滚动式电梯设计.doc

一、控制原理1.1 扶梯的组成结构 图1 扶梯的组成结构1扶梯的梯级；2梯级的主轮轴组件；3梯级链；4梯级转向链轮；5下转向部；6扶梯的驱动装置；7金属结构；8上部前沿板；9下部前沿板；10梯级导轨；11扶手驱动装置；12扶手带；13梳齿板；14护栏系统的护壁板；15护栏系统的内外盖板等；16扶梯的围裙板系统；17扶梯的操作面板；18控制柜；19外装饰板；控制电梯外部传动结构如图1，电机转动带动梯级的主轮轴组件，梯级链一起随轴件转动，为人乘坐的扶手带以相同的速度和梯级一起传动，在电梯的上部和下部都有整平阶梯的梳齿板，使得扶梯带有循环运动梯路向上或向下倾斜输送乘客的能力。1.2 控制原理简介 自动扶梯指带有循环运动梯路向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，自动扶梯也称作滚动电梯。自动扶梯一般是斜置。行人在扶梯的一端站上自动行走的梯级，便会自动被带到扶梯的另一端，途中梯级会一路保持水平。在车站和商场比较容易见到，在车站的客流随班次分为明显的高峰期和非高峰期，在非高峰期时候，电梯常常是没人乘坐，拖动电机则是工频匀速运行。造成了能源的浪费，我们的控制思想是采用加入变频器，使得在无人乘坐的时候，在变频器控制下，使电梯降速节能，在客流高峰的时候，退出变频器的控制，电梯直接连接电网采用工频，使电梯快速运转，额定值下运行。1.3 控制要求介绍 在PLC控制系统的基础上再加上变频器，使自动扶梯的速度可调。自动扶梯通过变频器启动以后，以额定的速度（0.5m/s）运行，在系统设定的时间2分钟内，若没有检测到有人进入扶梯。则2分钟后扶梯经过变频器调节频率使扶梯以五分之一额定速度（0.1m/s）运行（不让扶梯停止是为了提示乘客电梯方向，以免人们误以为电梯坏了）：如变压器故障，则自动扶梯可由变频器转换到工频运行（不节能状态），以保证自动扶梯正常工作。 二、控制方案与方案确定2.1 控制方案 电梯的运转由电机连接电网得电开始，以额定转速转动，因为额定转速比较大，通常是几千转每分，而我们所要求的电梯转动速度为（0.5m/s）运行，所以电梯经过中间的转动装置（齿轮）和减速器来实现将电机的高速降到电梯运转的低速，在此基础上的节能控制方法根据不同控制器件可以有PLC控制和单片机控制两种种方案。 PLC和单片机，这两种都可以实现电梯节能要求，它们都可以通过相应的传感控制变频器的加入与否。2.1.1 方案一 PLC控制：优点：PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。缺点：成本相对单片机要高！ 这种控制方式是作用到自动扶梯的核心控制，可以将接受到传感器送过来的开关量作为输入，通过内部的各个模块，并根据设计者要求所编写的程序来给出输出量，来控制变频器的加入与切除，实现滚动式扶梯的节能与额定运行。2.1.2 方案二 单片机控制：优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长。 这种控制方式与方案一的控制方式原理是一样的，只是将不同功能的分别模块化，可以人为的调换调试，通过红外等传感器发出的信号流入输入模块端口，通过接口连接单片机，将编辑的c语言或者是汇编语言传送到单片机内，按照设计者编写的程序运行，将结果信号给到输出口，有输出口送到相应的控制器件（变频器）。 2.2 方案确定单片机控制和PLC控制都可以，所以在面对实际设计的时候就应该按照不同的 施用背景来确定。我们设计的节能控制电梯是公共场所所必须的运输工具，所以稳定性要求比较高，而且采用方案一可以灵活改变控制要求，对发展更为有利；其次，PLC的程序编制更为简单，也更便于维护。所以我们决定采用方案一。 三、变频器的选择3.1 变频器的类型及控制方式的选择3.1.1 变频器的类型变频器根据变频的调速原理，我们可以依照变频器控制方式将其分为V/f控制型通用变频器和矢量控制系统通用变频器。V/f控制就是恒压频比控制，是最基本、最普通的变频调速方式，适用于对动态性能要求不高的调速场合。它调速平滑，调速范围宽广，应用面最广。在V/F控制中，变频器对输出的电压和频率进行调节。 普通控制型V/f通用变频器室转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比较简单；电动机选择通用标准异步电动机，因此其通用型比较强，性价比比较高，是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。 V/f通用变频器的缺点：不能适当调整电动机转矩，不能补偿适当的转矩的变化；不能准确的控制电动机的实际转速；转速极低时，由于转矩不足而无法克服较大的静摩擦力。 矢量控制是基于异步电动机动态模型的一种先进的控制技术，在矢量控制中，变频器对输出的电压、频率和相位进行控制，所以能超过V/F控制，达到和直流电动机调速相似的动态性能，是一种比较复杂的控制策略。 矢量控制系统的缺点：转子磁链计算精度受益于变化的转子电阻影响，转子磁链的角度精度影响定向的准确性；需要进行矢量变换，系统结构复杂，运算量大；造价高，维修困难等。 选择变频器类型时，需要考虑的因素：在调速范围不大的情况下，可考虑选择较为简易的只有V/f控制方式的变频器，或无转速反馈的矢量控制方式。当调速范围大时，应考虑采用带转速反馈的矢量控制方式。负载转矩的变动范围：对于转矩变动范围不大的负载，也可首先考虑选择较为简易的只有V/f控制方式的变频器。但对于转矩变动范围较大的负载。由于所选的V/f线不能同时满足负载与轻载时的要求，故不宜采用V/f控制方式。负载对机械特性的要求如果不很高，则可考虑选择较为简易的只有V/f控制方式的变频器。而在要求较高的场合，则必须采用矢量控制方式。基于以上分析，我们选择的是V/f控制。3.1.2 V/f控制对恒转矩负载的特性1、电动机的自然机械特性从拖动系统的角度看，随着负载转矩的提高，必然会引起转速的下降，这是电动机的自然机械特性。如果电动机的启动转矩大于负载阻转矩，那么电动机会拖动负载启动。2、变频调速的人工机械特性负载不变，通过调整频率使得电机速度下降，电机的机械特性将产生迁移，如图2曲线所示，频率降低，电机转速降低,特性曲线向下移动。同步转矩、临界转矩都减小，启动转矩有一定程度的提升。换句话说，负载不变的情况下，降低转速，虽然电机输出转矩不变，但是电机的启动转矩可以稍微提高。图1变频调速的人工机械特性3、变频调速系统带恒转矩负载特性恒转矩类负载的负载特性曲线如图2,负载机械特性曲线和电机机械特性曲线的交点就是系统的工作点。从图中可以看到，在变频调速的过程中，随着转速调节的下降工作点由a点向b点移动，可见随着转速从额定50Hz开 始向下调速，随着转速下降，转矩不变，输出功率下降。 功率的下降正好表明变频器在低速运行时的节能特性。另一方面，设计好后，在实际的工作过程中，机械的负载大小并不是一直不变的，也不可能永远稳定在预先设计好的点上。比如电梯的乘坐人数增加，引起摩擦阻力的上升，从而引起负载转矩的提高，系统的负载特性曲线右移，如果负 载过重，造成启动转矩小于负载转矩则机械无法拖动。从变频调速的特性转移曲线上我们可以看出，向下调速的系统的启动转矩增大，因而，我们在系统设计时只需要考虑在最重的负荷下，电动机能够在50Hz额定转速启动的话，自然能在变频的条件下启动。3.2 变频器的选择 在连续恒载运转的场合，需要的变频器容量需要同时满足三个计算公式： ; ; 式中：为电动机输出的功率 为电动机按工频电源时的电流 为电动机的效率（取0.85） 为电动机的功率因数（取0.75） 为电动机的电压 k为电流波形的修正系数（PWM方式时取1.051.10） 为变频器的额定容量 为变频器的额定电流 对于轻载电动机：可以选择与实际负载相称的变频器容量。但对于通用变频器实际负载小，想要效果好，一般不低于电动机额定功率。所以我们选用的是比较熟知的三菱FRA500系列的相应容量的变频器。 四、变频参数设计变频器运行时分为基本功能参数和选用功能参数。这些参数可以通过功能预设来得到，变频参数的设计是重要的环节。 4.1 变频参数预设1、 频率预置频率的给定方式；采用数字量给定的方式，可以面板控制给定和plc给定。我们采用面板给定。基频频率出场设置是50Hz，不用做出修改。2、 上、下限频率上限频率是电梯运转高速时相对的频率，由上限频率参数Pr.1设定。下限频率是电梯运转最低速相对的频率称为下限频率，由下限频率参数Pr.2设定。3、 回避频率在变频变速的过程中有一些频率点会引起机械共振，是否发生机械共振可以通过运行时的噪音大致确定，共振对机械损害严重，我们要避开这些发生共振的频率点。预设回避频率的方法是通过设置回避频率区域实现的，即设置回避频率区的上下限频率。设置时采用参数Pr.31Pr.36。4、 启动、加速、减速预置启动频率在对于静摩擦系数大的负载，为了易于启动，启动时需要有一点冲击力。电机能在标准50Hz的频率下启动，在低于50Hz的频率下都能够启动。预置起始频率Pr.13。加速时间是在电梯慢速行驶时，检测到有人通过时。从低速开始加速到额定运行速度时，所用的时间。提高运输能力，加速时间尽可能快点好，但是时间越短越容易“过流”。而且考虑到乘坐电梯的舒适度电梯的加速过程不易过快，预设加速时间Pr.7。减速时间，就是无人进入在电梯开始，两分钟后自动由额定速度降低到节能运行速度，所用的时间。根据节能要求，减速时间也是越短越好，但是减速太快时，会处于再生制动状态，将电能反馈到直流电路，产生泵升电压。对设备模块容易造成损害。减速时间预置为Pr.8。加、减速方式在Pr.29设置5、 变频器控制方式变频器控制方式有V/f控制方式和矢量控制方式。Pr.80可对两种控制方式进行选择。6、 其他预置适用负载选择Pr.14，“0”适用恒转矩负载。适用电机选择Pr.71，“0，100”适合标准电机的热特性。操作模式选择Pr.79，“1”PU操作模式，即用操作面板操作；“2”外部操作模式。表14.3操作操作前的检查开始操作前，检查以下项目：l 安全在即使失控也能确保安全的情况下，进行测试操作。l 机械确认机械无故障l 参数设定参数值，与机械系统相适应。l 测试操作在确保轻负荷，低频时机械操作的安全后开始进行测试操作步骤说明1上电，确认运行状态将电源处于ON，确认操作模式中显示”EXT”。2开始将启动开关（STF或STR）处于ON。注：如果正转和反转开关都处于ON电机不动。 如果运行期间，两开关同时处于ON，电机减速至停止状态。将表示运转状态的FWD或REV闪烁。3加速到恒速顺时针缓慢旋转电位器（频率设定电位器）到满刻度。显示频率值逐渐增大，显示为50.00Hz