vvvf电梯的电动机控制系统_secret

1、PAGE PAGE - 59 -目 录摘 要前 言第1章 VVVF电梯的电动机控制系统的控制方案 1.1 电梯的基本结构简介 31.2 采用电梯曳引机方案 31.2.1 曳引机 31.2.2 减速器 41.2.3 曳引轮 41.2.4 提高曳引能力的措施 41.2.5 影响钢丝绳寿命的因素 51.2.6 制动器 51.3 电梯曳引驱动系统的现状及发展前景 6第2章 VVVF变频电梯的主电路控制系统 2.1 VVVF型电梯的基本原理 72.2 各种调速方式系统 72.2.1 变极调速系统 72.2.2 交流调压调速系统 72.2.3 变压变频调速系统 82.3 系统构成及原理 82.3.1 系统

2、结构方框图 82.3.2 工作原理 92.3.3 速度曲线 92.3.4 控制方式对电机参数的影响 10第3章 VVVF电梯电器元件、设备的选择 3.1 主回路 113.2 控制回路 113.3 检测回路 113.4 轿厢和对重 113.5 补偿装置 123.6 PLC的选型 123.6.1 PLC的特点 13第4章 VVVF变频电梯的控制系统 4.1 变频调速电梯系统及其驱动技术 144.2 变频调速电梯系统的控制技术 154.3 控制系统的主流程 154.4 应用PLC进行电梯的实时控制 164.5 软件设计的思想 174.5.1 呼梯判断 174.5.2 上行流程 174.5.3 采用优

3、先级队列 184.5.4 采用信号判断控制 184.6 程序流程图 184.7 PLC I/O分配 194.7.1 输入 194.7.2 输出 194.8 软件设计 214.8.1 程序流程图 214.8.2 程序梯型图 224.9 用梯形图语言实现开关门电机的启动和关闭控制 23第5章 程序调试、运行5.1 正常情况下程序调试 255.2 过程分析 255.3 用指示灯来模拟电梯的运行过程 25总结 32附录A 34附录B 41参考文献 56致谢 57前 言随着生产的发展和城市的崛起，电梯越来越接近我们的工作和生活。电梯作为一种垂直方向上的运输工具，广泛地进入了宾馆、仓库、住宅等场合，现代电

4、梯在可靠性、速度、舒适、豪华等方面的要求越来越高。电梯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。1949年出现了群控电梯；1962年美国出现了半导体逻辑控制电梯；1967年晶闸管应用于电梯，使电梯拖动系统大为简化，性能得到提高；1971年集成电路用于电梯；1975年出现了电子计算机控制的电梯，电梯控制技术真正使用了微电子技术和软件技术，进入了现代电梯群控系统的发展时期。在这以后，发达国家出现了变压（即VVVF）交流电梯，最高速度可达到12.5m/s以上，从而开辟了电梯电力拖动的新领域，结束了直流电梯占主导地位的局面。电梯发展到今天

5、，已经成为一个典型的变频系统工程和机电一体话产品，并复合了多种先进技术。直流电动机由于其调速性能好，很早就用于电梯拖动上。采用发电机电动机形式驱动，可用于高速电梯，但其体积大、耗电大、效率低、造价高、维护量大。晶闸管直接供电给直流电动机系统在电梯上应用较晚，需要解决低速段的舒适感问题。与机组形式的直流电梯相比，可以节省占地面积35%，重量减轻40%，节能20%30%。世界上最高速度10m/s的电梯就是采用这种驱动系统，其调速比达1：1200。1983年第一台变压变频电梯诞生，性能完全达到直流电梯的水平。它具有体积小、重量轻、效率高、节省电能等一系列优点，是现代化电梯理想的电力驱动系统。由于电梯

6、桥箱是沿垂直方向作上下直线运动，更理想的驱动方案是交流直线电动机驱动系统，从而省去了由旋转运动变为直线运动的交换机构。1989年诞生了第一台交流直线电动机变频驱动电梯，它取消了电梯的机房，对电梯的传统技术作了重大的革新，使电梯技术进入了一个崭新的时期。由于晶闸管调压调速装置的一些固有缺点，使其调速范围不够宽，调节不够平滑，特别是在低速段时不平稳，舒适感与平层精度不够理想，难以实现再生制动等。如果均匀地改变定子供电电源的频率，则可平滑地改变交流电动机的同步转速。在调速时，为了保持电动机的最大转矩不变，需要维持气隙磁通恒定，这就要求定子电压也随之作相应调节，通常是保持v/f=常数。因此，要求向电动

7、机供电的同时要兼有调压与调频两种功能，通常简称VVVF型变频器，用于电梯时常称为VVVF型电梯，简称变频电梯。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。八十年代初投入使用的电梯大部分采用继电器控制、交流调速方式，这类电梯普遍存在起动电流大、调速性能差、结构复杂、舒适感差、能耗大等问题，加之使用年限较长、电梯零部件残旧老化、故障频繁、配件缺乏等原因，我们提出了采用VVVF变频调速器将该类电梯改造成VVVF型电梯。从一九九七年底至一九九八年底，利用可编程控制器(PLC)与VVVF变频器结合， PLC控制系统

8、主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性。为了充分发挥PLC的内部资和功能，应尽量减少其输入信号的点数，简化硬件线路，提高电梯运行的可靠性。在电梯运行的关键问题是如何检测电梯在井道中的相对位置，以往都采用在井道中不同的位置设置干簧感应器来检测减速、平层位置。这样不但使PLC的输入点数增加，而且还增加了在井道中的安装作业强度。而利用旋转编码器将电梯的运动位置转化为脉冲，PLC对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成电梯位置的有关数据，控制电梯的减速、平层，对于层站

9、数越多的电梯，越能体现出利用旋转编码器的优点。在对中、低速电梯主要采用拖动系统来构成其曳引系统，应用变极方式实现电机的调速。因为种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制，所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电梯，进行速度闭环控制，其舒适感和平层精度都有较大提高，但它却很难实现精确控制，并且能耗大，输入功率因数也低，影响了系统的整体性能。对于高速电梯，过去主要采用晶闸管直流调速系统，存在维护难等问题，并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较，变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。因此，简化电梯的硬件电路，提高电梯运行的可靠性，

10、彻底解决了原电梯存在的各种问题，达到了预期目的。第1章 VVVF电梯的电动机控制系统的控制方案 电梯的基本结构简介电梯是机与电紧密结合的复杂产品，其基本组成包括机械部份和电气部份，从空间上一般划分为以下几部份：机房部分 包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。井道部分 包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。层站部分 包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。轿厢部分 包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯

11、、通讯及报警装置等。1.2 采用电梯曳引机方案电梯的核心部分是它的传动系统。电梯曳引驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用，其性能直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度和乘坐舒适性等指标。目前电梯曳引电动机以感应电动机为主，其驱动技术经历了从继电器控制的双速驱动到可编程序控制的调压调速驱动，进而到微机控制的调频调压及矢量控制驱动。电梯曳引机作为驱动电梯的动力源，主要采用电机配以减速器的传动方式。曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端悬吊轿箱，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生曳引力驱动轿厢作上下运行。电梯曳引机的主要组成部分有：曳引

12、轮、曳引绳、导向轮、反绳轮等。1.2.1 曳引机曳引机是电梯的主要拖动机械，它驱动电梯的轿厢和对重装置作上、下运动。其组成部分主要有：曳引机动机、制动器、减速箱、曳引轮和底座。根据需要，有的曳引机还装有冷却风机、速度反馈装置（光码盘）、惯性轮等。根据电动机与曳引轮之间是否有减速箱，可分为有齿曳引机和无齿曳引机。曳引机具有以下主要性能：具有能重复短时工作、频繁起、制动及正、反转运转的特性。具有能适应一定的电源电压波动，有足够的起动力矩，能满足轿箱满负荷起动，加速迅速的特性。具有起动电流小的特性。具有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制电梯在满载下行或空载上行时的速度。具有较硬的机械特性，不

13、会因电梯运行时负荷的变化造成电梯运行速度的变化。有良好的调速性能。运转平稳、工作可靠、噪音小及维护简单。1.2.2 减速器对于有齿轮曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮轴之间安装减速器（箱），目的是将电动机轴输出的较大转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大的曳引轮矩，以适应电梯运行的要求。减速器多采用蜗轮蜗杆传动，根据减速器的不同结构，按传动方式分为蜗轮蜗杆传动和斜齿传动，按蜗杆蜗轮的相对装配位置分为蜗杆上置式和蜗杆下置式。1.2.3 曳引轮曳引轮是嵌挂曳引钢丝绳的轮子，也称曳引绳轮或驱绳轮，绳的两端分别与轿厢和对重装置联接。对于有齿轮曳引机，它安装在减速器中的蜗轮轴上，而对于无齿轮曳引机，

14、则装在制动器的旁侧，与电动机轴、制动器轴在同一轴线上。当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力（也叫曳引力），驱动轿厢和对重装置上下运动。它是电梯赖以运行的主要部件之一。1.2.4 提高曳引能力的措施（1）改变绳槽形状及绳槽材料，提高摩擦系数（2）增大包角 （3）增加轿厢自重 （4）钢丝绳在曳引轮槽中的比压计算 （5）钢丝绳在绳槽中的摩擦系数 （6）曳引轮绳槽磨损的原因 1.2.5 影响钢丝绳寿命的因素一般也同样影响曳引轮的寿命，有如下几方面的因素： （1）曳引轮本身 （2）钢丝绳的构造，材质及其物理性能 （3）轿厢运行高度 （4）载荷（5）曳引机和其它部件的技术参数 （6）环境和保养1

15、.2.6 制动器制动器是电梯的一个重要安全装置，对主动转轴起制动作用。除了安全钳以外，只有它能使工作中的电梯轿厢停止运行，另外它还对轿厢与厅门地坎平层时的准确度起着重要作用。对于有齿轮曳引机，制动器安装在电动机的旁边，即在电动机轴与蜗轮轴相联的制动轮处；若是无齿轮曳引机，则安装在电动机与曳引轮之间。电梯制动器应能产生足够的制动力矩，而且制动力矩大小应与曳引机的转向无关；制动时对曳引电动机的轴和减速箱的蜗杆轴不应产生任何附加载荷；当制动器松闸或合闸时，既要保证速度快，有要求平稳，而且能满足频繁起、制动的工作要求；制动器的零件应有足够的刚性和强度；制动器应具有较高的耐磨性和耐热性；结构简单、紧凑、

16、易于调整；应有人工松闸装置；噪音小。当电梯动力电源失电时，制动器能自动进行制动。当轿厢载有125%额定载荷并以额定速度运行时，制动器应能使曳引机停止运转。电梯正常运行时，制动器应在持续通电情况下保持松开状态，断开制动器的释放电路后，电梯应无附加延迟地被有效制动。切断制动器的电流，至少应用两个独立的电气装置来实现。电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。装有手动盘车手轮的电梯曳引机，应能用手松开制动器并需要一持续力去保持其松开状态。制动器的工作原理是：当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁制动器的线圈中无电流通过，这时因制动电磁铁的铁心之间没有

17、吸引力，制动瓦块在制动弹簧的压力作用下，将制动轮抱紧，保证了电梯处于不工作的静止状态；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈也同时通上电流，电磁铁心迅速磁化吸合的同时，带动制动动臂克服制动弹簧的作用力，使制动瓦块张开，与制动轮完全脱离，从而使电梯在无制动力的情况下得以运行；当电梯轿厢到达所需层站停车时，曳引电动机失电，制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁心中的磁力迅速消失，铁心在制动弹簧的作用下通过制动臂复位，使制动瓦块再次将制动轮抱住，则电梯停止。电梯在制停过程中，电梯运动部件的动能因摩擦制动而转化为制动轮上的热量，若闸瓦表面温度过高，会降低制动轮与闸瓦的摩擦系数，以致降低制动力矩。

18、 对大多数电梯来说，不必进行制动器的热性能计算。特别是近几年来，对于所有交通流量密集的乘客电梯，其拖动控制系统中都采用了零速抱闸制动技术，使机械摩擦制动过程减少到极限状态。对交通流量较少的乘客电梯和载货电梯，每小时的起动次数较少，因而，每小时吸收的动能也较少。但对于平层速度较高或运动部件惯性较大的电梯，对其热性能应进行分析计算。1.3 电梯曳引驱动系统的现状及发展前景 电梯曳引机作为驱动电梯的动力源，主要采用电机配以减速器的传动方式。这种方式有许多不足，系统的整体传动效率低；产生机械噪音；曳引机必须整体安装；需较高的精度要求。由于电梯传统驱动方式的不足，诸多的电梯公司都在寻求取消减速机构的直接

19、驱动方式。永磁同步电动机以其特有的优势而倍受重视。电梯曳引机在运行过程中需频繁的起动、制动，而且荷负变化大，需要专用的电动机。对曳引电动机有如下的技术性能要求：（1）电动机为短时重复工作制，应能频繁起动、制动及正反转运行；（2）能适应一定的电源电压波动，有足够起动力矩，能满足轿厢满足负荷起动、加速的要求；（3）起动电流要小；（4）要有较硬的机械特性，不会因电梯载重的变化而引起电梯运行速度的过大变化；（5）要有良好的调速性能，尤其在低速时，转矩不能下降太大，避免造成电机步进；（6）应运行平稳、工作可靠、噪音小且维护简单。第2章 VVVF变频电梯的主电路控制系统 电梯的电力驱动系统对电梯的启动加速

20、，稳速运行，制动减速起着控制作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动，制动加减速度，平层精度，乘座的舒适性等指标。2.1 VVVF型电梯的基本原理根据电机学理论可知:交流电动机的转速公式为:n=60fl(l-s)/P式中:fl为定子的电源频率，P为极对数，s为转差率，n为转速。由公式可知:转速n与三个变量(因素)有关。2.2 各种调速方式系统2.2.1 变极调速系统改变电机极对数p可以改变电机转速，这就是“交流双速梯”采用的调速方法。电机极数少的绕组称为快速绕组，极数多的绕组称为慢速绕组。变极调速是一种有极调速，调速范围不大，因为过大地增加电机的极数，就会显著地增大电机的外形尺寸。 快速绕组作为

21、起动和稳速之用，而慢速绕组作为制动和慢速平层停车用。2.2.2 交流调压调速系统改造定子绕组电压大小来改变转差率s以达到调速目的，这就是“交流调速梯”采用的调速方法。双速梯采用串电阻或电抗起动，变极减速平层，一般起制动加减速度大，运行不平稳。因此可用可控硅取代起，制动用电阻，电抗器，从而控制起，制动电流，并实现系统闭环控制。通常采用速度反馈，运行中不断检查电梯运行速度是否符合理想速度曲线要求，以达到起制动舒适，运行平稳的目的。这种系统由于无低速爬行时间，使电梯的总输送效率大大提高，而且按距离制动直接停靠楼层，电梯的平层精度可控制在10mm之内。调压调速电梯也常以制动方式来划分，有如下几种： （

22、1）能耗制动型 - 采用可控硅调压调速再加直流能耗制动组成。 （2）涡流制动器调速系统 - 通常由电枢和定子两部份组成。 （3）反接制动方式 - 电梯减速时，把定子绕组中的两相交叉改变其相序，使定子磁场的旋转方向改变。而转子的转向仍未改娈，即电机转子逆磁场旋转方向运转，产生制动力矩，使转速逐渐降低，此时电机以反相序运转于第2象限。当速度下降到零时，需立即切断电机电源，抱闸制动，否则电机就自动反转。2.2.3 变压变频调速系统改变定子电源频率f亦可达到调速目的，但f最大不能超过电机额定频率，电梯作为恒转矩负载，调速时为保持最大转矩不变，根据转矩公式: M=CmIcos (式中Cm为电机常数，I为

23、转子电流，为电机气隙磁通，cos为转子功率因数)，必须保持恒定。又根据电压公式: U=4.44fWK(式中U为定子电压，f为定子电压频率，W为定子绕组匝数，K为电机常数)。必须保持U/f为常数，即：变频器必需兼备变压、变频两种功能，简称为VVVF型变频器，这亦就是VVVF型电梯的基本控制原理(VVVFVary Voltage Vary Frequency)。交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电机的同步转速。但是根据电机和电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要

24、作相应的调节。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。使用这种变频器的电梯常称为VVVF型电梯。2.3 系统构成及原理2.3.1 系统结构方框图 图1 系统结构方框图2.3.2 工作原理采用PLC控制系统集中处理电梯的内、外呼召唤信号，开、关门信号，井道信号，变频器状态信号，高速计数信号等。通过逻辑运算，形成变频器运行必需的控制信号(如：正/反转信号，多段速度信号，停止信号)以及楼层显示信号，方向信号，门机构驱动信号。VVVF变频器与PG构成闭环矢量控制系统。VS616G5型变频器还具备转差补偿功能，转矩补偿功能及“S”曲线特性

25、。转差补偿功能对电梯的空、满载时上、下行速度稳定非常有利，避免超、欠速运行。例如：电梯正常速度为50 Hz(以频率表示)，空载上行时，速度较平衡时快，转差补偿-0.5Hz，满载上行时，速度较平衡时慢，转差补偿+0.5Hz，从而保证在各种状态下速度稳定。转矩补偿功能对满载起动时转矩提升非常有效，能达到正常值的150%。而“S”曲线特性可防止启动、换速或停止时产生振动，这在电梯中最为适用。可使乘坐舒适感大大改善。此外，该变频器的故障诊断、检测、记忆等功能对系统维护亦非常方便、实用。2.3.3 速度曲线(长站运行情形) 图2 交流双速电梯速度曲线 图3 VVVF电梯速度曲线2.3.4 控制方式对电机

26、参数的影响电梯用VVVF电机一般采用矢量控制，且基本保持恒转矩运行。矢量控制是将供给电机的定子电流在理论上分成产生磁场的电流分量(磁场电流)和与磁场垂直、产生转矩的电流分量(转矩电流)两个部分，并分别进行控制。在电梯要求停止时，这种控制式仍能控制电机所产生的静止转矩。电机磁通关系式如下:m=E/4.44fWK式中 m主磁通E定子电势f定子频率W定子绕组匝数K定子绕组系数从式中可知，E/f为恒值时，电机的磁通为常数，电机的转矩和励磁电流也基本保持不变。在调频调压控制中，是调电机的端电压U，而不是调电势E，从电机的T形等效电路图(图4)可以看出，端电压U与电势E之间有一定的电压降。即:E=KUK电

27、势系数(约为0.850.95)。 图4 T形等效电路第3章 VVVF电梯电器元件、设备的选择 3.1 主回路选用日本安川变频器(型号为VS-616G5-CIMRG5A4015)及旋转编码器(或称脉冲发生器PG。其主要参数:512p/r，带A、B相输出)构成VVVF闭环系统，只用原电机的高速绕组(四极绕组)，而低速绕组(六极绕组)及涡流绕组均不用。3.2 控制回路选用三菱FX2-128MR主单元和FX2-48ER扩展单元代替原继电器控制部分；采集和处理内、外呼召唤信号，变频器状态信号，井道信号，高速计数信号等，实现对电梯的有序控制。3.3 检测回路选用OMRON光电开关代替原双稳态开关/磁环装置

28、，用于产生楼层计数、精确平层、门区信号。此外，井道部分、机械部分、用户界面部分均按实际需要进行适当改造。3.4 轿厢和对重 在曳引电梯中，轿厢和对重悬挂于曳引轮两侧，轿厢是运送乘客或货物的承载部件，也是唯一乘客看到的电梯结构部件。使用对重的目的是为了减轻电动机的负担，提高曳引效率。 轿厢一般由轿厢架，轿底，轿壁，轿顶等主要构件组成。各类电梯的轿厢基本结构相同，由于用途不同在具体结构及外形上将有一定的差异。轿厢架是轿厢的主要承载构件，它由立柱，底梁，上梁和拉条组成。轿厢体由轿底板，轿厢壁，轿厢顶等组成。轿内设置：一般轿内设有如下部分或全部装置，操纵电梯用的按钮操作箱；显示电梯运行方向及位置的轿内

29、指示板；通讯联络用的警铃，电话或对讲系统；风扇或抽风机等通风设备；保证有足够照明度的照明器具；标有电梯额定载重量，额定载客数及电梯制造厂名称或相应识别标志的铭牌；电源及有/无司机操纵的钥匙开关等。轿厢的称重装置分为机械式，橡胶块式和负重传感器式。对重是曳引电梯不可缺少的部件，它可以平衡轿厢的重量和部分电梯负载重量，减少电机功率的损耗。 3.5 补偿装置电梯在运行中，轿厢侧和对重侧的钢丝绳以及轿厢下的随行电缆的长度在不断变化。随着轿厢和对重位置的变化，这个总重量将轮流地分配到曳引轮的两侧。为了减少电梯传动中曳引轮所承受的载荷差，提高电梯的曳引性能，宜采用补偿装置。补偿装置的型式采用补偿链，补偿绳

30、或补偿缆。 3.6 PLC的选型 用PLC组成的控制系统，省掉了接口电路的制作，系统结构简单、紧凑、可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端，PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源，用PLC的输出点直接控制变频器实现电机的正转、反转、停和多段速控制等，系统的硬件构成如图5所示。图5 系统硬件构成图考虑到以下几个方面，因此选用PLN PLC(FX2N-48MR)来实现四层楼电梯的电气控制:（1）FX2N的输入输出点数能满足系统要求，且FX2N配置灵活，除主机外，还可以扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它功能模块；（2）

31、FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快；（3）FX2N PLC的内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器C的功能和数量能满足系统控制要求，尤其是高速计数器(C235等)能接受脉冲编码器的脉冲；（4）FX2N PLC的体积比FX2 PLC小50%以上，但控制功能和性能相同；（5）FX2N PLC的编程，可用编程器，也可以在电脑上使用三菱公司的专用编程包MELSEMEDOC进行。编程语言可用梯形图或指令表。还可对系统实时进行监控，为调试和维护提供了极大的方便。3.6.1 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强PLC是为工业控制而设计的，除了对器件的严格筛选外，在硬件和

32、软件两个方面还采用可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到(35)104h以上。（2）编程直观、简单考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，PLC没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂，电气工程师和具有一定知识的电气技术人员都可在短时间内学会，计算机技术和传统的继电器控制技术间的隔阂在PLC上完全不存在。因此，许多国家生产的PLC都把梯形图语言作为第一用户语言，此外，还可采用指令表进行编程控制。（3）适应性好PLC是通过程序实现控制的。当控

33、制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于PLC产品已标准化，系列化，模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统。其适应能力非常强，既可控制一台机器，一条生产线，也可控制一个复杂的群控系统；既可以现场控制，又可以远距离控制。（4）功能完善，接口功能强目前的PLC具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高；其接口功率驱动范围较大，不象普通的计算机输出信号需放大才能驱动负载，极大地方便了用户。其常用的数字量输入输出接口，就电源而言有110 V、220 V交流和5V、48 V直流等多种，

34、负载能力可在0.55 A的范围内变化，模拟量的输入输出有50 mV、10 V和010 mA、420 mA等多种规格，可以很方便地将PLC与各种不同的现场控制设备顺序连接，组成应用系统。由于PLC具有以上特点，因此，与传统的继电器接触器控制和现在流行的电脑控制相比较，在电梯这样的大型电气设备的控制系统中采用PLC实现控制应是最佳选择。近年来，PLC在处理速度、控制功能、通信能力及控制领域等方面都不断有新的突破，正向着电气控制、仪表控制、计算机控制一体化(EIC)方向发展，PLC装置已成为自动化系统的基本装置，是构成FMS、COMC、FA的主控单元。第4章 VVVF变频电梯的控制系统 4.1 变频

35、调速电梯系统及其驱动技术采用PLC控制的变频调速电梯系统原理图如图6所示。图6 PLC控制的变频调速电梯系统原理框图在电梯系统中要处理的信号十分多而且复杂，在设计时必须仔细考虑对信号快速准确的处理问题。采用许多的先进驱动和控制技术就很有必要，其中包括矢量变换控制技术、高速CPU技术、DSP技术和采用新型大功率器件IGBT的高性能变频调速器。图6中PLC主要处理一些监控信号，主要有楼层计数信号，呼梯、选层信号，定向信号，换速信号，主控制信号等。此外还有开、关门控制，楼层显示，呼梯、选层显示，单、双控制，安全条件自动检测，自动平层、消防等各种控制信号。将变频器用于电梯时，常称为VVVF电梯。一般变

36、频器有交交、交直交两种类型。对于交直交变频器，可以按直流环节电压、电流的特点(由滤波的电容量和电感量决定)划分为电压型和电流型变频器。电梯一般采用电压型变频器。改变电动机定子的电源频率，就可实现对异步电动机的调速。但为了保持调速时电动机最大转矩不变，需要维持磁通恒定，应满足压频为常数，即变频时应协调地变压。目前，虽有电梯专用变频器，但其价格昂贵，因此可以采用通用型变频器，通过合理设计，可使其达到专用变频器的控制效果。为满足电梯控制上的要求，参数设置比专用型变频器要复杂得多。为减少启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些(3s)，而积分时间常数宜大些(5s)。为了提高运行效率，快车频

37、率应选为工频(50Hz)，而爬行频率要尽可能低些(4Hz)，以减少停车冲击，检修慢车频率可选10Hz。为了保证平层精度及运行的可靠性，曳引电机的转速采用闭环控制，其转速由旋转编码器检测。为使变频器工作在最佳状态，需使变频器对所驱动的电机进行自学习，其方法是:将曳机制动轮与电机轴脱离，使电机处于空载状态，然后启动电机，变频器便可自动识别并存储电机有关参数，使变频器能对该电机进行最佳控制。4.2 变频调速电梯系统的控制技术电梯系统的控制主要可分为拖动系统的调速控制与选层系统的逻辑控制。VVVF电梯拖动调速系统的实质就是采用交流异步电动机驱动及矢量变换控制技术。VVVF电梯调速系统的特点是:电梯启动

38、采用降频软启动，电机启动电流很小，不超过额定电流。在电梯的制动段，电梯调速系统工作在发电制动状态，不需从供电网中取得电能，从而降低了电能的消耗，避免了电机过热，调速系统的功率因数比较高(接近1)。调速控制是指对电梯从启动到平层整个过程中速度的变化规律进行控制，从而减轻人在乘坐电梯时由于启、制动过程中加、减速产生的不舒适感(上浮、下沉感)，并保证平层停车准确可靠。与选层系统的逻辑控制相比，调速控制更为复杂，其控制性能的优劣在很大程度上决定着电梯的性能和质量。电梯的运行可分为启动、稳速、制动三个阶段。稳速运行时考虑到节能和对电网的干扰，系统采用开环控制，而启、制动运行时为使运行速度跟随给定理想速度

39、运行，采用闭环控制。理想速度运行综合了舒适感(满足人体对加速度及加速度变化率要求)、运行效率及电机调速性能，按位置原则存储于程序存储器中。调速控制系统由主回路和控制回路两部分组成，主回路包括曳引电动机(三相异步电动机)驱动及功能电路，速度反馈信号来自与电机转子同轴的脉冲发生器，其输出脉冲的频率对应电梯运行速度。速度的控制由系统通过改变触发脉冲的控制角(移相角)实现，经相应的移相角延时时间后，根据电梯实际速度与给定速度之差情况控制主回路工作状态。由于负载变化、电网波动、钢丝绳打滑、伸缩等因素，使减速过程可能不符合直接停靠的平层要求，为此，在离层楼100200mm处设置12个平层校正器，当轿厢运行

40、到此校正点时，将实际速度与该点由平层校正器发出的平层速度给定值进行比较，如无差，则按原减速曲线运行；若有差，则用差值校正原速度给定曲线斜率，使之保证准确平层。4.3 控制系统的主流程用PLC构成的控制系统可以把主要精力用于软件编程，实现系统的控制功能。现在市上的各种PLC都有比较强的软件功能，尤其是各类功能指令(或称应用指令)，其功能更为丰富。三菱FX2系列用以替代继电器、接触器控制系统的基本逻辑指令有20条，但其功能令就有100条之多，可以直接进行各种数据的算术运算、逻辑运算、传送比较、移位循环等，还有一些直接的外部I/O指令，编程的灵活性毫不比单片机逊色，但由于采用梯形图编程，程序的编制、

41、检查、调试极为方便，SFC的使用更使得各种联锁、分枝、选择等易于实现，大大减轻了程序编制的工作量，缩短了控制系统的研制开发时间。图7给出了用PLC实现的电梯控制系统的主程序流程。程序主流程很简洁，其作用主要是控制程序的执行，进入各功能子程序或SFC流程。在我们研制的PLC电梯控制系统中，“数据采集与显示”就是通过子程序调用来实现，“呼梯判断”及上行下行处理都有相应的SFC流程。图7 系统主程序流程图由于PLC的程序执行过程是一遍一遍地对程序进行扫描，每一次的扫描(包括上、下行处理)都是从头开始的。程序每一次扫描都调用子程序P0，进行数据的采集与显示；M500和M502分别为上行标志和下行标志，

42、在程序执行的第一个周期被清零，若没有呼梯，则程序进入S0开始的SFC流程中，对采集的数据进行综合分析。若无呼梯就返回，若有呼梯，则判断上行或下行，并将判断结果放在M500和M502中；下一次扫描则根据上行或下行分别进S1或S2开始的SFC流程中进行上下行处理。应用PLC进行电梯的实时控制 电梯的电气控制系统是一个控制逻辑十分复杂的大型控制系统，主要完成两大功能，其一是对主机的控制，即完成主机的启动、平层、停层、呼叫优先响应、信号回收、故障保护等控制功能，其中，以呼叫优先响应的控制逻辑最为复杂；其二是对开关门电机的控制，即完成开关门电机的平层启动、呼叫响应、限时或信号关闭、故障保护等控制功能。在

43、本课题种时四层楼电梯的电气控制系统，分别用PLC的指令表程序和梯形图语言来实现电梯主机的呼叫优先响应和开关门电机的启动和关闭控制。4.5 软件设计的思想4.5.1 呼梯判断呼梯判断由一个SFC流程完成，主要依据是内呼梯优先，由先判断内呼来保证这一点，内呼梯流程如图8所示，由于篇幅所限，在此只给出每一步应完成的动作，没有写出编码指令，为了清楚只给出了转移条件的内容，而没有具体写出程序中的转移条件。图8 内呼梯流程图4.5.2 上行流程在上下流程中，遵守的主要原则是“内呼优先，上行上优先，下行下优先”，上行流程与下行流程相对称，因此下面只介绍上行流程，由于上行SFC流程比较复杂，图9给出简化后的上

44、行SFC流程。图9 上行流程图4.5.3 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，采用两个优先级队列，即上行优先级队列和下行优先级队列。上行优先级队列为电梯向上运行时，轿厢内指令信号和所有轿外上行呼叫信号，将信号相对应的数字存入上行队列中相应的位置，在电梯上行时对其上行队列进行优先级比较，然后作出相应的输出判断和输出更新。下行优先级队列为电梯向下运行时，轿厢内指令信号和所有轿外下行呼叫信号，将信号相对应的数字存入下行队列相应的位置，在电梯下行时对其下行队列进行优先比较，然后作出相应的输出判断和输出更新。4.5.4 采用信号判断控制当上行队列和下行队列作出比较判断后都无输出信号或电

45、梯处于初始状态时，判断指令寄存器中是否还有指令来对电梯进行控制。如果有指令，则直接对其进行响应，然后再进行输出更新。4.6 程序流程图为了使用指令表编程实现电梯的优先级控制，应先绘制相应的程序流程图(见图10)。图10 程序流程图4.7 PLC I/O分配4.7.1 输入序号名称输入点序号名称输出点0四层内选按钮S4X0007一层上呼按钮U1X0071三层内选按钮S3X0018二层上呼按钮U2X0102二层内选按钮S2X0029三层上呼按钮U3X0113一层内选按钮S1X00310一层行程开关SQ1X0124四层下呼按钮D4X00411二层行程开关SQ1X0135三层下呼按钮D3X00512三

46、层行程开关SQ1X0146二层下呼按钮D2X00613四层行程开关SQ1X0154.7.2 输出序号名称输入点序号名称输出点0四层指示L4Y0008二层内选指示SEL2Y0101三层指示L3Y0019一层内选指示SEL1Y0112二层指示L2Y00210一层上呼指示UP1Y0123一层指示L1Y00311二层上呼指示UP2Y0134轿箱下降指示DOWNY00412三层上呼指示UP3Y0145轿箱上升指示Y00513二层下呼指示DN2Y0156四层内选指示Y00614三层下呼指示DN3Y0167三层内选指示Y00715四层下呼指示DN4Y017图11 PLC硬件面板图4.8 软件设计4.8.1

47、程序流程图图12 程序流程图4.8.2 程序梯型图（见附录A） 程序语句(见附录B)4.9 用梯形图语言实现开关门电机的启动和关闭控制开关门电机的启动、关闭控制与主机的运行存在着连锁关系，必须遵循的原则是主机平层后方可开门，关门成功后主机方可启动。用梯形图语言实现开关门电机的启动和关闭控制，其逻辑关系和外形与传统的继电器接触器电气控制系统的原理图十分类似，一般工程技术人员很容易看懂并学会，因此，具有传统的继电器接触器电气控制系统设计经验的工程技术人员如果选用梯形图语言，要完成电梯的完整控制系统的设计应该只是时间的问题。图13 电梯开关门的梯形图电梯开关门的梯形图程序见图13，梯形图中，X024

48、是手动开门按钮，当电梯运行到位后，X024闭合，Y005有效，电梯门被打开，开门到位，开门终端开关动作，X026常闭触点断开，开门过程结束。如果是自动开门时，过程如下:当电梯运行到位后，电梯上行或下行开关断开（即X022和X023），T0开始计数，计到3 s，T0触点闭合，Y005输出有效，打开电梯门。关门控制分手动和自动两种方式。当按下关门按钮X025时，Y006有效自锁，驱动关门继电器，关闭电梯门，而自动关门则借助于定时器T1，当电梯运行到位时，T1定时3 s，T1触点闭合，Y006输出有效，实现自动关门。自动关门时可能夹住乘客，故门边设有红外检测装置，即X030。有人进出时，X030闭合

49、，T2开始计时，2 s后才关门(定时时间可随时更改)。 程序调试、运行 通过手动编程器输入PLC，在操作中主要是熟悉FX系列可编程控制的功能、指令代码。将编程器插在基本单元上，将基本单元与编程器置于编程状态，然后消除用户程序存储器，输入控制程序。5.1 正常情况下程序调试先按I/O接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。5.2 过程分析电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，在轿箱内设置四个楼层内选按钮。在行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4都断开的情况下，呼叫不起作用。5.3 用指示灯来模拟电梯的运行过程（1）从一层到二层：接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S

50、2，即X002接通一下，表示呼叫楼层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮。直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y005断开（表示电梯上升停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。在轿箱原停楼层为1时，按U2，电梯运行过程同上。（2）从一层到三层：接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层

51、指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在轿箱原停楼层为1时，按U3，电梯运行过程同上。（3）从一层到四层：接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S4，即X002接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮；过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。直至SQ4接通，Y0

52、06断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。在轿箱原停楼层为1时，按D4，电梯运行过程同上。（4）从二层到三层：接通X013即接通SQ2，表示轿箱原停楼层2，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在轿箱原停楼层为2时，按U3，电梯运行过程同上。（5）二层到四层：接

53、通X013即接通SQ2，表示轿箱原停楼层2，按S4，即X000接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮；过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。在轿箱原停楼层为2时，按D4，电梯运行过程同上。（6）从三层到四层：接通X014即接通SQ3，表示轿箱原停楼层3，按S4，即X000接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4

54、亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。在轿箱原停楼层为3时，按D4，电梯运行过程同上。（7）四层到三层：接通X015即接通SQ4，表示轿箱原停楼层4，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ4，四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指示灯L4灭、三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y004

55、断开（表示电梯下降停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在轿箱原停楼层为4时，按D3，电梯运行过程同上。（8）四层到二层：接通X015即接通SQ4，表示轿箱原停楼层4，按S2，即X002接通一下，表示呼叫楼层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ4，四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指示灯L4灭、三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮。直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y004断开（表示电梯下降停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。在轿箱原停楼层为4时，按D2，电梯运行过程同上。（9）从四层到一层：接

56、通X015即接通SQ4，表示轿箱原停楼层4，按S1，即X003接通一下，表示呼叫楼层1，则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ4，四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指示灯L4灭、三层指示灯L3；过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），一层指示灯L1灭，电梯到达一层。在轿箱原停楼层为4时，按U1，电梯运行过程同上。（10）三层到二层：接通X014即接通SQ3，表示轿箱原停楼层3，按S2，即X002接通一下，表示呼叫楼

57、层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮。直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y004断开（表示电梯下降停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。在轿箱原停楼层为3时，按D2，电梯运行过程同上。（11）三层到一层：接通X014即接通SQ3，表示轿箱原停楼层3，按S1，即X003接通一下，表示呼叫楼层1，则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯

58、L2灭、一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），一层指示灯L1灭，电梯到达一层。在轿箱原停楼层为3时，按U1，电梯运行过程同上。（12）从二层到一层：接通X013即接通SQ2，表示轿箱原停楼层2，按S1，即X003接通一下，表示呼叫楼层1，则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），一层指示灯L1灭，电梯到达一层。在轿箱原停楼层为2时

59、，按U1，电梯运行过程同上。（13）从一层到二、三、四层：接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S2、S3、S4，即X000、X001、X002接通一下，表示呼叫楼层为2、3、4，则Y010、Y006、Y007接通，二层内选指示灯SEL2、三层内选指示灯SEL3、四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮；SQ3闭合后，三层指示灯L3灭、三层内选指示灯SEL3灭，SQ3断开后，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。直至SQ4接通

60、，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y004断开（表示电梯下降停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。在轿箱原停楼层为1时，按U2、U3、D4，电梯运行过程同上。（14） 从一层到二、三层：接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S2、S3，即X001、X002接通一下，表示呼叫楼层2、3，则Y010、Y007接通，二层内选指示灯SEL2、三层内选指示灯SEL3，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮；SQ2闭合后，二层指示灯L2灭、二层内选指示灯SEL2灭，SQ2断开后，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2