plc控制電梯論文

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1、plc控制電梯論文 plc控制電梯論文 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(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。與此同時，人們對電梯的性能要求也越來越高，比如可靠性，操作方便，舒適性，低噪音，低能耗等等。隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。采用PLC對電梯進行控制，通過合理的選擇和設(shè)計，能夠有效的提高電梯的控制水平，極大地改善了電梯運行的舒適感，使電梯的控制達到了比較理想的控制效果。 本文在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，

2、闡述了電梯的拖動原理和控制原理，重點分析了電梯系統(tǒng)設(shè)計中如何用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)并編制控制程序，研究并提出了基于PLC和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，針對這些問題對電梯系統(tǒng)進行了新的設(shè)計.設(shè)計出了新的采用PLC進行邏輯控制，用變頻器調(diào)速的電梯控制系統(tǒng)。利用三菱PLCFX2N-64來設(shè)計5層電梯控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：電梯；控制系統(tǒng)；PLC；變頻器 ABSTRACT With scientific and technological and socio-economic development, high-rise buildings have become the hallmark

3、of modern cities. As vertical lift equipment, a lot of people bear the transportation and logistics, its role in building essential. At the same time, it has to lift the performance requirements are also increasing, such as reliability, easy to operate, comfortable nature, low noise, consumption, an

4、d so on. But the elevator as an important traffic in skyscraper，it also has developed quickly with the improving requirement of the People. It’s dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and It’s logic control-relay control also has been replaced by PLC. using

5、PLC to control the elevator，the reliability is improved and the feeling of comfort 15 better through the reasonable selection and design，so the effect of control is more ideal. In order to meet the comfort, improve transporting efficiency and reach the right floor, the given curve of an elevator is

6、a key point. Most of people’s sensitivity on changing speed is about acceleration movement. Comfort means acceleration and deceleration on smoothness. To acquire favorable comfort, the starting and braking curves design of the elevator is composed of two s-curves and one beeline. Through adjusting t

7、he acceleration time and that of the s-curve’s, ideal starting and braking curves are gained. This paper, based on the introduction of the elevators basic structure, expatiates the drive and control principle of elevator, and analyzes how to use the PLC to program controlling process. The implement

8、ation project of elevators VVVF control system based on PLC and transducer is studied and proposed. This article was precisely has carried on the improvement design in view of these questions to the existing elevator system. Uses PLC to carry on the logical control modulates velocity the elevator co

9、ntrol system with the frequency changer. KEY WORDS: elevator；control system；PLC；inverter 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1前言 1 1.1 電梯的起源和發(fā)展 1 1.2 電梯信號控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀 2 1.2.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 3 1.2.2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點 4 1.2.3 PLC控制電梯的優(yōu)點 5 1.3 本文的工作 5 2電梯的概述 6 2.1 電梯的結(jié)構(gòu) 6 2.2 電梯的控制要求 8 3硬件選擇 10 3.1 P

10、LC的選擇 10 3.1.1 PLC的定義和特點 10 3.1.2 PLC的主要功能和應(yīng)用 13 3.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 14 3.1.4 PLC的系統(tǒng)硬件設(shè)計 16 3.1.5可編程控制器機型的選擇 17 3.2 變頻器選擇 19 3.2.1 變頻器的分類 19 3.2.2變頻器的控制方式 19 3.2.3變頻器的選型 21 3.2.4變頻器的相關(guān)計算及其規(guī)格 22 4五層電梯總體設(shè)計 25 4.1 電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 25 4.2 電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展 26 4.3 異步電機的調(diào)速方法及經(jīng)濟技術(shù)比較 27 4.4 井道信號系統(tǒng)的設(shè)計 3

11、1 4.4.1干簧感應(yīng)器的工作原理 31 4.4.2井道信號系統(tǒng)的設(shè)計 32 4.5 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計 33 5軟件設(shè)計 35 5.1 正常運行控制軟件設(shè)計 35 5.2 流程圖 35 5.3 電梯的工藝流程 38 結(jié)束語 41 參考文獻 42 致謝 43 附 錄 44 附錄一 外文文獻及其譯文 44 附錄二 符號說明 47 附錄三 電梯I/O接線圖 49 附錄四 五層五站電梯電氣元件表 50 附錄五 PLC梯形圖 51 54 1前言 1.1 電梯的起源和發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。電梯作為垂直運輸工具，承

12、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)計出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機，共造出三臺，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺卷揚機看作是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實上，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機。 在瓦特發(fā)明了蒸汽機之后，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為動力的卷揚機。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發(fā)明－歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛

13、應(yīng)用。在此期間，英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽梯也被淘汰了。后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。直到今天液壓梯仍在使用。 1889年，美國奧的斯公司制造的由直流電動機通過蝸桿蝸輪減速器帶動卷筒卷繞繩索懸掛并升降轎廂的電動升降機，構(gòu)成了現(xiàn)代電梯的鼻祖。為了解決乘客乘坐電梯的安全性和舒適感方面的問題，1892年，美國亨利華特列昂那得發(fā)明了用調(diào)節(jié)電動機勵磁場來調(diào)速的電動機—發(fā)電機電力驅(qū)動系統(tǒng)，使直流升降機的電力拖動構(gòu)造有了重大發(fā)展。1900年，交流感應(yīng)電動機被使用到電梯驅(qū)動以后，進一步簡化了電梯的傳動設(shè)備。以后由交流單速電動機發(fā)展到交流雙速感應(yīng)電動機。1903年，美國奧的斯

14、在電梯傳動機構(gòu)中采用了曳引驅(qū)動代替卷筒方式，提高了電梯傳動機械的通用性，同時也制造了有齒輪曳引高速電梯。這種電梯減少了傳動設(shè)備，增強了安全性能，成為目前電梯曳引傳動的基本構(gòu)造形式。在電梯控制技術(shù)方面，1949年開始應(yīng)用電子技術(shù)，以后出現(xiàn)了電子器件與信息處理的分區(qū)控制系統(tǒng)以后發(fā)展到大規(guī)模集成電路。 由于電梯拖動技術(shù)從直流電動機驅(qū)動到交流單速、交流雙速電動機驅(qū)動，到交流調(diào)壓調(diào)速(ACVV)控制，交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速(VVVF)控制，使得電梯控制技術(shù)不斷成熟，加上電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)在電梯中的廣泛應(yīng)用，使電梯運行的可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運行速度、節(jié)能降耗、減少噪聲等方面都

15、有了極大改善。70年代，特別是1973年以來，電梯控制柜的控制電路逐漸從模擬電路向數(shù)字化電路發(fā)展，數(shù)字技術(shù)顯著提高了電梯的可靠性和運性精度。70年代末到80年代初，高速無齒輪和有齒輪快速電梯都應(yīng)用微機作為控制的主要部件，而且每部電梯使用的微機不止一部。80年代，大功率晶體管模塊的問世以及微機和數(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，實現(xiàn)對電梯中交流電動機進行調(diào)壓調(diào)頻(VVVF)，達到線性調(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)濟指標(biāo)，明顯優(yōu)于其它電

16、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設(shè)計、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)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(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?？删幊绦蚩刂破?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的直

17、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。 1.2.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 一、電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 (l)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。 二、電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (l)系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點

18、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)電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，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，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 1.2.2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點

19、 PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目前國內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機拖動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進行改造，提高電梯

20、的運行性能。因此對電梯控制技術(shù)進行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義。 電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。 P LC是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于PLC具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設(shè)計配置靈活等特點。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型

21、產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制電梯的運行，這樣大大提高了電梯的性能。 可編程控制器（Programmable Logic controller，簡稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進工業(yè)自動化的三大支柱之一。

22、 1.2.3 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本文的工作 綜上所述，由于PLC作為新一代電梯控制工具具有以上優(yōu)點，本次畢業(yè)設(shè)計就以五層電梯作為控制對象，以PLC作為工具對電梯控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。在設(shè)計過程中，對五

23、層電梯的硬件部分作分析，看需要什么樣的開關(guān)，電機，信號燈等。然后，根據(jù)需要畫出控制面板圖，再根據(jù)控制面板圖計算出I/O點數(shù)，確定所選PLC機型，選定變頻器型號，畫出連線圖，然后在進行軟件設(shè)計，寫出控制系統(tǒng)的流程圖，梯形圖。 2電梯的概述 2.1電梯的結(jié)構(gòu) 電梯是機、電一體化產(chǎn)品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，控制部分相當(dāng)于人的大腦。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結(jié)構(gòu)，其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行

24、邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成。電梯的基本結(jié)構(gòu)如圖2—1所示。 圖2—1電梯的基本結(jié)構(gòu) 1—控制柜(屏);2一拽引機;3—拽引鋼絲繩;4—限速器;5—限速器鋼繩;6—限速器張緊裝置;7—轎廂;8—安全鉗;9—轎廂門安全觸板;10—導(dǎo)軌;11—對重;12—廳門；13—緩沖器 （1）拽引系統(tǒng) 電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅(qū)動電梯運行。主要由拽引機，拽引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪組成。拽引機為電梯的運行提供動力，由電動機，拽引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅(qū)動轎廂升降。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距

25、，采用復(fù)繞型還可以增加拽引力。 （2）導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運動。 （3）門系統(tǒng) 門系統(tǒng)有轎廂門、層門、開門、連動機構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架等組成，層門設(shè)在層站入口處。開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂和門的動力源。 （4）轎廂 轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件，由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重機構(gòu)，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底、轎廂壁、轎廂頂以及照明通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。 （5）

26、重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側(cè)拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計影響的裝置。 （6）電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)由拽引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，它的作用是對電梯進行速度控制。拽引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器與電機相連。調(diào)速裝置對拽引電機進行速度控制。 （7）電氣控制系統(tǒng) 電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置、操縱

27、裝置、平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設(shè)置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到用——平面的操作。位置顯示裝置.是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。 （8）安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)包括機械的和電氣的各種保護系統(tǒng)，可保護電梯安全的使用。機械方面的有：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用，還有切

28、斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。 2.2 電梯的控制要求 人們對現(xiàn)代電梯的自動化程度和智能行越來越高，可以有下列基本功能，這些功能有的是廠家作為標(biāo)準(zhǔn)功能配置在電梯上，有的是可按用戶要求配置。但是由于本次設(shè)計工作的時間有限，不可能實現(xiàn)下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。 (1)一臺電機控制上升和下降。 (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。 (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

29、，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

30、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。 (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，自動駛回基站，停機待客。 3硬件選擇 3.1 PLC的選擇 3.1.1 PLC的定義和特點 1、PLC的定義 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(National Electric Manufacturer Association NEMA)對PLC下過如

31、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，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 1982年，國際電工委員會(International Electrical Committee IEC)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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及

32、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、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。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。 2、PLC的特點 PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點： 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

33、可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。 3) PLC有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，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）與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因: 1) 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)計的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性較通用計算機控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高. 2)

34、 在PLC的硬件設(shè)計方面，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、存儲器內(nèi)容的保護并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計等等。 3) 在PLC的軟件設(shè)計方面，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、信息保護和恢復(fù)、報警和運行信息的顯示等等。 一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報告指出，在各種選用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用戶達93%。其次，才是性能和維修方便等原因?？梢?，可靠性高是PLC的主要特點。 二、易操作性PLC的易操作

35、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屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點。 (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，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

36、的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用，并發(fā)揮出更有效的功能特點。 (3) 維修方便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。 PLC的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線

37、與更換的類型等，這些設(shè)計使維修工作能方便地進行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。 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。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點，使PLC能大量地

38、替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和計算機集成過程控制系統(tǒng)(CIPS)中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。 (2) 擴展的靈活性PLC的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴展，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。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)(DCS)或其他上位機的通信來擴展它的功能，并與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴展的靈活性大

39、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)備和裝置提出了機電一體化——儀表、電子、計算機綜合的要求，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)計的控制設(shè)備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強、機械與電氣部件被有機地結(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，

40、它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。 3.1.2 PLC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)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(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行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(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

41、。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運算。 (3)定時控制PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。 (4)數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(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還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。 (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

42、求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。 (6)通信把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 3.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 1、 PLC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)功能與特點的

43、比較。 表3—1 PLC與繼電器控制功能與特點比較 比較項目 繼電器控制 PLC 控制功能的實現(xiàn) 通過對繼電器進行硬接線完成相應(yīng)的控制功能 對進行編程實現(xiàn)所需控制要求 對生產(chǎn)工藝化的適應(yīng)性 需進行重新設(shè)計與接線，適應(yīng)性差 只需對程序進行修改，適應(yīng)性強 可靠性 元器件多、觸點多，容易出現(xiàn)故障 采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高 柔韌性與靈活性 差 具有種類齊全的擴展單元，擴展靈活 控制的實時性 機械動作時間常數(shù)大，實時性差 微處理控制，實時性非常好 占用空間與安裝 控制柜體積大、笨重，安較施工工作量大 體積小，重量輕，安裝工作量小 使用

44、壽命 議損、壽命短 壽命長 復(fù)雜控創(chuàng)能力 極差 很強 價格 較低 較高 維護 復(fù)雜、工作量大 工作量小 2 、PLC與計算機控制系統(tǒng)的比較 通用計算機具有十分強大的計算與數(shù)據(jù)處理能力，同時數(shù)據(jù)的處理速度已經(jīng)達到極高的水平，但是應(yīng)用通用計算機進行工業(yè)控制，在很多方面遠遠沒有PLC功能強大，表3—2給出了它們的對比。 表3—2 PLC與計算機控制系統(tǒng)功能與特點比較 比較項目 通用計算機 PLC 工作方式 中斷方式 掃描方式 編程語言 匯編語言、高級語言 助記符語句表、梯形圖等 工作環(huán)境 要求較高 可在較差的環(huán)境下工作 對使用者的要求 需進行專

45、門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)才能掌握 語言易學(xué)，稍加培訓(xùn)即可使用 可靠性 商業(yè)級要求 工業(yè)級，且有多種特殊設(shè)計，包括監(jiān)視計時器功能 系統(tǒng)軟件 功能強大，但占用存儲空間過大 功能專用，占用存儲空間小 適用領(lǐng)域 辦公、管理，科學(xué)計算、家庭 工業(yè)控制 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)計的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計算機要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴展所以在本設(shè)計中采用PLC來進行邏輯控制。 3.1.4 PLC的系統(tǒng)硬件設(shè)計 1、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是

46、為了實現(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PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 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PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。 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)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、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行，而且

47、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。 力求簡單、經(jīng)濟、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)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 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

48、出模塊、I/O點數(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。 3.1.5可編程控制器機型的選擇 表3—3 FX0S,FX0N.FX2N性能比較 型號 I/O數(shù) 用戶程序步數(shù) 功能指令 通信功能 基本指令執(zhí)行時間 模擬量模塊 FX0S 10-30 800 步 EEPROM 50 無 1.6-3.6微秒 無 FX0N 24-128 2k 步 EEPROM 55 較強 1.6-3.6微秒 有 FX2N 16-256 8k步RAM 298 強 0.08微秒 有 FX2，F(xiàn)X1,FX2C系列是三菱公司今年來

49、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，但功能強大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價格有很大的差別。如表3—3所示。 FX0S的功能簡單，價格便宜，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，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入/輸出點數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的I/O節(jié)點與內(nèi)存空間以供擴展時使用，以及指令的執(zhí)行速度，因此選用三菱公司的FX2N系列的FX2N-64MR。它的輸入繼電器X000-X031共32個，輸出繼電器Y000-Y031共32個，程序容量為8K

50、字節(jié),完全滿足要求。也給以后功能擴展留了足夠的空間。 3.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)行機構(gòu)的各種開關(guān)信號。按照現(xiàn)場執(zhí)行機構(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。繼電器觸點閉合使得負載回路的的負載L接通得電，VD

51、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)通點亮。根據(jù)負載的需要，負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確切，可以實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。 PLC 內(nèi)部 電路 K K LED ~ VD K 交流電源 圖3—2繼電器模式輸出單元 3.2變頻器選擇 3.2.1 變頻器的分類 （1）按照主電路工作方式分類 可以分為電壓型變頻器和電流

52、型變頻器。 （2）按照開關(guān)方式分類 可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器。 （3）按照工作原理分類 可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器。 （4）按照用途分類 可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 3.2.2變頻器的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為380到650伏，輸出功率為0.75到400千瓦，工作頻率為0到400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下幾代。 (1) 1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式 其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性

53、硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 (2)電壓空間矢量(SVPWM)控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的

54、方式進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。 (3)矢量控制（VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1，Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制

55、方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式 1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述

56、矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。 （5）矩陣式交-交控制方式 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進行四象限運行。為

57、此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。 3.2.3變頻器的選型 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。變頻器，實現(xiàn)電動機調(diào)速。高速電梯(1.6m/s以上的速度)一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價格的通用變頻器也可以滿足要求。容量選擇最好是采用大一數(shù)量級選配，電梯電動機一般選llkW或15kW的異步

58、電動機。即11kW的電動機選15kW的變頻器，15kW的電動機選18kW的變頻器。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)備的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，則主要依據(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。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： （1）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

59、高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求。 （2）為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。 本設(shè)計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器 3.2.4變頻器的相關(guān)計算及其規(guī)格 （1）變頻器容量計算 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選取。設(shè)電梯曳引機電機功率為P;，電梯運行速度為v，電梯自重為WI電梯載重為W:，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+W2一W3)g+F1] v 其中F1=K(Wl+W2十W3)g+δ為摩擦力，δ可忽略不計。電機功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機功率P1，相對于P2留有較大裕量

60、，可取P=l.5P2。 因為:K=0.02，Wl=1800Kg，W3=1200Kg，W3=2400Kg，g=9.8m/S2，，V=1.5m/s 代入以上各參數(shù)，得P2≈10.4KW。 變頻器的功率P應(yīng)接近于電機功率Pl，相對于P2留有較大裕量，可取P= l.5P2≈15KW。 根據(jù)以上的分析，選取變頻器的額定功率為15KW。 (2)變頻器制動電阻參數(shù)的計算 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。能耗制動電阻Rz的大小應(yīng)使制動電流12的值不超過變頻器額定電流的一半，即 Iz=U0/Rz≤IN/2 其中U0為額定情況下變頻器的直流母線電壓。

61、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。 VS-616G5變頻器電梯控制系統(tǒng)中采用速度閉環(huán)控制方式。因此必須配接PG－B2測速脈沖卡（安川公司生產(chǎn)）用于檢測電動機轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機同軸連接，對電動機進行測速,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B、兩相脈沖，當(dāng)A相脈沖超前B相脈沖90時，可認(rèn)為電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)A相脈沖滯后于B相脈沖90時可認(rèn)為電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB相脈沖的相序，可判斷電動機旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)AB脈沖的頻率（或周期）測得電動機的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG—B2卡，PG—B2卡再將此反饋信號送給616G5內(nèi)部，以便進行運算調(diào)節(jié)。

62、 VS-616G5用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時，還必須配置制動電阻。當(dāng)電梯減速運行時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時同步轉(zhuǎn)速下降，交-直-交變頻器的直流部分電壓升高，制動電阻的作用就是消耗回饋電能。除PG—B2卡和制動電阻外。VS-616G5還需要配置600脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器和G5－PCB型曲線卡利用變頻器模擬給定輸入端口，在電梯起動段發(fā)出S型時間原則的起動曲線，在電梯制動階段根據(jù)PG－B2卡脈沖分頻輸出信號產(chǎn)生電梯位置原則的制動曲線。 本設(shè)計采用24V增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，它與主電動機同軸相連，編碼器產(chǎn)生的脈沖輸入PLC的高速脈沖計數(shù)輸入端I0.0，在PLC中通過對此脈沖的計數(shù)，可以計算出電

63、梯走過的距離及當(dāng)前的速度，從而完成調(diào)速系統(tǒng)的位置和速度反饋。 4五層電梯總體設(shè)計 4.1電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 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)計成由兩段拋物線(S曲線)及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形

64、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。增大加速時間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。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、終了加速時間來實現(xiàn)，本設(shè)計采用的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，

65、圖中a為加速度，v為速度。 圖4-1速度運行曲線 4.2電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展 隨著時代的進步和科技的發(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)機械分為恒速拖動與變速拖動機械兩大類，而在現(xiàn)代的各行各業(yè)中，絕大多數(shù)的機械都有著調(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)實意義。長期以來，直流電機調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，這主要是因為直流電動機調(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。因此直流電動機調(diào)速比較容易得到良好的動態(tài)特性，但是直流電動機的

66、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費時、價格昂貴、可靠性差、運行出現(xiàn)火花等缺點使得直流電動機遠遠不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)向高速、大容量發(fā)展的要求。交流電動機特別是鼠籠型異步電動機，由于它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，而且堅固耐用，運行可靠，維護量少，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。但由于交流電動機平滑調(diào)速比較困難，在早期采用的主要是繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子外串電阻和鼠籠型異步電動機變極調(diào)速。在30年代提出了串級調(diào)速的方法，但是帶來調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，不容易控制的矛盾。直到本世紀(jì)50年代中期，晶閘管研制成功，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時代，使交流電機調(diào)速技術(shù)得以應(yīng)用。在印年代初期，幾位著名的專家提出了實用和高效的靜止變壓變頻器。雖然交流電動機有許多優(yōu)點，但由于變頻器的成本高，以及需要比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在與直流傳動的競爭中受到了阻礙，在70年代中期，在全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)能源危機，節(jié)約能源的問題世界矚目。作為節(jié)約能源的一個重要手段，電機的調(diào)速問題得到了重視，許多過去一般不調(diào)速的裝置也采用了調(diào)由此對交流電動機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展起了很大的推動作用。由此可見，研究電力傳動系統(tǒng)，特別是交流調(diào)速的