PLC控制交流变频调速电梯Word格式.doc

PLC控制交流变频调速电梯Word格式.doc

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（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忧。

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。

1.3PLC及在电梯控制中的应用特点

1.3.1PLC的优点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。

PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点位运算与控制。

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。

1.3.2PLC控制电梯的特点

（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，可靠性大大提高。

（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可进行故障自动检测与报警显示，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[2]。

1.4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。

电动机交流变频调速技术是当今节电、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主要手段。

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。

变频调速电梯的优点:

（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SPWM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[3]。

（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

电梯设备与电梯发展动态

2.1电梯设备

2.1.1电梯的主要组成部分

（1）曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。

电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。

（2）轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成；

厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等。

（3）电器设备及控制装置有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。

（4）其它装置对重装置、补偿装置等。

2.1.2电梯的安全保护装置

（1）电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电闸，停层后断电制动。

（2）强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。

（3）限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。

（4）行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。

（5）急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。

（6）厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。

仅当厅门关上才允许电梯启动;

在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。

（7）关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。

（8）超载开关，当超载时轿底下降，开关动作，电梯不能关门和运行。

（9）其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。

2.2电梯的发展动态

随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具——电梯得到了快速发展。

2.2.1电梯技术发展概况

（1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。

（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。

逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。

交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。

（3）电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器——接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等[4]，电梯可靠性得到很大提高。

（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。

如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。

（5）智能群控管理得到广泛应用。

（6）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。

2.2.2电梯发展展望

（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。

随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。

同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展[5]。

（2）技术含量更高，性能更好。

电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流，由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。

另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流[6]。

（3）安装更方便、更快捷。

3控制方案选择

3.1变频器的选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，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[7]。

目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。

因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。

这是本设计的特点之一。

目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。

3.1.1变频器的原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现代使用的变频器主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源提供给电动机，变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形。

中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频器是利用输出功率可改变的交流电力拖动设备。

变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电。

以此为电源再供给电机使用。

3.1.2变频器的选择

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。

本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；

另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。

考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能[8]，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。

3.1.3VS-616G5型变频器的特点

VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。

这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。

VS-616G5变频器的特点如下:

（1）包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。

（2）有丰富的内藏与选择功能。

（3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。

（4）保护功能完善、维修性能好。

（5）通过LCD操作装置，可提高操作性能。

3.2可编程控制器（PLC）的选择

电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。

电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的必要前提。

3.2.1轿厢楼层位置检测方法

主要方法有如下几种:

（1）用干簧管磁感应器或其它位置开关:

这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。

（2）利用稳态磁保开关:

这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大[9]。

（3）利用旋转编码器:

目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。

由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故本设计采用此法。

3.2.2PLC的选型

根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。

又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。

综合考虑后，本设计选择了日本OMRON公司生产的C系列P型机。

C系列P型机具有以下几方面的优点：

（1）P型机专用于开关量控制，其体积小，安装起来节省空间；

（2）其功能较强，具有2kHz的高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用；

在指令方面，P型机有编码、译码、数据转