基于plc的四層樓電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹的是基于PLC的四層樓電梯控制系統(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，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制

2、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的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。而要想電梯能穩(wěn)定可靠的運行，就需要一套精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)。電梯的控制系統(tǒng)有很多種類，常見的有微機控制和PLC控制。研究目的是實現(xiàn)PLC對實際機械系統(tǒng)的控制，拖動系統(tǒng)采用通用變頻器實現(xiàn)對雙速三相異步電動機的控制。然后通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3軟件對

3、PLC進行編程，最后通過SIMATIC S7-200型PLC仿真來調(diào)試程序，從而驗證了基于PLC的四層樓電梯控制。</p><p>　　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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯；控制系統(tǒng)；PLC；變頻器。</p><p><b>　　

4、Abstract</b></p><p>　　This article is about based on PLC four floors of elevator control system. The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be indispensable in the high buil

5、ding of transportation equipments. It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend spor

6、t, there is prominent function in the people's life. And the control elevator circulate of the PLC sy</p><p>　　The whole system passes PLC, logic control the electric circuit is to the rise and fall of e

7、levator; Add, decelerate; Even layer; Start, make to move a control. Its structure is simple and circulate an efficiency, even layer accuracy, be easy to comprehension and control.</p><p>　　Keywords: Elevato

8、r;Control system;PLC;Inverter.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1緒論2</b></p><p><b>　　1.1題目背景2</b&g

9、t;</p><p>　　1.2當(dāng)前領(lǐng)域存在的問題3</p><p>　　1.3 本題目研究的意義4</p><p>　　1.4論文的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 電梯的基本結(jié)構(gòu)以及電梯控制系統(tǒng)5</p><p>　　2.1 電梯土建的基本結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2 電梯

10、的機械基本結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3 電梯的基本結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.4按照功能分，電梯結(jié)構(gòu)可分為 8 大系統(tǒng)。8</p><p>　　2.5 電梯控制系統(tǒng)的原理與要求10</p><p>　　2.6電梯控制系統(tǒng)12</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計14</p>

11、<p>　　3.1 PLC14</p><p><b>　　3.2變頻器21</b></p><p>　　3.3 電動機型號的選擇27</p><p>　　3.4 轎廂位置感應(yīng)器的選擇28</p><p>　　3.5 電梯控制系統(tǒng)硬件框圖30</p><p>　　3.6 電

12、梯控制系統(tǒng)硬件電路圖30</p><p>　　4 電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計33</p><p>　　4.1 電梯控制系統(tǒng)流程圖33</p><p>　　4.2 輔助繼電器（M）和特殊標(biāo)志位寄存器（SM）33</p><p>　　4.3 PLC 軟件設(shè)計34</p><p>　　4.4仿真軟件36</p&

13、gt;<p><b>　　4.5組態(tài)王38</b></p><p>　　4.6控制系統(tǒng)軟件設(shè)計40</p><p><b>　　結(jié) 論44</b></p><p><b>　　謝 辭45</b></p><p><b>　　參考文獻46&l

14、t;/b></p><p><b>　　附 錄47</b></p><p>　　附錄一：I/O表47</p><p>　　附錄二：梯形圖49</p><p>　　附錄三：組態(tài)圖58</p><p>　　附錄四：組態(tài)王數(shù)據(jù)改變命令語言62</p><p>　

15、　附錄五：外文資料翻譯66</p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1題目背景</b></p><p>　　電梯是將機械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)、人體工程學(xué)及空氣動力學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。電梯作為一種較為復(fù)雜的機電一全

16、化設(shè)備，它由多許機械構(gòu)件和電子、電氣、大規(guī)模集成電路組成的微型計算系統(tǒng)及聲、光控制部件所組成。那么電梯到底有哪些功能呢？我們從按下電梯的按鈕到完成電梯的運行并走出電梯轎廂，實際上已包含了電梯的許多功能，如：電梯的定向選層、電梯的起動、加速、穩(wěn)速運行、到站減速、平層停車、開關(guān)門。還有檢修功能、安全保護功能、消防功能、樓層顯示等。</p><p>　　從電梯控制統(tǒng)的實現(xiàn)方法分，電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序

17、控制（PLC）、單片微機控制、多微機控制多種形式。繼電器控制系統(tǒng)是80年代最廣泛的一種電梯控制方式，有控制邏輯線路簡單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構(gòu)成，使用一段時間后其接觸點往往接觸不良，所以電梯故障高，眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大，整個控制柜體積大。隨著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制發(fā)生了限大的變化，因為微機在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部分繼電器和選層器，整個系統(tǒng)更加可靠，靈活性更加

18、提高，功能大增強了。但微機的集成度高，功能項目固化，一般維修人員及工程人員修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生廠家或用專用的工具。可編程序控制器取代繼電器構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點少、可靠高、故障率低、維修方便、噪聲小最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的"可編程"功能，使得當(dāng)改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可。而PLC的編程語言需不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點

19、一般維修及工程人員都能掌握,PLC電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房.</p><p>　　1.2當(dāng)前領(lǐng)域存在的問題</p><p><b>　　(1) 節(jié)能問題</b></p><p>　　越來越多的電梯進入高層建筑，電梯的節(jié)能運行是電梯開發(fā)和使用的關(guān)鍵。從控制的角度來看，充分地利用電能是一個良好的舉措?；谧冾l器有良好的節(jié)能功能比如變頻節(jié)能

20、、功率因數(shù)補償節(jié)能、軟啟動節(jié)能等。所以變頻器的使用可以很好的解決電梯系統(tǒng)的節(jié)能問題。</p><p><b>　　(2) 效率問題</b></p><p>　　電梯作為一種位能型負載，運行過程中需要作頻繁地升降運動，研究一種或多種電梯速度給定曲線，合理地選擇運行速度曲線，是提高運行效率至關(guān)重要的一環(huán)，而目前國內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)電梯存在著給定速度曲線實現(xiàn)困難、資源耗用率高等

21、系列不足等問題，極大地限制了電梯高效地運行。</p><p>　　(3) 控制器性價比問題</p><p>　　目前國內(nèi)的電梯廠家采用的電梯控制核心設(shè)備大部分都是國外進口產(chǎn)品，核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)為國外大公司所有。而少數(shù)自己開發(fā)的控制器也有開發(fā)周期長，開發(fā)成本高等缺點。另外國內(nèi)的絕大部分VVVF電梯采用的變頻器都是電梯用專用變頻器，這種變頻器雖然使用起來方便，但其價格卻是同類通用變頻器的1.

22、5到2陪，使整個控制系統(tǒng)的性價比大大下降。本設(shè)計考慮到此問題，所以選擇使用日本安川616G5型通用變頻器。</p><p>　　1.3 本題目研究的意義</p><p>　　電梯作為建筑內(nèi)運輸人或貨物的交通工具，特別是在高層建筑內(nèi)它的安全性、可靠性，起著至關(guān)重要的作用。PLC 作為新型工業(yè)控制器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有很多優(yōu)點，本設(shè)計的控制對象為四層電梯，利用 PLC 作為控制工具進行對控

23、制系統(tǒng)設(shè)計。實現(xiàn)了電梯安全、可靠、穩(wěn)定的運行。</p><p>　　1.4論文的主要內(nèi)容</p><p>　　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。</p><p>　　控制電梯運行的PLC系統(tǒng)要求達到電梯運

24、行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、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。要求其達到結(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。最后再通過西門子PLC調(diào)試軟件進行調(diào)速，滿足設(shè)計所需

25、要的要求。</p><p>　　2 電梯的基本結(jié)構(gòu)以及電梯控制系統(tǒng)</p><p>　　2.1 電梯土建的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　土建部分大致由機房，井道，底坑組成。</p><p>　　2.1.1電梯機房：</p><p>　　通常電梯機房設(shè)在建筑物的頂樓，機房內(nèi)設(shè)有控制柜，電梯曳引主機，導(dǎo)向輪，防止電梯超速的

26、限速器，電梯的總電源盒等部件。</p><p>　　2.1.2電梯井道：</p><p>　　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)壁上安裝有豎直的導(dǎo)軌，作為引導(dǎo)轎廂、對重運動提供空間。</p><p><b>　　2.1.3底坑：</b></p><p>　　井道的底部平面低于建筑物的最低層

27、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。</p><p>　　2.2 電梯的機械基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　機械部分主要有曳引主機，導(dǎo)向輪，曳引鋼絲繩-繩頭，限速器-安全鉗，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。</p><p><b>　　2.2.1曳引機：</b>

28、</p><p>　　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。</p><p>　　2.2.2曳引鋼絲繩：</p><p>　　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）。</p><p><b>　　2.2.3導(dǎo)向輪：</b

29、></p><p>　　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。</p><p>　　2.2.4限速器-安全鉗：</p><p>　　限速器-安全鉗裝置由限速器、限速鋼絲繩、安全鉗、底坑張緊輪四部分組成。電梯中限速器與安全鉗成對出現(xiàn)和使用，它們是電梯中最重要的一道安全保

30、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，起到了安全保護作用。</p><p>　　2.2.5導(dǎo)軌-導(dǎo)靴</p><p>　　導(dǎo)軌和導(dǎo)靴是電梯轎廂和對重導(dǎo)向部分。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。</p><p>　　導(dǎo)靴是轎廂與對重沿著導(dǎo)軌上下移動的導(dǎo)向裝置。</p>

31、<p><b>　　2.2.6電梯轎廂</b></p><p>　　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、轎門等到幾部分組成。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。</p><p>　　2.2.7開門機及

32、開關(guān)門機構(gòu)</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.2.8層門</b></p><p>　　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

33、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。</p><p><b>　　2.2.9對重裝置</b></p><p>　　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：</p><p>　?。?）減少電梯曳引機的輸出功率；</p><p>　?。?） 減少曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦曳引

34、力，延長鋼絲繩壽命；</p><p>　?。?） 如果電梯在“沖頂”或“蹲底”時，使電梯失去曳引條件，避免沖擊并井道頂部；</p><p>　?。?） 使電梯的提升高度不像強制式驅(qū)動那樣受到限制。</p><p>　　2.3 電梯的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖 2-1 所示為電梯的基本結(jié)構(gòu)。</p><p>　　

35、圖2-1 電梯的基本結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1—控制柜(屏) 2一拽引機 3—拽引鋼絲繩 4—限速器 </p><p>　　5—限速器鋼繩 6—限速器張緊裝置 7—轎廂 8—安全鉗 </p><p>　　9—轎廂門安全觸板 10—導(dǎo)軌 11—對重 12—廳

36、門 </p><p><b>　　13—緩沖器</b></p><p>　　2.4按照功能分，電梯結(jié)構(gòu)可分為 8 大系統(tǒng)。</p><p>　　2.4.1 電梯拽引系統(tǒng)</p><p>　　拽引系統(tǒng)包括拽引機，拽引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪等裝置。作用為輸出和傳遞動力以驅(qū)動電梯進行上下往復(fù)運動。拽引機是電梯的動力裝置，又稱為

37、電梯主機，為電梯的運行提供動力。分為有齒輪拽引機、無齒輪拽引機。主要是由電動機，拽引輪，連軸器，減速箱以及電磁制動器等部分組成。拽引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對重，轎廂的升降就是依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦力來進行驅(qū)動的。導(dǎo)向輪的作用是用來分開轎廂和對重之間的間距。電磁制動器是機械系統(tǒng)中的主要安全設(shè)施之一，一旦系統(tǒng)突然斷電，它能使正在運行中的電梯轎廂和對重立即抱閘，從而強制電梯停止，并定位不動。另外制動器還影響電梯的平層精確度以及乘坐時

38、的舒適感。</p><p>　　2.4.2 導(dǎo)向系統(tǒng)</p><p>　　導(dǎo)向系統(tǒng)的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，在井道中確定轎廂與對重的相互位，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運動。由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架三部分組成。</p><p><b>　　2.4.3 門系統(tǒng)</b></p><p>　　門系統(tǒng)分為廳門和轎門兩部

39、分。廳門是被動門，只能由轎門通過吸合裝置控制開門或關(guān)門；轎門(也稱自動門) 以交流或調(diào)速直流電動機為動力,由裝在轎箱頂部的自動開門機來控制開門和關(guān)門。本設(shè)計門系統(tǒng)采用他勵直流電機拖動。門鎖裝置是電梯的一種安全設(shè)施，一般安裝在廳門的內(nèi)側(cè)，在廳門關(guān)閉后門鎖閉合，同時自動接通門機聯(lián)鎖電路。電梯只有在聯(lián)鎖電路接通后方能運行。除特殊情況外用戶嚴禁從廳門外側(cè)打開廳門的聯(lián)鎖裝置。</p><p>　　2.4.4 轎廂系統(tǒng)<

40、;/p><p>　　轎廂由轎廂架和轎廂體兩部分組成，是用來運送乘客或運送貨物的電梯部分。轎廂架由立柱、底梁、橫梁以及和斜拉桿等部分組成，是轎廂體的承重機構(gòu)。而轎廂體是由廂底、廂壁、廂頂、轎廂內(nèi)操縱按鈕板以及照明通風(fēng)裝置等部分組成。轎頂應(yīng)有緊急情況下的安全出口，供緊急情況下逃生用。</p><p>　　2.4.5 重量平衡系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)是由對重和重量補償

41、裝置兩部分組成。其中對重由對重架和對重塊組成，是用來平衡轎廂的自重以及部分額定載重的。而重量補償裝置是用來補償高層電梯中轎廂和對重側(cè)拽引鋼絲長度變化對電梯平衡的影響而設(shè)計的裝置。由于本設(shè)計為四層電梯，固可忽略此裝置。</p><p>　　2.4.6 電力拖動系統(tǒng)</p><p>　　電梯的電力拖動系統(tǒng)主要由雙速三相異步電動機和變頻器組成。由變頻器給出電動機控制信號，控制電動機的啟動、加速、

42、減速與停車。從而實現(xiàn)對拽引輪的拖動目的。</p><p>　　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。</p><p>　　2.4.6.1交流變極調(diào)速</p><p>　　據(jù)異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　

43、　（2-1）</b></p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　2.4.6.2交流調(diào)壓調(diào)速</p>

44、<p>　　異步電動機的軸轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　n= （2-2）</p><p>　　當(dāng)改變轉(zhuǎn)差率時，也可以達到調(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，也降低了工作效率。</p><p>　　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

45、定子電壓來達到調(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。</p><p>　　2.4.6.3變頻調(diào)速</p><p>　　由公式（2-1）可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速基本上正比于，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)

46、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。</p><p>　　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。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測電梯的運行速度和運行方向，變頻器將實際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電

47、壓，使電梯的實際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。</p><p>　　圖2-2 變頻調(diào)速曲線圖</p><p>　　2.4.7 電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　電梯的電氣控制系統(tǒng)是根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，對電梯的運行實行操縱和控制，一般設(shè)置在機房中的控制柜中。由操縱裝置、位置顯示、平層裝置以及控制等部分組成。其中控制裝置是用來控制電梯的

48、運行。操縱裝置是指轎內(nèi)及廳外的操縱按鈕，由轎廂內(nèi)呼梯盤、廳外呼梯按鈕、轎頂和機房中的檢修或應(yīng)急操縱箱等構(gòu)成。通過轎廂內(nèi)的呼梯盤和廳門的呼梯按鈕來操縱電梯的運行。平層裝置是電梯到達預(yù)定?？空緯r，由平層感應(yīng)器發(fā)出平層控制信號，實現(xiàn)電梯轎廂準(zhǔn)確的平層。</p><p>　　電梯的控制系統(tǒng)大致有以下幾部分組成：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

49、行線路、主控回路等。這幾部分共同構(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。</p><p>　　2.4.8 安全保護系統(tǒng)</p><p>　　安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣兩方面的保護，作用是保護電梯的使用安全，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。機械方面的有：安全鉗裝置、限速器、緩沖器、極限保護開關(guān)等裝置。限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作

50、用，極限保護開關(guān)起超速時切斷總電源的作用。電氣方面的安全保護有供電系統(tǒng)斷相、錯相保護裝置、層門與轎門的電氣聯(lián)鎖裝置、緊急操作裝置和停止保護裝置、轎頂、轎內(nèi)和機房的檢修運行裝置等，這些保護系統(tǒng)在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。從而充分保障人身以及財務(wù)安全。</p><p>　　2.5 電梯控制系統(tǒng)的原理與要求</p><p>　　2.5.1電梯位置的確定與顯示</p><p

51、>　　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(biāo)志的電梯位置顯示裝置。此外，電梯的運行還需要更加準(zhǔn)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。</p><p>　　2.5.2 轎廂內(nèi)的運行命令及門廳的召喚信號</p>&l

52、t;p>　　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，按電梯集選控制原則，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)保留層站的下呼信號，在下行時應(yīng)保留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。<

53、;/p><p>　　2.5.3電梯自動運行時的信號響應(yīng)</p><p>　　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較，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較，凡是在電梯位置信號上方向的轎內(nèi)或?qū)訕菑d外召喚信號，則電梯屬上行狀態(tài)；凡在其下方向的，則定下行狀

54、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站點才開始返程。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)而先按指令按鈕令電梯

55、定上行方向(或下行方向)；若該乘客雖進入轎廂內(nèi)且電梯門未關(guān)閉而尚未先按指令按鈕前(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，則電梯的運行方向應(yīng)由已進入轎</p><p>　　2.5.4轎廂的啟動與平層</p><p>　　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)

56、定運行階段。</p><p>　　2.5.5轎廂的平層與停車</p><p>　　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(zhǔn)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

57、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。</p><p><b>　　2.6電梯控制系統(tǒng)</b></p><p>　　通過第一章對控制對象（電梯）的基本結(jié)構(gòu)的了解，我們知道了用PLC實現(xiàn)對電梯的控制的總的

58、系統(tǒng)框圖。如圖2-3：</p><p>　　圖2-3 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　基于PLC的控制系統(tǒng)的工作方式為：檢測信號和控制信號通過PLC的輸入接口進入PLC。然后經(jīng)過PLC的邏輯運算功能，對信號進行處理、儲存、邏輯運算后，經(jīng)由輸出接口輸出。從而，實現(xiàn)了對被控對象的控制。其中，輸入的控制信號有運行方式選擇、運行控制信號、安全保護信號、內(nèi)指令信號、外召喚信號及

59、井道位置信號、門區(qū)或平層信號、開關(guān)門信號。輸出信號有變頻器拖動控制信號和開關(guān)門控制型號、呼梯信號提示、運行方式提示、呼梯鈴到站鐘和樓層顯示?？删幊炭刂破鲗斎氲男盘栠M行運算，以實際召喚信號登記、轎廂位置判斷、選層定向、順向載車、反向最遠載車及信號消除等功能，并控制電梯自動關(guān)門、起動加速、減速平層、自動開門等過程。</p><p>　　運行方式選擇：主要包括自動運行、有司機 、檢修、消防等。</p>

60、<p>　　2.6.1運行控制信號：</p><p>　　主要包括四層樓每層的平層感應(yīng)器信號，每層的位置檢測感應(yīng)器信號，上下行的感應(yīng)器，和運行的極限開關(guān)信號。</p><p>　　2.6.2安全保護信號：</p><p>　　主要包括開關(guān)門極限開關(guān)，超重感應(yīng)器信號，安全窗信號，安全鉗信號，限速器信號等。</p><p>　　2.6.

61、3內(nèi)外選信號：</p><p>　　是指乘客或者司機對電梯運行做出的要求。</p><p>　　2.6.4井道位置信息：</p><p>　　安裝在井道內(nèi)的各個感應(yīng)器所發(fā)出的感應(yīng)信號。其中包括樓層位置檢測信號，平層感應(yīng)信號，超速感應(yīng)信號。</p><p>　　2.6.5變頻器拖動控制信號：</p><p>　　PLC通

62、過對輸入信號的處理后，是對變頻器發(fā)出控制控制指令，而不是對電動機直接控制，然后由變頻器對電動機的正反轉(zhuǎn)和速度的控制。</p><p>　　2.6.6樓層顯示：</p><p>　　樓層顯示是PLC電梯控制系統(tǒng)的重要輸出，顯示的正確與否直接影響到用戶的使用。本設(shè)計采用的是LED 7段數(shù)碼管顯示， PLC的輸出直接接7段數(shù)碼管。</p><p>　　2.6.7呼梯信號指

63、示：</p><p>　　呼梯信號包括轎廂內(nèi)的內(nèi)呼和大廳的外呼，要求是當(dāng)產(chǎn)生呼梯信號時，呼梯按鈕下的指示燈亮。當(dāng)呼梯要求被滿足時呼梯登記信號被消除，呼梯按鈕下的指示燈熄滅。</p><p>　　2.6.8運行方向指示：</p><p>　　當(dāng)電梯定向后，開始執(zhí)行運行程序。此時轎廂內(nèi)和大廳的運行指示器，均會顯示電梯的運行方向。電梯運行方向一旦改變，顯示信號也會隨之改變

64、。電梯待機時，不顯示運行方向指示。</p><p>　　圖 2-4 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3 電梯控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計</p><p><b>　　3.1 PLC </b></p><p>　　可編程序控制器（Programmable Logical Controller,簡稱PLC），

65、是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)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，但基本組成原理是一樣的。</p><p>　　3.1.1 PLC的硬

66、件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　圖3-1 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.1.1CPU板</p><p>　　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

67、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。</p><p>　　3.1.1.2輸入/輸出電路</p><p>　　輸入電路通常有兩種

68、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(biāo)準(zhǔn)電平信號，然后由CPU讀入并送至輸入映象寄存器中，供程序執(zhí)行使用。</p><p>　　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

69、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。</p><p>　　3.1.1.3存儲器擴展接口</p><p>　　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，以防止斷電時丟失程序及數(shù)據(jù)；另一種是EPROM卡盒

70、，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。</p><p>　　3.1.1.4 I/O擴展接口</p><p>　　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

71、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。</p><p>　　3.1.1.5編程器及其接口</p><p>　　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

72、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。</p><p><b>　　3.1.1.6電源</b></p><p>　　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。</p><p>　　3.1.2 可編程控制</p><p&

73、gt;　　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。</p><p>　　3.1.2.1固定布線程序</p><p>　　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

74、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，若要改變控制程序，則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。</p><p>　　3.1.2.2可編程序控制</p><p>　　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

75、種操作。</p><p>　　在可編程系統(tǒng)中，若要改變控制程序，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。</p><p>　　3.1.3 PLC的工作原理</p><p>　　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

76、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)寄存器等“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。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)主要由三部分組成：輸入部分、控制部分、輸出部分。</p><p>　　3.1.3.1輸入部分：</p><p>

77、;　　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。</p><p>　　3.1.3.2控制部分：</p><p>　　是根據(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，PL

78、C的控制功能是通過用戶程序來實現(xiàn)的。</p><p>　　3.1.3.3輸出部分：</p><p>　　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。</p><p>　　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

79、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。</p><p>　　3.1.4PLC的工作過程分為三個階段：</p><p>　　輸入處理、程序執(zhí)行及輸出處理。</p><p>　　3.1.4.1輸入處理</p><p>　　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?/p>

80、態(tài)（輸入信號）讀入輸入映像寄存器中，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，但輸入映象寄存器中的內(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)。</p><p>　　3.1.4.2程序執(zhí)行</p><p>　　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寄存器和其他軟元件映象寄存器讀出并參與運算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的軟元件映

81、象寄存器中，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。</p><p>　　3.1.4.3輸出處理</p><p>　　當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并由輸出端子送出給執(zhí)行器。</p><p>　　雖然PLC可以被當(dāng)作一類微型計算機來看待，但是PLC的工作方式卻與微機有很大不同。PLC則

82、采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。</p><p>　　所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端。這實際是將存入輸入、輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進行了一次

83、更新，故稱為“I（輸入）/O(輸出) 刷新”。</p><p>　　由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說輸出對輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次I/O刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個

84、因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。</p><p>　　3.1.5 PLC的選型</p><p>　　PLC按輸出方式有繼電器輸出和晶體管輸出。本設(shè)計需要繼電器方式輸出的PLC。PLC的品牌有很多，常見的有西門子，施耐德，AB（羅克韋爾），GE，歐姆龍，三菱等，國產(chǎn)品牌有臺達，信捷，海為等?？紤]到本設(shè)計所需PLC為小型機即可實現(xiàn)。綜合

85、PLC產(chǎn)品的性價比，固本設(shè)計PLC選擇為西門子品牌的S7-200些列PLC。如圖3-2，圖3-3為其24V DC數(shù)字組合16 輸入/16 繼電器輸出擴展模塊6ES7223-1PL22-0XA0 EM 223。</p><p>　　圖3-2 S7-200 PLC</p><p>　　圖3-3 6ES7223-1PL22-0XA0 EM 223</p><p>　　

86、S7-200PLC的特點</p><p><b>　　(1) 整體型結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　S7-200是整體型結(jié)構(gòu)，CPU模塊本體帶有數(shù)字量輸入輸出。</p><p><b>　　(2) 擴展性好</b></p><p>　　除CPU221模塊外，其他CPU模塊可連接2-7塊擴展模塊。&

87、lt;/p><p><b>　　(3) 通信功能強</b></p><p>　　通過擴展通信處理模塊，也可直接采用點對點接口（PPI）通信協(xié)議、多點接口（MPI）通信協(xié)議和自有端口通信協(xié)議實現(xiàn)與其他通信設(shè)備的通信。</p><p>　　(4) 編程語言豐富</p><p>　　提供兩類指令集。符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的

88、指令集和公司專用SIMATIC指令集，采用梯形圖、功能塊圖和指令表編程語言編程。</p><p><b>　　(5) 功能強</b></p><p>　　可實現(xiàn)復(fù)雜控制功能，具有很高的性能價格比。具有較強的通信功能，實現(xiàn)分散控制集中管理。</p><p>　　表3-1 CPU200 系列產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>

89、　　這里我們PLC選用CPU226小型PLC。EM223數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊。包括24V DC4點輸入/4點輸出、8點輸入/8點輸出、16點輸入/16點輸出、24V DC4點輸入/4點繼電器輸出、24V DC8點輸入/8點繼電器輸出和24V DC16點輸入/16點繼電器輸出6種。</p><p>　　3.1.6 PLC 的I/O點估算</p><p>　　在確定了電梯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

90、之后，在確定PLC的型號之前還要對整個控制系統(tǒng)的I/O點進行估算。估算結(jié)果如表3-1。</p><p>　　表3-2 控制系統(tǒng)的I/O點</p><p>　　在估算I/O點的時候遇到了一個問題，就是西門子S7-200 CPU226型PLC屬于小型機。它只有24個輸入端口和16個輸出端口。通過對表3-1的估算結(jié)果看，系統(tǒng)所需的I/O端口超出了實際的端口數(shù)量，這就需要用到了I/O擴展模塊，6

91、ES7223-1PL22-0XA0。如圖3-3。此模塊是24V DC數(shù)字組合16 輸入/16 繼電器輸出，完全滿足本設(shè)計的需要。</p><p><b>　　3.2變頻器</b></p><p>　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流

92、（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的

93、電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。</p><p>　　3.2.1變頻器的選擇</p><p>　　確定了電機的種類后，就需要對電機進行調(diào)速控制。按照異步電動機原理，從定子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子的電磁功率Pm分成兩部分：一部分Pmech=(1-s)Pm是拖動負載的有效功率，稱作機械功率；另一部分Ps=sPm是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)

94、差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，能量是被消耗掉還是得到利用，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點出發(fā)，可以把異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)分為三類：轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。其中，在轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子銅損是不可避免的，在定子側(cè)實行變壓變頻控制時，無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)子銅損基本不變，轉(zhuǎn)子電路中沒有附加的損耗，因此效率最高。從異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式（3-1）來看，還

95、可以通過改變電動機的極對數(shù)來實現(xiàn)速度的改變。雖然變極對數(shù)調(diào)速也屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)，但由于此方法是有級調(diào)速，應(yīng)用到電梯的拖動系統(tǒng)上，明顯不合適。而且從本設(shè)計所選的電機來考慮，改變極對數(shù)，也很難實現(xiàn)。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　所以，通過以上的考慮，最終確定采用變頻調(diào)速方式。既然采用變頻調(diào)速的方式，那就需要一個優(yōu)秀的變頻設(shè)

96、備—變頻器?，F(xiàn)在市面上常見的用于電梯控制的變頻器主要有兩種，一種是電梯專用的電梯專用變頻器。雖然功能強大，但是價格昂貴，而且大多是進口產(chǎn)品。另一種是通用變頻器，雖然通用變頻器在功能上相對于專用變頻器有些差距。但是其價格低廉。而且，其功能上與專用變頻器的差距完全可以通過控制系統(tǒng)設(shè)計完美的控制方法來彌補。基于各種方面以及性價比上的考慮，最終選擇日本安川品牌的616G5型通用變頻器。如圖3-4。</p><p>　　圖

97、 3-4 安川616G5型通用變頻器</p><p>　　VS-616G5，是以先進技術(shù)的控制理論為基礎(chǔ)，真正的電流矢量控制變頻器。由于有自學(xué)習(xí)功能，輕松地實現(xiàn)了矢量控制運行。在數(shù)字式操作器的顯示部分，采用了 16 文字× 2 行的液晶顯示屏。參數(shù)設(shè)定及監(jiān)視項目用日語表示。如果變更參數(shù)設(shè)定，也可用英語表示。內(nèi)容一目了然人機對話容易理解。使用數(shù)字操作器時，僅連接上主回路就能運轉(zhuǎn)電動機。雖然安川616G5系

98、列變頻器是通用變頻器。但是國內(nèi)很多電梯的拖動控制系統(tǒng)都采用了此變頻器，可以說安川616G5變頻器已成為通用電梯變頻器。其連接圖如圖：3-5。</p><p>　　圖 3-5 安川616G5變頻器連接圖</p><p>　　其端子的配備如圖3-6。需要注意的是控制回路端子 1 ～ 33 的排列，不是按順序的，接線時應(yīng)注意。控制回路端子 13 和 14，請勿同時使用?？刂苹芈范俗?15，33(

99、+15V，-15V) 的最大輸出電流為 20mA。使用制動電阻單元時，變頻器參數(shù)中的減速中失速防止功能選擇，請變更設(shè)定為“無效”(L3-04=0)。如果不改變設(shè)定，有時會在已設(shè)定的減速時間內(nèi)不能停止。使用變頻器安裝形 (ERF 形 ) 的制動電阻時，變頻器參數(shù)中的變頻器安裝形制動電阻保護選擇，請變更設(shè)定為 “有效”(L8-01=1)。如果不改變設(shè)定，則不能起到制動電阻的保護作用。</p><p>　　電動機交流變

100、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)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。</p><p>　　3.2.2 616G5型變頻器的特點</p><p>　　VS-616G5型變頻器是安川電機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

101、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-616G5變頻器的特點如下:</p><p>　　(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。</p><p>　　(2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。</p><p>　　(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。&

102、lt;/p><p>　　(4)保護功能完善、維修性能好。</p><p>　　(5)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。</p><p>　　表3-3 616G5型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格</p><p>　　VS-616G5變頻器的參數(shù)</p><p>　　616G5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。<

103、;/p><p>　　表3-4  變頻器參數(shù)</p><p>　　3.2.3變頻器容量計算和電動機容量的確定</p><p>　　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計算。設(shè)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P2由式

104、(3-2)計算：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中，F(xiàn)1=（W1+ W2+ W3）g+δ為摩擦力；變頻器功率P應(yīng)接近電機功率P1，相對于P2留有安全裕量，可?。?lt;/p><p>　　P=1.5 P2 （3-3）</p><p>

105、　　其中，k=0.02，W1 =2000Kg， W2=1000Kg，W3 =2400Kg，g=9.8m/s， V=1.5m/s由式（3-2）得P2=（600×9.8＋108×9.8）×1.5≈10.4kW；又有式（3-3）得P=1.5P2=15.6KW。由于采用變頻調(diào)速，效率高。依照計算結(jié)果選1.5倍裕量，取變頻器容量為15kW。變頻器的容量和被控電動機的容量應(yīng)該相匹配，所以電動機選取YTD2225型級數(shù)為

106、4功率為15 kW的三相異步電動機。其詳細參數(shù)見表3-5。</p><p>　　3.2.4變頻器制動電阻參數(shù)的計算</p><p>　　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(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

107、的大小應(yīng)使制動電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　=2×513/35.5≈28.9(Ω)</p><p>　　其中U0為額定情況下變頻器的直流母線電壓，取RZ≥30Ω。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。即：

108、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>　　=0.4×5132/30≈3.5kw<

109、/p><p>　　最后，選用的制動電阻為R=30Ω，功率為P=3.5kW的電阻。</p><p>　　3.3 電動機型號的選擇</p><p>　　電動機分為交流電機和直流電機，雖然直流電機的調(diào)速較為方便容易。但考慮其容量、重量，以及本設(shè)計的控制對象等因素。都不比交流電機。和同容量的直流電機相比，異步電機的重量約為直流電機的一半，而其價格僅為直流電機的三分之一。從電梯控

110、制需要的角度以及電機本身性價比來看，本設(shè)計還是使用交流電機比較實際。對于門拖動電機可選他勵直流電機即可。而且，隨著現(xiàn)代變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機正在逐步取代直流電機?？紤]到電梯轎廂需要做上下往復(fù)的運動，對速度變化的要求并不高。所以，本設(shè)計選擇YTD2 系列新型自冷式雙繞組雙速三相異步電動機。如圖3-7。</p><p>　　YTD2 系列是新型自冷式雙繞組雙速三相異步電動機，高速有4極和6極，其同步轉(zhuǎn)速分別為150