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1、变频调速技术在电梯上的应用变频调速技术在电梯上的应用摘 要 随着经济的发展,现代城市中的高层建筑日益增多,电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。而电梯性能的好坏,除了电机等硬件以外,电梯控制系统是其核心因素。PLC(Programmable logic controller)因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干扰能力强等优点,在电梯控制领域应用极为广泛。除此之外变频器在电梯中的应用能很好地解决电梯在运行当中对速度变换的要求,能提高电梯的舒适度,提高运行速度。此外还用到了不间断电源 UPS 电源,电梯在断电的紧急情况下使电梯可以安全的停靠在指定的安全位置。本文以三菱FX2N 系列 PLC
2、 与安川变频器结合为例,以五层电梯为设计对象,分别从电梯控制系统的构成及工作原理,变频调速的原理,系统 PLC 配置方案,PLC 软件设计,PLC软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面,详细的阐述了 PLC 在电梯控制系统中的应用,形成了以 PLC 为控制系统的完整的电梯模型,使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。并且关键词:电梯控制,PLC,变频调速,UPSAbstractWith the development of economy, an increasing number of high-rise buildings in modern cities, elevators bec
3、ome an indispensable means of transport of daily life. The core of elevators function is control system besides hardware. PLC(Programmable logic controller)have wide use for its many advantages, such as convenience, high reliability and strong anti-interference ability. In addition to the applicatio
4、n of this inverter in elevator can solve the requirement of transform elevator running well, we can improve the comfort, improve the operating speed. In addition, the uninterruptible power supply, UPS power supply, emergency power lift in the lift can safely stop in safe position specified. This art
5、icle taking Japanese Mitsubishi FX2N series PLC for example, fifth floor elevator as the design, details the plcs application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation sof
6、tware of PLC and hardware choosing the elevator. This paper works out a complete model of the elevator controlled by PLC. This PLC control system can make elevator running in a accurate, credible and fast way.Keyword: elevator control, PLC, frequency control ,UPS目录摘 要 IAbstractII目录III1 绪论 41.1PWM 的基
7、本概念 11.2PWM 的原理 11.3PWM 的特点 21.4 低、中速 VVVF 电梯拖动控制系统22 电梯系统综述52.1 电梯的基本结构52.1 电梯的基本结构52.1.1 曳引系统62.1.2 导向系统62.1.3 门系统 62.1.4 轿厢62.1.5 重量平衡系统72.1.6 电力拖动系统72.1.7 电气控制系统72.1.8 安全保护系统72.2 电梯工作原理 72.3 电梯控制系统组成 83 异步电动机变频调速的控制原则 93.1 PLC 外部接线及主电路设计103.1.1 PLC 的外部接线 103.1.2 主电路电气原理图123.2 电梯运行曲线 133.3 变频器的选择
8、 143.3.1 变频器的分类143.3.2 变频器的结构153.3.2 VS-616G5 型通用变频器 173.3.3 变频器的参数设置193.3.4 变频器自学习功能的应用方法203.3.4 变频器的功率计算214 硬件的设计与选择224.1 PLC 的硬件选择224.2 其它硬件的选择234.2.1 轿厢位置检测装置选择 234.2.2 牵引电机的选择 244.2.3 开关门电机的选择244.2.4 继电器的选择254.2.5 熔断器的选择264.2.6 对重装置274.3 电梯的 UPS 应急电源274.3.1 UPS 电源系统274.3.2 UPS 原理285 系统软件的设计 305
9、.1 控制系统的工作流程305.2 控制系统的功能要求315.2.2 电梯运行状态的分析315.2.3 电梯的控制要求 325.3 系统信号的确定以及软元件的选取 335.4 系统梯形图的设计 375.4.1 开门环节375.4.2 关门环节385.4.3 楼层显示环节385.4.4 内呼信号的登记与消除环节 405.4.5 外呼信号的登记与消除环节 415.4.6 定向环节425.4.7 启动环节455.4.8 减速制动环节455.4.9 抱闸环节475.4.10 UPS 不间断电源环节476 仿真软件的介绍与调试运行496.1 仿真软件的介绍496.2 软件中梯形图程序的编写方法 496.
10、3 软件调试方法 516.4 梯形图程序仿真537 总结 56参考文献57致谢58附录 A 电梯控制系统原理图591 绪论PWM 的基本概念PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制,是靠改变脉冲宽度来控制输出电压,通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样,使调压和调频两个作用配合一致,且于中间直流环节无关,因而加快了调节速度,改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电,可用不可控整流器取代相控整流器,使电网侧的功率因数大大改善。利用 PWM 逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件,开关频率大幅度提高,输出
11、波形可以非常接近正弦波。PWM 的原理脉宽调制(PWM),控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次斜波谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。在采样控制理论中有一个重要的结论,即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析,则它们的低频段特性非
12、常接近,仅在高频段略有差异。根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波,通过对矩形波的控制来模拟输出不同频率的正弦波。例如,把正弦半波波形分成 N 等份,就可把正弦半波看成由 N 个彼此相连的脉冲所组成的波形。如图 1.1 a 所示。这些脉冲宽度相等,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等,就得到一组脉冲序列,这就是 PWM 波形,如图 1.1 b。可以看出,各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效
13、果相同的原理,PWM 波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周,也可以用同样的方法得到 PWM 波形。图 1.1 PWM 原理说明图在 PWM 波形中,各脉冲的幅值是相等的,要改变等效输出正弦波的幅值时,只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可,因此在交-直-交变频器中,整流电路采用不可控的二极管电路即可,PWM 逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。根据上述原理,在给出了正弦波频率,幅值和半个周期内的脉冲数后,PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的 PWM 波形。PWM 的特点PWM 变频电路具有以下特点: 可以得到相当
14、接近正弦波的输出电压 整流电路采用二极管,可获得接近 1 的功率因数 电路结构简单 通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压,加快了变频过程的动态响应。1.4 低、中速 VVVF 电梯拖动控制系统图 1.2 是一个中低速电梯拖动控制系统的结构原理图。其 VVVF 拖动部分由 3 个部分组成:第一单元是根据来自速度控制部分的转矩指令信号,对应该供给电动机的电流进行运算,产生出电流指令运算信号;第二单元是将经数/模转换后的电流指令和实际流向电动机的电流进行比较,从而控制主回路的 PWM 控制器;第三单元是将来自 PWM 控制部分的指令电流供给电动机的主回路控制部分。主回路控制部分由一下几部分组成:将
15、三相交流电变换成直流的整流器部分。平滑该直流电压的电解电容器。电动机制动时,再生发电的处理装置以及将直流转变成交流的大功率逆变器部分。图 1.2 PWM 原理说明图当电梯减速时以及电梯在较重的负荷下(如空载上行或重载下行)运行时,电动机将有再生电能返回逆变器,然后通过电阻将其消耗掉,这就是电阻耗能式再生电处理装置,因为其再生能力大,若用电阻消耗能量的办法处理,势必使再生电处理装置变得更庞大。基极驱动电路的作用是将正弦波 PWM 控制电路送来的脉冲列信号放大,再输送至逆变器的大功率晶体管的基极,使其导通。另外还具有在减速再生控制时,将主回路大电容的电压和充电回路输送出电压与基极驱动电路比较后,经
16、信号放大,来驱动再生回路中大功率晶体管的导通以及主回路部分的安全回路检测功能。2 电梯系统综述2.1 电梯的基本结构1-减速箱 2-曳引轮3-曳引机底座 4-导向轮5-限速器 6-机座7-导轨支架 8-曳引钢丝绳9-开关碰铁 10-紧急终端开关11-导靴 12-轿架13-轿门 14-安全钳15-导轨 16-绳头组合17-对重 18-补偿链19-补偿链导轮 20-张紧装置21-缓冲器 22-底坑23-层门 24-呼梯盒25-层楼指示灯 26-随行电缆27-轿壁 28-轿内操纵箱29-开门机 30-井道传感器31-电源开关 32-控制柜33-曳引电机 34-制动器图 2.1 电梯的基本结构剖视图2.1 电梯的基本结构电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体,电气部分相当于人的神经,控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度,密切协同,使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多,但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构,图 2
