MM440變頻器在電梯中的應(yīng)用

摘要本文介紹一種電梯變頻器控制系統(tǒng)。電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求到達電梯運行的“穩(wěn)、準、快〞的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和MM440變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本設(shè)計控制單元采用以西門子的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制,采用MM440變頻器進行速度調(diào)節(jié)，到達運行平安、可靠、舒適的要求。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的升降；加、減速；平層；起動、制動控制。其結(jié)構(gòu)簡單、運行效率高、平層精度高、易于理解與掌握。關(guān)鍵詞：電梯，PLC控制系統(tǒng)，變頻器AbstractThistextintroducesthecontrolsystemofakindofelevatorPLC.Theelevatorisperpendiculardirectionaloftheconveyanceequipmentsbeindispensableinthehighbuildingoftransportationequipments.Itdependselectricpower,draggingalongtomoveacarthatcancarrypersonorthingandleadatrackinthebuildingofthewellwayupdoperpendicularitytoascendanddescendsport,thereisprominentfunctioninthepeople'slife.AndthecontrolelevatorcirculateofthePLCsystemalsohasmoreandmorehighrequest,requesttoattainthemovementpurposeof"steady,quasi-,quick"ofelevatormovement.ThatsystemmainlyfromPLC,logiccontroltheelectriccircuitconstitute.Includeanexchangesdifferencetotreadelectricmotoramongthem,aftertheelectricappliances,getintouchwithamachine,routeoftravelswitchandpressbutton,giveoutlighttheindicatorconstituteandMM440transducerforthecontrolsystemofintegralwhole.ThethismachinecontrolunitadoptioncarriesonwholeprocessacontroltothemachinebytheprogrammablecontrollerPLCofSiemenscompany.ThewholesystempassesPLC,logiccontroltheelectriccircuitistotheriseandfallofelevator;Add,decelerate;Evenlayer;Start,maketomoveacontrol.Itsstructureissimpleandcirculateanefficiency,evenlayeraccuracy,beeasytocomprehensionandcontrol.Keywords：elevator，PLCcontrolssystem，transducer第一章方案論證61.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題6電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點6電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題71.2PLC及其在電梯控制中的應(yīng)用特點71.2.1PLC的特點71.2.2PLC控制電梯的優(yōu)點91.3電梯變頻調(diào)速控制的特點91.4課題的來源91.5課題研究的實際意義10第二章電梯設(shè)備及其主要參數(shù)102.1電梯的出現(xiàn)102.2電梯設(shè)備11電梯的分類11電梯的主要參數(shù)112.2.3乘客電梯參數(shù)尺寸122.3電梯的開展概況12電梯技術(shù)開展概況13電梯開展展望13第三章電梯的根本構(gòu)成及控制原理143.1電梯土建的根本結(jié)構(gòu)143.2電梯機械的根本結(jié)構(gòu)143.3電梯電氣系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)16電梯的拖動系統(tǒng)163.3.2電梯的控制系統(tǒng)173.4電梯控制系統(tǒng)的原理與要求17第四章變頻器的選擇194.1變頻器的分類194.2變頻器的選擇19選擇變頻器品牌型號19選擇變頻器規(guī)格19選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件194.3通用變頻器20通用變頻器概況20西門子MM440型通用變頻器21第五章PLC的結(jié)構(gòu)及根本指令235.1PLC的結(jié)構(gòu)原理235.1.1PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)235.1.2可編程控制255.2PLC的工作原理255.2.1PLC的等效工作電路25、PLC的工作原理265.3PLC的軟件系統(tǒng)265.4STEP7編程軟件的編程語言及根本指令275.4.1STEP7編程軟件的編程語言275.4.2STEP7編程軟件的根本指令28第六章MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計286.1MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)286.2MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)296.3MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)硬件開發(fā)30設(shè)計思想316.3.2電梯控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計33電梯控制系統(tǒng)MM440變頻器硬件設(shè)計34第七章系統(tǒng)軟件設(shè)計367.1PLC的編程語言367.2電梯設(shè)計流程圖377.3三層電梯梯形圖38外召喚信號登記及消除38內(nèi)指令信號登記及消除387.3.3電梯的平層信號處理407.3.4選層定向及反向截梯407.3.5內(nèi)指令外召喚信號的保持437.3.6各樓層停車信號447.3.7自動開關(guān)門45結(jié)束47致謝……………………47參考文獻49前言電梯是隨著高層建筑的興建而開展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,電梯在現(xiàn)代社會已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時有個叫阿基米德的人設(shè)計出人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn),繼而又在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力,這才出現(xiàn)名副其實的電梯,并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批4—6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的開展時期。實際上，電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)應(yīng)采用隨機邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制那么由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器〔PLC〕取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多采用第二種方式，其原因在于用PLC控制有許多優(yōu)點：1，可靠性高，由于采取了一系類的PLC高可靠性的措施，PLC的平均無故障時間一般可達3-5萬小時。而且PLC的環(huán)境適應(yīng)性也很強，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；2，編程簡單，PLC最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣闊現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)工作流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活；3，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC的體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能?？删幊炭刂破鞑粌H充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為根底的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)、調(diào)試和查錯都很容易。用戶買到所需要的PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試都不需要具有專門的計算機編程語言知識。PLC現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱〔PLC、CAD/CAM、ROBOT〕之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。自20世紀80年代初通用變頻器問世以來，通用變頻器更新?lián)Q代了五次：第一代是80年代初的模擬式通用變頻器，第二代是80年代中期的數(shù)字式通用變頻器，第三代是90年代初的智能型通用變頻器，第四代是90年代中期的多功能通用變頻器，本世紀研制上市了第五代集中型通用變頻器。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。由于PWM可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點，因此在交流傳動乃至其他能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比擬，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實時在線的PWM信號輸出，PWM在各種應(yīng)用場合仍占主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點。為了滿足電梯平安、可靠、舒適運行的要求，本設(shè)計采用西門子MM440變頻器進行速度控制以到達以上要求。在典型的升降系統(tǒng)的轎廂控制中，要與配重相結(jié)合，系統(tǒng)表現(xiàn)為很大的慣性復(fù)雜性。所以傳動裝置必須有很大的起動力矩。西門子MM440變頻器可以控制電梯從靜止到平滑起動期間提供200%三秒鐘的過載能力。MM440變頻器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)的運行且保證乘客的舒適感，特別在轎廂突然停止和突然起動時。MM440變頻器高力矩輸出和過載能力保證電梯可靠、無跳閘運行，通過調(diào)節(jié)變頻器的調(diào)制頻率，可以使電梯靜音運行。S形曲線設(shè)定保證電梯平滑操作，提高乘坐舒適感。電梯采用變頻器控制，減少了電梯的機械維護量?？傊?，電梯的控制是比擬復(fù)雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的開展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適應(yīng)電梯控制的要求和開展，與PLC相比擬，存在質(zhì)的差異。電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。同時，MM440變頻調(diào)速使用了先進的SPWM技術(shù)，具有優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率和節(jié)電效果，得到廣泛的應(yīng)用。可編程控制器和MM440變頻器相結(jié)合，使得電梯的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。第一章方案論證隨著現(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，保證電梯的運行高效節(jié)能又平安可靠。電梯是垂直運輸工具，屬于位能負載，并且要求頻繁起停，隨著載客量多少的變化、上下行的變換，在空載上行或重載下行時，電動機的負載最小，甚至是處于發(fā)電狀態(tài)，而電梯在重載上行或空載下行時，電動機的負載最大，是處于電動狀態(tài)，這就要求電動機在四象限運行。傳統(tǒng)的電梯曳引電動機采用接觸器來實現(xiàn)電動機工作狀態(tài)的改變，雙速異步電動機在定子回路中串電抗與電阻來實現(xiàn)電動機的調(diào)速，這滿足不了乘客的舒適感；另外，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鱌LC是根據(jù)順序邏輯控制的需要而開展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的開展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平層的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個熱點。1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點〔1〕所有控制功能及信號處理均由硬件實現(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?！?〕系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器?！?〕大局部電器均為常用控制電器，更換方便，價格廉價。〔4〕多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題〔1〕系統(tǒng)觸點繁多接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高【1】?！?〕普通控制電器及硬件接線方法難以實現(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?！?〕電磁機構(gòu)及觸點動作速度比擬慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高?！?〕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大?！?〕由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。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平安性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。1.2PLC及其在電梯控制中的應(yīng)用特點1.2.1PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣。以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)字運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器〔布爾處理器〕，進行點〔位〕運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點。1、可靠性對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?！?〕PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短?！?〕PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，提高了MTTR，使可靠性提高?！?〕PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤?！?〕PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程錯誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高?！?〕在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器內(nèi)容的保護等。〔6〕PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。2、易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在以下幾個方面：〔1〕操作方便PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序?qū)ふ?，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。〔2〕編程方便PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言，十分有助于編程人員的編程?！?〕維修方便PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。3、靈活性PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面：〔1〕編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展?！?〕擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展?！?〕操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。1.2.2PLC控制電梯的優(yōu)點〔1〕在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?！?〕去掉了選層器及大局部繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化?！?〕PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。〔4〕PLC可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行平安性，并便于檢修。〔5〕用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率?！?〕更改控制方案時不需改動硬件接線【2】。1.3電梯變頻調(diào)速控制的特點隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速開展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的開展也十分迅速。電動機交流變頻技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(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)點而被國內(nèi)外公認為最有開展前途的調(diào)速方式。〔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、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。〔2〕變頻調(diào)速電源使用了先進的SPWM技術(shù)SVPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運行質(zhì)量和性能；調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機調(diào)速?！?〕變頻調(diào)速電梯使用先進的SPWM和SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。1.4課題的來源變頻器以其優(yōu)越的性能，在很多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在電梯業(yè)也是如此，目前國內(nèi)70～80年代安裝完成的電梯絕大局部是繼電器控制，線路復(fù)雜，節(jié)點接線多，故障率高，調(diào)速方式一般采用變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速。維修困難，屬于能耗型調(diào)速，效率低，發(fā)熱量大，調(diào)速性能指標較差，嚴重地影響電梯運行質(zhì)量。應(yīng)對這些電梯進行更新和改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，所以對電梯進行局部改造是經(jīng)濟的、實際的。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器〔PLC〕來控制電梯，取得了良好效果。利用PLC和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、平安性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。1.5課題研究的實際意義在電梯的控制中其控制量多、邏輯性強、隨機性大是其主要特點，對于PLC控制設(shè)計來說，電梯控制系統(tǒng)具有很強的實用性和典型性，研究、分析電梯的邏輯關(guān)系，進而實現(xiàn)控制，對于理解和學(xué)習(xí)PLC都具有很好的意義?？刂齐娞葸\行的PLC系統(tǒng)要求到達電梯運行的“穩(wěn)、準、快〞的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以西門子公司的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的開關(guān)門，升降，加、減速，平層，起動、制動控制。要求其到達結(jié)構(gòu)簡單、運行效率高、平層精度高、使其能夠易于理解與掌握。課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器〔PLC〕和變頻器改造在用電梯自動控制系統(tǒng)。由于大局部老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器〔PLC〕來控制電梯。調(diào)速系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速，在各種負載下都有良好的調(diào)速性能和準確的停車性能，滿足乘客的舒適感和保證平層精度〔即準確停車〕，并能節(jié)約大量電能。第二章電梯設(shè)備及其主要參數(shù)2.1電梯的出現(xiàn)1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的創(chuàng)造－歷史上第一部平安升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經(jīng)開展成為世界、亞洲和中國領(lǐng)先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓的垂直交通工具―電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內(nèi)投入運行。為了確保電梯正常運行、平安使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯【3】。2.2電梯設(shè)備電梯的分類電梯的分類有各式各樣：〔1〕按用途分類乘客電梯；載貨電梯；客貨電梯；病床電梯；雜物電梯；住宅電梯；特種電梯；〔2〕按速度分類低速電梯1m/s以下；高速電梯1~2m/s超高速電梯4m/s以上〔3〕按驅(qū)動電源分類交流電梯速度一般小于2m/s直流電梯速度一般大于2m/s〔4〕按控制方式分類層間控制；簡易集選控制；集選控制有無司機控制；群控電梯的主要參數(shù)〔1〕載重量(kg)制造和設(shè)計規(guī)定，電梯的額定載重量?！?〕轎廂尺寸(mm)寬*深*高?！?〕轎廂形式有單或雙面開門及其他特殊要求等，以及對轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇，對的要求等等?！?〕轎門形式有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙折門、封閉式雙折中分門等?！?〕開門寬度(mm)轎廂門和層門完全開啟時的凈寬度?！?〕開門方向人在轎外面對轎廂門向左方向開啟的為左開門，門向右方向開啟的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱中分門?！?〕曳引方式常用的有半繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。半繞2：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩運行速度的一半。全繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。〔8〕額定速度(m/s)制造和設(shè)計所規(guī)定的電梯運行速度。〔9〕電氣控制系統(tǒng)包括控制方式、拖動系統(tǒng)的形式等。如交流電機拖動或直流電機拖動，轎內(nèi)按鈕控制或集選控制等?！?0〕停層站數(shù)(站)凡在建筑物內(nèi)各樓層用于出入轎廂的地點均稱為站?！?1〕提升高度(mm)由底層端站樓面至頂層端站樓面之間的垂直距離?！?2〕頂層高度(mm)由底層端站樓面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直的距離。電梯的運行速度越快，頂層高度一般越高?！?3〕底坑深度(mm)由底層端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運行速度越快，底坑一般越深?！?4〕井道高度(mm)由井道底面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直距離?！?5〕井道尺寸(mm)寬*深。電梯的主要參數(shù)是電梯制造廠設(shè)計和制造電梯的依據(jù)。用戶選用電梯時，必須根據(jù)電梯的安裝使用地點、載運對象等，按標準的規(guī)定，正確選擇電梯的類別和有關(guān)參數(shù)與尺寸，并根據(jù)這些參數(shù)與規(guī)格尺寸，設(shè)計和建造安裝電梯的建筑物，否那么會影響電梯的使用效果。乘客電梯參數(shù)尺寸此題目選取新國家標準GB/T7025.1-7025.3－97中的規(guī)定中的乘客電梯作為設(shè)計對象，為適應(yīng)我國電梯產(chǎn)品迅速開展的要求，原部頒標準JB1435－74和國標GSB7025－86已遠不能適應(yīng)電梯產(chǎn)品的開展的需求。因此，國家在1997年又正式頒發(fā)具有國際水平的新的國家標準GB/T7025.1-7025.3－97以取代前述各標準。新國標GB/T7025.1-7025.3－97對已批量生產(chǎn)的乘客電梯、住宅電梯，載貨電梯，病床電梯，雜物電梯等類別電梯的主要參數(shù)及轎廂、井道、機房的形式與尺寸作了具體規(guī)定。2.3電梯的開展概況隨著現(xiàn)代建筑的開展，日益增高的高層建筑已成為現(xiàn)代都市的重要的標志，作為高層建筑的垂直運載工具電梯得到了快速開展。電梯是效勞于三分之一樓層的固定式升降設(shè)備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直上的傾斜角小于15°的剛性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物。它適用于裝置在兩層以上的建筑內(nèi)，是輸送人員或貨物的垂直提升設(shè)備的交通工具。追溯電梯這種提升設(shè)備的歷史，早在公元前我國就有利用人力作動力和簡單提升設(shè)備，直到現(xiàn)在我國北方局部農(nóng)村仍用手搖轱轆提取井水的升降提水裝置，所以說，我國是世界上最早出現(xiàn)這種提升設(shè)備――電梯雛形的國家之一。隨著電子工業(yè)的開展，新技術(shù)、產(chǎn)品不斷用于電梯控制系統(tǒng)，如可編程控制器的應(yīng)用；單片機的應(yīng)用；無觸點半導(dǎo)體邏輯控制晶閘管〔俗稱可控硅〕的應(yīng)用；集成電路及數(shù)字控制、計算機群控制及調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)的應(yīng)用、拖動系統(tǒng)簡化、性能提高等。生活在繼續(xù)，科技在開展，電梯也在進步。電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新－手柄開關(guān)操縱，按鈕控制，信號控制，集選控制、人機對話等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢，變速式自動人行道扶梯大大節(jié)省了行人的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯那么使身處其中的乘客的視線不再封閉。一個半世紀的風(fēng)風(fēng)雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升現(xiàn)代人生活質(zhì)量的承諾【4】。電梯技術(shù)開展概況〔1〕電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數(shù)量愈來愈多?！?〕電梯的拖動技術(shù)有了較大的開展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動電梯更是得到迅速的開展，已由以前的變級調(diào)速〔AC-VP〕開展成為調(diào)壓調(diào)速〔AC-VV〕及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速〔AC-VVVF〕，使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善?！?〕電梯的邏輯控制已從過去簡單的繼電器——接觸器控制開展為可編程序控制器〔PLC〕和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制開展為集選控制、并聯(lián)控制、群控等，電梯可靠性得到很大的提高。〔4〕電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術(shù)，不斷滿足擁護的使用功能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等?！?〕智能群控管理得到廣泛應(yīng)用?！?〕機械傳動方面，由于國際上機構(gòu)加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應(yīng)用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。電梯開展展望〔1〕結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的開展，電梯的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度開展?！?〕技術(shù)含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術(shù)開展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更平安、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流；由于永磁技術(shù)的先進性，將來很有可能取代VVVF技術(shù)。另外，網(wǎng)絡(luò)控制和智能群控系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的開展潮流?！?〕安裝更方便、更快捷高效、平安、可重復(fù)使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向平安裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)?！桨?、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要開展方向。3.電梯的根本構(gòu)成及控制原理電梯是一種較為復(fù)雜的機電一體化的設(shè)備，一臺完整的電梯主要由成土建局部，機械局部和電氣局部組成。3.1電梯土建的根本結(jié)構(gòu)土建局部大致由機房，井道，底坑組成。一、電梯機房：通常電梯機房設(shè)在建筑物的頂樓，機房內(nèi)沒廂控制柜，電梯曳引主機，導(dǎo)向輪，防止電梯超速的限速器，電梯的總電源盒等部件。二、電梯井道：是在機房曳引機的上方是貫穿于建筑物通體高度的方形直通道空間，井道側(cè)壁上安裝有堅直的導(dǎo)軌，作為引導(dǎo)轎廂、對重運動提供空間。三、底坑：井道的底部平面低于建筑物的最低層的地面，主在用于安裝電梯轎廂，對重緩沖器，以便在轎廂沖頂、蹲低有緩沖的空間起減速緩沖作用【5】。3.2電梯機械的根本結(jié)構(gòu)機械局部主要有曳引主機，導(dǎo)向輪，曳引鋼絲繩-繩頭，限速器-平安鉗，導(dǎo)軌-導(dǎo)靴，電梯轎廂，開關(guān)門連桿裝置，層門-門鎖，緩沖器等部件。一、曳引機：是電梯轎廂升降的主拖動機械，它由電動機、制動器、減速箱〔無齒輪曳引機沒有減速箱〕、曳引輪、和底座等組成。二、曳引鋼絲繩：電梯用曳引鋼絲繩常采用電梯專用西魯式鋼絲繩〔6X19S+NF或8X19S+NF〕，三、導(dǎo)向輪：導(dǎo)向輪用于半繞時，俗稱過橋輪，用于全繞式時，稱為抗繩輪。導(dǎo)向輪是用來調(diào)整鋼絲繩與曳引輪之間的包角大小，與及調(diào)整轎廂與對重的相對位置。四、限速器-平安鉗：限速器-平安鉗裝置由限速器、限速鋼絲繩、平安鉗、底坑張緊輪四局部組成。電梯中限速器與平安鉗成對出現(xiàn)和使用，它們是電梯中最重要的一道平安保護裝置。其作用有：電梯由于超速、打滑、斷繩、控制制失控等原因，起到了平安保護作用。五、導(dǎo)軌-導(dǎo)靴導(dǎo)軌和導(dǎo)靴是電梯轎廂和對重導(dǎo)向局部。電梯導(dǎo)軌材料多采用普通碳素鋼A3F軋鋼，要求具有足夠的強度、韌性，在受到強烈沖擊時不致發(fā)生斷裂。導(dǎo)靴是轎廂與對重沿著導(dǎo)軌上下移動的導(dǎo)向裝置。六、電梯轎廂電梯轎廂是電梯中裝乘客或貨物的金屬結(jié)體。它由轎廂架、轎廂壁、轎廂底、轎廂頂、轎門等到幾局部組成。由上下四組導(dǎo)靴向沿導(dǎo)軌作垂直升降運動，完成垂直運輸任務(wù)。常用電梯轎廂內(nèi)部凈高和使用者正常出入門口凈高一樣，應(yīng)不小于2米，寬度和深度由電梯的實際載重量而定。七、開門機及開關(guān)門機構(gòu)自動開門裝在轎頂靠近轎門處，由電動機通過減速裝置〔齒輪傳動或蝸輪傳動或帶齒膠帶傳動〕帶動曲柄桿機構(gòu)去開、關(guān)門。八、層門層門是電梯在各樓層的停站，也是供乘客或貨物進出電梯轎廂通向各層大廳出入口，又稱為廳門。層門由門框、門板、門頭架、吊門滾輪、層門地坎和門聯(lián)鎖等組成。門框又由門楣〔門導(dǎo)軌或門上坎〕、左右立柱組成。九、對重裝置對重裝置的作用，是以其自重量去平衡轎廂側(cè)所懸掛的重量。它的作用有：〔1〕減少電梯曳引機的輸出功率；〔2〕減少曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦曳引力，延長鋼絲繩壽命；〔3〕如果電梯在“沖頂〞或“蹲底〞時，使電梯失去曳引條件，防止沖擊并井道頂部；〔4〕使電梯的提升高度不像強制式驅(qū)動那樣受到限制。3.3電梯電氣系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)電梯電氣系統(tǒng)有兩大系統(tǒng)組成：電梯的拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。3.3.1電梯的拖動系統(tǒng)目前，常用的電梯拖動大多為交流拖動。交流調(diào)速的方法很多，大電梯領(lǐng)域里應(yīng)用較為廣泛的有交流變極調(diào)速、交流調(diào)壓調(diào)速、交流變壓變頻調(diào)速。〔1〕交流變極調(diào)速據(jù)異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速如2.1式,當(dāng)改變定子繞組的極對數(shù)時，就可以改變同步轉(zhuǎn)速，從而使電機轉(zhuǎn)速得調(diào)節(jié)。n0=(2.1)式中，n0為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，f1電源的供電頻率，p為異步電動機定子繞組極對數(shù)。為了實現(xiàn)變極調(diào)節(jié)調(diào)速，可以在定子上安裝兩組獨立的繞組，各構(gòu)成不同的極對數(shù)，也可以通過改變繞組接法的方式實現(xiàn)調(diào)速，變極調(diào)速適用于不需要平滑調(diào)速的載貨電梯?！?〕交流調(diào)壓調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速如2.2式，n=，當(dāng)改變轉(zhuǎn)差率時，也可以到達調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的，這些轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路上，不但使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，也降低了工作率。n=(1-s)(2.2)式中，n為異步電動機轉(zhuǎn)速，f1電源的供電頻率，p為異步電動機定子繞組極對數(shù)。S為異步電動機的轉(zhuǎn)差率。目前電梯上使用較多的改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法是變壓調(diào)速，即通過改變定子電壓來到達調(diào)速的目的。變壓調(diào)速的調(diào)速范圍非常窄〔電動機線性調(diào)速范圍小〕。因此電梯上的變壓調(diào)速都采用閉環(huán)控制，以提高調(diào)速范圍?！?〕變頻調(diào)速由式2.1可知,當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速根本上正比于，因此，如果供電電源的頻率可以平滑改變，異步電動機的轉(zhuǎn)速就可以得到平滑調(diào)節(jié)。通過改變電源頻率來實現(xiàn)調(diào)速的方法，可以得到很大的調(diào)速范圍及很好的機械性，這種調(diào)速方法是目前電梯上應(yīng)用最多的調(diào)速方式。變頻器自80年代進入實際應(yīng)用以來，主要以交流電動機的節(jié)能應(yīng)用為主。但是進入90年代后，變頻器得到了迅猛開展。變頻器的應(yīng)用主要有兩個方面：一方面是為了節(jié)能需要而進行的交頻器的應(yīng)用：另一方面是為了滿足生產(chǎn)工藝調(diào)速的要求而進行的變頻器的應(yīng)用。目前通用變頻器己經(jīng)在機械、冶金、石化、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著變頻器性能價格比的提高，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動、曳引機和制動單元構(gòu)成.三相電源R、S、T經(jīng)接線端子進入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端為兩相電接電動機的快速繞組，外接制動單元減少了制動時間，加快制動過程。通過以上三種調(diào)速方式的比照，本設(shè)計采用變頻器作為電梯的速度調(diào)節(jié)方式以到達節(jié)能、舒適和運行平安穩(wěn)定可靠的要求。3.3.2電梯的控制系統(tǒng)電梯的控制系統(tǒng)大致有以下幾局部組成：開關(guān)門按控制、轎內(nèi)指令登記與消號、廳外召喚登記與消號、定向選層線路、啟動線路、減速平層線路、檢修運行線路、消防運行線路、主控回路等。這幾局部共同構(gòu)成電梯的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電梯的登記、開關(guān)門、啟動、運行、減速、平層等各種功能。系統(tǒng)采用S7-200PLC作為控制系統(tǒng)核心，操縱盤、呼梯盤、井道及平安保護信號通過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。3.4電梯控制系統(tǒng)的原理與要求〔1〕電梯位置確實定與顯示轎廂中的乘客及門廳中等待乘坐電梯的人都需要知道電梯的位置，因而轎廂及門廳都設(shè)有顯示樓層標志的電梯位置顯示裝置。此外，電梯的運行還需要更加準確的電梯位置信號，以滿足制動停車等控制的需要。傳統(tǒng)電梯的位置信號一般由設(shè)在井道中的位置開關(guān)，如磁感應(yīng)器提供，當(dāng)轎廂上設(shè)置的隔磁板插入感應(yīng)器時，發(fā)出位置信號，并啟動樓層指示。〔2〕轎廂內(nèi)的運行命令及門廳的召喚信號司機及乘客可按下轎廂內(nèi)操作盤上的選層按鈕選定電梯運行的目的樓層，此為內(nèi)選信號。按鈕按下后，該信號應(yīng)被記憶并使相應(yīng)的指示燈點亮。在門廳等候電梯的乘客可以按門廳的上行或下行召喚信號，此為外喚信號。該信號也需記憶并點亮門廳的上行或下行指示燈，按電梯集選控制原那么，電梯上行時，應(yīng)響應(yīng)層站的上呼叫信號，下行時，響應(yīng)下呼叫信號。在上行時應(yīng)保存層站的下呼信號，在下行時應(yīng)保存層站的上呼信號這些保持信號在要求得到滿足時應(yīng)能自動消號【6】。〔3〕電梯自動運行時的信號響應(yīng)電梯自動運行時應(yīng)根據(jù)內(nèi)選及外喚信號，決定電梯運行的運行方向。在定向時，根據(jù)電梯轎廂內(nèi)乘客欲往層樓的位置信號或各層樓大廳乘客的召喚信號位置與電梯所處層樓的位置信號進行比擬，門廳信號和內(nèi)選信號都做為輸入信號與電梯位置信號進行比擬，但凡在電梯位置信號上方向的轎內(nèi)或?qū)訕菑d外召喚信號，那么電梯屬上行狀態(tài)；凡在其下方向的，那么定下行狀態(tài)。而且規(guī)定在運行方向確定之后只有同方向的才能截梯，方向不能截梯，不響應(yīng)中途的方向呼喚要求，直到到達本反方向的最遠戰(zhàn)點才開始返程。要保持最遠層樓召喚信號所要求的電梯運行方向，而不能輕易地更改，這樣以保證最高層樓(或最低層樓)乘客的乘用電梯，而只有在電梯完成最遠層樓乘客的要求后，方能改變電梯運行方向。同時轎內(nèi)指令信號優(yōu)先于各層樓廳外召喚信號而定向，即當(dāng)空轎廂電梯被某層廳外乘客召喚到達該層后，某層的乘客即可進入電梯轎廂內(nèi)而撳按指令按鈕令電梯定上行方向(或下行方向)；假設(shè)該乘客雖進入轎廂內(nèi)且電梯門未關(guān)閉而尚未撳按指令按鈕前(即電梯尚未定出方向)，出現(xiàn)其他層樓的廳外召喚信號時，如此召喚信號指令電梯的運行方向有別于已進入轎廂內(nèi)的乘客要求指令電梯的運行方向，那么電梯的運行方向應(yīng)由已進入轎廂內(nèi)的乘客要求而定向，而不是根據(jù)其他層樓廳外乘客的要求而定向?！?〕轎廂的啟動與平層轎廂在運行方向確定，轎廂已關(guān)好門時啟動運行，運行的初始階段是加速運行階段，其后是穩(wěn)定運行階段?！?〕轎廂的平層與停車轎廂的運行后需確定在哪一層站停車，平層是指停車時，轎廂的平層停車過程需在轎廂底面與停車樓面相平之前開始，先是減速，再是制動，以滿足平層的準確性及乘客的舒適感。傳統(tǒng)的電梯的平層開始信號由平層感應(yīng)器發(fā)出。上平層感應(yīng)器及下平層感應(yīng)器裝在轎廂頂部，隔磁板安裝在井道壁上。上行時，上平層感應(yīng)器首先插入隔磁鐵板板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至下平層感應(yīng)器插入隔磁鐵板時，發(fā)出開門及停車信號，電動機停轉(zhuǎn)，抱閘抱死，下行時下平層感應(yīng)器首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至上平層感應(yīng)器插入隔磁鐵板時，發(fā)出開門及停車信號第四章變頻器的選擇本設(shè)計通過多種方案的比擬和對照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器的選擇。4.1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、PWM變頻器〔4〕按工作原理分類U/f控制變頻器、VC控制變頻器、SF控制變頻器〔5〕按照用途分類通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器4.2變頻器的選擇確定變頻器的品牌和型號，以及確定變頻器的規(guī)格，就完成了變頻器的選擇。先對變頻器進行分類，然后分別討論品牌和型號、規(guī)格。4.2.1選擇變頻器品牌型號變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的質(zhì)量品質(zhì)對于系統(tǒng)的可靠性影響很大，選擇品牌時，質(zhì)量品質(zhì)，尤其是與可靠性相關(guān)的質(zhì)量品質(zhì)，顯然是選擇時的重要考慮方面。同時，設(shè)備平均壽命的長短是一個重要的參數(shù)，所以根據(jù)預(yù)期使用壽命來選擇品牌，經(jīng)驗和口碑仍然是主要依據(jù)。在同一品牌中選擇具體型號時，那么主要依據(jù)已經(jīng)確定的變頻調(diào)速方案、負載類型以及應(yīng)用所需要的一些附加功能來決定。4.2.2選擇變頻器規(guī)格變頻器產(chǎn)品說明書都提高標稱功率數(shù)據(jù)，但實際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，直接按照變頻器標稱功率進行選擇，在實際中常常可能會行不通。根據(jù)具體工程的情況，可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式：〔1〕按照標稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)?！?〕按照電動機額定電流選擇；多用于恒轉(zhuǎn)矩負載的新設(shè)計工程?！?〕按照電動機實際運行電流選擇：多用于改造工程?！?〕按照轉(zhuǎn)矩過載能力選擇綜上所述，根據(jù)實際工程情況，以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟx擇變頻器規(guī)格很重要。選擇結(jié)果多數(shù)情況下變頻器標稱功率與電動機匹配，少數(shù)情況需要放大。所以，籠統(tǒng)的認為放大一級功率選擇變頻器是沒有錯的想法，但會造成浪費。總的來說從生產(chǎn)本錢來作適宜的選擇。4.2.3選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件〔1〕根據(jù)被控設(shè)備的負載特性選擇通用變頻器的類型?！?〕所選擇通用變頻器的類型與被控制異步電動機的參數(shù)匹配?！?〕為降低電梯本錢，首選通用變頻器?！?〕電梯的啟動和停車都要平穩(wěn)。〔5〕變頻器帶有防止失速功能?！?〕變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。4.3通用變頻器為了滿足以上的條件，本設(shè)計選擇通用變頻器。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：一、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。二、為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)本錢。4.3.1通用變頻器概況上個世紀80年代初，通用變頻實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內(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兩個大開展過程。〔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。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量到達了600KVA，400KVA以下的已經(jīng)系列化，前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三、四年的時間，IGBT變頻器的單機容量已達1800KVA，隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。〔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。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊〞〔IntelligentModule，IPM〕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，保護電路和檢測電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速?！?〕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開展。特別是微機的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證?！?〕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?，直到全數(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。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U展。如搬運機械，從對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，并且還將繼續(xù)擴大。西門子MM440型通用變頻器電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內(nèi)容。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視?？紤]到以上因素，本設(shè)計選用西門子MM440型通用變頻器西門子最新推出新一代高性能通用型變頻器MM440系列產(chǎn)品具有高水平的運行性能；廣泛的使用環(huán)境；便利的維護特點及各類簡易操作的實用功能。

MM440系列變頻器采用了全新的設(shè)計理念，努力做到新設(shè)計水平先進、新穎；全功能齊全、一機多用；高控制性能優(yōu)越而獨特。

MM440系列變頻器具有以下先進的功能和特點：(1)匯總了以往西門子變頻器中具有代表性產(chǎn)品的特點，即：常規(guī)控制性能方面吸取了MM430的特點〔過載能力強、控制功能多、適合大多數(shù)通用場合〕；矢量控制方面與MM430相當(dāng)〔工作于多種模式：速度、轉(zhuǎn)矩、位置及各模式的切換、用途更廣泛、更專業(yè)〕；外型結(jié)構(gòu)和輔助功能與MM430相同〔通訊功能強、信號調(diào)整方面近似工業(yè)儀表的特點，調(diào)節(jié)余地大、使用更為方便〕【7】。(2)發(fā)揮普通電機的最正確性能〔無傳感器矢量控制〕：驅(qū)動無編碼器的普通電機實現(xiàn)高精度和快速度響應(yīng)運行的矢量控制。在0.3Hz的超低速下最高可實現(xiàn)200%的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩模式下控制范圍

1:20；響應(yīng)水平進一步提高,

速度響應(yīng)

120rad/s,

速度控制范圍

1:200。(3)

驅(qū)動帶編碼器的電機實現(xiàn)高性能的矢量控制：閉環(huán)矢量控制下，變頻器可到達比無傳感器矢量控制時更高精度和更快速度響應(yīng)的性能。速度控制范圍

1:1500；速度波動率：0.01%；速度響應(yīng)

300rad/s。轉(zhuǎn)矩控制范圍

1:50；并具零速控制和伺服鎖定功能。位置控制中，內(nèi)置15段預(yù)設(shè)位置段，并且可與PLC或脈沖單元連接后可構(gòu)成通用伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)定位操作。假設(shè)選用西門子專用電機，可實現(xiàn)低速時連續(xù)輸出100%轉(zhuǎn)矩，適合于開卷/收卷等場合。

(4)強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能：內(nèi)置USB通訊接口，方便連接FR-Configurator變頻器設(shè)置軟件。除內(nèi)置的根本RS485通訊方式外，通過選用各種總線適配器，可鏈接于CC-Link、Profibus-DP、Device-NET、LonWorks、CANopen、EtherNET、SSCNETⅢ，高效、快速地實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。(5)內(nèi)置EMC濾波器：有效地抑制電磁噪聲，無需外部配置，節(jié)省安裝空間。(6)長壽命設(shè)計：主回路電容、控制回路電容、新設(shè)計的冷卻風(fēng)扇設(shè)計壽命均為十年。

第五章PLC的結(jié)構(gòu)及根本指令5.1PLC的結(jié)構(gòu)原理可編程序控制器〔ProgrammableLogicalController,簡稱PLC〕，是在繼電器控制和計算機控制的根底開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸開展以微處理器為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動裝置。它有可編程性，且編程靈活簡單，有在惡劣環(huán)境下工作的高抗干擾能力，適應(yīng)性力。而其體積小，重量輕，價格底等特點，在工業(yè)控制應(yīng)用上越來越廣泛，電梯控制系中的應(yīng)也不例外。不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的可編程邏輯控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但根本組成原理是一樣的。5.1.1PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從硬件來看，PLC主要由CPU，存儲器，I/O接口，電源，編程器等組成。圖5.1PLC硬件的根本結(jié)構(gòu)〔1〕CPU板CPU板PLC的核心部件，它包括：微處理器CPU、存儲器〔ROM、RAM〕、并行接口〔PIO〕、串行接口〔SIO〕及時鐘控制電路等。CPU板是PLC的運算、控制中心，用來實現(xiàn)各種邏輯運算、算術(shù)運算及對整機進行管理控制；PLC內(nèi)部配有程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器〔ROM，RAM〕，分別用于存儲系統(tǒng)程序和用戶程序，并生成用戶環(huán)境；并行接口和串行接口主要用于CUP與各接口電路之間的信息交換。時鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號?！?〕輸入/輸出電路輸入電路通常有兩種形式；直流輸入和交流輸入電路。輸入電路的作用是接收現(xiàn)現(xiàn)場輸入設(shè)備送來的控制信號，并經(jīng)光電耦合器隔離后轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的標準電平信號，然后由CPU讀入并送至輸入映象存放器中，供程序執(zhí)行使用。輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號送給外部輸出設(shè)備，通過輸出設(shè)備控制被控制對象工作。輸出電路共有三種形式：一種是繼電器形式，它是通過控制繼電器的線圈使其觸點的通斷來控制輸出設(shè)備，實現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出型，它是通過光電耦合器使輸出開關(guān)晶體管通斷，進而控制輸出設(shè)備；第三種是可控硅輸出型，通過觸發(fā)可控硅的通斷實現(xiàn)對外部輸出設(shè)備的控制?！?〕存儲器擴展接口存儲器擴展接口用于連接用戶程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器的擴展卡盒。常用的擴展卡盒有三種：一種是COMS開型ROM卡盒，它需要用鋰電池后備，以防止斷電時喪失程序及數(shù)據(jù)；另一種是EPROM卡盒，這種卡盒需要用專門寫入器將調(diào)試好的用戶程序或數(shù)據(jù)寫入EPROM中，擦寫時需要用紫外線擦除器；第三種是EEPROM卡盒，是電可擦除存儲器，它的寫入和擦寫只需專用編程器?！?〕I/O擴展接口I/O擴展接口與CPU之間是以總線方式連接的，因此它可以連接開總量的I/O擴展單元及擴展塊，使I/O點數(shù)規(guī)模在配置更加靈活。同時也可以配接如模擬量、高速脈沖等單元及通信適配器等特殊功能模塊，使PLC的功能大大增強?！?〕編程器及其接口編程器用于程序及數(shù)據(jù)的輸入、編輯、調(diào)試和檢測。當(dāng)PLC在正常運時，一般不需要編程器，因此編程器設(shè)計為獨立的部件。為了能對PLC進行編程及調(diào)試，在PLC上專門設(shè)有一個編程接口，通過這個接口可以連接各種形式的編程器。編程器的種類很多，常見的有便攜式手持程器、專用智能編程器和通過計算機和專用接口實現(xiàn)對PLC的編程。〔6〕電源PLC一般使用220V的交流電源，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器，存儲器等電子電路工作所需的直流電源，使PLC能正常工作。5.1.2可編程控制任何一個控制系統(tǒng)要完成目的控制功能，必須通過一定的控制程序來實現(xiàn)的。通常控制序可分兩大類：固定布線程序和可編程序?！?〕固定布線程序傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電子器件系統(tǒng)中，要實現(xiàn)各種控制功能，其控制程序是由種電氣元件通過一定的聯(lián)接方式-布線而成，輸入設(shè)備如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等，用以向控制系統(tǒng)送入信號。輸出設(shè)備如接觸器、電磁閥等用以控制被控制對象的動作。其輸入對輸出的控制是通過接線來實現(xiàn)，接線工作結(jié)束后，控制程序也被確定下來，假設(shè)要改變控制程序，那么必須改變接線方式重新布線，對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)，是非常困難的?！?〕可編程序控制可編程序控制控制系統(tǒng)中完成一定的控制，只通過專用的編程器，用程序語言進行編程，寫入可編程控制的程序的存儲器中，然后由可編程序控制器來完成各種操作。在可編程系統(tǒng)中，假設(shè)要改變控制程序，只用編程器改寫程序存儲器中的某些程序語句，不必要重新布線，由于控制被控對象的動作是控制程序語言來表達的，故又稱為軟件程序。5.2PLC的工作原理5.2.1PLC的等效工作電路PLC是由以微機為核心的電子部件，可以將它看作是一個由各種繼電器、定時器、計數(shù)器及狀態(tài)器組合體。PLC的輸入繼電器，由外部開關(guān)通過輸入端來驅(qū)動的；PLC內(nèi)的輸出繼電器，帶有無數(shù)內(nèi)觸點和外部輸出觸點。此外，PLC還有如定時器、計數(shù)器、狀態(tài)存放器等“軟〞元件，這些元件帶有動作線圈和很多電子常開觸點和常閉點，可以在PLC內(nèi)自由選擇使用【8】。PLC控制系統(tǒng)主要由三局部組成：輸入局部、控制局部、輸出局部。輸入局部由用戶輸入設(shè)備組成，如按開關(guān)、操作開關(guān)、限位開關(guān)及傳感器等。它們直接與PLC的輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入信號，這些信號或來自電梯轎廂操縱控制板，或來自電梯井道?？刂凭植渴歉鶕?jù)被控對象的實際控制要求編制用戶程序，并將編制好的程序通過編程器送入PLC內(nèi)的用戶程序存儲器中，CPU反復(fù)掃描執(zhí)行用戶程序，并產(chǎn)生各種輸出控制信號，PLC的控制功能是通過用戶程序來實現(xiàn)的。輸出局部主要由用戶輸出設(shè)備組成，如接觸器、繼電器等，它們直接和PLC的輸出端子相連，用以控制被控制的對象動作。5.2.2、PLC的工作原理PLC的工作過程實質(zhì)上就是執(zhí)行程序的過程。當(dāng)PLC運行時，CPU按照分時操作原理每個周期執(zhí)行一個操作，由于CPU的運算處理速度很快，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時完成的，種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。PLC的工作過程分為三個階段：輸入處理、程序執(zhí)行及輸出處理?！?〕輸入處理PLC以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)〔輸入信號〕讀入輸入映像存放器中，然后開始執(zhí)行程序。在執(zhí)行過程中，即使輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，但輸入映象存放器中的內(nèi)容不變，直到一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀輸入狀態(tài)。〔2〕程序執(zhí)行在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序。每執(zhí)行一條程序所需要的信息都是從輸入映象存放器和其他軟元件映象存放器讀出并參與運算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的軟元件映象存放器中，因此各軟元件映象寄儲器中的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷的變化?！?〕輸出處理當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象存放器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存存放器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并由輸出端子送出給執(zhí)行器。5.3PLC的軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件相互結(jié)合才能構(gòu)成一個完整PLC控制系統(tǒng)，完成各種復(fù)雜的控制功能。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序〔又稱系統(tǒng)軟件〕用于PLC控制系統(tǒng)的管理、效勞及對用戶程序的編譯。系統(tǒng)程序質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響PLC的性能。系統(tǒng)軟件是由PLC生產(chǎn)廠家提供并固化在內(nèi)部程序存儲器中，用戶不行存取和修改。用戶程序也稱為應(yīng)用程序或應(yīng)用軟件，它由PLC使用者根據(jù)被對象的控制要求用程序語言編制而成。用戶程序是通過編程器鍵入到PLC內(nèi)，并線性地放在由管理程序指定的存儲區(qū)域內(nèi)。小型PLC的用戶程序比擬簡單，通常是順序編制而成。大中型PLC的用戶程序容量較大且比擬復(fù)雜，為使用戶程序編制簡單，可以按功能、結(jié)構(gòu)或使用目的將用戶程序分為各個程序模塊，每個模塊各自完成一個確定的功能，然后把它們鏈接在一起構(gòu)成一個完整的軟件系統(tǒng)。本次試驗采用西門子STEP7編程軟件進行編程。STEP7是西門子公司專為s7-200系列PLC設(shè)計的編程軟件。5.4STEP7編程軟件的編程語言及根本指令5.4.1STEP7編程軟件的編程語言標準的STEP7軟件包配3種根本編程語言，即梯形圖〔LAD〕、功能塊圖〔FBD〕、語言表〔STL〕和順序功能圖編程語言，它們在STEP7中可以相互轉(zhuǎn)換。本實驗采用梯形圖這種編程語言。梯形圖結(jié)構(gòu)形式類似地傳統(tǒng)的繼電器控制電路，它是由圖形符號連接而成，這些符號分別代表常開觸點、常閉觸點、并聯(lián)接線、串聯(lián)接線及繼電器線圈等，每個觸點和線圈都有一個編碼。梯形圖具有如下特點：①梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，也是程序的執(zhí)行順序。通常每個繼電器線圈為一邏輯行，即一層階梯。每一邏輯起始于母線，然后是觸點的各種連接，最后經(jīng)過繼電器線圈終止于母線，整個梯形圖呈現(xiàn)梯形。②梯形圖中的繼電器不同于傳統(tǒng)繼電器控制線路中的物理繼電器，它實質(zhì)上是內(nèi)部存儲中的位觸發(fā)器，因此稱為“軟繼電器〞或“軟元件〞。這些軟元件輸出繼電器，輔助繼電器，定時器，計數(shù)器及狀態(tài)器等，它們均有無限常開觸點和常閉觸點。在PLC內(nèi)部可以自由選取使用。如果某個位觸發(fā)為“1〞，表示對應(yīng)的繼電器線圈接通，相應(yīng)的常開觸點都閉合，而常閉觸點都斷開。③梯形圖是一種形象化的編程語言，其兩端的母線是沒有電源連接。因此核彈頭形圖中不存真實的物理電流，而具有“概念〞電流，是用戶程序運算過程中滿足輸出執(zhí)行條件的形象化表示方式。“概念〞電流只能從左到右流動，層次的改變是從上到下。④輸入繼電器只能從外部輸入信號驅(qū)動，而不能由內(nèi)部其他觸點驅(qū)動。因此在梯形圖中只能出現(xiàn)輸入繼電器的觸點而不出現(xiàn)線圈，輸入繼電器的觸點狀態(tài)即表示相對應(yīng)的輸入信號的變化。⑤輸出繼電器用于PLC的輸出控制，它是通過外輸出觸點驅(qū)動外部執(zhí)行器。因此，在梯形圖中的某個輸出繼電器的線圈接能時，表示在對應(yīng)的輸出端子上有輸出信號。⑥PLC內(nèi)部其他軟元件的觸點不能驅(qū)動外部執(zhí)行器，它們只供PLC內(nèi)部使用。⑦當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，CPU接梯形圖中元件排列順序從上而下，從左到右逐行處理。5.4.2STEP7編程軟件的根本指令STEP7編程軟件的根本指令有位邏輯指令、計數(shù)器與計時器指令、傳送與比擬指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、算術(shù)運算指令、移位與循環(huán)指令、程序控制指令等。第六章MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計設(shè)計電梯PLC控制系統(tǒng)主要有以下方面的內(nèi)容和步驟:6.1MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電梯控制系統(tǒng)由PLC控制的邏輯局部和變頻器控制的調(diào)速局部組成如圖6.1所示。邏輯控制局部調(diào)速局部邏輯控制局部調(diào)速局部圖6.1電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PLC接收來自操縱盤和每層呼梯的呼叫信號、轎廂和廳門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經(jīng)程序判斷與運算實現(xiàn)電梯的集選控制。圖中變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制局部是由PLC完成的。PLC負責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起停信號，同時變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。6.2MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及PLC單元構(gòu)成，由如圖6.2所示，PLC用來完成對電梯曳引電機及開關(guān)門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操圖6.2電梯控制系統(tǒng)原理圖6.3MM440變頻器電梯控制系統(tǒng)硬件開發(fā)電梯的控制系統(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)兩局部組成。圖6.3為電梯信號系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機、操縱盤、呼梯盤、井道及平安保護信號通過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。圖6.3電梯信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6.3.1設(shè)計思想信號控制系統(tǒng)電梯信號控制根本由PLC軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)原理圖如圖6.4所示，輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇〔如自動、有/無司機、檢修、消防運行方式等〕、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、故障信號、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。圖6.4電梯信號系統(tǒng)原理圖電梯的控制系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能：①一臺電機控制上升和下降，各層設(shè)上/下呼叫開關(guān)〔最頂層與起始層只設(shè)一只〕。②電梯到位后，具有手動或自動開門關(guān)門功能。③電梯內(nèi)設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號指示燈及層樓指令鍵，警鈴風(fēng)扇及照明按鍵。④待客自動開門，當(dāng)電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動開門迎客。自動關(guān)門待客。當(dāng)完成全部轎廂內(nèi)指令，又無層外呼梯信號時，電梯應(yīng)自動關(guān)門在調(diào)定時間內(nèi)自動關(guān)閉轎廂照明。⑤自動關(guān)門與提早關(guān)門，在一般情況下，電梯停站4-6S應(yīng)能自動關(guān)門；在延時時間內(nèi)，假設(shè)按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時提前實現(xiàn)關(guān)門動作。⑥按鈕開門。在開關(guān)過程中或門關(guān)閉后，電梯啟動前，按下操縱盤上開關(guān)按鈕，門將翻開。⑦內(nèi)指令記憶。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上有多個選層指令時，電梯應(yīng)能按順序?？寇囬T，并能至調(diào)定時間，自動確定運行方向。⑧自動定向，當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應(yīng)能按先入為主的原那么，自動確定運行方向。自動換向，當(dāng)電梯完成全部順向指令后，應(yīng)能自動換向，應(yīng)答相反方向的信號。⑨呼梯記憶與順向截停。電梯在運行中應(yīng)能記憶層外的呼梯信號，對符合運行方向的召喚，應(yīng)能自動逐一?？繎?yīng)答。⑩自動返基站。當(dāng)電梯設(shè)有基站時，電梯在完成全部指令后，自動駛回基站，停機待客。3〕電梯操作方式單臺電梯的操作方式有手柄操縱控制、按鈕控制、信號控制和集選控制等。在乘客電梯中幾乎全部采用集選控制方式。①單轎廂下集選控制：登記所有轎廂和廳門下行召喚；轎廂上行時，只容許轎廂召喚，直至最高層；自動改變運行方向為下行，應(yīng)答廳門下行召喚。②單轎廂全集選：登記所有廳門和轎廂召喚；上行時順應(yīng)答轎廂和廳門上召喚，直至最高層自動反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。系統(tǒng)采用全集選操作方式。6.3.2電梯控制系統(tǒng)PLCPLC硬件可分為兩局部，輸入和輸出單元，它門是PLC的I/O接口局部，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下極限開關(guān)、門鎖等單元構(gòu)成?！?〕輸入單元為：門廳外按鈕與轎箱內(nèi)選層按鈕，負責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，控制轎門的開閉；上下平層感應(yīng)器，用來保證電梯轎箱在各層?？繒r準確平層；上下極限開關(guān)，用于保護電梯的高速運行平安，防止電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強迫換速開關(guān)打板，信號輸入到PLC，PLC發(fā)出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置；門鎖裝置，轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運行的前提；〔2〕輸出單元為：樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、目前的方向及層樓指示燈；開關(guān)門接觸器，用于控制電梯的廳門和轎門的翻開和關(guān)閉，在自動定向完成或電梯平穩(wěn)停靠后，PLC給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動作；啟動加速、制動減速接觸器，用于電梯的調(diào)速系統(tǒng)。表6.1I/O分配表序號名稱輸入點序號名稱輸出點0一層上平層感應(yīng)器I0.00電梯上行記憶Q0.01一層下平層感應(yīng)器I0.11電梯下行記憶Q0.12二層上平層感應(yīng)器I0.22電機正轉(zhuǎn)Q0.23二層下平層感應(yīng)器I0.33電機反轉(zhuǎn)Q0.34三層上平層感應(yīng)器I0.44固定頻率1(50HZ)Q0.45三層下平層感應(yīng)器I0.55固定頻率2(6HZ)Q0.56一層外呼下行I1.06內(nèi)呼一樓指示Q0.67二層外呼上行I1.17內(nèi)呼二樓指示Q1.08二層外呼下行I1.28內(nèi)呼三樓指示Q1.19三層外呼下行I1.39電梯上行指示Q1.210故障信號I1.410電梯下行指示Q1.311手動開門I1.511抱閘Q1.412手動關(guān)門I1.612門電機正轉(zhuǎn)Q1.513一層內(nèi)呼I1.713門電機反轉(zhuǎn)Q1.614二層內(nèi)呼I2.0

15三層內(nèi)呼I2.1

16開門限位I2.217關(guān)門限位I2.318電梯上升極限位I2.419電梯下降極限位I2.56.3.3電梯控制系統(tǒng)MM440變頻器硬件設(shè)計在典型的升降系統(tǒng)的轎廂控制中，要與配重相結(jié)合，系統(tǒng)表現(xiàn)為很大的慣性復(fù)雜系統(tǒng)。所以傳動裝置必須有很大的起動力矩。西門子新型一代ＭＭ４４０變頻器可以控制電機從靜止到平滑起動期間提供２００％３秒鐘的過載能力。ＭＭ４４０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)地運行且保證乘客的舒適感，特別在轎廂突然停止和突然起動時。ＭＭ４４０變頻器內(nèi)置了制動單元，用戶只需選擇制動電阻就可以實現(xiàn)再生發(fā)電制動，因此可以節(jié)約系統(tǒng)本錢。此系統(tǒng)采用一臺ＭＭ４４０15ＫＷ４００Ｖ變頻器，電機為15ＫＷ４００Ｖ３相帶制動器電機。控制系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC系統(tǒng)中，一臺ＭＭ４４０用于控制三層樓的小型提升系統(tǒng)。外接制動電阻用于提高電機的制動性能。采用兩個固定頻率，５０ＨＺ對應(yīng)１ｍ／ｓ速度，６ＨＺ的速度用于減速停車。斜坡積分時間設(shè)定為３秒其中含有０．７秒的平滑積分時間?？刂剖怯蓴?shù)字量輸入完成，２個輸入Ｄｉｎ１,Ｄｉｎ２用于選擇運行方向；Ｄｉｎ３,Ｄｉｎ４用于選擇兩段運行速度；一個繼電器輸出用于控制電機的制動器，其余的用于提升機的故障報警。電機制動器翻開后，電梯沿著井道方向加速到５０ＨＺ。在井道中用一些平層感應(yīng)器與ＰＬＣ相連接。它們提供平層信號和減速停車。當(dāng)電梯到達第一個平層感應(yīng)器時，電機開始減速且以低速６ＨＺ爬行，當(dāng)電梯到達第二個平層感應(yīng)器時，電機停車且抱閘動作。本系統(tǒng)采用Ｓ７－200ＰＬＣ系統(tǒng)來處理接近開關(guān)信號、按鈕信號以及電梯的控制開關(guān)和樓層顯示等。電梯的一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運行到減速停車的過程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用S型速度曲線，人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線〔S曲線〕及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，那么是由加速度斜率及S曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從0加速到1000轉(zhuǎn)/分所需要的時間來定義的。其意義為加速度由0加速到1000轉(zhuǎn)/秒平方所需要的時間。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率