plc高層住宅電梯控制系統研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 感和電容平波電路來吸收脈沖電壓 （ 電流 ） 。一般通用型交流變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。 3. 控制電路 現在交流型變頻器基本采用 16 位、 32 位單片機或 DSP 為控制核心，從而實現全 數字化控制。 提供控制信號的回路稱為主控制電路 ， 控制電路由以下電路構成：頻率、電壓的運算電路，主電路的電壓、電流檢測電路，電動機的速度檢測電路。運算電路控制信號送至驅動電路以及逆變器和電動機的保護電路變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉拒控制、 PID 或其它方式。 4. 逆變電路 逆變電路同整流電路的作用相反。 高層住 宅電梯控制系統研究 9 逆變電路是將直流電變換為所要頻率的交流電，以所確定的時間使上橋、下橋的功率開關器件導通和關斷。從而可以在輸 出 端 U、 V、 W三相上得到相位互差 120176。電角度的三相交流 電 壓。 交流 變頻器的優 點 交流型變頻器之所以能廣泛用于交流電機的調速中，主要是由于其具備以下優點： （ 1） 交流型變頻器調速平滑 （ 2） 交流型變頻器調速范圍比較大 （ 3） 交流型變頻器調速效率高，能 量損失比較小 （ 4） 交流型變頻器啟動電流小 （ 5） 交流型變頻器運行平穩 （ 6） 交流型變頻器節能效果明顯 高層住 宅電梯控制系統研究 10 2 基于 PLC 的 高層 住宅 電梯總體設計 電梯的組成 現代電梯由機械系統和電氣系統兩部分組成。電氣系統又由電力驅動系統、電氣控制系統和安全保護系統三部分組成。如圖 是電梯結構圖。 1~7 感應器 9 上層感 應器 8 下層感應器 圖 電梯結構示意圖 電梯的機械系統部分由曳引系統、轎廂和門機系統、平衡系統、導向系統以及機械安全保護裝置等部分組成。 （ 1） 曳引系統：電梯曳引系統的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪組成。為了提高電梯的安全可靠性和平層精確度，在電梯的曳引機上一般裝有制動器。制動器是電梯機械系統的主要安全設施之一，它能使運行中的電梯轎廂和對高層住 宅電梯控制系統研究 11 重在系統斷電后立即抱閘，強制電梯停止，并在任何停車位置定位不動。而且，制動器直接影響著電梯的乘坐舒適感和平層精確度。 （ 2） 轎廂和門機系統：轎廂主要由轎廂體和轎廂架構成，分客梯轎廂、貨梯轎廂、病床梯轎廂和觀光梯轎廂、汽車梯轎廂和雜物梯轎廂等。高級電梯的轎廂底裝有機械和電氣的檢測裝置，可以檢測電梯的載荷情況。載荷情況轉化為電信號送到電氣控制系統，可以避免電梯在超載的情況下運行，減少事故發生。門機分為轎門和廳門。轎門由裝在轎頂部的自動開門機來開門和關門，也稱為自動門，以調速直流電動機或交流電動機為動力。廳門只能由轎門通過系合裝置帶動開門或關門，是被動門。門鎖裝置一般位于廳門內側，在門關閉后，將門鎖閉合，同時接通門機聯鎖電路。聯鎖電路 接通后電梯方能起動運行。除特殊需要外，嚴防從廳門外側打開廳門的聯鎖裝置。因此，門鎖裝置是電梯的一種安全設施。 （ 3） 平衡系統：由對重和補償裝置組成。對重是平衡轎廂重量的平衡重，與轎廂分別懸掛在曳引鋼絲繩的兩端。當提升高度超過 30 米時，曳引鋼絲繩的重量就不容忽視，需要以鐵鏈為主體的補償鏈來補償。 （ 4） 導向系統：由導軌、導靴和導軌架組成。在井道中確定轎廂與對重的相互位置，并對它們的運動起導向作用。 （ 5） 機械安全保護系統：電梯的運行必須保證安全，為此設置了機械安全保護裝置。機械安全保護系統包括制動器、限速器、 安全鉗、緩沖器等。限速器和安全鉗是防止轎廂或對重裝置意外墜落的安全設施之一。電梯中限速器與安全鉗總是成對出現和使用，它們是電梯中最重要的一道機械安全保護裝置。一旦電梯由于超載、打滑、斷繩、失控等原因，電梯轎廂超速向下墜落，限速器和安全鉗動作，將轎廂死死的卡在兩列導軌之間，起到安全保護作用。緩沖器設在井道坑底的地面上，若由于某種原因，當轎廂或對重裝置超越極限位置發生墩底時，用來吸收轎廂或對重裝置動能的制動裝置。 電梯的電氣系統 電梯的電氣系統由電力驅動系統、電氣控制系統和電氣安全保護系統組成。 高層住 宅電梯控制系統研究 12 （ 1） 電力驅動系統：由曳引電動機、速度反饋裝置 （ 旋轉編碼器 ） 、電動機調速裝置 （ 變頻器 ） 和電源系統等部分組成。電梯的電力驅動系統如圖 所示 圖 電梯電源系統圖 （ 2） 電氣控制系統：由操縱裝置、換速平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。操縱裝置即轎廂內及廳外的操縱按鈕。平層裝置是電梯到達預定停靠站時，自動平層停靠的信號裝置。 20 世紀 80 年代中期前，多采用永磁式干簧管傳感器作為開關元件。 20 世紀 80 年代中期以后，多采用雙穩態磁性開關作為換速平層器件。現在， 一 般采用光電傳感器。平層裝置必須與隔磁板或隔光板配合使 用。當轎廂按照指令進入平層區時，平層隔磁板或隔光 板插入感應器中，切斷磁回路或隔斷光線，接通或斷開電梯的控制回路，從而控制電梯自動平層、停車、開門。轎門內和廳門外上設有樓層顯示器，用于位置顯示，多采用七段碼顯示。 （ 3） 電氣安全保護系統：由門鎖系統、強迫減速開關、限位開關、稱重裝置、安全觸板或光幕等幾部分組成。強迫減速開關安裝 在轎頂。在電梯井道內的頂層和底層附近安裝上下打板。當電梯失控而“ 沖頂 ”或 “ 蹲底 ” 時，打板使開關動作而斷開，保證電梯有足夠的換速距離，防止轎廂越位。電梯中使用的限位開關有上下限位開關各一個 ，安裝在上下減速開關打板的后面。當減速開關一旦失靈未能使電梯減速、停止，轎廂越過端站的平層位置時，限位開關動作，迫使電梯停止運行。為了防止電梯發生超載事件，確保電梯安全，凡是有自動運行功能的電梯必須設置稱重裝置。裝有自動門機的電梯，在兩扇轎門之間安裝有安全觸板或光幕。當電梯在關門過程中，如果觸及安全觸板或遮擋光幕，電梯將重新開門，防止夾人。 高層住 宅電梯控制系統研究 13 控制系統硬件 開發 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。主要硬件包括 PLC 主機及擴展、機械系統、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統等。 設計思想 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。 內 指 令 信 號運 行 控 制 信 號運 行 方 式 選 擇 安 全 保 護 信 號外 指 令 信 號光 電 脈 沖開 關 門 控 制運 行 方 向 顯 示電 梯 信 號 顯 示樓 層 顯 示P L C輸入接口輸出接口關 門 信 號門 區 信 號拖 動 控 制 系 統圖 電 梯信號控制系統 1. 信號控制系統 電梯信號控制基本由 PLC軟 件實現。電梯信號控制系統如圖 ，輸入到 PLC 的控制信號有：運行方式選擇 （ 如自動 、檢修、消防運行高層住 宅電梯控制系統研究 14 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。 2. 電梯控制系統實現的功能 電梯的控制系統實現如下功能： 一臺電機控制上升和下降，各層設上 /下呼叫開關 （ 最頂層與起始層只設一只 ） 。電梯運行到位后，具有手動或自動開關門功能。利用指示燈顯示轎廂外召喚信號、轎廂內指令信號和電梯到達信號。 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，自動關門待客。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。 自動關門與提早關門 ： 在一般情況下，電梯停站 4S， 應能自動關門；在延時時間內，若按下關門按鈕，門將不經延時提前實現關門動作。 按鈕開門 ： 在開關過程中或門關閉后，電梯啟動前，將打開。 內指令記憶 ： 當轎廂內操縱盤上有多個選層指令時 ， 并能內指令記憶。當轎廂內操縱盤上有多個選層指令時，并能至調定時間，自動確定運行方向。按下操縱盤上開關按鈕，門電梯應能按順序停靠車門 。 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。自動換向，當電梯完成全部順向指令后，應能自動換向，應答相反方向的信號。 呼梯記憶與順向截停 ： 電梯在運行中應能記憶層外的呼梯信號，對符合運行方向的召喚，應能自動逐一停靠應答。 自動返基站 ： 當電梯設有基站時，電梯在完成全部指令后，自動駛回基站，停機待客。 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。在乘客電梯中幾乎全部采用集選控制方式。 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。 單轎廂全集選 控制 ：登記所有廳門和轎廂召喚；上行時順應答轎廂和廳門上召喚，直至最高層自動反向應答下行召喚和轎廂召喚。系統采用全集選操作方式。 高層住 宅電梯控制系統研究 15 4. 速 度 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。系統采用旋轉編碼器檢測轎廂位置，只要電梯一 運行，計算器就可以精確地確定走過的距離，到達與減速點相應的預制數時即可發出減速命令。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。 5. 給定曲線 為了滿足舒適感，提高運輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關鍵環節。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。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設計成由兩段拋物線 （ S 曲 線 ） 及一段直線構成，而這一曲線形狀的構成及改變，則是由加速度斜率及 S 曲線變化率決定的。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。其意義為加速度由 0 加速到 1000 轉 /分 所需要的時間。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。增大加速時間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。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。而 S 曲線變化率的變化，也可通過改變 S 曲線起始、終了加速時間來實現，系統采用的 FRE500 變頻器就具有 S 曲線加速時間設定功能，故將加速時間 和 S 曲線加速時間配合調整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調整。理想的電梯速度給定曲線如 圖 所示，圖中 a 為加速度， v 為速度。 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。減速制動階段速度曲線與加速起動階段相對稱。 高層住 宅電梯控制系統研究 16 VA`t 1 t 2 t 3t 4 t 5 t 6tvoaa 圖 速度運行曲線 I/O 點數分配 表 21 中間繼電器 M0~M6 選層信號通道 M67 檢修狀態信號通道 M10~M16 呼梯信號通道 M68 本層開門中間信號通道 M20~M25 上召喚信號登記通道 M69 消防員專用信號 M30~M35 下召喚信號登記通道 M70 平層中間繼電器 M40~M46 樓層位置信號通道 M71 上行前沿微分通道 M50~M56 轎內指令登記信號通道 M72 下行前沿微分通道 M57 上召喚直駛和反相信號 M73 人員進出紅外線通道 M58 下召喚直駛和反相信號 M74 消防上升沿微分通道 M59 上行順向截梯 M75 消防 下降沿微分通道 M60 下行順向截梯 M76 無司機啟動運行信號 M61 檢測定上向信號通道 M77 消防運行繼電器 M62 檢測定下向信號通道 M78 換速信號通道 M63 順向截梯 M79 關門信號通道 M64 反向截梯 M80 定上向信號通道 M65 電梯運行狀態 M81 定下向信號通道 M66 門連鎖信號狀態 M82~M84 高速計數器輸出通道 高層住 宅電梯控制系統研究 17 表 22 輸入輸出設備 序號 輸入設備 輸入點 輸出設備 輸出點 1 開門按鈕 X0 開門繼電器 Y0 2 關門按鈕 X1 關門繼電 器 Y1 3 開門限位開關 X2 上行繼電器 Y2 4 關門限位開關 X3 下行繼