六層電梯升降變頻控制系統(tǒng)_課程設計

1、六層電梯升降變頻控制系統(tǒng)_課程設計 六層電梯升降變頻控制系統(tǒng)1引言隨著現(xiàn)代城市的開展，高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ摺ｋ娞菪阅艿暮脡膶θ藗兩畹挠绊懺絹碓斤@著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運行既高效節(jié)能又平安可靠。我國電梯控制系統(tǒng)主要有三種方式：繼電器控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。其中PLC控制系統(tǒng)以其顯著的優(yōu)點成為電梯控制系統(tǒng)的主流。PLC控制系統(tǒng)主要有雙速電梯系統(tǒng)和變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，后者通過改變電機供電的電壓和頻率，平滑調(diào)節(jié)電梯速度，可以獲得更好的乘坐舒適感，它平層精度高，并具有顯著的節(jié)能效果，保障了電梯的可靠性，成功地解決了電梯運行的舒適

2、感問題。過去，對中、低速電梯主要采用拖動系統(tǒng)來構(gòu)成其曳引系統(tǒng)，應用變極方式實現(xiàn)電機的調(diào)速。因為這種系統(tǒng)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，無法對電機的轉(zhuǎn)速和加、減速進行準確的控制，所以此方式的舒適感和平層精度都較差。后來又采用交流調(diào)壓調(diào)速控制的電梯，進行速度閉環(huán)控制，其舒適感和平層精度都有較大提高，但它卻很難實現(xiàn)精確控制，并且能耗大，輸人功率因數(shù)也低，影響了系統(tǒng)的整體性能。對于高速電梯，過去主要采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，存在維護難等問題，并且調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)也不高。與前述方式相比擬，變頻調(diào)速那么是各種調(diào)速方法中效率、性能均較好的一種。本設計內(nèi)容針對低層樓房客梯控制系統(tǒng)進行認真分析，討論了電梯控制系統(tǒng)設計的有關(guān)問

3、題。根據(jù)當前電梯的開展趨勢，注重反映新的PWM技術(shù)，利用先進的變頻調(diào)速技術(shù)和強大的PLC功能實現(xiàn)了對電梯變頻調(diào)速的控制，通過合理的設備選型、硬件電路連接和整體軟件設計，完成電梯的各個功能，保證電梯的平安運行及應急狀況處理。2概述電梯的概述電梯的概念電梯是效勞于規(guī)定樓層，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15°的剛性導軌之間的固定式升降設備。廣義的電梯概念包括載人貨電梯、自動扶梯、自動人行道等，是指動力驅(qū)動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運動的梯級踏步，進行升降或者平行運送人或者貨物的機電設備。狹義的電梯是指效勞于規(guī)定樓層、有轎廂的垂直升降設備，不包括自動扶梯、自動人行道。自動扶

4、梯Escalator是帶有循環(huán)運行梯級，用于向上或向下傾斜輸送乘客的固定電力驅(qū)動設備。自動人行道Passenger?conveyor是帶有循環(huán)運行式走道，用于水平或微傾斜的輸送乘客的固定電力驅(qū)動設備。電梯的分類按用途分類：乘客電梯、載貨電梯、病床電梯、雜物電梯、效勞電梯、住宅電梯、特種電梯。按驅(qū)動方式類：交流電梯，直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、直線電機驅(qū)動的電梯。按速度分類：低速電梯速度不大于1.75m/s超高速電梯速度大于6m/s按有無減速器分類：按有無司機分類：有司機電梯、無司機電梯、有/無司機電梯。按控制方式分類：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、并聯(lián)控制電

5、梯、群控電梯、微機控制電梯。電梯的工作原理一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜/箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設有?？空尽Ｆ瘘c站設在一樓，終點站設在最高樓。各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設置有雜物電梯除外操縱箱，操縱箱上設置有手柄開關(guān)或與層站對應的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，而電

6、梯的自動化程度比擬高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務。盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的停靠站上有順向的指令信號時，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況那么類似卡車，執(zhí)行任務為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指

7、令任務，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在執(zhí)行任務的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假假設中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動停靠，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本設計主要研究六層六站的電梯控制系統(tǒng)，分述其硬件設計和軟件設計過程。設計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要到達以下要求：1電動機額定功率為7.5kW的3相異步電動機： 額定電壓400VAC；額定電流15.3A，額定功率7.5kW, 額定轉(zhuǎn)速1455 r/min；額定功率因數(shù)0.82，額定效率0.9。2采用兩個固定頻率，50HZ 對應1m/s 速度，6HZ 的速度用于減速停車。3起動和制動斜坡積分時間設定為3

8、秒，其中含有0.7 秒的平滑積分時間。4變頻器采用遠方控制方式。5變頻器的運行狀態(tài)指示如運行、停止、過流、低壓等。6變頻器的報警處理3電梯變頻調(diào)速控制系統(tǒng)電力電網(wǎng)送來的380V動力電源變?yōu)榭煽氐闹绷麟姡?jīng)變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的頻率可變的變頻變壓三相正弦交流電，驅(qū)動電動機平穩(wěn)運行。假設配置交流變頻曳引機效果更佳，本錢亦低。當電梯檢修時，PLC向變頻器發(fā)出方向和檢修運行信號，系統(tǒng)按預先編好的速度指令使電梯轎廂作上、下慢速運行。變頻器內(nèi)部帶電流反應和速度反應。電梯的速度總是跟隨理想曲線的變化而變化的。由電機學原理可知三相異步電動機的轉(zhuǎn)速可由下式表示：式3.1式中：為電機的電源頻率，為電動機定子繞組的極對

9、數(shù)，為轉(zhuǎn)差率從上式3.1可看出，在極對數(shù)P和轉(zhuǎn)差率不變的情況下，轉(zhuǎn)速n與電機電源的頻率成正比，改變電動機的頻率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)電梯的零速起動。3.2.2變頻器組成、工作原理及其分類 變頻器組成及工作原理變頻器通常由主電路、控制電路和保護電路組成。主電路如圖4.2所示。主電路包括整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié)。圖3.2 變頻器主電路圖其整流電路采用的是不可控的二極管整流電路，而變頻器的輸出頻率和輸出電壓均由逆變器按PWM方式來完成。利用參考電壓波與載頻三角波互相比擬來決定開關(guān)器件的導通時間，從而實現(xiàn)調(diào)壓。逆變器又稱負載變流器，最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個半導體主開關(guān)器件組成的三相橋式

10、逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。中間直流環(huán)節(jié)。由于逆變器的負載是異步電動機，屬于感性負載，故在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。此無功功率要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件電容或電抗來緩沖，故又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。 變頻器的類型按電源的性質(zhì)來分：電壓型變頻器，電流型變頻器按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分：PAM方式，PWM方式，高載波變頻率PWM方式按控制方式分：U/f控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制按電壓等級分：低壓變頻器，高壓大容量變頻器按用途分：通用變頻器，高性能專用變頻器，高頻變頻器，小型變頻器。隨著變頻器性能價格比的提高，交流變

11、頻調(diào)速己應用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。目前，為電梯控制而設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。因此，本設計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器?安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，通過合理的配置、設計和編程，同樣可以到達專用變頻器的控制效果。電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，它的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內(nèi)容，此外電梯節(jié)約用電也日益受到重視。綜合考慮各種因素，本設計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，它具有轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效

12、率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。VS616-G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。VS-616G5變頻器的標準規(guī)格：表3.1 616G5型變頻器的標準規(guī)格電壓220V400V容量范圍1.2?110KVA1.4?460KVA電源電壓頻率200V： 三相 200V/208V/220V400V： 三相380V/400V/415V/440V/460V電壓允許變動+10% -15%頻率允許變動士5%控制特性控制

13、方式正弦波PWM控制，V/f控制無傳感器矢量控制無PG，帶傳感器矢量控制帶PG帶傳感器V/f控制用參數(shù)切換啟動轉(zhuǎn)矩150%/1 Hz無PG I50%/0 r/min帶PG速度控制范圍1:100無PG 1:1000帶PG速度控制精度士0.2%無PG 0.02%帶PG速度響應5Hz無PG30Hz帶PG轉(zhuǎn)矩精度士5%轉(zhuǎn)矩響應20Hz無PG以上 150HZ帶PG以上頻率控制范圍0.1?4000HZ頻率精度數(shù)字式指令士0.01 %-10C?y+40C模擬指令士0. 1%25C?士l OC頻率設定分辨率數(shù)字式指令0.01 Hz/100Hz過載量額定輸出電流的150% 1 min頻率設定信號-10?10V0

14、?10V 4?20MA加減速時間0.01?6000S制動轉(zhuǎn)矩約20%抑制高次諧波直流電抗器內(nèi)帶200V 24kVA 400V 26kVA以下可選擇12相整流不能變動操作裝置16字X2線日語液晶顯示接通插件板可選擇16種最多可裝3塊保護功能電機保護，變頻器過載，瞬時電流、電壓下降，過電壓，電壓缺相。VS-616G5變頻器的特點如下： 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 保護功能完善、維修性能好。 通過LCD操作裝置，可提高操作性能。 變頻器功率的計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行選取。設電梯曳引機電機功率為P1，電梯運行速度為v，電梯自重為W1，電梯載重為W2，配重為W3，重力加速度為g，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2有： 式3.2其中為摩擦力，s可忽略不計。電機功率P1，變頻器功率P應接近于電機功率P1，相對于P2留有較大裕量，因此可以取 式3.3變頻器制動電阻參數(shù)的計算由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應具有制動功能，帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但本錢太高。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，本錢較低而且具有良好的使用效果.能耗