基于PLC五層電梯控制系統(tǒng)

第一章諸論1.1電梯的起源與發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關(guān)重要。是現(xiàn)代城市生活中必不可少，且應(yīng)用最廣泛的垂直交通運(yùn)輸工具。它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時阿基米德設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)，共造出三臺，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺卷揚(yáng)機(jī)看作是現(xiàn)代電梯的鼻祖[4]。事實(shí)上，早在公元前，我們的祖先和古埃及也都曾經(jīng)使用了這種人力卷揚(yáng)機(jī)。在瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)之后，于1850年，在美國紐約市出現(xiàn)了世界第一臺由亨利·沃特曼制作的以蒸汽機(jī)為動力的卷揚(yáng)機(jī)。80年代，大功率晶體管模塊的問世以及微機(jī)和數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷成熟，人們利用PWM(脈寬調(diào)節(jié))技術(shù)來控制換流器，實(shí)現(xiàn)對電梯中交流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻(VVVF)，達(dá)到線性調(diào)速的目的。自80年代中期，VVVF控制的電梯先后由美國奧的斯、日本三菱等電梯公司相繼開發(fā)并逐步推向市場。90年代，VVVF拖動系統(tǒng)得到較快發(fā)展，其許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，明顯優(yōu)于其它電梯控制系統(tǒng)。1.2電梯信號控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展．一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)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(jì)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(diǎn)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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。第二章硬件選型2.1PLC的選擇由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。1980年P(guān)LC問世后，由美國電氣制造商協(xié)會對PLC下過如下的定義:PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。1982年，國際電工委員會頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對PLC作了如下的定義:PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有與其他順序控制裝置不同的特點(diǎn)。2.1.1PLC的定義和特點(diǎn)一 ，可靠性對可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面。（1）與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1)PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2)PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。3)PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因?qū)Σ僮骱途S修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。（2）與通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1)PC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡化的編程語言，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性較通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高。2)在PLC的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先進(jìn)的工藝制造流水線生產(chǎn);對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對電源的掉電保護(hù)、存儲器內(nèi)容的保護(hù)并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計(jì)等等。3)在PLC的軟件設(shè)計(jì)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、信息保護(hù)和恢復(fù)、報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等等。二，易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:(1)操作方便對PLC的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸人和更改的操作。編程器至少提供了輸人信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點(diǎn)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屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點(diǎn)。(2)編程方便PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。(3)修方便PLC所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。三，靈活性PLC的靈活性表現(xiàn)在下列三方面：(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、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進(jìn)行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時，可以不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。(2)擴(kuò)展的靈活性PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個重要的特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展，功能的擴(kuò)展等。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元來擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)或其他上位機(jī)的通信來擴(kuò)展它的功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴(kuò)展的靈活性大大地方便了用戶。(3)操作的靈活性操作的靈活性是指設(shè)計(jì)的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡化，不同的生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺或控制屏等。四，機(jī)電一體化為了使得工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化——儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，它的體積大大減小，機(jī)械與電氣部件被有機(jī)地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。2.1.2PLC的主要功能和應(yīng)用PLC的主要功能和應(yīng)用如下:(1)開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。(2)模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進(jìn)行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。(3)定時控制PLC具有很強(qiáng)的定時、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計(jì)數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計(jì)數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以選擇高速計(jì)數(shù)器。(4)數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。(5)信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運(yùn)算等，可采用冗余的PLC實(shí)現(xiàn)。(6)通信把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實(shí)現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。2.1.3PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領(lǐng)域中大量地應(yīng)用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在著質(zhì)的差別，表3—1給出了PLC與繼電器控制系統(tǒng)功能與特點(diǎn)的比較。表3—1PLC與繼電器控制功能與特點(diǎn)比較2PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較通用計(jì)算機(jī)具有十分強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，同時數(shù)據(jù)的處理速度已經(jīng)達(dá)到極高的水平，但是應(yīng)用通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有PLC功能強(qiáng)大，表3—2給出了它們的對比表3—2PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)功能與特點(diǎn)比較從上邊的論述和比較可以看出。由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)計(jì)的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計(jì)算機(jī)要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展所以在本設(shè)計(jì)中采用PLC來進(jìn)行邏輯控制。2.1.4PLC硬件設(shè)計(jì)1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：1)最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。2)保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3)力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。4)適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計(jì)時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。2可編程控制器機(jī)型的選擇。為了完成設(shè)定的控制任務(wù),主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定PLC的機(jī)型。本系統(tǒng)為六層樓的電梯,采用集選控制方式。所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量估算如下:1)輸入/輸出點(diǎn)的估算。輸入點(diǎn)有:門廳按鈕10個,轎廂內(nèi)按鈕9個,樓層感應(yīng)傳感器6個,轎廂門限開關(guān)2個,檢修開關(guān)1個,平層傳感器2個，減速傳感器2個，過載測量傳感器1個，PG卡1個，障礙檢測光電傳感器1個共35個。輸出點(diǎn)有：轎廂內(nèi)指示燈9個，門廳召喚按鈕指示等10個，樓層顯示用七段碼顯示器引腳7個，開關(guān)門電動機(jī)驅(qū)動線圈2個，變頻器控制引腳8，電梯上下行指示燈2，總共38個。2）內(nèi)存容量的估算用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行估算。本系統(tǒng)有開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)有67個，模擬量I/O數(shù)為0個。利用估算PLC內(nèi)存總?cè)萘康挠?jì)算公式:所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)×(10～15)+模擬量I/O總點(diǎn)數(shù)×(150～250)再按30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約2K字節(jié)的內(nèi)存容量。2）可編程控制器機(jī)型的選擇FX2，F(xiàn)X1,FX2C系列是三菱公司今年來推出的高性能小型可編程控制器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可編程控制器。它們都體積都比較小，但功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價(jià)格有很大的差別。如表3—3所示。表3—3FX0S,FX0N.FX2N性能比較FX0S的功能簡單，價(jià)格便宜，可以用與小型開關(guān)量的控制系統(tǒng)，F(xiàn)X0N可用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)，F(xiàn)X2N的功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的I/O節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時使用，以及指令的執(zhí)行速度，因此選用三菱公司的FX2N系列的FX2N-80MR。它的輸入繼電器X000-X047共40個，輸出繼電器Y000-Y047共40個，程序容量為8K字節(jié),完全滿足要求。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。圖3—1FX2N—80MR4）輸入/輸出模塊的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制的要求,本系統(tǒng)的輸入選用直流24V的輸入模塊。輸出模塊選用繼電器輸出形式。開關(guān)量輸出單元的作用是把PLC的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號。按照現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源的不同，可分為直流輸出單元（晶體管輸出方式，或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）和交流輸出單元（晶閘管輸出方式或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開關(guān)元件，同時又是隔離器件。發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng)PLC輸出一個接通信號時候，內(nèi)部電路使繼電器線圈K通電。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載L接通得電，VD作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動勢，同時狀態(tài)指示發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)載回路的電源既可以選用交流電源，也可以選用直流電源。特別也指出的是，繼電器模式具有斷點(diǎn)確切，可以實(shí)際切斷所控制的回路電器連接的作用，同時這種模式既適合于直流又適合于交流的情況，因此這種模式在開關(guān)頻率不是太高的情況下是首先選擇的輸出控制方案。下圖給出了這種輸出方案的原理圖。圖3—2繼電器模式輸出單元5)輸入輸出點(diǎn)的分配表3—4輸入輸出點(diǎn)的分配2.2變頻器的選擇隨主人的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速隨著變頻器性能價(jià)格比的諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但價(jià)格相對較貴。因此，本設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的特點(diǎn)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。2.2.1通用變頻器概況通用變頻器的發(fā)展上個世紀(jì)80年代初，通用變頻器實(shí)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(shí)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、四年的時一間，IGBT變頻器的單機(jī)容量已達(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(jì)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，采用厚薄膜棍合集成技術(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"（IntelligentModule）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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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，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)。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(shí)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(yùn)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(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)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;2.2.2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，IGBT的應(yīng)用正在迅速推進(jìn)。其顯著的特點(diǎn)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(shí)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IGBT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，成本降低。d.主開關(guān)器件如果采用IPM，上述效果將更加明顯。B、網(wǎng)側(cè)變流器的PWM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(diǎn)。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。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(yùn)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(shí)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(shí)用化的開發(fā)代表著另一個新的技術(shù)發(fā)展方向。2.2.3VS一616G5型變頻器簡介（1）616G5型變頻器的特點(diǎn)VS一616G5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(shí)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一616G5變頻器的特點(diǎn)如下:（1）包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)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15;12.18。616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如表3.5安川616G5型變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格3.5安川616G5型變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格2.2.4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。（1）VS一616G5變頻器的參數(shù)616G5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3..6表3.6變頻器參數(shù)（２）參數(shù)設(shè)置:(1)為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)(2)為了提高運(yùn)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OHZ;(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)變頻器自學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用方法選用安川VS-616G5通用變頻器的可自行設(shè)置速度曲線，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616G5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。通過這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制,使乘客在乘坐電梯時更加舒適。為滿足電梯安全性的要求,變頻器通過與電動機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡,完成速度檢測及反饋,形成閉環(huán)系統(tǒng)。可編程控制器(PLC)負(fù)責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系,從而向變頻器發(fā)出起、停等信號,同時變頻器也將工作狀態(tài)信號送給PLC,形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系,這是系統(tǒng)的核心。電機(jī)自學(xué)習(xí)操作步驟如下：（1）用葫蘆吊起轎廂，把鋼絲繩從曳引輪上取下，使電機(jī)完全脫離負(fù)載，確認(rèn)即使電機(jī)轉(zhuǎn)動也無任何危險(xiǎn)。（2）自學(xué)習(xí)前必須把A1-02=02設(shè)定到A1-02=03(開環(huán)轉(zhuǎn)閉環(huán))。（3）確認(rèn)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)方向：開慢車,閉環(huán)運(yùn)行時,如PG方向相反,電機(jī)轉(zhuǎn)速會很慢,并可能伴隨震動.當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向相反時，用編程方式改變F1-05(旋轉(zhuǎn)編碼器相序)。（4）打開抱閘。（5）進(jìn)入自學(xué)習(xí)菜單Auto-Tuning，然后依次輸入以下參數(shù)T1-01=0、T1-02（RatedPower電機(jī)輸出功率）、T1-03（RatedVoltage額定電壓）、T1-04（RatedCurrent額定電流）、T1-05（RatedFrequency額定頻率）、T1-06(Numberofpoles電機(jī)極數(shù))、T1-07（MotorSpeed額定轉(zhuǎn)速）、T1-08（PGPulses編碼器脈沖數(shù)）其他參數(shù)不予理會。當(dāng)顯示pressrunkey?時,人為使運(yùn)行接觸器接通，按編程器Run鍵，變頻器自動進(jìn)入自學(xué)習(xí)狀態(tài),此時電機(jī)會自動運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間。當(dāng)變頻器顯示TuneSuccessful表示自學(xué)習(xí)結(jié)束，稍后電機(jī)即停轉(zhuǎn)。(1)VS一616G5變頻器的連接圖圖3-3VS一616G5變頻器的連接圖變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計(jì)算。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為，電梯運(yùn)行速度為v，電梯自重為，電梯載重為，配重為;，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:其中為摩擦力，δ可忽略不計(jì)。電機(jī)功率，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率，相對于留有安全裕量，可取變頻器制動電阻參數(shù)的計(jì)算由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)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Rz的大小應(yīng)使制動電流工z的值不超過變頻器額定電流的一半，即其中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。

第三章硬件設(shè)計(jì)3.1電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在電梯拖動控制系統(tǒng)中速度曲線圖形直接影響著電梯的舒適感和平層準(zhǔn)確度。如果電梯在啟動加速和減速制動時，速度曲線圖性的加、減交界處不圓滑，乘客會感覺很不舒服，為了滿足舒適感提高運(yùn)輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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(jì)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，則是由加速度斜率及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2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。同理，增加S曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。而S曲線變化率的變化，也可通過改變S曲線起始、終了加速時間來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用的616G5變頻器就具有S曲線加速時間設(shè)定功能，故將加速時間和S曲線加速時間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如圖4.1所示，圖中a為加速度，v為速度。圖4-1速度運(yùn)行曲線3.2電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中越來越得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)轉(zhuǎn)速是否變化，可以將各類生產(chǎn)機(jī)械分為恒速拖動與變速拖動機(jī)械兩大類，而在現(xiàn)代的各行各業(yè)中，絕大多數(shù)的機(jī)械都有著調(diào)速的要求，使得對變速拖動系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。長期以來，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)橹绷麟妱訖C(jī)調(diào)速方便。而且在磁場一定的條件下，它的轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，使其轉(zhuǎn)動矩容易控制。因此直流電動機(jī)調(diào)速比較容易得到良好的動態(tài)特性，但是直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)時、價(jià)格昂貴、可靠性差、運(yùn)行出現(xiàn)火花等缺點(diǎn)使得直流電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)向高速、大容量發(fā)展的要求。3.3異步電機(jī)的調(diào)速方法及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:式中:no為同步轉(zhuǎn)速，f0為電源頻率,p為電動機(jī)的磁極對數(shù)。，S為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率。從上式可以看出，要調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以從改變下列三個參數(shù)如手:改變異步電動機(jī)定子繞組的磁極數(shù)--即變極調(diào)速;改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率--即改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速;改變供電電源的頻率--即變頻調(diào)速。1變極調(diào)速對于鼠籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的異步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)子的極對數(shù)能自動地與定子極對數(shù)相對應(yīng)。改變定子繞組的接法，以改變定子的極對數(shù)，使異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0=60f1/p得到改變，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn):操作簡便、機(jī)械特性硬、效率高、可獲得恒轉(zhuǎn)矩與恒功率調(diào)速。其缺點(diǎn)是:只能有極調(diào)速，而且調(diào)速等級有限，只適用于不要求平滑調(diào)速的場合。2改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常見的利用改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的方法有下列幾種:轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速;改變定子電壓調(diào)速;滑差電機(jī)調(diào)速;串極調(diào)速及脈沖調(diào)速等。下面依次介紹上述調(diào)速方法的簡單原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。(1)轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速方法簡單、初期投人少，一般適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。其缺點(diǎn)是當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，轉(zhuǎn)子電路效率，隨之降低，轉(zhuǎn)子損耗增大，經(jīng)濟(jì)性變差;由于轉(zhuǎn)子電路串接電阻，使機(jī)械特性變軟，而且串接電阻的數(shù)值越大，特性就越軟，因而在低速下穩(wěn)定性差;只能獲得有級調(diào)速，平滑性不高;調(diào)速范圍受負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響，當(dāng)輕載時，調(diào)速范圍很小。(2)改變定子電壓調(diào)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于與最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，其機(jī)械特性部分對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不能穩(wěn)定運(yùn)行，因此調(diào)速范圍很小。對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在增加異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的基礎(chǔ)上，改變定子電壓，可獲得較寬的調(diào)速范圍。但它的機(jī)械特性變軟，使運(yùn)行不大穩(wěn)定。而且低壓時，過載能力低，負(fù)載波動較大時，適應(yīng)性差，調(diào)速時效率低，功率因數(shù)較轉(zhuǎn)子電路串接電阻時更低，在低速時，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。(3)滑差電機(jī)調(diào)速。其特點(diǎn)是在異步電動機(jī)的軸上裝一個電磁滑差離合器?；铍姍C(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。其缺點(diǎn)是這種調(diào)速方式在不同的勵磁電流下其機(jī)械特性很軟，并且勵磁電流越小，特性越軟。在任何轉(zhuǎn)速下，離合器的傳遞效率為n2/n，在低速下它的效率很低。由于磨擦與剩磁的存在，使其存在不可控區(qū)，即當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于10%的額定轉(zhuǎn)矩時可能失控。(4)串極調(diào)速。繞線型轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)與其它電機(jī)或電子設(shè)備(例如由晶閘管組成的逆變器)串級連接，以實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。串極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)速過程中其機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好;轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)至很低，調(diào)速范圍較寬;可實(shí)現(xiàn)自動控制無極調(diào)速;轉(zhuǎn)差功率可返回電網(wǎng)，效率較高。其缺點(diǎn)是只適用于繞線型轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)，在使用上有其局限性。由于外加電勢的頻率也得隨之變化，這在技術(shù)上是比較復(fù)雜的，這是申極調(diào)速的一個主要缺點(diǎn)。3VVVF變壓變頻調(diào)速VVVF電梯，采用交流單速電動機(jī)，通過對交流電動機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線線性段區(qū)域擴(kuò)大。由于系統(tǒng)采用高精度電光碼盤，微機(jī)全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達(dá)到毫米級，并且絕對保證電動機(jī)零速下閘，舒適感非常好。交流變壓變頻調(diào)速的基本原理：由式(4-1)可知異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時，s<<1，因此，N基本上正比于f0。所以，要改變交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率f0即可。但是，在改變轉(zhuǎn)速的同時，希望勵磁電流和功率因數(shù)基本保持不變。磁通太弱，則沒有充分利用鐵芯，電機(jī)容許的輸出轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)的功率得不到充分利用而浪費(fèi);若增大磁通，將引起磁路過分飽和而使勵磁電流增加，功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)，在交流異步電動機(jī)中；式中—定子每相的氣隙磁通感應(yīng)電勢有效值;對于固定電機(jī)，為常量，因此，要想在改變的時候磁保持不變，只需同步地改變使然而，繞組中的感應(yīng)電勢是難以直接控制的，當(dāng)電勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，此時定子相電壓從而我們認(rèn)為當(dāng)時，基本恒定，即和成正比例函數(shù)。但是，當(dāng)頻率較低時，和都較小，定子繞組的漏磁阻抗壓降不能忽略，此時可以簡單地把電壓適當(dāng)抬高，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。在電梯的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的實(shí)際最大轉(zhuǎn)速為其額定轉(zhuǎn)速，因此，電梯的變頻調(diào)速屬“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”。從上面的分析可看出，只有同時改變電源的電壓和頻率，才能滿足變頻調(diào)速的要求。這樣的裝置統(tǒng)稱為變壓變頻裝置，即VVVF裝置(VVVF是英文VariableVoltageVariableFrequency的縮寫)。VVVF控制的電梯相對于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯(ACVV)都有十分突出的優(yōu)點(diǎn)。下面與ACVV控制的電梯相比較。安全可靠。先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，完善的檢測、自診斷、自保護(hù)功能最大限度地考慮了電梯在任何情況下出現(xiàn)故障的可能性，設(shè)置了各種防故障和應(yīng)急裝置。舒適感好。理想的電梯運(yùn)行速度曲線，根據(jù)人體生理適應(yīng)能力由高性能的微電腦設(shè)計(jì)而成，采用矢量控制技術(shù)對交流電動機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行極其平衡、舒適。高速高性能。高速運(yùn)行，最佳召喚應(yīng)答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應(yīng)自動調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時間，使電梯運(yùn)行效率得到充分發(fā)揮。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速(VWF)系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)異、功能齊全、質(zhì)量可靠，而且具有優(yōu)異的節(jié)能效果，與目前同規(guī)格的ACVV相比，節(jié)能約40%，并可使用戶電源容量也大量減小。節(jié)省機(jī)房空間。超小型的機(jī)房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)房控制系統(tǒng)相比，體積減少1/2以上，重量大大減輕。因此，節(jié)省機(jī)房空間，減輕機(jī)房承重，提高建筑利用率，從而可節(jié)約建筑費(fèi)用。利用率高。全電腦控制可以方便地使兩臺、三臺、四臺以上的電梯進(jìn)行群控，合理安排，合理分配，提高電梯的運(yùn)行效率。圖3-2PLC、變頻器連接圖3.4井道信號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.1干簧感應(yīng)器的工作原理圖3-3干簧感應(yīng)器干簧感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。在U行槽兩側(cè)分別放置永久磁鐵和干簧管。當(dāng)沒有隔磁板插入U(xiǎn)形槽時，在磁場的作用下常閉觸點(diǎn)2，3閉合，將隔磁板插入U(xiǎn)行槽時永久磁鐵磁場經(jīng)空氣隙和隔磁板構(gòu)成閉合磁路，于是在簧片彈性作用下，觸點(diǎn)2，3斷開，常開觸電3，4閉合。這樣可以根據(jù)電梯的控制要求，可以將感應(yīng)器安裝在轎廂的頂部，將隔磁板固定在井道所需位置的導(dǎo)軌上（對某種井道信號的產(chǎn)生，如：樓層信號有時候需要將感應(yīng)器安裝在井道所需的特定位置的導(dǎo)軌上，將隔磁板固定在轎廂上）。電梯的井道系統(tǒng)示意圖圖3-4井道信號系統(tǒng)示意圖1電梯位置的確定與顯示轎廂中的乘客以及門廳中等待乘坐電梯的人都需要知道電梯的當(dāng)前位置，電梯確定是否能夠應(yīng)答新的召喚指令以及什么時候減速平層制動這都需要知道電梯的當(dāng)前的準(zhǔn)確位置。一般的電梯系統(tǒng)都的位置信號都是靠設(shè)置在井道中的位置開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，如我們上邊說到的干簧感應(yīng)器，就是比較可靠，性能比較好的一種。在井道中對應(yīng)每一樓層的適當(dāng)位置都安裝一個干簧感應(yīng)器，在轎廂運(yùn)行過程中到當(dāng)固定在轎廂頂上的閣磁板插入某樓曾的干簧感應(yīng)器時，該干簧管的常閉觸點(diǎn)接通，表示電梯已經(jīng)到達(dá)該樓層，并置位相應(yīng)的狀態(tài)繼電器，知道隔磁板插入另外一個樓層的干簧感應(yīng)器。3.5電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)是采用VS一616G5型變頻器和三菱FX2N-80MR型PLC組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng),電氣控制硬件框圖如圖4-5,它由曳引電機(jī)、門電機(jī)、變頻器、可編程控制器PLC及其他電氣元件構(gòu)成。電梯的調(diào)速部分選用高性能的矢量控制變頻器,利用光電編碼器測量曳引電機(jī)的轉(zhuǎn)速,構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。電路的邏輯部分由PLC來實(shí)現(xiàn),PLC接受來自現(xiàn)場的呼叫、轉(zhuǎn)速、樓層、位置等信號。發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)的速度信號、門機(jī)的開關(guān)門信號、樓層顯示及呼叫顯示信號。圖3-5控制系統(tǒng)原理圖圖3-6控制系統(tǒng)接線

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1FX2N系列PLC的基本邏輯指令基本邏輯指令是PLC中最基本的編程語言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各種型號的PLC的基本邏輯指令都大臺大同小異，現(xiàn)在我們針對FX2N系列，逐條學(xué)習(xí)其指令的功能和使用方法，。每條指令及其應(yīng)用實(shí)例都以梯形圖和語句表兩種編程語言對照說明。一、輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明：符號功能梯形圖表示操作元件LD（取）常開觸點(diǎn)與母線相連X，Y，M，T，C,SLDI（取反）常閉觸點(diǎn)與母線相連X，Y，M，T，C,SOUT（輸出）線圈驅(qū)動Y，M，T，C，S,FLD與LDI指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此外還可用于分支電路的起點(diǎn)。OUT指令是線圈的驅(qū)動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。二、觸點(diǎn)串連指令（AND/ANDI）、并聯(lián)指令（OR/ORI）符號功能梯形圖表示操作元件AND（與）常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接X，Y，M，T，C,SANDI（與非）常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接X，Y，M，T，C,SOR（或）常開觸點(diǎn)并聯(lián)連接X，Y，M，T，C，SORI（或非）常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接X，Y，M，T，C，SAND、ANDI指令用于一個觸點(diǎn)的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限，這兩個指令可連續(xù)使用。三、電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB）符號功能梯形圖表示操作元件ORB（塊或）電路塊并聯(lián)連接無ANB（塊與）電路塊串聯(lián)連接無含有兩個以上觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路稱為"串聯(lián)連接塊"，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，支路的起點(diǎn)以LD或LDNOT指令開始，而支路的終點(diǎn)要用ORB指令。ORB指令是一種獨(dú)立指令，其后不帶操作元件號，因此，ORB指令不表示觸點(diǎn)，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個并聯(lián)電路塊之后使用一個ORB指令，用這種方法編程時并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時ORB指令最多使用7次。將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用ANB指令，各并聯(lián)電路塊的起點(diǎn)，使用LD或LDNOT指令；與ORB指令一樣，ANB指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個ANB指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。四、程序結(jié)束指令（END）符號功能梯形圖表示操作元件END（結(jié)束）程序結(jié)束無在程序結(jié)束處寫上END指令，PLC只執(zhí)行第一步至END之間的程序，并立即輸出處理。若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。另外。在調(diào)試程序時，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認(rèn)無誤后，再依次刪去插入的END指令。其他的一些指令，如置位復(fù)位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點(diǎn)、空操作、跳轉(zhuǎn)指令等，可以參考一些課外書，在這里我們不詳細(xì)介紹了。4.2程序流程圖圖5—1程序流程圖4.3程序說明1電梯參數(shù)初始化程序段初始化程序段定義了電梯運(yùn)行所需要的部分邏輯線，數(shù)據(jù)寄存器的處始值初始值定義如下表：表5—1參數(shù)初始值初始化程序段圖5—2梯形程序圖這段程序只有在M0的值為邏輯0的時候才能運(yùn)行，M0是系統(tǒng)啟動標(biāo)志寄存器．當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后把M0置位，以后在正常運(yùn)行情況下將不再執(zhí)行這段程序．如果電梯運(yùn)行，按下X37，就可以把M0復(fù)位，而M0是整個主程序的主控指令，一點(diǎn)M0為邏輯0，N0主控就失效了，整個程序?qū)Ｖ埂?用戶輸入登記程序段用戶輸入程序段是用來接收用戶對門廳按鈕或者轎廂內(nèi)按鈕的操作，并將其保存到一定的邏輯線圈中或者執(zhí)行一定的指令加以處理，每個觸電對應(yīng)的邏輯線圈以及說明如下表：表5—2該段程序都是用的SET指令，把按下的觸電對應(yīng)的邏輯線圈置位，用以保持該狀態(tài)，比如當(dāng)X0接通就把M10置位．一部分程序如下圖：圖5—3梯形程序圖3系統(tǒng)狀態(tài)確定程序段這段程序的大部分都像前邊的三句，當(dāng)M10置位是就接通轎廂內(nèi)一樓按鈕對應(yīng)的指示燈，表示該按鈕被按下圖5—4梯形程序圖對開門狀態(tài)和關(guān)門轉(zhuǎn)臺有特殊的處理，其梯形圖如下圖5—5梯形程序圖M16和M17分別是開門按鈕和關(guān)門按鈕對應(yīng)的狀態(tài)，只有當(dāng)電梯不移動的時候才能執(zhí)行開關(guān)門的指令，所以要對Y025和Y026的狀態(tài)進(jìn)行判斷，Y025和Y026分別是拽引電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，也就是判斷電梯有無上下行．如果是開門狀態(tài)，為了避免沖突，先要復(fù)位關(guān)門繼電器M17，在復(fù)位關(guān)門狀態(tài)繼電器M105,復(fù)位開門到位繼電器M106，這樣就可以置位開門狀態(tài)繼電器M104,這樣就已經(jīng)處于開門的狀態(tài)了，響應(yīng)了開門按鈕的要求了，就可以復(fù)位開門按鈕對應(yīng)的繼電器M16．關(guān)門的過程與此正好相反，這里就不再做說明了。在系統(tǒng)狀態(tài)確定的時候還要顯示當(dāng)前的樓層以及當(dāng)前是處于上行還是下行狀態(tài)，這些要求都是通過下邊的程序段來實(shí)現(xiàn)的：圖5—6梯形程序圖D100寄存器是存的是當(dāng)前的樓曾數(shù)，SEGD(seven-segmentdecoder)是顯示十六進(jìn)制指令，當(dāng)系統(tǒng)一上電，它就把D100寄存器譯碼成驅(qū)動與輸出端Y011-Y017相連的七段數(shù)碼管的控制信號．當(dāng)M101置位，說明電梯處于上行狀態(tài)，所以電梯的上行指示燈Y041亮．當(dāng)M102置位，說明電梯處于下行狀態(tài)，所以就使得電梯的下行指示等Y042亮。4判斷電梯是否在開關(guān)門程序段圖5—7梯形程序圖當(dāng)M104置位且M105復(fù)位就是說明電梯處于開門狀態(tài)，就調(diào)用電梯開門子程序段P30．當(dāng)M104復(fù)位且M105置位就說明電梯正處于關(guān)門狀態(tài)，就調(diào)用電梯關(guān)門子程序段P40．當(dāng)M104和M105都復(fù)位時，說明電梯既沒有開門又沒有下行．這樣N1層主控指令有效，去處理電梯的移動，如果電梯處于開門或者關(guān)門狀態(tài)就會切段移動指令的執(zhí)行，保證電梯不會移動．M105復(fù)位。5電梯開門子程序段圖5—8梯形程序圖當(dāng)M104置位時電梯處于開門狀態(tài)，如果開門到位開關(guān)X032沒有接通，置位Y020繼續(xù)開門，如果開門到位，X032接通說明門已經(jīng)開到位了，這是置位開門到位繼電器，并開始定時，讓人安全進(jìn)入，定時時間到復(fù)位開門狀態(tài)繼電器并置位關(guān)門狀態(tài)繼電器，開始關(guān)門。6電梯關(guān)門子程序段圖5—9梯形程序圖這這段程序和電梯開門子程序段很相近，M105置位標(biāo)志著電梯處于關(guān)門狀態(tài)，根據(jù)關(guān)門是否到位繼電器的狀態(tài)來判斷應(yīng)該執(zhí)行那些操作．如果關(guān)門沒到位，驅(qū)動開關(guān)們電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼續(xù)關(guān)門，如果在關(guān)門的過程中光電傳感器X035接通表示有人進(jìn)出或者有東西擋在門口，為了安全其間，就為跳轉(zhuǎn)到開門子程序段P30，重新開門，只有障礙排除了才能繼續(xù)關(guān)門。7判斷電梯是否空閑程序段圖5—10梯形程序圖X000-X005是電梯轎廂內(nèi)的選層按鈕，X017-X030電梯門廳的召喚按鈕，上邊這段程序是為了檢測這些按鈕中有沒有一個或者幾個被按下，用這個來確定電梯的運(yùn)行狀態(tài)，判斷電梯是否處于空閑，用SUM指令計(jì)算X001-X004，X017-X026，X017-X026的邏輯1的位數(shù)，保存到D111和D112中．如果X004,X005,X027,X030中有一位或者幾位被置邏輯“1”或者M(jìn)8020還是邏輯0，那就證明有按鈕被按下，那么M100就被接通否則復(fù)位M100。8電梯空閑狀態(tài)處理程序段圖5—11梯形程序圖當(dāng)M101和M102都復(fù)位的時候電梯既不是上行也不下行有可能處于空閑狀態(tài)，這時候就去調(diào)用P50，確定電梯下一個目標(biāo)樓層的子程序段，這這段程序中會確定M103（電梯空閑標(biāo)志）的值，如果這段程序執(zhí)行的結(jié)果是還沒有任何其他樓層（不包括電梯當(dāng)前?？康臉菍樱┬枰憫?yīng)，那么M103就為邏輯1,電梯繼續(xù)處于空閑狀態(tài)，如果M103和M100（有按鈕按下標(biāo)志）都置位，就說明按下的是電梯挺靠的樓曾，便設(shè)置電梯開門標(biāo)志M104。9確定電梯下一個目標(biāo)樓層的子程序段P50圖5—12梯形程序圖圖5—13梯形程序圖這段程序是確定電梯的下一個目標(biāo)樓層的子程序，在電梯處于空閑狀態(tài)會執(zhí)行這一段程序，在這段程序中，會確定M103（電梯空閑狀態(tài)標(biāo)志）的邏輯值。如果這段程序執(zhí)行的結(jié)果還是沒有任何其他樓層（不包括電梯的當(dāng)前層）需要響應(yīng)，那么M103的值就為邏輯“1”，電梯仍然處于空閑狀態(tài)。這段程序的第一部分是設(shè)了一個臨時變量D110,然后把電梯的當(dāng)前的層保存在D110當(dāng)中，然后使用一系列指令修改D110的值，比如門廳一樓上行按鈕或者轎廂內(nèi)一樓按鈕被按下，那么就把數(shù)字一傳給D110。門廳二樓上行按鈕或者下行按鈕或者轎廂內(nèi)二樓按鈕被按下的時候就把數(shù)字2傳給D110，以此類推。第二部分是個比較程序，用來更改電梯的運(yùn)行狀態(tài)。比較D110和D100的數(shù)值，結(jié)果存放在M200，M201，M202中。如果D110大于D100，那么下一個目標(biāo)就在當(dāng)前層的上方，所以把D110的值傳給電梯的上行最近目標(biāo)D101，并且接通電梯上行標(biāo)志M101，復(fù)位電梯空閑標(biāo)志M103，并讓拽引電機(jī)正轉(zhuǎn)，把轉(zhuǎn)引電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電Y025器置位。如果D110的值小于D100，那么下一個目標(biāo)就在當(dāng)前層的下方，就把D110的值傳給D102電梯下行最近目標(biāo)寄存器，并接同電梯下行標(biāo)志M102，復(fù)位M103，并讓拽引電機(jī)逆轉(zhuǎn)，置位Y026。如果D110等于D100，那么一定是按下了當(dāng)前層的按鈕，那么電梯狀態(tài)依舊為空閑，再跳回調(diào)用子程序的地方就會進(jìn)入開門程序。10清除標(biāo)記子程序段P60表5—3清除標(biāo)記對應(yīng)表此段程序的任務(wù)是電梯在某個樓層的時候，清除已經(jīng)完成任務(wù)的按鈕狀態(tài)。程序的梯形圖如下圖所示。圖5—14梯形程序圖在子程序的開頭，把電梯的當(dāng)前所在的樓層數(shù)保存到便址寄存器V中，并用跳轉(zhuǎn)指令CJ跳轉(zhuǎn)到P60V當(dāng)中去，在P0V的最后總有一句跳轉(zhuǎn)到P69（清除標(biāo)記子程序的結(jié)尾，SRET指令），這樣就保證只有當(dāng)前樓層的標(biāo)記被清除。對應(yīng)沒一層應(yīng)清除的標(biāo)記如上表所示。圖5—15梯形程序圖當(dāng)電梯上行標(biāo)志M101置位且電梯下行標(biāo)志M102復(fù)位的時候，說明電梯處于上行狀態(tài)。電梯在上行的過程中只要還沒有減速，（即Y024沒有被置為邏輯1），每一個掃描周期都要調(diào)用電梯上行最近目標(biāo)子程序段P70，看有沒有用戶新的召喚指令，以更改上行目標(biāo)樓層。并不斷的把電梯的當(dāng)前層數(shù)值D100和上行最近目標(biāo)D101進(jìn)行比較，如果比較的結(jié)果是電梯的當(dāng)前小于電梯的上行最近目標(biāo)，則電梯要繼續(xù)上行，M202置位，并且使的電動機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，Y025置位。如果比較的結(jié)果是上行最近目標(biāo)D101等于電梯的當(dāng)前層，意味著電梯快要到達(dá)，要準(zhǔn)備平層，馬上設(shè)置電梯為減速上行置位Y024。當(dāng)電梯在減速上行過程中遇到上行平層傳感器X036的隔磁板，發(fā)出的平層信號就復(fù)位拽引電機(jī)的正傳Y025線圈和減速線圈Y024，設(shè)置電梯的開門標(biāo)志M104為1，以便下一個掃描周期進(jìn)入開門子程序，并調(diào)用P60清除本層的相應(yīng)按鈕狀態(tài)。12確定上行最近目標(biāo)子程序段圖5—16梯形程序圖確定上行最近目標(biāo)子程序段，是為了監(jiān)控用戶新的輸入，確定是否需要更改電梯運(yùn)行的目標(biāo)，如當(dāng)電梯已經(jīng)有了目標(biāo)層，并開始移動的時候，比如從一樓到六樓，當(dāng)電梯經(jīng)過二樓時，四樓門廳有人按下門廳的上行按鈕，那么電梯的上行最近目標(biāo)層就應(yīng)當(dāng)改為4，而不是6。在這段子程序中用到了用了一個類似C語言中的switch…case語句的梯形圖結(jié)構(gòu)，根據(jù)一個變量的不同數(shù)值去執(zhí)行相的指令。因?yàn)樵诿總€掃描周期電梯的當(dāng)前位置都在發(fā)生改變，而檢測上行最近目標(biāo)只能檢測上行最近目標(biāo)層只能檢測當(dāng)前層一上的層的門廳上行召喚指令，或者廂內(nèi)按鈕的指令。比如當(dāng)前層是當(dāng)前層是四層，上行最近目標(biāo)是6，那么只有按下5樓的門庭上行召喚指令或者廂內(nèi)5樓按鈕才能改變電梯的上行最近目標(biāo)層。而按一樓，二樓和三樓的按鈕的不能響應(yīng)。P0就是確定上行最近目標(biāo)曾子程序的開始，首先要得到當(dāng)前所在的樓層數(shù)，保存到變址寄存器V中，然后根據(jù)V，是用跳轉(zhuǎn)指令CJ跳轉(zhuǎn)的相應(yīng)的程序段。如果當(dāng)前的樓層樹是二，那么就直接會跳到P2，這樣就會跳過P1（檢測二樓的按鈕狀態(tài)），如果檢測到P2中的M12（轎廂3樓按鈕）或者M(jìn)34（三樓門廳上行按鈕）被按下，那么就用3來取代原來的電梯上行最近目標(biāo)層，并跳轉(zhuǎn)的P19，（確定電梯上行最近目標(biāo)子程序的結(jié)束，SRET指令），然后繼續(xù)檢測P3中的M13（轎廂三樓按鈕狀態(tài)）和M32（三樓門廳上行召喚按鈕狀態(tài)），如有被按下就用四來取代電梯的上行最近目標(biāo)層，以此類推，繼續(xù)向下檢測，一直到P4，P5，P6。如果到P5都沒有按鈕被按下，那么就進(jìn)入P6，證明電梯已經(jīng)不在上行狀態(tài)了，那么就復(fù)位M101（電梯上行標(biāo)志），并設(shè)置電梯的空閑標(biāo)志M103為邏輯1，在下一個掃描周期就進(jìn)入電梯的空閑狀態(tài)處理程序。13電梯下行主程序段圖5—17梯形程序圖當(dāng)電梯上行標(biāo)志M101復(fù)位并且電梯下行標(biāo)志M102置位的時候說明電梯正處于下行狀態(tài)。當(dāng)電梯在下行的過程中還沒有減速（也就是Y024還沒有被置位）在程序掃描的每一個周期都要調(diào)用電梯下行子程序段P20，檢測有沒有新的下行召喚。如有可應(yīng)答的召喚就要修改電梯的下行最近目標(biāo)。在下行的過程中不斷的比較電梯的當(dāng)前層D100和下行最近目標(biāo)D102，如果比較的結(jié)果是電梯的當(dāng)前層高于電梯的下行最近目標(biāo)，置位M200，說明電梯還沒有到達(dá)?？空?，需要繼續(xù)下行，使得電梯拽引電梯繼續(xù)逆轉(zhuǎn)，也就是是置位Y026。下行一直到電梯的行最近目標(biāo)和電梯的當(dāng)前層相等的時候，并且下行減速傳感器接通，說明電梯已經(jīng)到達(dá)需要?？康臉菍?，需要為平層準(zhǔn)備，置位Y024，使得電梯減速上行。減速上行一直到電梯下行平層傳感器X037接通的時候，說明轎廂已經(jīng)到了平層的準(zhǔn)確位置，復(fù)位拽引電機(jī)反轉(zhuǎn)線圈Y026，復(fù)位拽引電機(jī)減速線圈Y024。置位開門標(biāo)志M104。以便程序下一個掃描周期進(jìn)入開門子程序段。這是還要調(diào)用清除標(biāo)記子程序，清除本曾的按鈕狀態(tài)。14過載檢測如果電梯過載，X34接通，置位M44。圖5—18梯形程序圖M44被置位，則發(fā)出警報(bào)信號，并同時復(fù)位開門繼電器M104和關(guān)門繼電器M105，使的電梯們保持原來狀態(tài)，直到過載消除