畢業設計說明書 基于 plc 的電梯控制系統的設計(文件)

　

【正文】 頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現了矢量控制，通過其本身的自動調諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉矩與較高的調速范圍 [10,11]。 （ 4）保護功能完善、維修性能好。無傳感器矢量控制 (無 PG) 178。 %(無 PG) %(帶 PG) 速度響應 5Hz(無 PG) 30Hz(帶 PG) 轉矩極限 有 轉矩精度 177。 2線日語液晶顯示器 接通插件板可選擇 16種 (最多可裝 3塊 ) 保護功能 電機保護、變頻過載、瞬間過電流、電壓下 降、過電壓、輸入缺相 VS— 616G5 型通用變頻器電梯調速系統 通用變頻器 VS616G5 可直接控制交流異步電動機的電流，使電動機保持較高 的輸出轉矩；它適合用于各種應用場合，可以低速下實現平穩起動并且極其精確地運行，其自動 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 22 調整功能可使各種電動機達到高性能的控制。旋轉編碼器輸出 A、 B、兩相脈沖，當 A相脈沖超前 B 相脈沖 90176。旋轉編碼器將此脈沖輸出給 PG 卡， PG 卡再將此反饋信號送給 616G5 內部，以便進行運算調節。這時同步轉速下降，交 直 交變頻器的直流部分電壓升高，制動電阻的作用就是 消耗回饋電能。其容量可選 1∶ 1 配置，即電動機容量和變頻器容量相等。 參數設計 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 23 參數設計的原則： （ 1） 減小啟動沖擊及增加調速的舒適感，其速度環比 例系數宜小些，而積分時間常數宜大些； 表 變頻器常用參數 參數 功用 A 組 確定控制模式 B 組 選擇運行功能 C 組 確定加減速時間和轉矩補償時間 D 組 選擇頻率 E 組 確定運行壓頻曲線 F 組 保護設置 H 組 確定偏差標準 （ 2）提高了運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊； （ 3）零速一般設計為 0Hz，速抱閘功能將影響舒適感； 變頻器其他常用參數可根據電網電壓和電機銘牌數據直接輸入，具體的設置見表 [14]； 表 安川 616G5 變頻器主要參數設 置表 參數 設定值 說明 A101 4 存取級別為： ADVANCED A102 3 帶 PG 的矢量控制 B101 0 主速來自 D101 C101 3S 加速時間為 3S C102 3S 減速時間為 3S C201 加速開始時的 S曲線特性時間 C202 加速完成時的 S曲線特性時間 C203 減速開始時的 S曲線特性時間 C204 減速完成時的 S曲線特性時間 C501 5 速度環比例，舒適感不好時在 5~40S 間調整 C502 1S 速 度環積分，舒適感不好時在 ~5S 間調整 D102 50Hz 快車速度 D103 6Hz 爬行速度 D109 10Hz 慢車速度 E101 380V 輸入電壓 E104 50Hz 最高輸出頻率 E105 380V 最大電壓輸出 E201 電動機額定電流（按電動機銘牌輸入） 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 24 E204 6 電機極數（按電動機銘牌輸入） H201 37 變頻器輸出端子 910 為運轉中 2 H305 1F 選 D102 不選端子 16 輸入 L304 0 失速防止無效 L601 4 過轉矩檢出動作選擇 L603 10S 過轉矩檢出時間 L604 4 過轉矩檢出動作選擇 2 L605 200 過轉矩檢出標準 2 L606 2S 過轉矩檢出時間 2 L801 1 制動電阻過熱 L805 1 輸入缺相 L807 1 輸出缺相 F101 600 PG 脈沖數 F105 1/0 編碼器方向錯時更改 變頻器自學習功能的應用方法 為了使變頻器工作在最佳狀態，在完成參數設置后，需使變頻器對所驅動的電動機進行自學習，而 616G5 就具有曳引機參數自學習的功能 ，其方法是：將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關參數，變頻器將根據識別到的結果調整控制算法中的有關參數。在最大載重下，電梯上升所需曳 引功率為 P2： P2=[(W1+W2+W3)g+F1]*V 其中 F1=(W1+W2+W3)g+δ為摩擦力，δ可忽略不計。 ）179。 變頻器制動電阻參數的計算 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 25 由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產生再生能量，所以變頻調速裝置應具有制動 功能。 U2D/RZ=179。 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 26 第四章 PLC 的選擇及其硬件開發 電梯控制系統硬件由轎廂操縱盤、廳門信號、 PLC、變頻器、調速系統構成，控制系統結構圖如圖 所示。此外系統還必須配置制動電阻，當電梯減速運行時，電動機處于再生發電狀態，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。其主要功能是：根據登記的內選與外呼信號和轎廂的位置關系，確定運行方向；當電梯將要到達所需停站的樓層時，給曳引電動機減速信號，使其換速；當平層停車后，發出信號以消去已應答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當前位置，選層器種類較多，通常分為三大類，即機械選層器、繼電器選層器和微機選層器。 2）利用穩態磁保開關。 旋轉編碼器是一種 旋轉式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉動，用以測量轉動量（主要是轉角），并把它們轉換成數字形式的輸出信號。 可編程 控制器（ PLC）的選型 根據以上選擇的轎廂樓層位置檢測法，要求可編程控制器必須具有高數計數器，綜合考慮后，系統選擇了日本三菱公司生產的 FX2N系統 PLC。 4） FX2N的編程可用編程器，也可以在 PC機上使用三菱公司的專用編程軟件包 MELSE 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 28 MEDOC 來進行。 PLC 控制系統硬件開發 電梯 PLC 的控制系統和其他類型的電梯控制系統一樣主要由信號控制系統和拖動控制系統兩部分組成。電梯信號控制系統如圖 所示，輸入到 PLC 的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有 /無司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器、光電脈沖、開關門及限位信號、門區和平層信號等。 ④待客自動開門，當電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應能自動開門迎客。 ⑥按鈕開門。 ⑧自動定向，當轎廂內操縱盤選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應能按先入為主的原則，自動確定運行方向。 ⑩自動返基站。 ①單轎廂下集選控制：登記所有轎廂和廳門下行召喚；轎廂上行時，只答應轎廂召喚，直至最高層；自動改變運行方向為下行，應答廳門下行召喚。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。同理，制動曲線也可按此方法調整。 5）減速及平層控制 電梯的工作特點是頻繁起制動，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準確平層，即“無速停車抱閘”，不要出現爬行現象或低速抱閘，即直接停止，要做到這一點關鍵是準確發出減速信號，在接近層樓面時按距離精確的自 動矯正速度給定曲線。 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 34 第五章 系統軟件開發 在電梯控制中，有大量的邏輯信號需要處理，這部分工作是由 PLC 來完成的，系統軟件根據運行要求及保護要求由 PLC 來實現邏輯控制。為滿足處于響應呼叫就緒狀態這。電梯在三種工作狀態之間來回切換，構成了完整的電梯工作過程。 不論哪種方式產生的減速命令，由于負載的變化、電網波動、鋼絲繩打滑等，都會使減速過程不符合平層技術要求，為此一般在離層樓 100~200mm 處需設置一個平層矯正器，以確保平層的長期準確性。 圖 速度運行曲線 在 0~t3 時間內加速啟動階段，其中 0~t1 和 t2~t3 時間內為拋物線速度曲線，在 t1~t2時間內為直線速度曲線； t3~t4 時間內為穩速運行階段； t4~T 時間內為減速制動階段。同理，增加 S 曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。加速斜率是以速度給定從 0 加速到 1000 轉 /分所需要的時間來定 義的。 系統采用全集選操作方式。 3）電梯操作方式 單臺電梯的操作方式有手柄操縱控制、按鈕控制、信號控制和集選控制等。 ⑨呼梯記憶與順向截停。 光電脈沖 拖動控制系統 安全保護信號 輸入接口 PLC 輸出接口 呼梯信號指示 樓層顯示 運行方向指示 呼梯鈴 開關門控制 開關門信號 門區或平層信號 運行控制信號 內指令信號 號 外指令信號 運行方式選擇 安全裝置 井道裝置 轎廂操縱盤 廳外呼梯 指層器 調整器 拖動控制 PC 主機 CPU 存儲器 輸入接口 輸出接口 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 30 ⑦內指令記憶。當完成全部轎廂內指令，又無 層外呼梯信號時，電梯應自動關門在調定時間內自動關閉轎廂照明。 ②電梯到位后，具有手動或自動開門關門功能。 系統控 制核心為 PLC 主機、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過 PLC 輸入接口送入 PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發出顯示信號，向拖動和門機控制系統發出控制信號。尤其是可用 PC 機對系統實時進行監控。 2） FX2N指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執行速度快。旋轉編碼器的轉軸直接與曳引電動機轉軸相連接，當電動機轉動時，編碼器輸出與轉角對應的脈沖數，通過累計脈沖數量可直接算出轎廂相應的位置行程，進而，算出電梯運行過程中轎廂所處層樓位置，確定換速點、提前開門區、平層停車點等 [18]。 3）利用旋轉編碼器。 位置檢測方法主要有如下幾種： 1）用于簧管磁感應器或其它位置開關。電梯運行過程中，轎廂所處樓層位置如何檢測， PLC 軟件如何根據給定的輸入信號及運行條件判斷或計算樓層數，是電梯正常運行的首要問題，是正確定向和選層換速的前提。 PLC 負責處理各種信號的邏輯關系，從而向變頻器發出起停信號，同時變頻器也將本身的工作狀態輸送給 PLC，形成雙向聯絡關系。 513/30≈ 最后，選用的制動電阻為 R=30(Ω )，功率為 P= [16]。 513/≈ (Ω ) 其中 UO為額定情況下變頻器的直流母線電壓，取 RZ≥ 30（ Ω ）由于制動電阻的工作不是連續長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。 由于采用變頻 調速，效率高。 k=002, W1=20xxkg, W2=1000kg, W3=2400kg, g=所以： P2=（ 600179。 變頻器容量計算 變頻器的功率可根據曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行計算。 變頻器結構及參數設計 VS616G5 變頻器共有 9 組參數，每一組參數的設計都具有特定的含義。 除 PG 卡和制動電阻外。 圖 、 B 兩相脈沖波形圖 VS616G5 用在電梯調速系統中時，還必須配置制動電阻。 當 A 相脈沖滯后于 B 相脈沖 90176。 變頻器的配置及容量選擇 VS616G5 變頻器用在電梯調速系統中時，必須配 PG 卡及旋轉編碼器，以供電動機測速及反饋。 %(10℃ ~+40℃ ) 模擬式指令 177。 V/F 控制 178。 VS— 616G5 型變頻器的標準規格如表 陽泉職業技術學院 —— 畢業設計說明書 21 表 VS— 616G5 型變頻器的標準規格 電壓 200V 400V 容量范圍 ~1100KVA ~460KVA 電 源 電壓頻率 200V：三相 200/200/208/220V 400V: 三相 380/400/415//460V 電壓允許變動 +10% 15% 頻率允許變動 177。 （ 2）有豐富的內藏與選擇功能。采用高性能 IGBT，載波頻率 20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態。 考慮以上各種因素，本設計選用安川 VS616G5 型全數字變頻器。最初通用變頻器僅用于風機、泵類負載的節能調速和化纖工業中高速纏繞的多機協調運行等，到目前為止，其應用領域得到了相當的擴展。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術，把功率電橋、驅動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構成了一種“智能電力模塊”（ Intelligent Module，IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結構，所以防電磁干擾能力強，保護電路