(精品論文)plc控制四層電梯畢業(yè)論文

PLC控制四層電梯畢業(yè)設(shè)計2010-1-289:12:06詳細(xì)摘要1.課題的必要性與發(fā)展概況 進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。可編程序控制器(PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)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(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)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。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。PLC是一種用于自動化控制的專用計算機(jī)，實質(zhì)上屬于計算機(jī)控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特點電梯采用了PLC控制，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化.另外可方便地增加或改變控制功能。也可進(jìn)行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(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(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、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(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻調(diào)速電梯使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運行質(zhì)量和性能;調(diào)速范圍廣、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，幾乎可與直流電機(jī)媲美。同時明顯改善了電動機(jī)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)能顯著。2.方案選擇本設(shè)計通過多種方案的比較和對照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。2.1變頻器的選擇隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速已應(yīng)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(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價格昂貴。因此，本設(shè)計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。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，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇的一項重要內(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]以上各種因素，本設(shè)計選用安川VS-61665型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時降低了電機(jī)運行損耗，特別適合電梯類負(fù)載頻繁變化的場合。2. 2可編程序控制器(PLC)的選擇根據(jù)選擇的轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還須具有可逆計數(shù)器。綜合考慮后，本設(shè)計選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列機(jī)。FX系列機(jī)具有體積小，功能較強(qiáng)，價格便宜，使用靈活、方便等優(yōu)點。本設(shè)計按四層的電梯考慮。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1變頻器參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置原則:(1)為減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些;(2)為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊;(3)零速一般設(shè)置為Oft，帶速抱閘將影響舒適感;(4)變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)直接輸入。3.1.1變頻器容量計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進(jìn)行選取。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)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:P2=(W1+W2-W3)g+F1v其中F1=K (W1+W2-W3) g+為摩擦力，可忽略不計。電機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P1，相對于P2留有較大裕量，可取Pl.5P23.1.2變頻器制動電阻參數(shù)的計算由于電梯為位能負(fù)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(yīng)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)，但成本太高.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，成本較低而且具有良好的使用效果.能耗制動電阻R1的大小應(yīng)使制動電流I1的值不超過變頻器額定電流的一半，即I1=Uo /R1I/2其中Uo為額定情況下變頻器的直流母線電壓.由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率.3. 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計電梯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。圖3.1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī)，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)信號通過PLC輸入接口送入PLC，存儲在存儲器并由PLC軟件運算處理，然后經(jīng)輸出接口分別向指層器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1緒論繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。可編程序控制器(PLC)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)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己逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)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1 .1 .1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。(2)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。(3)大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。(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。1. 1. 2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。(2)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。(3)電磁機(jī)構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大。(5)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安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。1. 2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點1. 2. 1 PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機(jī)，實質(zhì)上屬于計算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)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(qiáng)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。A. 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。B. PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了ml TR使可靠性提高。C. 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。D. 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(jī)控制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，編程出錯率大大降低，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。E.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(jìn)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(hù);對存儲器內(nèi)容的保護(hù)等。F. 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;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)在下列幾個方面:A、操作方便對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(jìn)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(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。B、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時，十分有助于編程人員的編程。C、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降低。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:A.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。B.擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)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(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。C.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. 2 PLC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。(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。(3)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(jìn)行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，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。(6)更改控制方案時不需改動硬件接線。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(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(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(jìn)步的一種主要手段。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(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻調(diào)速電梯的特點:(1)變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機(jī)，比同容量的直流電動機(jī)具有體積小、占空間小，結(jié)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)速電源使用了先進(jìn)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(jī)調(diào)速。(3)變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的SPWM和SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機(jī)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。2電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動態(tài)2. 1電梯設(shè)備2.1 .1電梯的分類電梯的分類有各式各樣:(1)按用途分類有客梯、貨梯、醫(yī)用梯等(2)按速度 低速電梯 1 m/s以下中速電梯 1 -2m/s高速電梯 2m/s以上超高速電梯 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 有/無司機(jī)控制、群控、有層間控制、簡易集選控制、集選控制等2.1.2電梯的主要組成部分(1)曳引部分通常由曳引機(jī)和曳引鋼絲繩組成。電動機(jī)帶動曳引機(jī)旋轉(zhuǎn)使轎廂上下運動。(2)轎廂和廳門轎廂由轎架、轎底、轎壁和轎門組成;廳門一般有封閉式、中分式、雙折式、雙折中分式和直分式等。(3)電器設(shè)備及控制裝置有曳引機(jī)，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳站指示器組成。(4)其它裝置對重裝置、補(bǔ)償裝置等。2.1.3電梯的安全保護(hù)裝置(1)電磁制動器，裝于曳引機(jī)軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。(2)強(qiáng)迫減速開關(guān)，其分別裝于井道的頂部和底部，當(dāng)轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上的撞塊就觸動此開關(guān)，通過電器傳動控制裝置，使電動機(jī)強(qiáng)迫減速。(3)限位開關(guān)，當(dāng)轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關(guān)立即動作，切斷電源并制動，強(qiáng)迫停車。(4)行程極限保護(hù)開關(guān)，當(dāng)限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站時，此開關(guān)動作。(5)急停按鈕，裝于轎廂司機(jī)操縱盤上，發(fā)生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。(6)廳門開關(guān)，每個廳門都裝有門鎖開關(guān)。僅當(dāng)廳門關(guān)上才允許電梯啟動;在運行中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯立即停車。(7)關(guān)門安全開關(guān)，常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關(guān)門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機(jī)停止關(guān)門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關(guān)等。(8)超載開關(guān)，當(dāng)超載時轎底下降開關(guān)動作，電梯不能關(guān)門和運行。(9)其它的開關(guān)，安全窗開關(guān)，鋼帶輪的斷帶開關(guān)等。2.2電梯的發(fā)展動態(tài)隨著現(xiàn)代建筑的發(fā)展，日益增高的高層建筑已成為現(xiàn)代都市的重要標(biāo)志，作為高層建筑的垂直運載工具電梯得到了快速發(fā)展。2. 2. 1電梯技術(shù)發(fā)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。(2)電梯的拖動技術(shù)有了較大的發(fā)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(jī)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發(fā)展，己由以前的變級調(diào)速(AC-VP)發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速(AC-VV)及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速(AC-VVV F)，使得電梯的速度、加速度、加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。(3)電梯的邏輯控制己從過去簡單的繼電器接觸器控制發(fā)展為可編程序控制(PLC)和微機(jī)控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制、群控等，電梯可靠性得到很大提高。(4)電梯的管理功能不斷加強(qiáng)，電梯廣泛采用微機(jī)控制技術(shù)，不斷滿足用戶的使用功能要求。如緊急停車操作、消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。(5)智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。(6)機(jī)械傳動方面，由于國際上機(jī)械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。2.2.2電梯發(fā)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、新工藝的發(fā)展，電梯的機(jī)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(jìn)化、外觀漂亮化。同時，無機(jī)房電梯在新世紀(jì)將會有較大速度發(fā)展。(2)技術(shù)含量更高，性能更好電梯行業(yè)技術(shù)發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進(jìn)性能、高舒適性的VV VF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置，因為永磁同步無齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點，所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流:由于永磁技術(shù)的先進(jìn)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(jìn)性、快速性、準(zhǔn)確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。(3)安裝更方便、更快捷高效、安全、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;隨著新技術(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，電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展方向。3基本方案選擇本設(shè)計通過多種方案的比較和對照，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。3. 1變頻器的選擇隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)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(yīng)用。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(qiáng)，使用靈活，但其價格相對較貴。因此，本設(shè)計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計的特點之一。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。3.1.1通用變頻器概況3. 1. 1.1通用變頻器的發(fā)展上個世紀(jì)80年代初，通用變頻器實現(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兩個大發(fā)展過程。A、容量不斷擴(kuò)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通用變頻器的容量達(dá)到了b00KVA,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、四年的時一間，IGBT變頻器的單機(jī)容量己達(dá)1800KVA，隨著IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。B、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(jìn)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(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”(Intelligent Module,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(qiáng)，保護(hù)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(hù)迅速且可靠，傳感信號也十分迅速。C、多功能和智能化電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機(jī)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。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機(jī)械的工藝水平“升級”，達(dá)到以往無法達(dá)到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)種。8位、16位及32位CPU奠定了通用變頻器全數(shù)字控制的基礎(chǔ)。32位數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processer-DSP)的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。目前，新一代變頻器開始采用新的“精簡指令集計算機(jī)”(Reduced Instruction SetComputer-RISC)，將指令執(zhí)行時間縮短到納秒級。它是一種矢量微處理器， 其功能著重點放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運算復(fù)雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用于提高基本的運算速度，達(dá)到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運算速度的程度。有文獻(xiàn)報道，RISC的運算速度可達(dá)1000MIPS，即10億次/秒，相當(dāng)于巨型計算機(jī)水平。指令計算時間為ins量級，是一般微處理器所無法比擬的。有的變頻器廠家聲稱，以RISC為核心的數(shù)字控制，可以支持無速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法、轉(zhuǎn)速估計計算、PI D調(diào)節(jié)器在線實時運算。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如本設(shè)計所采用的安川公司的VS) 16-G5變頻器就有:(1)無PG(速度傳感器)V/f控制;(2)有PG V/f控制;(3)無PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。D、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)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(jìn)而使之對各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)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(kuò)展。如搬運機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運車輛、帶式運輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、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(jī)械，從各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床、加工中心超高速伺服機(jī)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(jī)械、食品機(jī)械、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池，可以說其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴(kuò)大。3.1.1.2通用變頻器的功率輸出驅(qū)動技術(shù)動向采用變頻器的調(diào)速傳動技術(shù)，近年來取得驚人的進(jìn)步。從技術(shù)發(fā)展動向來看，大致有如下幾個方面:A, IGBT的應(yīng)用最近幾年來，工GBT的應(yīng)用正在迅速推進(jìn)。其顯著的特點是:開關(guān)頻率高，驅(qū)動電路簡單。用于通用變頻器時，有如下明顯的效果:a.由于載波效率的提高(20KHz或更高)，負(fù)載電動機(jī)的噪聲明顯減少，實現(xiàn)了低噪聲傳動。電動機(jī)的金屬鳴響聲因振動頻率超過了人耳可感知的程度而“消失”。b.同樣由于載波頻率的提高，使電動機(jī)的電流(特別是低速時的電流)波形更加趨于正弦波，因而減少了電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動和電動機(jī)的損耗。c.由于工GBT為電壓驅(qū)動型，因而簡化了驅(qū)動回路，使整個裝置更加緊湊，可靠性提高，成木降低。d.主開關(guān)器件如果采用工PM，上述效果將更加明顯。B、網(wǎng)側(cè)變流器的f WM控制的變頻器目前上市的絕大多數(shù)通用變頻器，其網(wǎng)側(cè)變流器采用不可控的二極管整流器。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點。比如，網(wǎng)側(cè)電流波形嚴(yán)重畸變，影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，諧波損耗大，電動機(jī)制動時的再生能量無法回饋給電網(wǎng)等?，F(xiàn)已開發(fā)出一種新型的采用PWM控制方式的自換相交流器，并己經(jīng)成功地用作變流器中的網(wǎng)側(cè)變流器。電器結(jié)構(gòu)形式與逆變器完全相同，每個橋臂均由一個自關(guān)斷器件和一個二極管反并聯(lián)組成。其特點是:直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流(網(wǎng)側(cè)電流)波形基本為正弦，功率因數(shù)可保持為1，并且能量可以雙向流通。網(wǎng)側(cè)變流器采用PWM控制交流器又稱為“雙PWM控制變頻器”。這種再生能量回饋式高性能通用變頻器，代表著另一個新的技術(shù)動向。它的大容量化，對于制動頻繁的或可逆運行的生產(chǎn)設(shè)備十分有意義。但因其價位高、投資大，所以在某種程度上限制了它的發(fā)展速度.C、矢量控制變頻器的通用化在造紙、軋鋼等應(yīng)用領(lǐng)域，要求精度高，響應(yīng)快，一般性的通用變頻器已經(jīng)不能勝任，往往要采用矢量控制方案.但是矢量控制往往需要速度傳感器，運算復(fù)雜、調(diào)整麻煩，對電動機(jī)的參數(shù)依賴性較大.目前，國內(nèi)正在努力使矢量控制變頻器實現(xiàn)通用化.因此，對無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的理論研究和實用化的開發(fā)代表著另一個新的技術(shù)發(fā)展方向。保護(hù)功能 電機(jī)保護(hù)，變頻器過載，瞬間過電流，電壓下降，過電壓，輸入缺相電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)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]以上各種因素，本設(shè)計選用安川VS-61665型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時降低了電機(jī)運行損耗，特別適合電梯類負(fù)載頻繁變化的場合。另外，61665變頻器的起動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的S曲線和零頻仍可輸出150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá)0.01-0.02%,使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機(jī)。采用高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機(jī)始終運行于靜噪音狀態(tài)。3.1.2 VS-61665型變頻器簡介3.1.2.1 61665型變頻器的特點VS-61665型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的21世紀(jì)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，通過其本身的自動調(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-61665變頻器的特點如下:(1)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。(2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。(4)保護(hù)功能完善、維修性能好。(5)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。3.1.2.2 61665型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格61665型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表3. 13.2可編程序控制器(PLC)的選擇電梯PLC控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運動的機(jī)械選層器。電梯運行過程中，轎廂所處樓層位置如何檢測，PLC軟件如何根據(jù)給定輸入信號及運行條件判斷或計算樓層數(shù)，是電梯正常運行的首要問題，是正確定向和選層換速的必要前提。表3. 1 61665型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格3.2. 1轎廂樓層位置檢測方法:主要方法有如下幾種:(1)用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān):這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點。(2)利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān):這種方法需對磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權(quán)代碼，進(jìn)行運算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。(3)利用旋轉(zhuǎn)編碼器:目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜嫈?shù)單元，計數(shù)準(zhǔn)確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內(nèi)置24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計采用此法。3. 2. 2 PLC的選型根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。綜合考慮后，本設(shè)計選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列機(jī)。FX系列機(jī)具有以下優(yōu)點:1 體積極小2 先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)3 提供多種子系列供用戶選用4 靈活多變的系統(tǒng)配置5 功能強(qiáng)、使用方便4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1變頻器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。由于61665是通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數(shù)設(shè)置比專用型變頻器要復(fù)雜得多.4.1.1 VS-61665變頻器的參數(shù)61665變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表4.14.1.2參數(shù)設(shè)置積分時間常數(shù)宜大些:(2)為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車參數(shù)設(shè)置的原則:(1)為減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而沖擊;(3)零速一般設(shè)置為OHz，速抱閘功能將影響舒適感;(4)變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設(shè)置見表4.24.1.3變頻器自學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用方法為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，而61665就具有曳引機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)的功能，其方法是:將曳引機(jī)制動輪與電機(jī)軸脫離，使電動機(jī)處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機(jī)，讓變頻器自動識別并存儲電動機(jī)有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)。顯然，這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機(jī)進(jìn)行最佳控制。4.1.4變頻器容量計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計算。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)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,P2=(W, +W,-W,) g+F1 v其中F1=K (W1+W2-W3) g+為摩擦力，可忽略不計。電機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P1，相對于P2留有安全裕量，可取Pl.5P24.1.5變頻器制動電阻參數(shù)的計算由于電梯為位能負(fù)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(yīng)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)，但成本太高.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，成本較低而且具有良好的使用效果.能耗制動電阻R1的大小應(yīng)使制動電流I1的值不超過變頻器額定電流的一半，即I1=Uo /R1I/2其中U。為額定情況下變頻器的直流母線電壓.由于制動申阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率.4. 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計電梯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。圖4. 1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，主要硬件包括PLC主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī)，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)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(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。4. 2. 1設(shè)計思想4. 2. 1. 1信號控制系統(tǒng)電梯信號控制基本由PLC軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖4. 2所示，輸入到PLC的控制信號有:運行方式選擇(如自動、有司機(jī)、檢修、消防運行方式等)、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護(hù)信息、旋轉(zhuǎn)編碼器光電脈沖、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。4.2.1.2電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能(1)一臺電機(jī)控制上升和下降(2)各層設(shè)上/下呼叫開關(guān)(最頂層與起始層只設(shè)一只)(3)電梯到位后具有手動或自動開門關(guān)門功能(4)電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵，警鈴風(fēng)扇及照明按鍵(5)電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號指示燈(6)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(7)自動關(guān)門與提早關(guān)門.在一般情況下，電梯停站4-6秒應(yīng)能自動關(guān)門;在延時時間內(nèi)，若按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時提前實現(xiàn)關(guān)門動作.(8)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，門將打開。(9)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)能按順序自動?？寇囬T，并能至調(diào)定時間，自動確定運行方向。(10)自動定向。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上，選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應(yīng)能按先入為主的原則，自動確定運行方向。(11)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。(12)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。(13)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。(14)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