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1、基于变频技术的电梯PLC控制系统设计 作者： 日期：27 基于变频技术的电梯PLC控制系统设计摘要国民经济的发展促进了高层建筑和智能化建筑的大量出现，作为交通工具的电梯显得越来越重要。其性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠，在此基础上还需要满足乘客的舒适感等等。所以对电梯控制系统的深入研究具有重要的意义。本文首先在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的控制原理，分析了电梯如何用PLC编制控制程序，研究并提出了电梯变频器的变频调速电梯控制系统的实现方案。本文采用PLC对电梯信号进行采集并对电梯进行控制，提高了控制水平，改善了电梯
2、运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。关键词:电梯控制系统 可编程序控制器 变频调速1.绪论1.1电梯组成1.曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。2.导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。3.轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。4.门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。5.重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量
3、，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。 6.电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。7.电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制
4、柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到用平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。8.安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有:限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。1.2电梯的发展现状1.2.1国外电梯发展情况 电梯是集
5、机电一体的智能系统，设计到机械技术、电子技术、电气技术等。电梯的生产数量及使用情况成为衡量一个国家经济情况、工业化程度的重要指标。目前，世界知名的生产电梯的公司主要有美国奥的斯公司、日本三菱公司、日立公司和芬兰科恩等公司，他们占世界一半的电梯市场，其中，尤以美国奥的斯公司的实力最强，也是最早设计、生产电梯的公司。 电梯作为垂直交通工具，已完全参透到人们的生活当中，特别是在高楼大厦中，电梯更发挥着不可替代的作用，是人们必须的交通工具。随着社会的发展，对电梯的设计要求也不断提高，不仅涉及到机械传动、电气控制、电子技术和土建等工程领域，还设计到电梯的可靠性、舒适性、环保性、美观性等问题。对于现代电梯
6、，应具有高度安全性并不断往节能，群控，网络化、信息化等方向发展。电梯已成为人们工作、生活的一部分，据相关统计，美国每年乘电梯的人数达540亿人次，而乘坐其他交通工具的人数却为80亿人次。近年来，电梯普遍采用变频技术，即VVVF电梯(调频调压调电梯)。变频调速采用先进的SPWM(脉冲宽度调制)技术，明显改善了电动机供电电源的质量，谐波少，起有效的节能效果。与传统的交流双速电梯相比，VVVF电梯控制技术采用控制器或微机控制，经过周密计算，电梯在启动、制动及加速时，速度过渡比较平稳，乘坐者都没有明显感觉，可以达到相当高的舒适性。变频调速电梯以其优异的调速性能、起制动性能以及高功率因素、节能等优点已被
7、广泛应用，是国际上公认的最有发展前途的调速方法，成为现代电梯行业的一个热点。1.2.2国内电梯发展情况 我国的电梯发展起步比较晚，解放前，全国大概只有2000台电梯，有生产电梯的能力，解放后，才开始出现电梯企业，到20世纪70年代，电梯产业才初具规模。改革开放以来，由于我国经济的高速发展急剧上升。通过引进国外知名电梯企业，学习其先进技术，国内对电梯的需求量急逐渐形成了以中外合资为主体的外向型企业队伍，比如中国迅达公司、天津奥的斯公司、上海三菱公司、广州电梯工业公司等企业。近年来，中国的电梯产业得到快速发展，形成了自主品牌，通过学习发展国家的先进管理方法和技术，不断改善现有产品的结构和管理机制，
8、使得电梯质量、企业综合竞争力得到极大提升并开始推出新一代的产品。2.电梯调速控制变频器系统在电梯控制系统中，调速控制变频器系统主要实现对电动机的控制和产生电梯运行时序，保证电梯安全可靠的沿着速度给定曲线运行。该系统主要由变频器系统、电动机调速系统和驱动装置组成，下面分别作简要介绍。近年来，电梯普遍采用变频技术，即VVVF电梯(调频调压调速电梯)。变频调速采用先进的SPWM(脉冲宽度调制)技术，明显改善了电动机供电电源的质量，谐波少，起有效的节能效果。与传统的交流双速电梯相比，VVVF电梯控制技术采用控制器或微机控制，经过周密计算，电梯在启动、制动及加速时，速度过渡比较平稳，乘坐者都没有明显感觉
9、，可以达到相当高的舒适性。变频调速电梯以其优异的调速性能、起制动性能以及高功率因素、节能等优点已被广泛应用，是国际上公认的最有发展前途的调速方法，成为现代电梯行业的一个热点。2.1变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：(l) 改变电源频率(2) 改变电机极对数(3) 改变转差率从上式可看出，在极对数p和转差率s不变的情况下，转速n与电源的频率f成正比，改变电动机的频率t就可以改变电动机的转速，从而实现电梯的零速起动。2.2变频电梯系统运行原理电力电网送来的380V动力电源变为可
10、控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时，是点动运行方式，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令向电动机输送点动频率的交流电，作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度通过脉冲编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压(电流)和频率，使两者相等。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。2.3电梯运行的速度曲线为了能准确平层，并使乘客有很好的舒适感，电梯的速度控制是至关重要的环节。电梯必须按照设定好的速度运行，才能保证电梯
11、平层的准确性。当PLC接收到平层信息时，必须使轿厢及时降速并停在指定位置。为使乘客有乘车的舒适感，电梯的速度变化不能跳变，特别是电梯启动和停止的时候，速度变化要缓慢，即轿厢运行的加速度比较小。综合上述要求，对于电梯的运行速度曲线可采用下面两种方法:1线性加减速方式设置变频器的启动、停止时间，使得电动机的启动、停止时间逐渐变化，如图所示。图给出了变频器输出电源的频率f与时间的函数变化图，图中，0t1为加速时间，t3 t4为减速时间。加/减速时间越长，电梯启动越平稳，线性加减速方式能够基本满足电梯准确平层及乘客乘车的舒适感。按照此速度运行，当电梯运行在楼层之间时，高速运行，接收到平层信号时，电梯轿
12、厢改为低速运行并准确平层。 2S形加减速方式变频器具有S形曲线输出功能，以非线性的形式工作。它的特点是在起始的一段时间，加速速度相对缓慢;在起动之后，基本成线性运行，加速度不变，而后，加速度逐渐减为零。这样，在整个加速过程中，速度与时间成关系呈S形方式，如图所示。电梯轿厢按照S形速度曲线运行，会使得乘客的舒适感大大提高。在0t3时间内加速启动阶段，其中0t1和t2t3时间内为抛物线速度曲线，在t1 t2时间内为直线速度曲线; t3 t4时间内为稳速运行阶段; t4T时间内为减速制动阶段。减速制动阶段速度曲线与加速起动阶段相对称。2.4电梯的主电路如图所示采用直流侧能耗方式的变频调速电梯主电路由
13、于直流侧电容的容量很大，在其电压为零时突然加上高压会引起特别大的充电电流，这将造成整流二极管VD1VD6的过电流损坏。为了保护整流二极管，图中设置了预充电环节，当接通电源时，首先经预充电电路向电容C1充电，由于预充电电路中R的限制使充电电流不至于过大，当C1的电压上升到一定程度时，再将接触器Q1吸合，整流桥投入工作，电梯可以正常运行。目前市售变频器中通常不专门设预充电整流电路，而通过在直流侧串入限流线绕电阻R来实现预充电，预充电完毕，接通一接触器Q1，接触器的动合触头将限流电阻短路，变频器转入正常运行状态。曳引电动机回馈的能量通过晶体管T和能耗电阻R吸收。通用变颇器用于变颇调速电梯的主电路3.
14、电梯控制软件系统 本章主要讨论在可编程控制器的控制下，结合电梯模型的控制要求及特点，对PLC控制系统进行系统配置，设置变频器的相关参数。本章设计了电梯控制器的具体硬件电路及电气控制电路图，使电梯能够按照S形曲线运行，并阐述了利用光电编码器定位电梯轿厢位置的原理。3.1可编程控制器机型的选择 为了完成设定的控制任务，主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。本系统为八层楼的电梯，采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下:1)输入/输出点的估算。本设计按八层的电梯为例，根据需要有40个输入点，24个输出点，I/0分配如下:输入部分I 0. 0I 0. 7一楼内呼八楼内呼I 4. 1超载输入I 1. 0I 1. 7一楼限位开关八楼限位开关I 4. 2光码盘脉冲输入I 2. 0I 2. 6一楼外上呼一七楼外上呼I 4. 3电机过热输入I 2. 7I 3.5二楼外下呼一八楼外下呼I 4. 4检修状态输入I 3. 7手动关门I 4. 6消防输入I 4. 0手动开门I 4. 7限速输入I 4. 5电梯急停输入I 5. 0开门限位开关I 5. 2底层钥匙开关I 5. 1关门限位开关I 5. 3直驶开关I 5. 4有/无司机转换I 5. 5轿厢门锁I 5. 6警铃按钮I 5.7计数器输入端输出部分Q 0. 0曳引机正
