PLC技术加变频调速控制电梯.docx

1、PLC技术加变频调速控制电梯第1章 绪论随着我国经济的高速发展,交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具,电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,随着人们对其要求的提高,电梯得到了快速的发展,其拖动技术己经发展到了变频调速,其逻辑控制也由LC代替原来的继电器控制。电梯是垂直运输工具，属于位能负载,并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小,甚至是处于发电状态，而电梯在重载上行或空载下行时,电动机的负载最大,是处于电动状态，这就要求电动机在四象限运行。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电

2、动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感;另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成,存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁,可靠性差和工作寿命短等缺陷。因此本文用LC(可编程序控制器英文:ramable Logic otler)技术加变频调速控制电梯。1.1 电梯继电器控制系统的特点及问题1 电梯及电梯控制系统的特点(1)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，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(）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

3、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。.2电梯继电器控制系统存在的问题（）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。()系统结构庞大，能耗较高,机械动作噪音大。（）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，

4、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。.2了解可编程序控制器(PLC）及其在电梯控制中的应用国际电工委员会(IC）在1985年的PLC标准草案第三稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器(Progammabe oic Contollr）,简称PL，是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.1 可编程序控制器(LC)的特点（）编程方法简单易学（2）功能

5、强，性能价格比高(3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强(）可靠性高，抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少(6)维修工作量小，维修方便（7)体积小,能耗低21.2.2 可编程序控制器(PLC）控制电梯的优点(1)在电梯控制中采用了LC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。（）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）LC可进行故障自动检测报警显示,提高运行安全性,并便于检修。(）用于群控调配和管理,并提高电梯运行效率。（）更改控制方案时不需改动硬件接线。第章 电梯及通用变频器.1

6、电梯设备2.1. 电梯的产生154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一历史上第一部安全升降梯。从那以后,升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直上的倾斜角小于1的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力和简单提升设备,直到现在我国北方部分农村仍用手摇枯辘提取井水的升降提水装

7、置，所以说,我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。随着电子工业的发展,新技术、产品不断用于电梯控制系统，如可编程控制器的应用;单片机的应用;无触点半导体逻辑控制晶闸管(俗称可控硅）的应用;集成电路及数字控制、计算机群控制及调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。生活在继续,科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新一手柄开关操纵，按钮控制，信号控制,集选控制、人机对话等,多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱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大大节省了行人的时间;不同外形的扇形、三角形、

8、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。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现代人生活质量的承诺。2.1. 电梯技术的发展(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。()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，己由以前的变级调速(AVP）发展成为调压调速(AV）及调频调压调速(ACF)，使得电梯的速度、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。(）电梯的逻辑控制

9、己从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制（L）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、并联制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。（4）电梯的管理功能不断加强,电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。(）智能群控管理得到广泛应用。(）机械传动方面，由于国际上机构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2.1.3 电梯继电器控制系统存在的问题()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

10、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。()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局。（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。21.4电梯的安全措施及保护装置（1）电磁制动器:装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸，停层后断电制动。（2）强迫减速开关：起分别装于井道的顶

11、部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关,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。(）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。（)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，

12、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。(）其它的开关:安全窗开关,钢带轮的断带开关等。.2变频器的选择及通用变频器.2.1 变频器的分类变频器的种类很多,下面根据不同的分类方法对变频器分类：(1）按变换频率的方法分 交直交变频器 交交变频器(）按主电路工作方式分 电压型变频器电流型变频器(）按变频器调压方法的 不同分PM变频器PM变频器(4）按工作原理分类 f控制变频器VC控制变频器F控制变频器(5）按照用途分类 通用变频器高性能专用变频器高频变频器22. 选择的变频器应满足的条件（)根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。（2）

13、所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配。(3)为降低电梯成本，首选通用变频器。()电梯的启动和停车都要平稳。（）变频器带有防止失速功能。（)变频器具有优良的转矩特性。2.23 变频器的规格选择变频器产品说明书都提高标称功率数据，但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。因此,直接按照变频器标称功率进行选择,在实际中常常可能会行不通。根据具体工程的情况，可以有以下几种不同的变频器规格选择方式：（1）按照标称功率选择:一般作初步投资估算依据。(2）按照电动机额定电流选择;多用于恒转矩负载的新设计项目。(3)按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。(4)按照转矩过载能力选择综上所述

14、,根据实际工程情况,以适当的方法选择变频器规格很重要。选择结果多数情况下变频器标称功率与电动机匹配，少数情况需要放大。所以，笼统的认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法，但会造成浪费。总的来说从生产成本来作合适的选择3。2.4 VS一6G通用变频器电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他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VS61G型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、

15、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能,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。另外，S616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点,配以高精度的旋转编码器，控制精度可达.010.2%,使得电梯运行舒适感好,零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机,可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能工GBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。V6165型变频器是安川电机公司面向世界推出的2世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控

16、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4,。16G5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。（）保护功能完善、维修性能好。(5）通过LC操作装置,可提高操作性能。通用变频器VS61G5可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩;它适合用于各种应用场合，可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行，其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。VS16G5将U/控制、矢量控制、闭环Uf控制、闭环

17、矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。. 变频器自学习功能的应用为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后,需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而61G5就具有曳引机参数自学习的功能,其方法是：将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态,然后启动电动机,让变频器自动识别并存储电动机有关参数,变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数,是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制6。22. 电梯调速系统中应用VS一61G5型通用变频器通用变频器VS66G5可直接控制交流异步电动机的电流,使电动机保持较高的输

18、出转矩;它适合用于各种应用场合，可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行,其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。V616G5将/f控制、矢量控制、闭环f控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的配置及容量选择S665变频器用在电梯调速系统中时，必须配PG卡及旋转编码器,以供电动机测速及反馈。旋转编码器与电动机同轴连接,对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B、两相脉冲，当相脉冲超前B相脉冲时，可认为电动机处于正转状态。当A相脉冲滞后于B相脉冲0时可认为电动机处于反转状态，旋转编码器根据AB相脉冲的相序,可判断电动机旋转方向，并根据AB脉冲的频

19、率（或周期）测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡,P卡再将此反馈信号送给16G5内部,以便进行运算调节VS616G5用在电梯调速系统中时，还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动机处于发电状态,向变频器回馈电能。这时同步转速下降，交直交变频器的直流部分电压升高，制动电阻的作用就是消耗回馈电能。抑制直流电压升高。除PG卡和制动电阻外。VS665还需要配置6脉冲旋转编码器和电梯运行曲线输入板(可选配）。其容量可选1:1配置,即电动机容量和变频器容量相等。最好采用大一数量级选配,即 11kw电动机，选kw的变频器,k电动机选,8w的变频器7。第3章控制系统的硬件及软件开发3.1 PL控

20、制系统的硬件设计电梯PC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成如图3.1。主要硬件包括PC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为LC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入L,存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。图.1 电梯LC信号控制系统框图.11 电梯控制系统实现的功能（1)一台电机控制上升和下降,各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只）。(2）电梯到位后，具有手动或自动开门关门功能。（3）电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号

21、指示灯及层楼指令键,警铃风扇及照明按键。（4）待客自动开门,当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门。自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时，电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。(5)自动关门与提早关门,在一般情况下,电梯停站4S应能自动关门;在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。(6)按钮开门。在开关过程中或门关闭后,电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮,门将打开。（7）内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门,并能至调定时间,自动确定运行方向。(8)自动定向,当轿厢内操纵盘选层指令相对与电梯位置具有不同方向

22、时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。自动换向,当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。(9)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能一记忆层外的呼梯信号,对符合运行方向的召唤,应能自动逐一停靠应答。（1)自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站,停机待客。电梯的操作方法:单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。1)单轿厢下集选控制：登记所有轿厢和厅门下行召唤;轿厢上行时，只答应轿厢召唤,直至最高层;自动改变运行方向为下行,应答厅门下行召唤。)单轿厢全集选:登记所有厅门和轿厢召唤；

23、上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。系统采用全集选操作方式。.1. 电梯的速度给定曲线为了满足舒适感,提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感,将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线（S曲线)及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到00转分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速

24、时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓,反之,起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现,系统采用的616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整,即可获得理想的起动曲线。同理,制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图3.2所示,图中为加速度，v为速度。在t，时间内加速启动阶段,其中0t和tt3，时间内为抛物线速度曲线,在1t时间内为直线速度曲线;tt时间内为稳速运行阶段：4T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8。电梯的工作特点是频

25、繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层,即“无速停车抱闸”,不要出现爬行现象或低速抱闸,即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。系统采用旋转编码器检测轿厢位置,只要电梯一运行,计算器就可以精确地确定走过的距离,到达与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求,为此一般在离层楼1000mm处需设置一个平层矫正器,以确保平层的长期准确性。图32 速度运行曲线3.3 /点的分配设计七层的电梯，根据需要控制的开

26、关,设备大约有52个输入点,4个输出点如表31,表.2，表.3,表3.2。表3.1 输入部分X0,X1高速计算器输入端X20消防开关X2硬件复位X21变频器故障信号X3开门关门22红外线传感开关X4有、无司机操作方式转换X23急停按钮轿厢门锁X24变频器“运转”信号6开门限位开关X2变频器故障信号7关门限位开关X26,轿内、轿顶检修10超载触电30X轿内指令通道X11直驶开关X40X6厅门锁X1检修开关X05516层召唤按钮X3精灵按钮X56,7上、下限位开关关门开关6057层下召唤按钮X15轿内检修向上运行按钮 X6,X67上、下行强迫换速开关X16轿内检修向下运行按钮X17底层要是开关表3

27、.2 中间继电器表Y0上行接触器Y10Y16电梯运行位置指示灯1下行接触器Y20Y26内选指示灯Y2开门继电器Y303516层上召唤信号指示灯Y3关门继电器Y40Y4527层下召唤信号指示灯4换速信号继电器Y6平层停车继电器点动检修继电器7蜂鸣器3.2电梯的软件设计32. 软件设计特点由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制,而楼层和轿厢的呼叫是随机的,因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电表3.3 输出部分M0M6楼层位置信号通道M3检修定上向信号通道06轿内指令登记信号通道M74检修定下向信号通道M20M6选层信号通道M5人员进出红外线信号通道M30M6

28、呼梯信号通道M80上行前沿微分通道M40M4上召唤信号登记通道81下行前沿微分通道M555下召唤信号登记通道M82消防上升沿微分通道M60上召唤直驶和反向信号M83消防下降沿微分通道M61下召唤直驶和反向信号84门连锁信号通道M2上行顺向截梯5消防员专用信号M6下行顺向截梯M86消防运行继电器64电梯运行状态M56无司机启动运行信号M6顺向截梯M57检修状态信号通道M6反向截梯0本层开门中间信号通道M6换速信号通道M71定上向信号通道68平层中间继电器72定下向信号通道M69关门信号通道M7M8高速计数器输出通道表3.4 其他时间继电器0开门限位开关失效,定时使开门停T定时断开红外线检测回路T

29、2自动关门定时关门限位失效，定时使关门停T4自动开门定时特殊功能继电器8000监控PLC操作状态M805备用电池失效位ONM80118013产生001,.1S，1S时钟脉冲计算器告诉计算器C21梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PL的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。系统的软件设计有如下几个特点：(1）采用优先级队列。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中,采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时,在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号,该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级队列。为实现随机逻辑控制提供了基础。（2)采用先进先出队列。根据电梯的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为非零单元;无呼叫时则此单元为零）送入寄存器队列,我们利用先进先出读出指令，将第一个单元中数据送入比较寄存器。(3）采用随机逻辑控制。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层