1、江南大学硕士学位论文基于PLC的交流变频调速电梯控制系统姓名：林瑾申请学位级别：硕士专业：控制工程指导教师：沈锦飞;宗宏森20090601摘要捅 要本文采用可编程控制器(PLC)控制代替传统的继电器控制，采用能量回馈式交流变频调速代替传统的直流调速，设计了七层电梯的控制系统。本文在分析传统电梯控制系统的基础上，对交流变频调速电梯的结构、电气控制部分进行总体设计，并着重考虑到能量回馈在电梯中的应用问题，确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速。在变频器和PLC的类型选择时，通过性能指标等综合考虑，选用了安川VS一616G5型全数字变频器和日本三菱公司生产的FX2N可编
2、程控制器。电梯系统的软件设计提出了模块化编程思想，包括：门厅召唤功能、轿厢内选层功能、顺反向截梯功能、电梯自动开关门功能、电梯手动开关门功能、消防检修功能、楼层显示功能和电梯平滑变速功能。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。本文设计的电梯控制系统提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果，并且可以节约能源，降低能耗，减小运行费用。关键词：电梯PLC变频调速梯形图 模拟调试AbstractAbstractIn this paper the design is seven layers of elevator control system，programma
3、ble logiccontroller(PLC)control instead of traditional relay control，using ac conversion and speedgoverning instead of traditional de speed control in the circuit design，and using energyfeedbackThis design based on the analysis of the traditional elevator control system，of overalldesign ac conversio
4、n and speed governing structure，electrical control of elevator part and theoverall design，considering the application in elevator energy feedbackdetermine the overallstructure of the system，the PLC tO control realization of elevator inverter frequency,realizationIn the type of PLC and inverter，throu
5、gh comprehensive considerationperformance index，choose the type AnChuan VS 6 1 6G5-digital converter and mitsubishiJapan production FX2N programmable controllerThe system software design ideas，includingthe modular programming，vestibular function call，the enclosure，select layerfimctionreverse cut lad
6、der function，the function of automatic elevator,the function ofmanual elevator maintenance function，and firefloor show function and elevator smoothtransmission functionAfter the reconstruction of the elevator system simulation testThis paper designs the elevator control system to improve the elevato
7、r control，tOimprove the level of comfort，make the elevator to the ideal elevator control and operationeffect，and Can save energy and reduce the energy consumption and reduce operation costsKeywords：Elevator PLC Frequency conversion Ladder-diagram Simulation testII独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得
8、的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 ，)签 名： 劫毒善 日 期： -=-0 0_7年六月十四日广一关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电
9、子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签 名： 导师签名：日 期： 二o o九年六月十四日第一章绪论第一章绪论弟一早三百T匕11电梯的发展电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥
10、了作用。“一切安全，先生们。“站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在
11、操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的
12、生活因此变得更加美好。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。12电梯系统的组成及参数为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。江南大学专业硕士
13、学位论文121电梯的分类电梯的分类有各式各样：(1)按用途分类：乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、杂物电梯、住宅电梯、特种电梯；(2)按速度分类：低速电梯(1ms以下)、高速电梯(1一-2ms)、超高速电梯(4ms以上)；(3)按驱动电源分类：交流电梯(速度一般小于2ms)、直流电梯(速度一般大于2ms)；(4)按控制方式分类：层间控制、简易集选控制、集选控制、有无司机控制、群控。122电梯的主要参数(1)载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。(2)轿厢尺寸(mm)宽木深木高。(3)轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电话的要求等
14、等。(4)轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。(5)开门宽度(mill)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。(6)开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。(7)曳引方式常用的有半绕l：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。(8)额定速度(ms)制造和设计所规定的电梯运行速度。(9)电气控制系统包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或
15、集选控制等。(iO)停层站数(站)凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。(11)提升高度(mill)由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。(12)顶层高度(姗)由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直的距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。(13)底坑深度(iilnl)由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。(14)井道高度(mm)由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。(15)井道尺寸(砌)宽木深。电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，
16、按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的2第一章绪论使用效果n别。123乘客电梯参数R寸本题目选取新国家标准GBT7025I-7025397中的规定中的乘客电梯作为设计对象，为适应我国电梯产品迅速发展的要求，原部颁标准JBl43574和国标GSB702586已远不能适应电梯产品的发展的需求。因此，国家在1997年又正式颁发具有国际水平的新的国家标准GBT70251,-7025397以取代前述各标准。新国标GBT702517025397对己批量生产的乘客电梯、住宅电梯，载货电梯，病床电梯，杂物电梯等类别电梯的主要参数
17、及轿厢、井道、机房的形式与尺寸作了具体规定，见表卜1。本设计的乘客电梯主要参数及轿厢、井道、机房的形式与尺寸均符合表1-1中额定载重量为1000 kg的电梯参数。表卜l电梯参数I类电梯的参数、尺寸Tab卜1 I type elevator parameters and size主要用途 非住宅楼电梯(办公室、旅馆等)额定载重量kg 630 800 i000 1250 1600可乘人数人 8 10 13 16 21宽度Aram 1100 1350 1600 1950轿厢 深度Bmm 1400 1750高度衄 2200(2300) 2300轿和层门 宽度Eram 800 1i00深度F岫 2000
18、(2i00) 2100形式 中分门井 道 宽度Cmm 1800 1900 2400 2600v=O63m 2100 2300 2600底坑深度 深度Dram v=1OOm 1400 1600Pn v=160m 1600v=250m 2200项层高度v=O63ms 3800 4200 4400v=160ms 4000 4200 4400Q咖v=250ms 5000 5200 5400机房 面积Sm2 15 20 22 25v=O63m 宽度Rmm 2500 3200S 深度Tmm 3700 4900 5500v=1OOm 高度H衄 2200 2400 280013电梯继电器控制系统的特点及存在问
19、题131电梯继电器控制系统的优点电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，具体优点如下1：(I)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于3江南大学专业硕士学位论文一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。132电梯继电器控制系统存在的问题继电器的控制性能与自身的功能已经无法满足与适应现代电梯控制的要求和发展
20、，主要有以下缺点：(1)系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。14 PLC
21、及其在电梯控制中的应用特点141 PI戈的特点可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置，它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用
22、户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBoT)之一，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用H1。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点畸1。(1)可靠性高PLC采取了一系列的高可靠性措施，使得一般PLC的平均无故障时间(MTBF)可达到35万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠的工作。(2)通用性强4第一章绪论现在的PLC产品都己系列化和模块化了，PLC配备有各种各样品种齐全的IO模块和配套部件供用户使用，可以方便地搭成满足不
23、同控制要求的控制系统。用户不再需要自己设计和制作硬件装置。在确定了PLC的硬件配置和IO外部接线后，用户所做的工作只是程序设计而已。(3)程序设计简单PLC是一种新型的工业自动化控制装置，其最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。(4)采用先进的模块化结构PLC的各个部件，包括CPU、电源、I0等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，这样便可实现用户要求的合理的性能价格比。(5)系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，如同点菜一样方
24、便，这样就大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。(6)安装调试简便方便PLC一般不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需要将现场的各种设备与PLC相应的IO端相连，系统便可以投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统少得多。PLC软件的设计和调试大都可以在实验室里进行，用模拟实验室开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试好后，再将PLC控制系统安装到现场，进行联机调试，这样既节省时间又方便。由于PLC本身故障率很低，又有完善的自诊断能力和显示功能，一旦发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信
25、息，迅速查明原因。如果是PLC本身发生故障，则可用更换模块的方法排除故障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常进行。(7)对生产工艺改变适应性强PLC实质上就是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件设备，只需改变PLC中的程序。这对现代化的小批量、多品种产品的生产特别适合。142 PLC控制电梯的优点(1)在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提宣8】同o(2)去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可
26、进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。5江南大学专业硕士学位论文15电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式盯，。(1)变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结
27、构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。(2)变频调速电源使用了先进的SPWlVl技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速哺1。(3)变频调速电梯使用先进的SPD41和SVPqVl技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。16本课题的意义目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC
28、控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点1。变频器以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内70“-80年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。维修困难，属于能耗型调速，效率低，发热量大，调速性能指标较差，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制电梯，取得了良好效果。利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电
29、梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。17本课题主要研究内容本设计主要是用可编程控制器(PLC)和变频器改造电梯中的自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制电梯。调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足
30、乘客的舒适感和保证平层精6第一章绪论度(即准确停车)，并能节约大量电能。本设计的主要内容如下：(1)交流变频调速电梯总体电路设计，同时研究了能量回馈的问题。(2)对电梯系统及可编程控制器(PLC)、变频器作了比较全面的总结和介绍，阐述了电梯控制系统分为调速和信号控制两大部分，确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速。在变频器和可编程控制器(PLC)的类型选择时，通过性能指标等综合考虑，选用了安川VS一616G5型全数字变频器和日本三菱公司生产的FX削系统PLC。(3)系统硬件开发和软件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、IO点数分配。在分析了电梯系统的软件设
31、计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发实例。(4)对改造后的电梯系统进行模拟调试，经过调试证明本设计的电梯系统能实现绝大部分功能，包括：门厅召唤功能、轿厢内选层功能、顺反向截梯功能、电梯自动开关门功能、电梯手动开关门功能、消防检修功能、楼层显示功能和电梯平滑变速功能。7第二章基于PLC的交流变频调速电梯总体设计第二章基于PLC的交流变频调速电梯总体设计21电梯的组成现代电梯由机械系统和电气系统两部分组成。电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。如图2-1是7层电梯结构图。765432891717层感应器；8一上层感应器；9一下层感应
32、器图2-1 7层电梯结构图Fig2-1 7 elevator structure电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成。曳引系统：电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。为了提高电梯的安全可靠性和平层精确度，在电梯的曳引机上一般装有制动器。制动器是电梯机械系统的主要安全设施之一，它能使运行中的电梯轿厢和对重在系统断电后立即抱闸，强制电梯停止，并在任何停车位置定位不O江南大学专业硕士学位论文动。而且，制动器直接影响着电梯的乘坐舒适感和平层精确度。轿厢和门机系统：轿厢主要由轿厢体和轿厢架构成
33、，分客梯轿厢、货梯轿厢、病床梯轿厢和观光梯轿厢、汽车梯轿厢和杂物梯轿厢等。高级电梯的轿厢底装有机械和电气的检测装置，可以检测电梯的载荷情况。载荷情况转化为电信号送到电气控制系统，可以避免电梯在超载的情况下运行，减少事故发生。门机分为轿门和厅门。轿门由装在轿顶部的自动开门机来开门和关门，也称为自动门，以调速直流电动机或交流电动机为动力。厅门只能由轿门通过系合装置带动开门或关门，是被动门。门锁装置一般位于厅门内侧，在门关闭后，将门锁闭合，同时接通门机联锁电路。联锁电路接通后电梯方能起动运行。除特殊需要外，严防从厅门外侧打开厅门的联锁装置。因此，门锁装置是电梯的一种安全设施。平衡系统：由对重和补偿装
34、置组成。对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。当提升高度超过30米时，曳引钢丝绳的重量就不容忽视，需要以铁链为主体的补偿链来补偿。导向系统：由导轨、导靴和导轨架组成。在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用。机械安全保护系统：电梯的运行必须保证安全，为此设置了机械安全保护装置。机械安全保护系统包括制动器、限速器、安全钳、缓冲器等。限速器和安全钳是防止轿厢或对重装置意外坠落的安全设施之一。电梯中限速器与安全钳总是成对出现和使用，它们是电梯中最重要的一道机械安全保护装置。一旦电梯由于超载、打滑、断绳、失控等原因，电梯轿厢超速向下坠落，限速器和安全钳动作，将
35、轿厢死死的卡在两列导轨之间，起到安全保护作用。缓冲器设在井道坑底的地面上，若由于某种原因，当轿厢或对重装置超越极限位置发生墩底时，用来吸收轿厢或对重装置动能的制动装置。22电梯的电气系统电梯的电气系统由电力驱动系统、电气控制系统和电气安全保护系统组成。(1)电力驱动系统：由曳引电动机、速度反馈装置(旋转编码器)、电动机调速装置(变频器)和电源系统等部分组成。电梯的电力驱动系统如图22所示。图2-2电梯电源系统图Fig2-2 Elevator power system10第二章基于PLC的交流变频调速电梯总体设计(2)电气控制系统：由操纵装置、换速平层装置和位置显示装置等部分组成。操纵装置即轿厢
36、内及厅外的操纵按钮。平层装置是电梯到达预定停靠站时，自动平层停靠的信号装置。20世纪80年代中期前，多采用永磁式干簧管传感器作为开关元件。20世纪80年代中期以后，多采用双稳态磁性开关作为换速平层器件。现在，般采用光电传感器。平层装置必须与隔磁板或隔光板配合使用。当轿厢按照指令进入平层区时，平层隔磁板或隔光板插入感应器中，切断磁回路或隔断光线，接通或断开电梯的控制回路，从而控制电梯自动平层、停车、开门。轿门内和厅门外上设有楼层显示器，用于位置显示，多采用七段码显示。(3)电气安全保护系统：由门锁系统、强迫减速开关、限位开关、称重装置、安全触板或光幕等几部分组成。强迫减速开关安装在轿顶。在电梯井
37、道内的顶层和底层附近安装上下打板。当电梯失控而“冲顶“或“蹲底“时，打板使开关动作而断开，保证电梯有足够的换速距离，防止轿厢越位。电梯中使用的限位开关有上下限位开关各一个，安装在上下减速开关打板的后面。当减速开关一旦失灵未能使电梯减速、停止，轿厢越过端站的平层位置时，限位开关动作，迫使电梯停止运行。为了防止电梯发生超载事件，确保电梯安全，凡是有自动运行功能的电梯必须设置称重装置。装有自动门机的电梯，在两扇轿门之间安装有安全触板或光幕。当电梯在关门过程中，如果触及安全触板或遮挡光幕，电梯将重新开门，防止夹人。电气控制系统和电气安全保护系统见图23。注：图中的接近开关为二线式，如在工程中使用三线式
38、开关或传感器，须加接+24v直流电源。因PLC所在的电气控制柜离执行元件较远，Y0Y3输出信号与接触器之间增加中间继电器一级控制，故控制电机的几个接触器未在图中标出。本图为示意图，故输入、输出引脚没有全部标出。在实际工程应用中，为了节省点数，经常把多个输入触点(如热继电器的常闭触点、各层门的门锁等)以“与或非“组合的形式在PLC外部串、并联后作为一个整体输入，图中没有标出。本项目中使用的高速计数器为C243，采用1相2计数输入方式。轿厢每上升lmm，PG(旋转编码器)发出2个脉冲，以楼层高28m为例，高速计数器设定值大于(28+2)木1 000木2=60000最口可。江南大学专业硕士学位论文一
39、三竺，纠X2 Y2口旦罩I三=竺二!尸 剖X3 Y3 P!；忙=UO_rL一x4Y4 P竺!爿一R-r乙一x5Y5 l里jL兰!望 !l6 Y6 l!球一塞X1蓁一104HR01要李高x，； ：藩薪三爱篓 焉壤量壹二型萋：茎 耄：匡熏三SB08 19$B09 2010 2111 2212 23SBl3SBl42425$B15 2618 27sBl7 281810293031SB21 3233SB23 344 35SB25 36373839SB29 4041变颠器故障僧号80084243变额器。运转”信号45sB32 4647SB34 48ST03 49ST04 50ST05 51ST06 52
40、8835 53545SX22 Y22X23 Y23X24 Y24X25 Y25X26 Y26X27 Y27X30 Y30X31 Y31FX。128aRX32Y32X33X34X35X36X37X40X41X42X4344X45X46X47X50X51X52X53X54X55X56X57X60X61X62X63X64X65CoMCoMY33Y34Y35Y36Y37Y40Y41Y42Y43Y44Y45CoMlCoM2COi3CoM4CoM5COa6LAGNDN24+80797877767574HR2173727170696867爵叫图2-3 PLC I0-接线图Fig23 PLC I0 hooku
41、p12垂T一一一掣攀、r茎1，骂舛一鹪一s；一引一一一一盯一8一：8一鲋一的一跎一刚竺竺里竺旦竺翌翌8；第三章变频器选择及其参数设计第三章变频器选择及其参数设计31变频技术、能量回馈在电梯中的应用31I变频技术的应用电梯作为高层建筑中垂直运输的交通工具，需要具有较高的安全性、可靠性和舒适性，为了满足这些要求，关键之一就是其驱动系统的性能。目前用于电梯的电力驱动系统主要有交流双速驱动系统、交流变压调速驱动系统、交流变频调速驱动系统和直流驱动系统四种。2006年我国安装电梯超过1l万台，其中9万台垂直梯，2万台自动扶梯与自动人行道。垂直梯中有80使用交流变频驱动。(1)变压变频技术的应用电梯是恒转
42、矩拖动系统，为了获得最佳的舒适感，在电梯的拖动中一般采用恒转矩调速方式。而电动机转矩M=K(UF)2，其中K为常数。由此可知，为了获得恒定转矩的调速特点，获得最佳的舒适感，必须保证UF不变，在变频的同时按比例供给电动机电压。这种控制即为变压变频(VVVF)控制。变压变频拖动在调速过程中从高速到低速都可以保证有限的转差，电磁损耗小，因此全部调速范围内效率高，具有宽范围和较高精度的调速性能。并且在VVVF电梯的启动和制动过程中，通过均匀地改变电动机供电的频率和电压，达到平滑调节电梯速度的目的，可以获得良好的乘坐舒适感。(2)变频矢量控制的应用矢量控制变频器内部带有自动电流调节器即电流反馈系统，保证
43、输出的力矩。通过旋转编码器采样的脉冲作为速度反馈。变频器组成自动速度调节器(ASR)，通过带编码器的矢量控制，逆变器能够控制满量程电动机的转矩脉动量，包括0H：，使电梯乘坐舒适，平层精度好。目前这是电梯高性能变频器主要采用的方式。随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，为电梯控制而设计的专用变频器早己问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。故在本设计中采用价格相对便宜的通用变频器u训。312能量回馈根据调查统计，电梯用电量占总用电量的17-25以上，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量，面对能
44、源的紧缺，节电呼声日益高涨，自2006年，国家就提倡建设节能节约型的社会。有关统计数据表明，单电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的70以上。因此，电机拖动系统节约电能具有特别重要的社会意义和经济效益。电机拖动系统节约电能的途径主要有两大类：(1)提高电机拖动系统的运行效率，如风机、水泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施，再如电梯曳引机采用变频器调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节能措施。江南大学专业硕士学位论文(2)将运动中负载上的机械能(位能、动能)通过电梯专用能量回馈器变换成电能(再生电能)并回送给交流电网，供附近其它用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电
45、网电能下降，从而达到节约电能的目的。(3)采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械功能，电梯达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯曳引机释放机械功能量的过程。此外，升降电梯还是一个位能性负载，为了均匀拖动负载，电梯由曳引机拖动的负载是由载客轿厢和对重平衡块组成，只有当轿厢载重量约为50(1吨载客电梯乘客为7人左右)时，轿厢和对重平衡块才相互平衡，否则，轿厢和对重平衡块就会有质量差，使电梯运行时产生机械位能。电梯运行中多余的机械能(含位能、动能)通过电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中，此时电容就好比是一个小水库，回送到电容中的电能越多
46、，电容电压就越高，(好比水库水位超高)，如不及时释放电容器储存的电能，就会产生过压故障，使变频器停止工作，电梯无法正常运行。目前国内绝大多数变频调速电梯均采用电阻消耗电容中储存的电能的方法来防止电容过电压，但是电阻耗能不仅降低了系统的效率，电阻产生的大量热量还恶化了电梯控制柜周边的环境。电梯专用能量回馈器的作用就是能有效的将电容中储存的电能回送给交流电网供周边其它用电设备使用，节电效果十分明显，一般节电率可达15-42。此外，由于无电阻发热元件，机房温度下降，可以节省机房空调的耗电量，在许多场合，节约空调耗电量往往带来更大的节电效果。 电梯专用回馈器的原理是它采用先进的电力电子技术和高性能的I
47、GBT作为开关器件，品质可靠安全，全智能运转，简单到无需客户做任何操作。电梯专用能量回馈器采用电压自适应控制，即无论电网电压如何波动，只有当电梯机械能转换成电能送入直流回路电容中时，电梯专用能量回馈器才及时将电容中的储能回送电网，有效解决了能量回馈。电梯专用能量回馈器具有十分完善的保护功能和扩展功能，既可以用于现有电梯的改造，也适用于新电梯控制柜的配套。新电梯控制柜采用电梯专用能量回馈器供电，不仅可以大大节约电能，还可以有效改善输入电流的质量，达到更高的电位兼容标准。 电梯专用回馈器的节能效果与电梯功率、电梯整个系统、电梯的平衡系统等方面有关，以下几类情况节能效果更好：A楼层越高的电梯，制动频
48、繁，节能越多；B新安装使用的电梯，机械惯性大，节能越多；C速度越快的电梯，制动频繁，节能越多；D使用越频繁的电梯，制动频繁，节能越多。针对本设计的七层电梯，决定采用电梯专用回馈器。32通用变频器的基本构成及分类321通用变频器概况上个世纪80年代初，通用变频实现了商品化。在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。(1)容量不断扩大14第三章变频器选择及其参数设计80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA，400KVA以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间
49、，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。(2)结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术“等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”(IntelligentModule，IPM)这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。(3)多功
