高层电梯控制系统设计

1 题目：高层电梯控制系统设计 姓名： 河南理工大学成人教育 题题 目目 姓姓 名名 河南理工大学高等教育自学考试河南理工大学高等教育自学考试 毕业设计（论文）题目毕业设计（论文）题目 高层电梯控制系统设计 助助学学院院校校 ：高层电梯控制系统设计高层电梯控制系统设计专专业业名名 称：称：机电设备维修与管理机电设备维修与管理 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 河南理工大学高等教育自学考试河南理工大学高等教育自学考试2016 年 5 月 30 日 独立本科段毕业设计(论文）2 毕业设计（论文）任务书助学院校 年级专业 学生姓名 一、设计（论文）题目： 二、 设计（论文）任务与要求三、设计（论文）时间： 年 月 日至 年 月 日指导教师 （签名）河南理工大学自学考试中心（盖章）3毕业设计（论文）评定书助学院校 年级专业 学生姓名 一、设计（论文）题目： 二、设计（论文）共 页，附图 张三、 审阅意见及评语 根据学院教学管理的有关规定，同意（不同意）该生参加毕业答辩 指导教师 （签名）4 职 称 工作单位 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议助学院校 年级专业 学生姓名 该生于 年 月 日进行毕业设计（论文）答辩 设计（论文）题目： 答辩委员会：主任委员（组长） 委 员（成员）5答辩学生向答辩委员会（小组）提交如下资料：设计（论文）说明书 共 页 设计（论文）图纸 共 页指导教师评阅意见 共 页 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议： 一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 毕业设计答辩委员会主席（组长） （签名）6 委员（成员） （签名） 年 月 日7摘要摘要随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，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，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。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。PLC 控制系统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，成功地解决了电梯运行的舒适感问题。过去，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。因为这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，输人功率因数也低，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。本设计内容针对高层楼房客梯控制系统进行认真分析，讨论了电梯控制系统设计的有关问题。根据当前电梯的发展趋势,利用先进的变频调速技术和强大的 PLC 功能实现了对电梯变频调速的控制，通过合理的设备选型、硬件电路连接和整体软件设计，完成电梯的各个功能，保证电梯的安全运行及应急状况处理。关键词关键词: :电梯，plc 控制器，变频调速，控制系统设计8目录目录摘要摘要.6目录目录.7第一章第一章 绪论绪论.91.11.1 电梯控制系统的发展及特点电梯控制系统的发展及特点.91.1.11.1.1 交流曳引电梯调速方式的发展交流曳引电梯调速方式的发展.91.21.2 了解可编程控制器了解可编程控制器(PLC)(PLC)及其在电梯控制中的应用及其在电梯控制中的应用.101.2.11.2.1 PLCPLC 的特点的特点.101.2.21.2.2 PLCPLC 控制电梯的优点控制电梯的优点.111.2.31.2.3 电梯变频调速控制的特点电梯变频调速控制的特点.111.31.3 课题的来源课题的来源.121.41.4 课题的主要研究内容课题的主要研究内容.12第二章第二章 电梯设备与电梯发展动态电梯设备与电梯发展动态.142.12.1 电梯的出现电梯的出现.142.22.2 电梯设备简介电梯设备简介.142.2.12.2.1 电梯的分类电梯的分类.142.2.22.2.2 电梯的主要参数电梯的主要参数.142.2.32.2.3 电梯的安全保护装置电梯的安全保护装置.152.32.3 电梯的发展概况电梯的发展概况.162.3.12.3.1 电梯技术发展概况电梯技术发展概况.172.3.22.3.2 电梯发展展望电梯发展展望.17第三章第三章 调速变频器类型选择及其设计参数调速变频器类型选择及其设计参数.183.13.1 变频器的分类及选择变频器的分类及选择.183.1.13.1.1 变频器的分类变频器的分类.183.1.23.1.2 变频器的类型选择变频器的类型选择.183.1.33.1.3 变频器的规格选择变频器的规格选择.183.1.43.1.4 选择的变频器应满足的条件选择的变频器应满足的条件.193.23.2 通用变频器简介及选择通用变频器简介及选择.193.2.13.2.1 通用变频器简介通用变频器简介.193.2.23.2.2 VS-616G5VS-616G5 型通用变频器型通用变频器.203.2.33.2.3 VS-616G5VS-616G5 型通用变频器电梯调速系统型通用变频器电梯调速系统.223.2.43.2.4 变频器结构及参数设计变频器结构及参数设计.23第四章第四章 PLCPLC 的选择及其控制系统的硬件开发的选择及其控制系统的硬件开发.254.14.1 电力调速系统的应用与发展电力调速系统的应用与发展.254.24.2 电机调速系统的设计电机调速系统的设计.254.34.3 异步电机的调速方法及经济技术比较异步电机的调速方法及经济技术比较.264.44.4 井道信号系统的设计井道信号系统的设计.294.54.5 电梯控制系统的设计电梯控制系统的设计.304.64.6 可编程控制器可编程控制器(pLc)(pLc)的选型的选型.314.74.7 设计思路设计思路.314.7.14.7.1 电梯控制系统实现的功能电梯控制系统实现的功能.324.7.24.7.2 点数的分配及机型的选择点数的分配及机型的选择.329第五章第五章 系统软件开发系统软件开发.355.15.1 电梯的自检状态电梯的自检状态.355.25.2 电梯的正常工作状态电梯的正常工作状态.355.35.3 系统的软件开发过程系统的软件开发过程.355.3.15.3.1 开关门环节开关门环节.355.3.25.3.2 电梯初始化环节电梯初始化环节.365.3.35.3.3 停层信号的登记与消除环节停层信号的登记与消除环节.365.3.45.3.4 外呼信号的登记与消除环节外呼信号的登记与消除环节.365.3.55.3.5 电梯的定向环节电梯的定向环节.375.3.65.3.6、电梯的上升与下降、电梯的上升与下降.375.3.75.3.7 层楼位置指示层楼位置指示.375.3.85.3.8 616G5616G5 参数设置参数设置.385.45.4 程序框图设计：程序框图设计：.39参考文献参考文献.4210第一章第一章 绪论绪论1.11.1 电梯控制系统的发展及特点电梯控制系统的发展及特点1.1.11.1.1 交流曳引电梯调速方式的发展交流曳引电梯调速方式的发展交流电梯与交流电机的发展紧密相连，至今已有三十多年的发展历史，经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程，大致可以划分为三个阶段:第一个阶段是 70 年代，其主要标志是交流双速电梯，它采用改变牵引电机极对数来实现调速。电机通常采用两种或两种以上不同极对数的绕组制成，其中极数少的绕组称为高速绕组，用于电梯的起动及稳速运行，极数多的绕组称为低速绕组，用于电梯的制动及维修。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。第二个阶段是 80 年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。第三个阶段是 90 年代，变压变频调速电梯(VVVF 电梯)开始占据了世界电梯的市场。VVVF 电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。电梯传动系统中，由于大量采用微机控制技术和脉宽调制技术 (PWM 技术)，其运行效率得到了大幅度的提高，电梯的体积大为缩小。现代交流调速技术向电梯控制领域的渗透，使得交流调速电梯的调速性能几乎完全可以和直流电梯相媲美。由于变压变频调速(VVVF)的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF 电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。目前，VVVF 电梯已经遍布世界各国，如日本的三菱公司、东芝公司、日立公司、美国的奥的斯公司等大的电梯制造厂家在 VVVF 电梯的研制和进一步开发等方面，都取得了骄人的成就。在我国，电梯工业起步较晚，改革开放以来，也取得了一定的进步，如上海三菱、天津奥的斯、中国迅达、苏州迅达、广州电梯工业公司等五家电梯生产厂家，其产品都有一定的市场份额和技术含量。但遗憾的是，这些公司多为合资11公司，电梯控制关键部分的变频器、控制器等重要组成部分很大程度依靠进口，其核心技术牢牢控制在国外大公司手中。1.21.2 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)及其在电梯控制中的应用及其在电梯控制中的应用1.2.11.2.1 PLCPLC 的特点的特点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，实现字运算和数据存储，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。编程简单、灵活性强等特点。1.可靠性（1）PLC 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，系统的维修简单，维修时间短。（2）PLC 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及恢复等，提高了 MTTR，使可靠性提高。（3）PLC 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。（4）PLC 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，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。（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；对存储器内容的保护等。（6）PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2易操作性（1）操作方便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12要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，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，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，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减低。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，方便维修。3.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、应用和控制范围的扩展。（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。1.2.21.2.2 PLCPLC 控制电梯的优点控制电梯的优点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。1.2.31.2.3 电梯变频调速控制的特点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13术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，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。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.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，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。1.31.3 课题的来源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，目前国内 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。1.41.4 课题的主要研究内容课题的主要研究内容课题所研究的内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14速系统采用交流变频调速，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。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（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及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制及显示等部分。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及 PLC 的选型、I/O 点数分配以及旋转编码器与变频器的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，结合实际硬件电路，设计并用 STEP7 绘制出梯形图。15第二章第二章 电梯设备与电梯发展动态电梯设备与电梯发展动态2.12.1 电梯的出现电梯的出现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。150 年以来，她已经发展成为世界、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内投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。2.22.2 电梯设备简介电梯设备简介2.2.12.2.1 电梯的分类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；高速电梯 12m/s 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.按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制有无司机控制。2.2.22.2.2 电梯的主要参数电梯的主要参数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.轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电话的要求等等。4.轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。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，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。167.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运行速度。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。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。10.停层站数(站)凡在建筑物内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件之间的垂直的距离。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。电梯的运行速度越快，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间的垂直距离。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，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的使用效果。16.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、呼梯按钮和厅外指示器组成。17.其它装置：对重装置、补偿装置等。2.2.32.2.3 电梯的安全保护装置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：起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。175.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。2.32.3 电梯的发展概况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18人生活质量的承诺。2.3.12.3.1 电梯技术发展概况电梯技术发展概况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，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。19第三章第三章 调速变频器类型选择及其设计参数调速变频器类型选择及其设计参数3.13.1 变频器的分类及选择变频器的分类及选择3.1.13.1.1 变频器的分类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;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;3.1.23.1.2 变频器的类型选择变频器的类型选择变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大，选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。同时，设备的平均寿命的长短是一个重要的参数，所以根据预期使用寿命来选择品牌，经验和口碑仍然是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，则主要依据己经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定。 3.1.33.1.3 变频器的规格选择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，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20适的选择。 3.1.43.1.4 选择的变频器应满足的条件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。3.23.2 通用变频器简介及选择通用变频器简介及选择3.2.13.2.1 通用变频器简介通用变频器简介1.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:(1)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、提高生活质量及改善生活环境等要求。(2)为了节约能源、降低生产成本。2.上个世纪 80 年代初，通用变频实现了商品化。在近 20 年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用工 GBT 两个大发展过程。(1)容量不断扩大80 年代初采用的 BJT 的 PWM 变频器实现了通用化。到了 90 年代初，BJT 通用变频器的容量达到了 6OOKVA，400KVA 以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用工 GBT，仅三、四年的时间，IGBT 变频器的单机容量已达 1800KVA，随着工 GBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。(2)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(LS 工)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”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21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。3.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供了可靠的保证。4.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。 3.2.23.2.2 VS-616G5VS-616G5 型通用变频器型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 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，VS-616G5 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 0.01-0.02%，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。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。224.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。VS 一 616G5 型变频器的标准规格如表3-1:表表 3-13-1 VSVS616G5616G5 型变频器的标准规格型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2-1100KVA1.4-460KVA电压频率200V：三相 200/200/208/220V400V：三相 380/400/415/460V电压允许变动+10% -15%电源频率允许变动15%控制方式正选波 PWM 控制： 无传感矢量控制（无 PG） 带传感矢量控 制（带 PG） V/F 控制 带传 V/F 控制 （用参数切换）启动转矩150%Hz（无 PG） 150%r/min（带 PG）速度控制范围1:100（无 PG） 1:1000（带 PG）速度控制精度0.2%（无 PG） 0.02%（带 PG）速度响应5Hz（无 PG）30Hz（带 PG）转矩极限有转矩精度5%转矩响应20Hz（无 PG）以上 150Hz（带 PG）以上频率控制范围0.1-400HZ频率精度(温度变化)数字式指令0.01%(-10+40)模拟式指令0.1%(25+10)频率设定分辨率（运算分辨率）数字式指令 0.01Hz/100Hz模拟式指令 0.03Hz/60Hz输出频率分辨率0.01Hz控制特性过载量额定输出电流的 150%IN23频率设定信号-10V 10V， 0 10V，4 20MA加减速时间0.016000.0S制动转矩约 20% 带制动选择 150%直流电抗器内带（200V24KVA、400V26KVA 以下可以选择）抑制高次谐拔波电源12 相整流不能变动主控制功能瞬停再启动、下降控制、转矩控制、零点伺服控制等操作装置16 字2 线日语液晶显示器接通插件板可选择16 种（最多可装 3 块）保护功能电机保护、变频过载、瞬间过电流、电压下降、过电压、输入缺相3.2.33.2.3 VS-616G5VS-616G5 型通用变频器电梯调速系统型通用变频器电梯调速系统通用变频器 VS-616G5 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。VS-616G5 将 U/f 控制、矢量控制、闭环 U/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 VS-616G5 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 A 相脉冲超前 B 相脉冲90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 90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，PG 卡再将此反馈信号送给 616G5 内部，以便进行运算调节。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。VS-616G5 还需要配置 600 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 11 配置，即电动机容量和变频器容量相24等。最好采用大一数量级选配，即 11kW 电动机选 15kW 的变频器、15kW 电动机选18kW 的变频器。3.2.43.2.4 变频器结构及参数设计变频器结构及参数设计VS-616G5 变频器共有 9 组参数，每一组参数的设计都具有特定的含义。常用参数如表 3-2 所示。表表 3-23-2 变频器常用参数变频器常用参数参数功能A 组确定控制模式B 组选择运动功能C 组确定加减速时间和转矩补偿时间D 组选择频率E 组确定运行压频曲线F 组保护设置H 组确定偏差标准1.参数设计参数设计的原则：（1）减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；（2）提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击；（3）零速一般设计为 0Hz，速抱闸功能将影响舒适感；变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。2.变频器自学习功能的应用方法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 616G5 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25佳控制。3.变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为 P1，电梯运行速度为 V，电梯自重为 W1 电梯载重为 W2，配重为 W3，重力加速度为 g，变频器功率为 P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率 P2 由式(3-1)计算： （3-1）21231P = (W +W +W )g+F *V式中，为摩擦力；123F1=(W +W +W )g+电机功率，变频器功率 P 应接近电机功率，相对于留有安全裕量，可取1P1P2P P=1.5 （3-2）2P其中，k=0.02，=2000Kg，=1000Kg，=2400Kg，g=9.8m/s， 1W2W3WV=1.5m/s。由式（3-1）得 P2=（6009.81089.8）1.510.4kW；又有式（3-2）得P=1.5=15.6KW。由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选 1.5 倍裕量，取变频2P器容量为 15kW。4.变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高，采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻的大小应使制动电流 Iz 的值不超过变频2R器额定电流的一半，即： （3-3）zoznI =U /R =2U /I其中为额定情况下变频器的直流母线电压，取30。由于制动电阻的工oUz R作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。即： =0.45132/303.5kw （3-5）z2*/P =ddzUUR最后，选用的制动电阻为 R=30，功率为 P=3.5kW 的电阻。26第四章第四章 PLCPLC 的选择及其控制系统的硬件开发的选择及其控制系统的硬件开发4.14.1 电力调速系统的应用与发展电力调速系统的应用与发展随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电力调速系统在工农业生产、交通运输、国防军事设施以及日常生活中越来越得到了广泛的应用。根据转速是否变化，可以将各类生产机械分为恒速拖动与变速拖动机械两大类，而在现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求，使得对变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。长期以来，直流电机调速系统一直在调速领域占主导地位，这主要是因为直流电动机调速方便。而且在磁场一定的条件下，它的转速和电枢电压成正比，使其转动矩容易控制。因此直流电动机调速比较容易得到良好的动态特性，但是直流电动机的结构复杂、制造费时、价格昂贵、可靠性差、运行出现火花等缺点使得直流电动机远远不能适应现代化生产向高速、大容量发展的要求。交流电动机特别是鼠笼型异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用，运行可靠，维护量少，可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了极其广泛的应用。但由于交流电动机平滑调速比较困难，在早期采用的主要是绕线式异步电动机转子外串电阻和鼠笼型异步电动机变极调速。在 30 年代提出了串级调速的方法，但是带来调速系统复杂，不容易控制的矛盾。本世纪 50 年代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代，使交流电机调速技术得以应用。初期，几位著名的专家提出了实用和高效的静止变压变频器。虽然交流电动机有许多优点，但由于变频器的成本高，以及需要比较复杂的控制系统，在与直流传动的竞争中受到了阻碍，在 70 年代中期，在全世界范围内出现能源危机，节约能源的问题世界瞩目。作为节约能源的一个重要手段，电机的调速问题得到了重视，许多过去一般不调速的装置也采用了调速，由此对交流电动机调速技术的发展起了很大的推动作用。由此可见，研究电力传动系统，特别是交流调速的问题有着重要的意义。4.24.2 电机调速系统的设计电机调速系统的设计在电梯拖动控制系统中速度曲线图形直接影响着电梯的舒适感和平层准确度。如果电梯在启动加速和减速制动时，速度曲线图性的加、减交界处不圆滑，乘客会感觉27很不舒服，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率，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S 曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从 0 加速到 1000 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。本设计采用的 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 4-1 所示。图中 a 为加速度，v 为速度，0-t1 和 t2-t3 时间内为抛物线速度曲线，t1-t2 时间内为直线速度曲线;t3-t4 时间内为稳速运行阶段；t4-T 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。4.34.3 异步电机的调速方法及经济技术比较异步电机的调速方法及经济技术比较异步电动机转速表达式为: （4-1）oon=n (1-s) =60f /p(1-s) 28式中:，同步转速；on电源频率；ofp电动机的磁极对数；s异步电动机的转差率。从式 4-1 可以看出，要调节异步电动机的转速，可以从改变下列三个参数入手:改变异步电动机定子绕组的磁极数-即变极调速;改变异步电动机的转差率-即改变转差率调速;改变供电电源的频率-即变频调速。1.变极调速对于鼠笼型转子结构的异步电动机，其转子的极对数能自动地与定子极对数相对应。改变定子绕组的接法，以改变定子的极对数，使异步电动机的同步转速得到改变，达到调节转速的目的。变极调速的优点:操作简便、机械特性硬、01n =60f /p效率高、可获得恒转矩与恒功率调速。其缺点是:只能有极调速，而且调速等级有限，只适用于不要求平滑调速的场合。2.改变转差率调速常见的利用改变转差率进行速度调节的方法有下列几种:转子电路串接电阻调速;改变定子电压调速;滑差电机调速;串极调速及脉冲调速等。下面依次介绍上述调速方法的简单原理及其优缺点。（1）电路串接电阻调速。其优点是调速方法简单、初期投人少，一般适用于恒转矩负载。其缺点是当转速较低时，转子电路效率，随之降低，转子损耗增大，经济性变差;由于转子电路串接电阻，使机械特性变软，而且串接电阻的数值越大，特性就越软，因而在低速下稳定性差;只能获得有级调速，平滑性不高;调速范围受负载转矩的影响，当轻载时，调速范围很小。（2）改变定子电压调速。当转速低于与最大转矩对应的转速时，其机械特性部分对恒转矩负载不能稳定运行，因此调速范围很小。对于恒转矩调速，在增加异步电动机转子电阻的基础上，改变定子电压，可获得较宽的调速范围。但它的机械特性变软，使运行不大稳定。而且低压时，过载能力低，负载波动较大时，适应性差，调速时效率低，功率因数较转子电路串接电阻时更低，在低速时，电机发热严重。29（3）滑差电机调速。其特点是在异步电动机的轴上装一个电磁滑差离合器。滑差电机的优点是结构简单、运行可靠、维护方便、可实现平滑调速。其缺点是这种调速方式在不同的励磁电流下其机械特性很软，并且励磁电流越小，特性越软。由于磨擦与剩磁的存在，使其存在不可控区，即当负载转矩小于 10%的额定转矩时可能失控。（4）串极调速。绕线型转子的异步电机与其它电机或电子设备(例如由晶闸管组成的逆变器)串级连接，以实现速度调节。串极调速的优点是在调速过程中其机械特性硬度不变，稳定性好;转速可以调节至很低，调速范围较宽;可实现自动控制无极调速;转差功率可返回电网，效率较高。其缺点是只适用于绕线型转子的异步电机，在使用上有其局限性;必须有一个与转子电势频率相同的外加电势。由于外加电势的频率也得随之变化，这在技术上是比较复杂的，设备较多，这是申极调速的一个主要缺点。3. VVVF 变压变频调速VVVF 电梯，采用交流单速电动机，通过对交流电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化，将交流电动机转速运行曲线线性段区域扩大。由于系统采用高精度电光码盘，微机全数字化控制，使电梯平层精度达到毫米级，并且绝对保证电动机零速下闸，舒适感非常好。交流变压变频调速的基本原理：要改变交流电动机转速，只需改变定子频率即0f可。但是，在改变转速的同时，希望励磁电流和功率因数基本保持不变。磁通太弱，则没有充分利用铁芯，电机容许的输出转速下降，电机的功率得不到充分利用而浪费;若增大磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低，严重时会因绕组过热而损坏电机，在交流异步电动机中: (4-2)1114.44gNmEf N K式中,定子每相的