【正文】 th Modulation）脈沖寬度調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率。 此外還用到了不間斷電源 UPS 電源，電梯在斷電的緊急情況下使電梯可以安全的停靠在指定的安全位置 。 PLC（ Programmable logic controller） 因其簡單易用、可靠性高、維修養(yǎng)護方便和抗干擾能力強等優(yōu)點，在電梯控制領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 摘要 I 摘 要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代城市中的高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ?。而電梯性能的好壞，除了電機等硬件以外，電梯控制系統(tǒng)是其核心因素。 除此之外變頻器在電梯中的應(yīng)用能很好地解決電梯在運行當(dāng)中對速度變換的要求，能提高電梯的舒適度，提高運行速度。 本文以三菱 FX2N 系列PLC 與安川變頻器 結(jié)合 為例，以五層電梯為設(shè)計對象，分別從電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理， 變頻調(diào)速的原理， 系統(tǒng) PLC 配置方案， PLC 軟件設(shè)計， PLC 軟件的調(diào)試仿真和電梯硬件選取等方面，詳細的闡述了 PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，形成了以 PLC 為控制系統(tǒng)的完整的電梯模型，使電梯在更精確、更可靠、更快速的控制平臺上運行。而輸出頻率的變化可通過改變此脈沖的調(diào)制周期來實現(xiàn)。由于輸出等幅脈沖只需恒定直流電源供電，可用不可控整流器取代相控整流器，使電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)大大改善。加上使用自關(guān)斷器件，開關(guān)頻率大幅度提高，輸出波形可以非常接近正弦波。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。這里所說的效果基本相同。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低 頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。 例如，把正弦半波波形分成 N等份，就可把正弦半波看成由 N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。可以看出，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM波形。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后， PWM 波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計算出來。 PWM 的特點 PWM 變頻電路具有以下特點： ① 可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓 ② 整流電路采用二極管，可獲得接近 1的功率因數(shù) ③ 電路結(jié)構(gòu)簡單 ④ 通過對輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過程的動態(tài)響應(yīng)。其 VVVF 拖動部分由 3個部分組成：第一單元是根據(jù)來自速度控制部分的轉(zhuǎn)矩指令信號，對應(yīng)該供給電動機的電流 進行運算，產(chǎn)生出電流指令運算信號；第二單元是將經(jīng)數(shù) /模轉(zhuǎn)換后的電流指令和實際流向電動機的電流進行比較，從而控制主回路的 PWM控制器；第三單元是將來自 PWM 控制部分的指令電流供給電動機的主回路控制部分。 ○ 2 平滑該直流電壓的電解電容器。速 度控 制運 算電 流指 令運 算D / AD / AP W M電 路基 級驅(qū) 動電 路 3 ～MT G速 度 曲 線C C C P U轉(zhuǎn) 矩指 令數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換測速器曳引電動機電 流 測 速逆 變 電 路整 流 電 路充 電 電 路2 0 0 VD R C P U（ i 8 0 8 6 ） 圖 PWM原理說明圖 當(dāng)電梯減速時以及電梯在較重的負荷下（如空載上行或重載下行） 運行時，電動機將有再生電能返回逆變器，然后通過電阻將其消耗掉，這就是電阻耗能式再生電處理裝置，因為其再生能力大，若用電阻消耗能量的辦法處理，勢必使再河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 1 緒論 4 生電處理裝置變得更龐大。另外還具有在減速再生 控制時，將主回路大電容的電壓和充電回路輸送出電壓與基極驅(qū)動電路比較后，經(jīng)信號放大，來驅(qū)動再生回路中大功率晶體管的導(dǎo)通以及主回路部分的安全回路檢測功能。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，控制部分相當(dāng)于人的大腦。 盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩曳引式結(jié)構(gòu)，圖 。即機房、井道、轎廂、層站。 曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪及反繩輪等組成。 曳引機由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源。 導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型時還可增加曳引能力。 當(dāng)鋼絲繩的 繞繩比大于 1時，在轎廂頂和對重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。 導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架等組成。 導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接。 門系統(tǒng) 門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯(lián)動機構(gòu)、門鎖等組成。 層門 設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴、門鎖裝置及應(yīng)急開鎖裝置組成。 轎廂 轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。對重由對重架和對重塊組成。重量 補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡設(shè)計影響的裝置。 曳引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或直流電機。 速度反饋裝置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。 調(diào)速裝置對曳引電機實行調(diào)速控制。 操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應(yīng)急操縱箱。 位置顯示是指轎內(nèi)和層站的指層燈。選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。 機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用；緩沖器起沖頂和撞底保 護作用；還有切斷總電源的極限保護等。 電梯工作原理 現(xiàn)以乘客曳引電梯為例介紹其工作原理：曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 電梯系統(tǒng)綜述 8 梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上 維持其靜止?fàn)顟B(tài)，工人員或貨物出入。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。 電梯控制系統(tǒng)組成 電梯控制系統(tǒng)可分為電力拖動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩個主要部分。二者均采用易于控制的直流電動 機作為拖動動力源。而開關(guān)門電路上電機僅需一種速度進行運動。 PLC 集信號采集、信號輸出及 邏輯控制于一體，與電梯電力拖動系統(tǒng)一起實現(xiàn)了電梯控制的所有功 能。從上式可以看出，要調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，可以從改變下列三個參數(shù)入手 :改變異步電動機定子繞組的磁極數(shù) 即變極調(diào)速 。改變供電電源的頻率 即變頻調(diào)速。由于系統(tǒng)采用微機全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達到毫米級，并且絕對保證電動機零速下閘，舒適感非常好。 所以，要改變交流電動機轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率 f即可。磁通太弱，則沒有充分利用鐵芯，電機容許的輸出轉(zhuǎn)速下降，電機的功率得不到充分利用而浪費 。交流異步電動機中 : mg KNfE ?? （ ） 式中， gE 定子每相的氣隙磁通感應(yīng)電勢有效值 1f 定子頻率； 1N 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； 1K 基波繞組系數(shù)； m? 每極氣隙磁通量。從而我們認為當(dāng) 1U /1f =常值時， m? 基本恒定，即 1U 和 1f 成正比例函數(shù)。 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，電梯河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 異步電動機變頻器調(diào)速的控制原則 10 的變頻調(diào)速屬“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”。這樣的裝置統(tǒng)稱為變壓變頻裝置，即 VVVF 裝置。同時 VVVF 系統(tǒng)還可以提高功率因數(shù)，降低電梯線路設(shè)備的容量和電動機的容量 20%以上。 PLC 的外部接線 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 異步電動機變頻器調(diào)速的控制原則 11 圖 為 PLC 的外部接線圖，X 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 1 0X 1 1X 1 2X 1 3X 1 4X 1 5X 1 6X 1 7X 2 0X 2 1X 2 2X 2 3X 2 4X 2 5X 2 6X 2 7X 3 1X 3 2X 3 3X 3 4X 3 5X 3 6X 3 7X 4 0X 4 1C O MY 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7C O M 1Y 1 1Y 1 7Y 3 0Y 3 1Y 3 2Y 3 3Y 3 4Y 3 5Y 3 6Y 3 7C O M 2C O M 3Y 2 0Y 2 1Y 2 2Y 2 3Y 4 2Y 4 3Y 2 4Y 2 5Y 2 6Y 2 7C O M 4nU S P轎 內(nèi) 按 鈕 一 層轎 內(nèi) 按 鈕 二 層轎 內(nèi) 按 鈕 三 層轎 內(nèi) 按 鈕 四 層轎 內(nèi) 按 鈕 五 層手 動 開 門手 動 開 門一 層 外 呼 上二 層 外 呼 上二 層 外 呼 下三 層 外 呼 上三 層 外 呼 下四 層 外 呼 上四 層 外 呼 下五 層 外 呼 下一 樓 下 平 層 感 應(yīng)二 樓 上 平 層 感 應(yīng)二 樓 下 平 層 感 應(yīng)三 樓 上 平 層 感 應(yīng)三 樓 下 平 層 感 應(yīng)四 樓 上 平 層 感 應(yīng)四 樓 下 平 層 感 應(yīng)五 樓 上 平 層 感 應(yīng)開 門 到 位關(guān) 門 到 位速 度 感 應(yīng) 開 關(guān)光 電 感 應(yīng) 開 關(guān)上 行 強 迫 換 速 開 關(guān)下 行 強 迫 換 速 開 關(guān)觸 板 開 關(guān)上 平 層 干 簧 觸 點下 平 層 干 簧 觸 點abgfdecH L 1H L 2H L 3H L 4H L 5H L 6H L 7H L 8H L 9H L 1 0H L 1 1H L 1 2H L 1 3H L 1 4H L 1 5轎 內(nèi) 樓 層 指 示 一 層轎 內(nèi) 樓 層 指 示 二 層上 行 顯 示轎 內(nèi) 樓 層 指 示 五 層下 行 顯 示一 層 上 行 外 呼 顯 示二 層 上 行 外 呼 顯 示三 層 上 行 外 呼 顯 示三 層 下 行 外 呼 顯 示四 層 下 行 外 呼 顯 示五 層 下 行 外 呼 顯 示電 梯 上 行電 梯 下 行電 梯 低 速 運 行電 梯 高 速 速 運 行變 頻 器 正 轉(zhuǎn)變 頻 器 反 轉(zhuǎn)抱 閘開 門 輸 出關(guān) 門 輸 出電 梯 制 動K M 1S B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 6S B 7S B 8S B 9S B 1 0S B 1 1S B 1 2S B 1 3S B 1 4S B 1 5S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S Q 5S Q 6S Q 7S Q 8S Q 9S Q 1 0S L 1S L 2S 1S Q 1 1S Q 1 2S B 1 6S B 1 7NL 3F X 2 N 8 0 M RK M 3K M 2 圖 PLC 的外部接線 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 異步電動機變頻器調(diào)速的控制原則 12 主電路電氣原理圖 圖 電氣主接線圖 電氣主接線圖中有兩個電機，一個為曳引機的牽引電機，為交流異步電機；另一個為開關(guān)門電機，為直流電機。 電梯的制動 靠制動器來實現(xiàn)， 制動器 就是剎車 ， 是使機械中的運動件停止或減速的機械零件 ， 是電梯重要的安 全裝置，它的安全、可靠是保證電梯安全運行的重要因素之一。 2) 電梯停止運行時，制動器應(yīng)能保證在 125% 的額定載荷情況下，使轎廂保持靜止，位置不變。當(dāng) KM4 接通時，制動器開始制動，按程序設(shè)計，制動 1s 后 KM4 接通，制動器實施抱閘， 使轎廂保持靜止，位置不變。電梯在有門聯(lián)鎖信號后啟動運行經(jīng)加速后