把原有生產(chǎn)機(jī)械的工藝水平“升級(jí)”，達(dá)到以往無(wú)法達(dá)到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)種。特別是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保 護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“能電力模塊” (Intelligent Module)這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強(qiáng)，保護(hù)電路和檢測(cè)電路與功率開(kāi)關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護(hù)迅速可靠，傳感信號(hào)也十分迅速。前幾年主開(kāi)關(guān)器件開(kāi)始采用 IGBT，僅二、四年的時(shí)一間， IGBT 變頻器的單機(jī)容量已達(dá) 1800KVA,隨著 IGBT 容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。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)大發(fā)展過(guò)程： (1) 容量不斷擴(kuò)大 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。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，但價(jià)格相對(duì)較貴。 (3) 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，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 (2) 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 。 變頻調(diào)速控制電梯的 特點(diǎn) 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。 (5) 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。 (3) PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn) (1) 在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。 可編程控制器 (Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱 PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的新一代工業(yè)控制器。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的 改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。自 80 年代后期 PLC 引入我國(guó)電梯行業(yè)以來(lái)，由 PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。由于 PLC 具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。 PLC 及其在電梯控制中的應(yīng) 用特點(diǎn) PLC 的特點(diǎn) PLC 控制制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 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)不便和驚憂。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。 (2) 普通控制電器及硬件接 線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 （ 6） 多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 （ 4） 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。利用電梯機(jī)房在樓頂?shù)膬?yōu)勢(shì)，充分利用太陽(yáng)能作為電梯的補(bǔ)充能源也將是新的課題。而減少能耗的另一途徑是電梯運(yùn)行過(guò)程的能耗控制。 （ 3）綠色電梯 綠色電梯的研究的重點(diǎn)主要在電梯的制造、配置以及安裝和使用過(guò)程中的節(jié) 能和減少環(huán)境污染等方面。串行通訊以其布線簡(jiǎn)單，信息傳輸量大等優(yōu)點(diǎn)，在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多，由于去掉了微機(jī)接口板上大量輸入和輸出電路，減少了井道、機(jī)房中的布線數(shù)量，可靠性大大提高。它代表了電梯技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)。近幾年住宅電梯的開(kāi)發(fā)的熱潮已出現(xiàn)，多層及小高層大樓配置的廉價(jià)、實(shí)用可靠的經(jīng)濟(jì)型住宅電梯是一個(gè)必然趨勢(shì)。 電梯的發(fā)展趨勢(shì) （ 1）電梯品種的變化 電梯的品種要隨著建筑需求而變化，電梯制造商提供的品種愈多，其市場(chǎng)占有量也一定愈大。 VVVF 電梯以其獨(dú)特的先進(jìn)技術(shù)和性能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層、準(zhǔn)確、低噪音、安全等目標(biāo)。交流變頻調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值及頻率來(lái)調(diào)速的。應(yīng) 用微機(jī)取代繼電器控制邏輯實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高電梯的性能和可靠性，并減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試要求，是電梯控制技術(shù)的方向。其制動(dòng)減速可采用能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)等方式，乘坐舒適感、平層精度均優(yōu)于變極調(diào)速雙速電梯，其缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱較大、能量消耗較大。交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)采用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)晶閘 管交流調(diào)壓電路中晶閘管的觸發(fā)脈沖相位，即調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。 1967 年，出現(xiàn)了交流調(diào)壓調(diào)速 (ACVV)控制。交流雙速電梯是靠改變定子繞組接線以變換電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) P 的方法進(jìn)行調(diào)速。然而，早期的直流電機(jī)控制系統(tǒng)往往是直流發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，其體積、重量、能耗和噪聲都很大。 從 19 世紀(jì)末電梯問(wèn)世開(kāi)始，對(duì)于調(diào)速性能要求較高的電梯，都是采用直流電機(jī)控制。電梯不僅是代步的工具，也是人類物質(zhì)文明的標(biāo)志。在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而 PLC 可 靠 性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前電梯的控制普遍采用了兩 種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器 （ PLC） 取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。 在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了電梯的工作原理，闡述了 PLC 的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了電梯的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，研究并提出了基于 PLC 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 方案，最后對(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)與展望。本文所設(shè)計(jì)的電梯與傳統(tǒng)的電梯相比，在運(yùn)行上具有良好的舒適感，在生活中可以節(jié)約電能，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了理想的目的。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期 ,電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由 PLC 代替原來(lái)的繼電器控制，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備。 本設(shè)計(jì)針對(duì)我國(guó)電梯業(yè)的現(xiàn)狀，將可編程序控制器 (PLC)應(yīng)用于四層電梯進(jìn)行邏輯控制，通過(guò)合理的選擇和設(shè)計(jì)，不但提高了電梯可靠性、可維 護(hù)性以及靈活性，同時(shí)延長(zhǎng)了使用壽命，縮短了電梯的開(kāi)發(fā)周期，并提高了電梯的控制水平，改善了電梯運(yùn)行的舒適感，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。該電梯控制系統(tǒng)具有指層、廳召喚、選層選向、手動(dòng)和自動(dòng)等功能，具有集選控制的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 電梯 ； 變頻器 ； PLC 控制 ； 變頻調(diào)速 1 緒論 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(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，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。 綜述電梯的發(fā)展 電梯的發(fā)展史 在現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，電梯已是城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。每幢大型高樓都可以說(shuō)是一座垂直的城市。 電梯曳引傳動(dòng)控制技術(shù)也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展階段。直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬、可連續(xù)平衡地調(diào)速以及控制方便、靈活、快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。 由于交流單速 控制和交流雙速控制電梯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、使用維護(hù)方便，所以從電梯問(wèn)世至今，交流單速控制和交流雙速控制一直廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。變極調(diào)速轉(zhuǎn)速是成倍地變化，因此調(diào)速的平滑性差，但它在每個(gè)轉(zhuǎn)速等級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，都具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性好，但乘坐舒適感差，普遍應(yīng)用于貨梯。交流調(diào)壓調(diào)速是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓來(lái)改變轉(zhuǎn)差率 s 的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。交流調(diào)壓調(diào)速控制電梯在起動(dòng)、穩(wěn)速及制動(dòng)的全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，將速度給定曲線以模擬量或數(shù)字量的形式送入電梯傳動(dòng)系統(tǒng)，在反饋控制的作用下，使電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤給曲線變化。 在 1980 年，出現(xiàn)了將微機(jī)用于速度控制和運(yùn)行管理控制的全電子化交流反饋控制的電梯，其精確的控制使電梯的舒適感和群控性能得到進(jìn)一步提高。 1984 年，由于固態(tài)功率器件的不斷發(fā)展及微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速 (VVVF)電梯控制系統(tǒng)。它通過(guò)電壓、電流和速度的信號(hào)反饋，由計(jì)算機(jī)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)控制，使電梯運(yùn)行效率大大提高，運(yùn)行性能更加完善。由于其具有優(yōu)越的調(diào)速性能、顯 著的節(jié)能效果，已取代交流調(diào)壓調(diào)速電梯成為電梯控制方式的主流。隨著超高層建筑的增多，就需要高速、大容量的電梯。無(wú)機(jī)房電梯是在電梯驅(qū)動(dòng)裝置及其布置方式上具有獨(dú)特風(fēng)格的一種產(chǎn)品。 （ 2）電梯的智能化 智能化的電梯首先要與智能化的大 廈所有自動(dòng)化信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與消防、保安、樓宇設(shè)備控制等系統(tǒng)交互聯(lián)系，使電梯成為安全舒適、高效優(yōu)質(zhì)的服務(wù)工具。 電梯困人故障一直因擾著電梯的承包商，遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)系統(tǒng)集通訊、故障、診斷、微處理機(jī)為一體，可以通過(guò)市話線傳遞電梯的運(yùn)行和故障信息到遠(yuǎn)程服務(wù)中心。減少電梯能耗的措施是多方面的，主要包括：原材料的充分利用和再利用；電梯數(shù)量和電梯參數(shù)的優(yōu)化配置；選擇高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；減少電梯機(jī)械系統(tǒng)的慣性和磨擦阻力；合理應(yīng)用對(duì)重或平衡重；選用節(jié)能照明；客流和運(yùn)貨的規(guī)劃；出入口的布置等。利用電梯空載上行、滿載下行時(shí)電機(jī)處以發(fā)電狀態(tài)的特性，將再生能量反饋給電網(wǎng)。 （ 1） 電梯繼電器控制系統(tǒng) （ 2） 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) （ 3） 所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 （ 5）大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 (1) 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 (3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 (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。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。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。 電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來(lái)控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決 自動(dòng)控制問(wèn)題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的二大支柱之一。 (2) 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。 (4) PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。 (6) 更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。 (1) 變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動(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)。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。 2 方案選擇 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價(jià)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(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。 變頻器的分類 變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對(duì)變頻器分類 : (1) 按變換頻率的方法分 交─直─交變頻器 交─交變頻器 (2) 按主電路工作方式分 電壓型變頻器 電流型變頻器 (3) 按變頻器調(diào)壓方法的不同分 PAM 變頻器