【正文】 度控制，根據(jù)轎廂到達(dá)的不同位置及控制信號需要判斷所要到達(dá)的樓層從而輸出不同的頻率來實現(xiàn)轎廂的速度控制。 （ 5）當(dāng)門電機動作，即在執(zhí)行開門或者關(guān)門動作的過程中，從門電機開始動作到獲得門 到位信號的這段時間不得超過 ，否則門電梯將停止動作蜂鳴器報警，此時可通過按復(fù)位按鈕報警。 （ 6）該系統(tǒng)為雙電梯的并聯(lián)控制技術(shù)，采用兩臺電梯模擬現(xiàn)場的雙電梯技術(shù)，要求根據(jù)反饋信號，通過 PLC的邏輯計算判斷哪個電梯運行相應(yīng)信號，實現(xiàn)快速，高效的運行。 （ 7）該系統(tǒng)采用手動和自動兩種控制方式，以方便機器的故障檢測維修和程序調(diào)試。 3 方案選擇 調(diào)速系統(tǒng) 的選擇 交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向，隨著新型大功率半導(dǎo)體器件的推出，控制理論不斷更新和發(fā)展，微電子技術(shù)不斷完善，各種通用的和高性 能的交流傳動控制系統(tǒng)相繼誕生，多種交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，變頻器的控制精確度和動態(tài)特性也趨于完善 [5]。直流與交流調(diào)速示意圖見圖 31和圖 32。 直流調(diào)速和交流調(diào)速的比 較 表 31直流調(diào)速系 統(tǒng) 與交流調(diào) 速 系統(tǒng)比較 表 Table 31parision table of direct current governor system and alternating current governor system 特性 直流 交流 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 7 頁 共 61 頁 調(diào) 調(diào)速范圍 直流電機換向器的換向能力限制了它們的容量和 轉(zhuǎn)速，其極限容量和轉(zhuǎn)速乘積約為 106KW r／ min，超過這一數(shù) 值時，直流電機的設(shè)計和制造就非常難 了。（如：電機最高轉(zhuǎn)速 1400rpm，功率 4MW，則容量和積為 *106KW r／ min，直流電機設(shè)計將 會比較困難） 交流電 機 沒 有 換向 器 ， 不 受這 種 限 制 ， 因 此特 大容量的電力拖動設(shè)備，如厚板軋機、礦井卷揚機等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動，如高速磨頭、離心機等，都以采用交流調(diào)速為宜。 續(xù)表 31 特性 直流 交流 調(diào)速性 能、動 態(tài)響應(yīng) 直流電動機控制簡單，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)速度，所以它 在機、精密機床和以蓄電池為電源的小型起重運輸機械等設(shè)備中應(yīng)用較多控制穩(wěn)定可靠， 且不易對周圍的設(shè)備產(chǎn)生 EMC 的問題。 交流調(diào)速方法中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制可以控制動態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩，它們的控制性能可以抗衡甚至超過了直流調(diào)速系統(tǒng)，因為交流調(diào)速不存在直流電機的機械電流換相過程和交軸反應(yīng)。現(xiàn)在交流調(diào)速取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為發(fā)展的趨勢，在一些新建的生產(chǎn)線上（包括主傳動）都用交流調(diào)速（包括交流異步電機調(diào)速和交流同步電機調(diào)速）并且直流電機由于整流子的原因，在功率上受到限制，在很多場合直流電動機已經(jīng)不能滿足要求。 轉(zhuǎn)子慣 量 轉(zhuǎn)子慣量較大，加速時間長，影響動態(tài)響應(yīng)性能。 轉(zhuǎn)子慣量遠(yuǎn)小于直流電機，在要求頻繁起制動軋機應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的動態(tài)性能。 低速大 扭矩 適用于低速大轉(zhuǎn)矩的場合，起動性能 優(yōu)良，轉(zhuǎn)矩脈動小。 通過對矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制策略的改進(jìn)，可以大大降低轉(zhuǎn)矩脈動，降低噪聲，使電機可以運行于極 低速下。 節(jié)能 由于直流電機的轉(zhuǎn)動慣量比交流電 機大的多 ， 直流電機的總體效率 低 （通 常在 90％ 左右） 交流電 機 總 體 效率 較 高 （ 可達(dá) 到 97％以上 ） 。 采用交流調(diào)速系統(tǒng)，運行性能優(yōu)異、節(jié)能效果顯著、降低運營成本，軋機等恒轉(zhuǎn)矩設(shè) 備節(jié)電率在 15～ 30％，一般在 20％左右。 電機成 本及維 護(hù) ①直流電機與交流電機相比，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，維護(hù)不便，尤其是其電刷和換相器必須經(jīng)常檢查維修。②換向火花使直流電機的應(yīng)用環(huán)境受到限制，在易燃易爆以及環(huán)境惡劣的地方不能采用。③由于直流電動機換向能力的又限制了單機容量及轉(zhuǎn)速。④直流電動機的價格遠(yuǎn)高于交流電動機。 交流拖 動 控 制 系統(tǒng) 已 經(jīng) 成 為當(dāng) 前 電 力 拖動 控 制 的主要發(fā)展方向，而軋機的交流調(diào)速傳動是當(dāng)代軋機電氣傳動的發(fā)展趨勢：①交流電動機特別是籠型異步電動機的價格遠(yuǎn)低于直流電 動機。②交流電動機無電 刷和換向器，不易出現(xiàn)故障，維修非常簡單。 ③ 交流電動機可靠性和運行效率高，免維護(hù)，所以能在惡劣環(huán)境中安全運轉(zhuǎn)，對使用場合的限制少。④交流電動機的單機容量可遠(yuǎn)大于直流電動機。 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 8 頁 共 61 頁 功率因 數(shù)及對 電網(wǎng)影 響 直流調(diào)速系統(tǒng)一般采用可控硅整流，功率因數(shù)低（觸發(fā)角一般運行時在 4060 度， 功率因數(shù) =）可控硅全導(dǎo)通時功率因數(shù)也只能達(dá)到 93%左右。 采用變頻調(diào)速技術(shù)，功率因數(shù)可達(dá)到 無功。在冶金鋼鐵行業(yè)，需要頻繁制動、開停、加減速、換向需要四象限運行，采用 MV7000的 AFE與 INVERTER公用直流母線的方式，很好地解決了四象限運行問題。多臺電機的逆變器共用一個直流母線，制動、減速時，能量反饋到直流母線上，可以供其他用電設(shè)備使用。由于共用一個有源前端和直線母線，裝置簡化，占地面積更小，總投資減少。軋鋼廠存在大量沖擊性負(fù)載，若控制不好諧波勢必會對電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。采用三電平 PWM調(diào)制技術(shù)的 MV7000變頻器，在網(wǎng)側(cè)實現(xiàn)能量雙向傳輸?shù)耐瑫r還能極大的降低諧波分量，使功率因數(shù)等于 1； 在電機側(cè)輸出三電平等級的近似正弦波，產(chǎn)生的諧波量非常小(可低于 2％ )，轉(zhuǎn)矩脈動平均值小于 2％。 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 9 頁 共 61 頁 圖 31直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖 Figure 31 direct current governor system schematic diagram 圖 32交流 調(diào) 速 系統(tǒng) 示 意圖Figure 32 alternating current governor system schematic diagram上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 10 頁 共 61 頁 直流調(diào)速控制簡單 ， 調(diào)速性能好 ， 變流裝置 (晶閘管整流裝置 )容量小 ， 長期以來在調(diào)速傳動中一直占 統(tǒng)治地位，但也具有以下缺點 : (1)功直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、故障多、維護(hù)困難，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)。 (2)換 向 器 的 換向 能 力 限 制了 電 機 的 容量 和 速 度 。直 流 電 動 機的 極 限 容 量和 速 度 之 積 約 為 106kW． r/min， 許多大型機械的傳動電動機己經(jīng)接近或者超過該值 ， 設(shè)計制造困難 ， 甚至根本制造不出來。 (3)為改善換 向能力 ， 要求電樞漏感小 ， 轉(zhuǎn)子短粗 ， 導(dǎo)致 GD2增大 ， 影響系統(tǒng)動態(tài)性能 ， 在動態(tài)性能要求高的場合，不得不采用雙電樞或者三電樞，帶來造價高、占地面積大、易共振等一系列的問題。 (4)直流電動機除勵磁外 ， 全部輸入功率都通過換向器流入電樞 ， 電機效率低 ， 由于轉(zhuǎn)子散熱條件差， 冷卻費用高。 交流電機沒有上述缺點 ， 但調(diào)速困難 。 近年來 ， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ， 大功率交流調(diào)速的性能己達(dá)到直流傳動的水平 ， 裝置成本降低到與直流傳動相當(dāng)或者略低的程度 ， 由于維修費用及能耗大大降低， 可靠性提高，因此出現(xiàn)了以交流傳動代替直流傳動的強烈趨勢。 采用這項技術(shù)能取得下述效果 : (1)減小維修工作量 ， 減 少停機時間 ， 提高產(chǎn) 量 。 以德國 Dillingen 廠 厚板軋 機 為例 ， 直 流主 傳動年維修工作量 145h， 交流主傳動只需 36h， 僅 為直流傳動時的 1/4。 (2)可以突破直流電動機的功率和速度極限，為設(shè)備提供更大的動力，從而提高產(chǎn)量。 (3)減小電機的轉(zhuǎn)動慣量。 (4)節(jié)能、節(jié)水。 (5)由于交流電動機結(jié)構(gòu)簡單 ， 因此有可能與機械合為一體 ， 形成機電一體化產(chǎn)品 ， 大大簡化機械結(jié)構(gòu)，減小體積和重量，提高可靠性。 (6)成本方面 ， 交流調(diào)速的功率裝置 (變 頻器與電網(wǎng)補償裝置 )和控制裝置比直流調(diào)速的功率裝置 (速流 器與補償裝置 )和控制裝置貴 ， 但是它的電動機便宜 。 隨著電動機功率的增加 ， 交流調(diào)速總成本的增長 比 直 流調(diào)速總成本的增加要慢 ， 大于某一功率后 ， 交流調(diào)速就比直流調(diào)速便宜 。 這臨界功率值各公司看法不同， 目前一般認(rèn) 為是 2020～ 3000kW。若 直 流電動機 的 GD2不能滿 足 工藝要求 ， 需采用雙 電 樞或者三 電 樞時， 交流調(diào)速比直流調(diào)速要便宜許多 [6]。 電梯變頻調(diào)速控制的特點 （ 1）變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小，占空間小，機 構(gòu)簡單，維護(hù)方便，可靠性高，價格低等優(yōu)點。 （ 2）變頻調(diào)速電源使用先進(jìn)的 SPWM技術(shù)和 SVPWM技術(shù)，明顯該善了電梯運行質(zhì)量和運行性能；調(diào)速范圍寬，控制精度好，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷已逐漸取代直流電動機。 （ 3） 變頻調(diào)速電梯采用 先進(jìn) 的 SPWM技術(shù)和 SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯 [7]。 上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 11 頁 共 61 頁 系統(tǒng)整體方案 本電梯系統(tǒng)，以 PLC為核心，利 用旋轉(zhuǎn)編碼器采集脈沖數(shù)來確定轎廂所在位置，從而通過邏輯運算，輸出相應(yīng)的信號控制變頻器的輸出頻率，從而改變 電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電梯的啟動、加速、滿速、減速運行，又保證良好的舒適性。通過旋轉(zhuǎn)編碼 器的脈沖數(shù)的反饋構(gòu)成電梯的閉環(huán)系統(tǒng)的控制。電梯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 33所示： 曳 引 機 門 機 顯 示P L C變 頻 器電 源P GP現(xiàn) 場 信 號P 主 令 信 號 和 傳 感 器 信 號 圖 33 電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Figure33 structured flowchart of elevator system 系統(tǒng)有手動模式和自動模式兩種控制方式，當(dāng)系統(tǒng)處于自動模式時，只需按下操作面板上的系統(tǒng)啟動按鈕， PLC 就會自動執(zhí)行設(shè)定的程序，達(dá)到控制目的；當(dāng)系統(tǒng)處于手動模式時，只 需按下操作面板上手動按鈕，并向 PLC發(fā)出控制輸入，然后由 PLC根據(jù)輸入，操作外部設(shè)備（如繼電器），完成一些列預(yù)先設(shè)定好的動作，便于調(diào)試和排除故障。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件選型 通過合理的硬件選型和線路設(shè)計，是該系統(tǒng)達(dá)到了低噪音、高效率、節(jié)能、安全可靠。 （ 1）在 CPU選型上，充分利用了西門子控制系統(tǒng)可靠性高、指令豐富、通訊和擴展能力強的優(yōu)點，以高性價比占領(lǐng)市場，選用 CPU226作為控制系統(tǒng)控制中樞，利用其兩個獨立的高速計數(shù)器作為電梯位置的定位脈沖采集和電梯運行故障判斷 。 （ 2）在擴展選型上，由于變頻 貨梯為集選并行產(chǎn)品，樓層和轎廂輸入 /輸出信號較多，為盡量降低成本，將集成并行信號分別采用幾個擴展模塊來實現(xiàn)，根據(jù)樓層的多少可自由選用擴展模塊的類型和個數(shù) ，考慮數(shù)字量控制較多，選用 EM223模塊 。 （ 3）在變頻器選型上，采用了西門子 M440 矢量控制變頻器，其脈寬調(diào)制的頻率可選 ， 可以大大降低電機運行噪聲 ， 豐富的矢量控制功能使電梯運行效率更高、更節(jié)能、更可靠 。 （ 4）在接觸器的選型上，全部采用 CJX209型低噪音接觸器 ， 且安全性能好。 變頻器的選型 變頻器是利用電力電子器件把工頻電源變換成各種頻率的 交流電源以實現(xiàn)電動機的變速運行的上海海洋大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 PLC 自動停車庫控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 12 頁 共 61 頁 設(shè)備，是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。本方案選擇 西門子的 MM440 型號， MM440 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器，有多種型號供用戶選用，恒轉(zhuǎn)矩控制方式時額定功率范圍為 120kw～200kw，可變轉(zhuǎn)矩控制方式時的額定功率可達(dá) 250kw。西門子 MM440變頻器由微控制器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極性晶體管（ IGBT）作為功率輸出器件，它具有很高的運行可靠性和功能多樣性。脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率也是可選的，降低了電動機的運行的噪音。本系統(tǒng)選用的是西門子 micromaster440。 圖 45 變頻器圖 Figure45 frequency converter diagram 型號： 6SE64402UC137AA1 輸入電壓： 200