基于PLC变频调速电梯控制系统的设计与实现毕业论文

1、 PAGE45 / NUMPAGES48基于PLC变频调速电梯控制系统的设计与实现目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325393970第一章前言 PAGEREF _Toc325393970 h 4HYPERLINK l _Toc3253939711.1 电梯继电器控制系统的特点与存在的问题 PAGEREF _Toc325393971 h 4HYPERLINK l _Toc3253939721.1.1 电梯继电器控制系统的优点 PAGEREF _Toc325393972 h 4HYPERLINK l _Toc3253939731.1.2 电梯继电器控制系统存

2、在的问题 PAGEREF _Toc325393973 h 4HYPERLINK l _Toc3253939741.2 PLC与在电梯控制中的应用特点 PAGEREF _Toc325393974 h 5HYPERLINK l _Toc3253939751.2.1 PLC的特点 PAGEREF _Toc325393975 h 5HYPERLINK l _Toc3253939761.2.2 PLC控制电梯的优点 PAGEREF _Toc325393976 h 6HYPERLINK l _Toc3253939771.3电梯变频调速控制的特点 PAGEREF _Toc325393977 h 6HYPER

3、LINK l _Toc3253939781.4 课题的来源 PAGEREF _Toc325393978 h 7HYPERLINK l _Toc3253939791.5 课题的主要研究容 PAGEREF _Toc325393979 h 7HYPERLINK l _Toc325393980第二章电梯设备与电梯发展动态 PAGEREF _Toc325393980 h 9HYPERLINK l _Toc3253939812.1 电梯设备 PAGEREF _Toc325393981 h 9HYPERLINK l _Toc3253939822.1.1 电梯的分类 PAGEREF _Toc325393982

4、 h 9HYPERLINK l _Toc3253939832.1.2 电梯的主要组成部分 PAGEREF _Toc325393983 h 9HYPERLINK l _Toc3253939842.1.3 电梯的安全保护装置 PAGEREF _Toc325393984 h 9HYPERLINK l _Toc3253939852.1.4 电梯的技术参数 PAGEREF _Toc325393985 h 10HYPERLINK l _Toc3253939862.2 电梯的发展动态 PAGEREF _Toc325393986 h 11HYPERLINK l _Toc3253939872.2.1 电梯的产生

5、 PAGEREF _Toc325393987 h 11HYPERLINK l _Toc3253939882.2.2 电梯的发展概况 PAGEREF _Toc325393988 h 12HYPERLINK l _Toc3253939892.2.3 电梯技术发展概况 PAGEREF _Toc325393989 h 12HYPERLINK l _Toc3253939902.2.4 电梯发展的前景展望 PAGEREF _Toc325393990 h 13HYPERLINK l _Toc325393991第三章基本方案选择 PAGEREF _Toc325393991 h 14HYPERLINK l _T

6、oc3253939923.1 变频器的选择 PAGEREF _Toc325393992 h 14HYPERLINK l _Toc3253939933.1.1 变频器的分类 PAGEREF _Toc325393993 h 14HYPERLINK l _Toc3253939943.1.2 选择变频器规格 PAGEREF _Toc325393994 h 15HYPERLINK l _Toc3253939953.1.3 选择的变频器应满足的条件 PAGEREF _Toc325393995 h 15HYPERLINK l _Toc3253939963.2 通用变频器 PAGEREF _Toc325393

7、996 h 15HYPERLINK l _Toc3253939973.2.1 通用变频器的发展 PAGEREF _Toc325393997 h 16HYPERLINK l _Toc3253939983.2.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向 PAGEREF _Toc325393998 h 17HYPERLINK l _Toc3253939993.2.3 VS-616G5型变频器简介 PAGEREF _Toc325393999 h 19HYPERLINK l _Toc3253940003.3 可编程序控制器(PLC)的选择 PAGEREF _Toc325394000 h 21HYPERLINK

8、 l _Toc3253940013.3.1 轿厢楼层位置检测方法 PAGEREF _Toc325394001 h 21HYPERLINK l _Toc3253940023.3.2 PLC的选型 PAGEREF _Toc325394002 h 21HYPERLINK l _Toc325394003第四章系统硬件设计 PAGEREF _Toc325394003 h 23HYPERLINK l _Toc3253940044.1 变频器结构与参数设置 PAGEREF _Toc325394004 h 23HYPERLINK l _Toc3253940054.1.1 VS-616G5变频器的参数 PAGE

9、REF _Toc325394005 h 23HYPERLINK l _Toc3253940064.1.2 参数设置 PAGEREF _Toc325394006 h 23HYPERLINK l _Toc3253940074.1.3 变频器自学习功能的应用方法 PAGEREF _Toc325394007 h 24HYPERLINK l _Toc3253940084.1.4 变频器容量计算 PAGEREF _Toc325394008 h 25HYPERLINK l _Toc3253940094.1.5 变频器制动电阻参数的计算 PAGEREF _Toc325394009 h 25HYPERLINK

10、l _Toc3253940104.2 PLC控制系统设计 PAGEREF _Toc325394010 h 26HYPERLINK l _Toc3253940114.2.1 设计思想 PAGEREF _Toc325394011 h 26HYPERLINK l _Toc3253940124.2.2 电梯操作方式 PAGEREF _Toc325394012 h 28HYPERLINK l _Toc3253940134.2.3 I/0点数的分配与机型的选择 PAGEREF _Toc325394013 h 29HYPERLINK l _Toc3253940144.2.4 旋转编码器与PLC的连接 PAG

11、EREF _Toc325394014 h 31HYPERLINK l _Toc3253940154.3 系统结构框图 PAGEREF _Toc325394015 h 32HYPERLINK l _Toc325394016第五章系统软件设计 PAGEREF _Toc325394016 h 33HYPERLINK l _Toc3253940175.1 开关门控制 PAGEREF _Toc325394017 h 33HYPERLINK l _Toc3253940185.1.1 开门控制 PAGEREF _Toc325394018 h 33HYPERLINK l _Toc3253940195.1.2

12、关门控制 PAGEREF _Toc325394019 h 34HYPERLINK l _Toc3253940205.2 指令外召唤信号的登记消除与显示 PAGEREF _Toc325394020 h 35HYPERLINK l _Toc3253940215.2.1 指令信号处理 PAGEREF _Toc325394021 h 35HYPERLINK l _Toc3253940225.2.2 外召唤信号处理 PAGEREF _Toc325394022 h 35HYPERLINK l _Toc3253940235.3 选层定向与反向截梯 PAGEREF _Toc325394023 h 36HYPE

13、RLINK l _Toc3253940245.4 层楼计算、换速、平层、停车 PAGEREF _Toc325394024 h 38HYPERLINK l _Toc3253940255.5 层楼位置指示 PAGEREF _Toc325394025 h 39HYPERLINK l _Toc3253940265.6 呼梯铃控制与故障报警 PAGEREF _Toc325394026 h 41HYPERLINK l _Toc3253940275.7 消防运行 PAGEREF _Toc325394027 h 41HYPERLINK l _Toc325394028结束语 PAGEREF _Toc325394

14、028 h 43HYPERLINK l _Toc325394029参考文献 PAGEREF _Toc325394029 h 44HYPERLINK l _Toc325394030致 PAGEREF _Toc325394030 h 45摘要：随着现代经济和城市生活的发展，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具，电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著。传统继电器电梯控制系统，由于继电器本身的机械和电磁惯性大，大大降低了电梯系统的可靠性和安全性。为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠，必须改进电梯控制方式。根据顺序逻辑控制的需要发展起来的可编程控制器(PLC)，它是专门为工业环境应用而设计的数字运算

15、操作的电子装置。PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、安全、可靠地运行。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。本文将基于PLC的变频调速方法应用到电梯系统中，并对此方法进行了研究。首先，分别阐述了电梯继电器控制和PLC控制的特点，突出讲述继电器电梯控制系统暴露的缺点以与PLC电梯控制系统所具有的优点，并对电梯的变频调速控制进行了介绍。其次，在阅读了大量国外相关文件资料的基础上，对电梯技术和电梯设备的发展进行了综述。然后，介绍了变频器类型以与参数设计的相关知

16、识;同时介绍了PLC选型原则以与PLC控制系统的设计思路;在此基础上，根据电梯系统自身的工作状态要求，进行电梯系统的PLC软件开发，通过软件开发的特点，结合PLC自身的控制规律，设计出可实现一定功能的PLC电梯控制系统。基于PLC的变频调速电梯系统运行效率高，系统安全可靠性强，并且系统构造简单易于实现，满足了对电梯系统期望的要求。 关键词： 电梯; PLC控制; 变频调速 ABSTRACT：Along with the development of modern economy and city life,the elecator hasbecome a essential walking t

17、ool for people in daily life,and the performance of elevators obviously influences peoples lives.The traditional elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since

18、the mechanical and electromagnetic inertia of relay is big.In order to ensure the efficiency and reliable securities,the control method of elevator muse be changed.The programmable logic controller(PLC),which develops based on sequence logical control,is digital operation electronic device specializ

19、ed in the industria; application environment.PLC possesses fast process speed and high reliability.Therefore,PLC can be able to ensure the elevator run normally,securely and reliably.In addition,the drive method of elevators has replaced the DC velocity modulation with frequency control due to the d

20、evelopment of AC frequency control of motors.The frequency control not only satisfies the comfort sense of passengers and ensures the stable precision,but also decreases the loss of power,saves resources and reduces expenses.The frequency control method based on PLC is applied to the elevator shstem

21、 and further researched. Firstly,the essay respectively presents the characteristics of the elevator system based on relay control and PLC control,specially formulates the defdcts exposed from relay control system and the advantages of PLC control system, introduces the frequency control of elevator

22、.Secondly,based on reading many domestic and international relative literatures,the development of elevator techniques and elevator devices is overviewed.And then,the relative knowledge of frequency-converter is introduced;the principle of PLC model election and design scheme of PLC control system a

23、re introduced as well.On the basis of these,the PLC software of elevator system is developed according to the working states demands of the elevator.A elevator system based on PLC control is designed through combining the characteristics of software development and rules of PLC control.Finally,the e

24、levator frequency control based on PLC possesses high operational efficiency and strong system security.The system structure is simple and easily realized,and satisfies the demands of the elevator system expected.Key words:elevator;PLC control; frequency conversion timing;第一章 前言继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电

25、梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.1 电梯继电器控制系统的特点与存在的问题1.1.1 电梯继电器控制系统的优点1所有控制功能与信号处理均由

26、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。2系统的保养、维修与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，价格较便宜。4多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题1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普通控制电器与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电磁机构与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。4系统结构庞大，能耗较高，

27、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。1.2 PLC与在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC的特点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(布尔处理器)，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

28、单、灵活性强等特点。一可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。1PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。2PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护与恢复等，提高了MTBF降低了MTTR使可靠性提高。3PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。4PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性

29、大大提高。5在PLC的硬件方面,采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护；对存储器容的保护等。6PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。二易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面：1操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或

30、顺序寻找，然后进行更改，更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。2编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握f地解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。3维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。三灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面：1编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图，功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。2扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要

31、特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制围的扩展。3操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易2。1.2.2 PLC控制电梯的优点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去掉了选层器与大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。3PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4PLC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。6更改控制方案时不需改动硬件接线。1.3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，频

32、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交流变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。改善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，广泛的适用围与其它许多优点而被国外公认为最有发展前途的调速方式。变频调速电梯的特点：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；调速围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，己逐渐取代直流电机调速。 3变频调速电梯使用先进的SPW

33、M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3。1.4 课题的来源变频器以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国7080年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。维修困难，属于能耗型调速，效率低，发热量大，调速性能指标较差，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了

34、良好效果。利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.5 课题的主要研究容课题所研究的容主要是用可编程控制器（PLC）和变频器改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。调速系统

35、采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车），并能节约大量电能。论文的主要容如下：首先对电梯系统与可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类与特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置与PLC的选型、I/O点数分配以与旋转编码器与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了

36、系统的软件开发实例。第二章 电梯设备与电梯发展动态2.1 电梯设备2.1.1 电梯的分类电梯的分类有各式各样:1按用途分类 乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；住宅电梯；特种电梯；2按速度分类 低速电梯 1m/s以下；中速电梯 1-2m/s；高速电梯 2m/s以上；超高速电梯 4m/s以上；3按驱动电源分类 交流电梯 速度一般小于2m/s； 直流电梯 速度一般大于2m/s；4按控制方式分类 有层间控制；简易集选控制；集选控制；有/无司机控制；群控等。2.1.2 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

37、、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电器设备与控制装置有曳引机：选层器传动与控制柜、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。2.1.3 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，启动时通电松闸，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

38、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。仅当厅门关上才一允许电梯启动;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。2.1.4 电梯的技术参数1载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。2轿厢尺寸(mm)宽*深*高。3轿厢形式有单

39、或双面开门与其他特殊要求等，以与对轿顶、轿底、轿处理，颜色的选择，对的要求等等。4轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分。5开门宽度(mm)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。6开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。7曳引方式常用的有半绕1:1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的度。半绕2:1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。全绕1:1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。8额定速度(m/s)制造和设计所规定的电梯运行速度。9电气控制系统包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电

40、机拖动或电机拖动，轿按钮控制或集选控制等。10停层站数(站)凡在建筑物各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。11提升高度(mm)由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。12顶层高度(mm)由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构间的垂直的距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。13底坑深度(mm)由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运度越快，底坑一般越深。14井道高度(mm)由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之垂直距离。15井道尺寸(mm)宽*深。电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确

41、选择电梯的类别和有数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯设备，否则会影响电梯的使用效果。2.2 电梯的发展动态2.2.1 电梯的产生1854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历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界围得到了广泛应用。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。150年以来，她己经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具一电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必

42、须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。2.2.2 电梯的发展概况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的标志，作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速发展。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15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，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轱辘提取井水的升降提水装置，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

43、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；集成电路与数字控制、计算机群控制与调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。大学工程硕士学位论文第二章电梯设备与电梯发展动态。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、半棱形、圆形

44、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。2.2.3 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）与调频调压调速（AC-VVVF），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。3电梯的逻辑控制已

45、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、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。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4。2.2.4 电梯发展的前景展望1结构不断紧凑化，随体积不断轻型化、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

46、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。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。 3安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方

47、便，使电梯安装更快，效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保，节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向5。第三章 基本方案选择本设计通过多种方案的比较和对照，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。3.1 变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，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。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早己问世，一其功能较强，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

48、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一样，但其总的控制思想却是小异。3.1.1 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 交一直一交变频器交一交变频器2按主电路工作方式分 电压型变频器电流型变频器3按变频器调压方法的不同分 PAM变频器PWM变频器4按工作原理分类 U/f控制变频器VC控制变频器SF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3.1.2 选择变频器规格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

49、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，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6。3.1.3 选择的变频器应满足的条件1根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。2所选择通用

50、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。4电梯的启动和停车都要平稳。5变频器带有防止失速功能。6变频器具有优良的转矩特性。3.2 通用变频器为了满足以上的条件，本设计选择通用变频器。采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的是：一为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量与改善生活环境等要求。二为了节约能源、降低生产成本。3.2.1 通用变频器的发展上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用JGBT两个大发展过程。一容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频

51、器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA,400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量己达1800KVA随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大7。二结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥，驱动电路，检测电路，保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块（Intelligent Module,IP

52、M）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速8。三多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展，特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提出了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。8位、16位与32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。

53、32位数字信号处理器（Digital Signal Processer-DSP）的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的精简指令集计算机“（Reduced Instruction Set Computer-RISC）”,将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量（超标量）微处理器，其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道，RISC的运算速度可达1000M/PS，即10亿次/秒，相当于

54、巨型计算机水平，指令计算时间为1ns量级，是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PID调节器在线实时运算。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的VS615-G5变频器就有：(1)无PG(速度传感器)V/f控制；(2)有PGV/f控制；(3)无PG矢量控制；(4)有PG矢量控制等四种控制方式。通过控制面板，可以控制土述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要。四应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化

55、和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器；金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中J心超高速伺服机的精确位置控制都己应用通用变频器；在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池。可以说其应用围相当广阔，并且还将继续扩大9。3.2.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向

56、采用变频器的调速传动技术，近年来取得惊人的进步。从技术发展动向来看，大致有如下几个方面: 一IGBT的应用 最近几年来，IGBT的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高，驱动电路简单。用于通用变频器时，有如下明显的效果： 1由于载波效率的提高(20KHz或更高)，负载电动机的噪声明显减少，实现了低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。2同样由于载波频率的提高，使电动机的电流(特别是低速时的电流)波形更加趋于正弦波，因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。 3由于IGBT为电压驱动型，因而简化了驱动回路，使整个装置更加紧凑，可靠性提高，成木降低。 4主开

57、关器件如果采用IPM，上述效果将更加明显。 二网侧变流器的PWM控制的变频器 目前上市的绝大多数通用变频器，其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。虽然控制简单，成本较低，但也有它的缺点。比如，网侧电流波形严重畸变，影响电网的功率因数，谐波损耗大，电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。现己开发出一种新型的采用PWM控制方式的自换相交流器，并已经成功地用作变流器中的网侧变流器。电器结构形式与逆变器完全一样，每个桥臂均由一个自关断器件和一个二极管反并联组成。其特点是:直流输出电压连续可调，输入电流(网侧电流)波形基本为正弦，功率因数可保持为1，并且能量可以双向流通。 网侧变流器采用PWM控制交流器

58、又称为“双PWM控制变频器”。这种再生能量回馈式高性能通用变频器，代表着另一个新的技术动向。它的大容量化，对于制动频繁的或可逆运行的生产设备十分有意义。但因其价位高、投资大，所以在某种程度上限制了它的发展速度。三矢量控制变频器的通用化在造纸、轧钢等应用领域，要求精度高，响应快，一般性的通用变频器已经不能胜任，往往要采用矢量控制方案。但是矢量控制往往需要速度传感器，运算复杂、调整麻烦，对电动机的参数依赖性较大。目前，国正在努力使矢量控制变频器实现通用化。因此，对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术发展方向。 电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的

59、舒适度指标往往是选择中的一项重要容。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，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，616G5变频器的起动、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0.01%-0.02%，使得电梯运

60、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IGBT，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10。3.2.3VS-616G5型变频器简介一VS-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围11，12。VS-616G5变频器的特点如下：1包括电流矢量控制在的四种控制方式均实现了标准化。2有丰