【正文】 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。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計20（1）為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求。 通用變頻器簡介上個世紀 80 年代初，通用變頻實現(xiàn)了商品化。（1） 容量不斷擴大80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實現(xiàn)了通用化。 （2） 結(jié)構(gòu)的小型化變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路（LSI）和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。（3） 多功能和智能化電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。（4） 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床，加工中心超高速伺機的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器；在其它方面，如農(nóng)用機械、食品機械、木工機械、印刷機械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公元噴水池，可以說其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計22續(xù)擴大。本設(shè)計關(guān)鍵在于保證電梯按理想給定速度曲線運行，改善電梯的舒適感。M440 的矢量控制和可編程的 S曲線功能，使轎廂在任何情況下都能平穩(wěn)運行且保持乘客的舒適感，特別在轎廂突然停止或起動時。因此本次設(shè)計選用了西門子 M440 型變頻器。本系列有多種型號，額定功率范圍從 120W 到 200kW（恒定轉(zhuǎn)矩（CT ）控制方式） ，或者可達 250 kW（可變轉(zhuǎn) 矩（VT）控制方式） ，供用戶選用。同時它的復(fù)合制動功能改善了制動特性，加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能，以及動力制動的斜坡緩沖功能，本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。其脈沖寬度 調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計23電動機運行的噪聲。MICROMASTER 440 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制 系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。MICROMASTER 440 既可用于單獨驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到‘自動化系統(tǒng)’中。（2）易于調(diào)試。（4）可由 IT （中性點不接地）電源供電。（6）參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進行配置。（8）具有多個繼電器輸出。（10）6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線。（14）模塊化設(shè)計，配置非常靈活。（16）詳細的變頻器狀態(tài)信息和全面的信息功能。 變頻器主要參數(shù)設(shè)置西門子 M440 變頻器特點及技術(shù)指標如圖 33 所示：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計25 圖 33M440 的特點及技術(shù)指標MM440 有兩種參數(shù)類型：以字母 P 開頭的參數(shù)為用戶可改動的參數(shù)；以字母 r 開頭的參數(shù)表示本參數(shù)為只讀參數(shù)。同時為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計26率應(yīng)盡可能低些，以減小停車沖擊。（2）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。（4）PLC 可進行故障自動監(jiān)測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。（6）更改控制方案時不需要改動硬件連線。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算式運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算式運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。 ” 由此可見，PLC 是能直接運用于工業(yè)環(huán)境的，而且具有與其它順序控制裝置明顯不同的特點。正是由于 PLC 的使用范圍廣泛，優(yōu)點眾多，才成為解決自動控制問題的最有效工具。PLC 采用了現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝制造嚴格，并且內(nèi)部電路具有很強的抗干擾能力，因此具有很高可靠性。現(xiàn)代 PLC 除了具備邏輯處理功能，還具備完善的數(shù)字運算能力，被許多數(shù)字控制領(lǐng)域所運用。（3）控制靈活，程序可變，具有良好的柔性PLC 產(chǎn)品采用模塊化的形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選擇，用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。（4）系統(tǒng)設(shè)計、建造的工作量小，維護方便，易改造PLC 用存儲邏輯取代了接線邏輯，減少了控制設(shè)備外部的接線數(shù)量，大大縮短了控制系統(tǒng)設(shè)計和建造的周期，這也使維護變得很容易。體積小能夠使 PLC 很容易地裝入機械內(nèi)部，能夠十分理想地實現(xiàn)幾點一體化。20 世紀60 年代中期，小型計算機被應(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，大大提高了控制系統(tǒng)的性能。20 世紀 60 年代末期，西方工業(yè)國家出現(xiàn)經(jīng)濟大蕭條，作為工業(yè)龍頭的汽車工業(yè)受到沉重打擊。但原有的控制系山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇30統(tǒng)由繼電器和接觸器等組成，靈活性差，不能滿足生產(chǎn)工藝不斷更新的需要。（2）維護方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)。（4）體積小于繼電器控制柜。（6）價格能與繼電器控制柜競爭。（8）輸出≥AC 115V、2A，能直接驅(qū)動電磁閥。（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4KB。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂、操作方便、可靠性高、使用靈活、體積小、壽命長等一系列優(yōu)點很快就推廣到其他工業(yè)領(lǐng)域。在可編程序控制器的早期設(shè)計中雖然采用了計算機的設(shè)計思想，但只能進行邏輯（開關(guān)量）控制，主要用于順序控制，所以被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC。除了常規(guī)的邏輯控制功能外，PLC 還具有模擬量處理、數(shù)據(jù)運算、運動控制、PID（ProportionalIntegralDifferential）控制和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，易于實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)（Flexible 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇31Manufacturing System，F(xiàn)MS） ，因而與機器人及計算機輔助設(shè)計/制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）一起并稱為現(xiàn)代控制的三大支柱。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電器制造商協(xié)會（National Electrical Manufactures Association，NEMA ）經(jīng)過調(diào)查，將其正式命名為 Progrannable Controller，簡稱 PC（后人為與個人計算機 Personal Computer 區(qū)別起見稱做 PLC） ，并給出了 PLC 的定義。 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也不同，但是結(jié)構(gòu)與工作原理大同小異，一臺完整的 PLC 通常由中央處理單元 CPU、存儲器、輸入輸出等部分組成。其中，中央處理器是PLC 的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路，用于運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、做出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。輸入接口接受輸入設(shè)備的控制信號，輸出接口是將主機處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備。輸入輸出擴展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲器等多種形狀。通過它，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇33PLC 可以與編程器、打印機等外部設(shè)備相連。外部設(shè)備接口一般分為通信接口和專業(yè)接口兩種。通信接口是 PLC 實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道，通過這些接口，PLC 主機可與編程器、監(jiān)視器、打印機及其他的 PLC 和計算機相連。通過專用的 PC/PPI 電纜將 PLC 與電腦連接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監(jiān)控。它的作用是把外部的供電電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各電源所需的電源。PLC 的內(nèi)部電源一般采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾能力強。15%左右的變化。PLC 的工作原理PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。一個掃描周期主要可分為：讀輸入階段、執(zhí)行程序階段、處理通信請求階段、執(zhí)行 CPU 自診測山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 PLC 的選擇34試階段和寫輸出階段。如果程序中使用了立即 I/O 指令，可以直接存取 I/O 點。 PLC 的選擇本次設(shè)計采用西門子 S7200 系列，出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。STEP 7Micro/WIN V40 提供兩套指令集，即 SIMATIC 指令集和國際標準指令集。S7200 PLC主機的型號、種類較多，可適應(yīng)不同需求的場合。它們指令豐富、速度快、可靠性好、具有較強的通信能力，表 21 列出了 S7200CPU 模塊的主要技術(shù)指標。選擇過程中，應(yīng)遵循以下幾個原則：（1）最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求。這就要求設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。不宜盲目追求自動化和高指標。保證要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計上、器件選擇上、軟件編程上要全面考慮。隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，對控制系統(tǒng)的要求也會不斷提高，不斷加以完善。這要求在選擇 PLC 機型和輸入/輸出模塊時，要求留有一定的裕量。如果速度曲線在升降交界處不圓滑，那么乘客就會覺得不舒服，因此，電梯的速度給定曲線就成為滿足舒適感和準確平層的關(guān)鍵。為獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計為兩段拋物線加一段直線，該曲線形狀的構(gòu)成與改變則由加速度斜率與拋物線變化率決定。 電梯的控制要求電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機、操縱盤、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。（2）各層均設(shè)有上升和下降呼叫開關(guān)，其中最頂層只有下降呼叫開關(guān)，最下層只設(shè)有上升呼叫開關(guān)。（3）當(dāng)有外呼或者內(nèi)呼信號時，電梯響應(yīng)信號，到達信號樓層時，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計39打開電梯門，延時 5s 后，自動關(guān)門。（5）電梯停止時，有延時關(guān)門，手動開門。 電梯工作過程分析（1）開始時，電梯處于任意一層。（3）在電梯運行時有呼梯信號到達，若該信號與運行方向相反則不響應(yīng)，但是，如果反方向已經(jīng)沒有其他的呼梯信號時，則響應(yīng)該信號向相反的方向運行。（4）電梯具有最遠反向外呼梯功能。（5）在電梯未平層或者正在運行時，開關(guān)門按鈕均不起作用。表 51 I/O 分配表序號 名稱 輸入點 序號 名稱 輸出點1 一層平層 1 電梯上行指示 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計412 二層平層 2 電梯下行指示 3 三層平層 3 電機正轉(zhuǎn)電梯上行 4 四層平層 4 電機反轉(zhuǎn)電梯下行 5 一樓內(nèi)呼 5 一樓內(nèi)呼指示燈 6 二樓內(nèi)呼 6 二樓內(nèi)呼指示燈 7 三樓內(nèi)呼 7 三樓內(nèi)呼指示燈 8 四樓內(nèi)呼 8 四樓內(nèi)呼指示燈 9 一樓上行 9 一樓上行指示燈 10 二樓上行 10 二樓上行指示燈 11 二樓下行 11 二樓下行指示燈 12 三樓上行 12 三樓上行指示燈 13 三樓下行 13 三樓下行指示燈 14 四樓下行 14 四樓下行指示燈 15 手動開門 15 門電機正轉(zhuǎn)電梯開門 16 手動關(guān)門 16 門電機反轉(zhuǎn)電梯關(guān)門 17 開門限位 18 關(guān)門限位 19 電梯上升極限位 20 電梯下降極限位 21 人體紅外線檢測光幕 外部接線圖本次設(shè)計的 PLC 的外部接線圖如圖 5