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高层住宅电梯控制系统设计

2017-09-30 50页 doc 786KB 9阅读

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高层住宅电梯控制系统设计高层住宅电梯控制系统设计 本科生毕业设计(论文) 摘 要 电梯是垂直方向的运输设备,是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力,拖动一个可以载人或物的轿厢,在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动,在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高,要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。 本文设计一种电梯PLC控制系统。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器...
高层住宅电梯控制系统设计
高层住宅电梯控制系统 本科生毕业设计(论文) 摘 要 电梯是垂直方向的运输设备,是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力,拖动一个可以载人或物的轿厢,在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动,在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高,要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。 本文设计一种电梯PLC控制系统。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以西门子公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降;加、减速;平层;起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。本文在介绍电梯基本结构的基础上,阐述了电梯的拖动原理和控制原理,重点分析了电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上,设计出了软件流程图,提出了模块化编程思想,用梯形图编程实现了指层、厅召唤、选层选向等功能。最后采用西门子S7-200对电梯实现系统控制。 关键词:电梯;驱动系统;控制系统;PLC程序 I 本科生毕业设计(论文) Abstract This paper expounds a PLC control system of elevator. The elevator works as the vertical lift transport equipment, is indispensable in high-rise buildings. It can drag a car contains a person or thing relays on electrical power. It can also do vertical movement in the construction of the shaft rails. The elevator plays an important role in people's lives. The PLC to control elevator systems have become increasingly high demanding, requiring elevator reach the operational purposes on "steady, accurate, fast". The system is composed of PLC and logic control circuit. The design includes AC induction motors, relays, contactors, trip switches, buttons, LED indicators and frequency convertors. The paper combines them as an incorporate control system. The machine control unit controls the whole process of the machines using Siemens PLC programmable controller. The entire system controls the elevator lift; accelerating or decelerating; flat layer; starting and braking control through the PLC and logic control circuit. The structure is simple, high efficient, highly accurate landing, easy to understand and master. Based on the basic structure of the elevator, this paper expounds drag lifting and control theory .It mainly analyses how to realize and compile the control system by using PLC in the design of the elevator system. After the foundation of analyzing the software design method in elevator system. The paper designs the software flowchart and proposes modular programming ideas, and use ladder diagram programming to the functions of referring to the layers, hall calling and option of floors and derections. Finally, the design realizes the control system of the elevator by using Siemens S7-200 . Key words:elevator; drive system; control system; PLC procedure II 本科生毕业设计(论文) 目 录 第1章 绪 论........................................................................................................... 1 1.1 引言............................................................................................................ 1 1.2 选题的背景及意义.................................................................................... 1 1.3变压变频调速电梯特点............................................................................. 2 第2章 电梯的发展、规格参数及组成................................................................. 4 2.1 概述............................................................................................................ 4 2.1.1 电梯的作用..................................................................................... 4 2.1.2 电梯产品发展简史......................................................................... 4 2.1.3 电梯的运行工作情况..................................................................... 4 2.2电梯的主要参数及规格尺寸..................................................................... 5 2.2.1电梯的主要参数.............................................................................. 5 2.2.2对电梯参数和尺寸的规定.............................................................. 6 2.3电梯的组成部件......................................................................................... 6 第3章 电梯驱动系统的设计............................................................................... 10 3.1 电梯驱动系统.......................................................................................... 10 3.2 曳引机的选择.......................................................................................... 10 3.3 门系统电机的选择.................................................................................. 11 3.4 变频器的选择.......................................................................................... 12 3.4.1 通用变频器发展及前景概况....................................................... 12 3.4.2变频器的工作原理........................................................................ 14 3.4.3富士变频器简介............................................................................ 14 第4章 电梯控制系统的设计............................................................................... 17 4.1电梯的构造............................................................................................... 17 4.2电梯对控制信号的响应要求及其流程................................................... 18 4.2.1电梯对控制信号的响应要求........................................................ 18 4.2.2电梯的控制流程............................................................................ 18 4.3控制功能的选择....................................................................................... 19 4.4 PLC的分类 .............................................................................................. 21 4.5安全设置................................................................................................... 21 第5章 电梯控制系统软件设计........................................................................... 23 III 本科生毕业设计(论文) 5.1电梯的开关门控制................................................................................... 23 5.2层楼信号的产生与消除........................................................................... 28 5.3内选指令的登记与消除........................................................................... 28 5.4 电梯的运行规则...................................................................................... 29 5.5 I/O地址分配 ............................................................................................ 29 5.6主程序设计............................................................................................... 32 第6章 结论........................................................................................................... 39 参考文献................................................................................................................. 40 致 谢....................................................................................................................... 42 附录I...................................................................................................................... 43 附录II ..................................................................................................................... 49 IV 本科生毕业设计(论文) 第1章 绪 论 1.1 引言 电梯:elevator;lift;movingstaircase。一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称扶梯。 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。他站在装满货物的升降梯平台上,命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度,然后发出信号,令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是,升降梯并没有坠毁,而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全,先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到,这就是人类历史上第一部安全升降梯。 1889年12月,美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯,它采用直流电动机为动力,通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索,悬挂并升降轿厢。1892年,美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置,取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式,为操纵方式现代化开了先河。 中国最早的一部电梯出现在上海,是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年,党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯,天津从庆生电机厂荣接此任,四个月后不辱使命,顺利地完成了任务。十一届三中全会后,沐浴着改革开放的春风,我国电梯业进入了高速发展的时期。如今,在我国任何一个城市,电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利,也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。 1.2 选题的背景及意义 改革开放的30年来,我国经济得到了飞速的发展,城市化水平也得到了很大的提高,小高层、高层住宅也空前崛起,这从客观上导致了电梯行业的空前繁荣景象,所以研究电梯的驱动方式能更有效的促进电梯发展,同时也是我们自动化技术的一个重要研究内容。 1 本科生毕业设计(论文) 此次选题--高层住宅楼电梯控制系统设计符合本学科专业的发展,符合科技、 经济和社会发展的需要,解决理论或实际工作中的问题,并能理论联系实际,具有一定的科技、应用的参考价值。而且符合本专业的培养目标,基本达到科学研究和实践能力培养和锻炼的目的。随着我国经济持续稳定快速的发展,人们对生活质量的要求也越来越高,高层建筑迅速增加,电梯得到广泛的应用。在许多建筑物中,电梯已成为不可缺少的配套设施。作为建筑物内的交通工具,电梯给人们带来舒适、快捷的享受。电梯已然成为了人们日常生活中不可缺少的部分,所以此次的毕业设计研究高层住宅电梯驱动有很大的现实意义。 1.3变压变频调速电梯特点 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,可平滑地改变电动机的同步转速。但是根据电动机和电梯为恒转矩负载的要求。在变频调速时需保持电动机的最大转矩不变,维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要作出相应的调节。因此,其电动机的供电电源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。 (1)变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类。交-交变频器。交交变频调速系统是一种不经过中间直流环节,直接将较高固定频率的电压变换为频率较低而可变输出电压的变频调速系统。其每一相均由两组(正、负组)三相全波变流器反并联构成。通过改变正、负两组整流器触发角的频率,即可改变输出电压的频率;改变输出电压比k值,即可改变输出电压值。交交变频器通过两组反并联的晶闸管交替工作来产生一相低频的交流电压供给负载,存在环流问题。在可逆直流传动中采用的工作方式(如逻辑无环流、错位无环流、可控环流)一般在交交变频器中均可适用。交交变频器的主电路及基本控制部分可采用直流传动的相同组件和技术。交-直-交变频器。变频器原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。交-直-交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。 (2)PWM控制器目前电梯用VVVF调速系统大多采用脉宽调制控制器PWM。它按一定的规律控制逆变频器中功率开关元件的通与断,从而在逆变器的输出端获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波,用来近似等效与正弦波。 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么 2 本科生毕业设计(论文) 完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 (3)低中速VVVF电梯拖动系统VVVF电梯的驱动部分是其核心,也是与定子调压控制方式的主要区别之处。VVVF驱动控制部分由三个单元组成:第一单元是根据来自速度控制部分的转矩指令信号,对应该供给电动机的电流进行运算,产生出电流指令运算信号;第二单元是将数/模转换后的电流指令和实际流向电动机的电流进行比较,从而控制主回路转换部分的PWM控制器;第三单元是将来自PWM控制部分的指令电流供给电动机的主回路控制部分。 3 本科生毕业设计(论文) 第2章 电梯的发展、规格参数及组成 2.1 概述 2.1.1 电梯的作用 在我国,电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备,手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。 随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高,建筑业得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起,十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到,随着社会的发展,电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样,成为重要的运输设备之一。 2.1.2 电梯产品发展简史 据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后,1858年美国研制出以蒸汽机为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯,这种液压梯至今仍为人们所采用。但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。 我国电梯的使用历史悠久。80年代中期以来,随着我国对外开放,对内搞活经济的政策深入贯彻执行,随着技术引进工作的进一步开展,在国内建立一批合资和独资电缆生产厂,使我国的电梯工业又取得巨大的发展,我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造,随着采用新标准生产的电梯批量推向市场,技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展,电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。 2.1.3 电梯的运行工作情况 电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯,起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼,终点站设在最高楼,设在一楼的起点站常作为基站。起点站和终点站之间的停靠站称为中间站。 各站的厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触 4 本科生毕业设计(论文) 钮。一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮,中间层站的召唤箱上各设置两只按钮或触钮。对于无司机控制的电梯。在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢内都设置有(杂物电梯除外)操纵箱,操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮,供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮,操纵箱上的按钮或触钮称为内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号。内指令按钮或触钮发出的电信号称为内指令信号。80年代中期后,触钮已被微动按钮所取代。 作为电梯基站的厅外召唤箱,除设置一只召唤按钮或触钮外,还设置一只钥匙开关,以便下班关闭电梯时,司机或管理人员把电梯开到基站后,可以通过专用钥匙扭动钥匙开关,把电梯的厅轿门关闭妥当后,自动切断电梯控制电源或动力源。 电梯的运行工作情况和汽车有共同之处,但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作,而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂,因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高,一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令,电梯就能自动关门、定向、起动、加速,在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度比较高的电梯,司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号,电梯便能够依次起动和停靠,依次完成任务。 尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方,但仍有许多共同之处,其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车,在起点站和终点站之间往返运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时,电梯到站能自动平层停靠开门接客。而载货电梯的运行工作情况下则类似卡车,执行任务为一次性的,司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务,当一个指令任务完成后才达另一个任务。在执行任务的过程中,从一个层站出发到另一层站时,假若中间层站出现指令信号,一般都不能自动停靠,所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。 2.2电梯的主要参数及规格尺寸 2.2.1电梯的主要参数 1)额定载重量(kg):制造和设计规定的电梯载重量。 2)轿厢尺寸(mm):宽×深×高。 3)轿厢形式:有单或双面开门及其它特殊要求等,以及对轿顶、轿底、轿壁的处理,颜色的选择,对电风扇、电话的要求等。 4)轿门形式:有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门 5 本科生毕业设计(论文) 等。 5)开门宽度(mm):轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 6)开门方向:人在厅外面对厅门,门向左方向的为左开门,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,也称为中分门。 7)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的运行速度。半绕2:1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。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):凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 11)提升高度(mm):由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。 12)顶层高度(mm):由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快,顶层高度一般越高。 13)底坑深度(mm):由层底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)井道深度(mm):由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。 15)井道尺寸(mm):宽×深。 2.2.2对电梯参数和尺寸的规定 为了加强对电梯产品的管理,提高电梯产品的使用效果,国家曾于1974年颁布了JBI435-74、JBI816-74、JB/Z110-74等一批电梯产品的部标准。 电梯的主要参数是电梯制造厂和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。 2.3电梯的组成部件 电梯是一种复杂的机电产品,一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成。 1.机房 机房位于电梯井道的最上方或最下方,用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。 6 本科生毕业设计(论文) 当机房设在井道底部时,称为下置式曳引方式。由于此种方式结构较复杂,钢丝绳弯折的次数较多,缩短了钢丝绳的使用期限,增加了井道承重,且保养困难,所以一般不采用,只有机房不可能设在井道顶部时才采用。相反,机房上置式曳引方式因设备简单,钢丝绳弯折次数少,成本低,维护简单等特点,最为普遍采用。如果机房既不可能设在井道底部,也不能设在顶部时,可考虑选用液压式电梯,即机房侧置式。 机房结构必须坚固,防震和隔音,有足够的面积,、高度、承重能力和良好的通风条件,而且室内经常保持有适度的照明亮度,保持干燥清洁等。通常有如下的规定: 1)面积一般至少为井道侧面积的2倍以上,对交流电梯,一般为2,2.5倍;对直流电梯,一般为3,3.5倍。 2)高度指机房地面至顶板的垂直距离。对客梯、病房梯,一般为2.2,2.8m以上;对货梯,一般为2.2,2.4m以上。 3)承重能力。机房的地板要求能承重6kPa(杂物梯为4kPa)的均部载荷。在曳引机安装的上方,应设吊钩用于维修。钩的承重能力如下:对额定载重量500,3000kg的电梯,应大于2000kg;对额定载重量5000kg的电梯,应大于3000kg。 4)对于机房的设置有以下3种方式:机房下置式、机房上置式和机房侧置式。 (1)曳引机是电梯升降的动力源,由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成,通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置。按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱,又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。有齿轮曳引机采用涡轮蜗杆减速传动。 a)曳引电动机:根据梯形的不同,可分别采用笼型单速电动机、笼型双速电动机、笼型三速电动机或直流电动机。 b)电磁制动器:采用闭式双制动瓦块直流电磁制动器,电动机旋转时松闸,停止时制动,以保持轿厢位置不变。 c)曳引轮:具有V形、半圆形或带缺口的绳槽轮,靠摩擦力曳引起动。 d)盘车手轮:装在曳引电动机的后端轴上,供盘手时使用。 (2)控制柜该装置能发出指令,检测各机器的动作情况,并具有控制功能,从而使电梯能安全、稳妥、快速到达目的层。该装置由主电路接触器、管理继电器、控制继电器、时限继电器、半导体器等组装而成。因是精密设备,所以要防尘,并保持良好的通风,以维持规定电温度。 (3)限速器限速其为电梯限速保护装置,是重要的安全设备。当电梯超过额定速度或失控时(为额定速度的115%),限速器能发出电信号,自动切断控制电路。如果轿厢仍然继续高速下行,此时限速器则以机械方式操纵安全钳动作,将轿厢 7 本科生毕业设计(论文) 夹持在导轨上,阻止起继续下降,避免产生不良后果。 电梯上的限速器大多属于离心式限速器,由轮盘、开关、缆绳和夹钳装置构成,以旋转所产生的离心力反映电梯的运行速度,常见的有甩块式和甩球式两种。轴承、销部的磨损是误动作的主要原因,会降低安全装置的机能,故要经常检查。 2.轿厢与对重 (1)轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置,它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。 (2)对重又称平衡重,起到平衡轿厢的作用(但这种平衡是相对的和变化的)。对重与轿厢通过曳引绳的连接,利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。 3.厅门(层门) 厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置,只有在轿厢停层和平层时才被打开。 4.井道与井底设备 (1)曳引钢丝绳连接轿厢与对重,驱动轿厢上下运行。 (2)导轨使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。 (3)限速钢丝绳、张紧装置用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动,把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。 (4)补偿链由于轿厢升降,轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化,减轻电动机的负载,将轿厢与对重用补偿链连接起来,一般用于提升高度超过30m的电梯。 (5)终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成,终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器,它们是电梯安全保护的最后一道措施,设置在井道底坑中且正对轿厢和对重,起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。 主要组件:桥厢、悬吊系统、重量平衡系统、楼层开关、电机及调速器、控制盘、通讯系统。 8 本科生毕业设计(论文) 1—控制柜2—限速器3—门联动装置4—轿门5—轿厢底板6—楼层地面7—层门8—补偿绳9—张紧装置10—地坑11—缓冲器12—对重13—对重导轨14—轿厢导轨15—井道壁16—导靴17—导轨压板18—轿厢19—安全钳20—曳引绳端接装置21—曳引绳22—曳引机23—机房 图2.1 电梯结构示意图 9 本科生毕业设计(论文) 第3章 电梯驱动系统的设计 3.1 电梯驱动系统 电梯驱动系统是电梯的动力来源,它驱动电梯部件完成相应的运动,在电梯中主要有如下两个运动:轿厢的升降运动,轿门及厅门的开关运动。轿厢的运动由拽引电动机产生动力,经拽引传动系统进行减速、改变运动形式(将旋转运动改变为直线运动)来实现驱动,其功率在几千瓦到几十千瓦,是电梯的主驱动。轿门及厅门的开关则由开门电动机产生动力,经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动,其驱动功率较小(通常在200W以下),是电梯的辅助驱动。 3.2 曳引机的选择 拽引电机参数:载重,1000Kg,速度,1.5m/s,加速度,0.5m/s2, (1,),,KMV(1,0.5),1000,1.5p (3-1) ,,,14.7p,102102,0.5 根据以上参数的所需电机功率: 根据实际电动机额定功率系列,对照电机选型参数表,可选上海南洋电机YTDP270.20-4。该电机参数如下: 功率:15KW 电压:380V 频率:50HZ 级数:4 转速:1450r/min 电流:36A 自重:160Kg 10 本科生毕业设计(论文) 表3.1 电动机选型参数表 序型号 功额定额定极数 额定额定额定电动重量 号 率 电压 频率 转速 转矩 电流 机转 动惯SERTYPE POWRATERATEDNo.ORATEDRATERATEMOMENWEIG量 IALER DVOLFREQUFPOLSPEED DTORDCURTOFINHT No. TAGE ENCY ES UE RENT ERTIA kW V Hz r/min N.m A Kg.m2 kg 1 YTDP270.10-4 7.5 380 50 4 1450 49 20 0.06 150 2 YTDP270.15-4 11 72 26 0.09 160 3 YTDP270.15-4 15 100 36 0.09 160 4 YTDP270.20-4 18.120 42 0.12 190 5 5 YTDP335.16-4 22 143 45 0.25 220 6 YTDP335.16-4 25 162 51 0.25 220 7 YTDP335.16-4 30 195 62 0.25 220 8 YTDP270.15-6 7.5 6 960 73 21 0.09 160 9 YTDP270.20-64 11 107 29 0.12 190 10 YTDP270.20-4 12 122 33 0.12 190 11 YTDP335.16-6 15 146 35 0.25 220 12 YTDP335.16-6 18 180 43 0.25 220 13 YTDP335.22-6 22 215 51 0.28 240 14 YTDP335.16-4 25 244 58 0.35 270 3.3 门系统电机的选择 电梯门机控制系统要使电梯门开关动作时快速起、停、加速、减速,且运行平稳,到位准确。要实现这个目标,需解决好电机的选择问题,控制电路的选择及设计问题。 三相异步电动机原理:当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时,就 11 本科生毕业设计(论文) 产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于转子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 三相异步电动机的变频调速:变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流,直流,交流变频器和交流,交流变频器两大类,目前国内大都使用交,直,交变频器。 其特点: 效率高,调速过程中没有附加损耗; 应用范围广,可用于笼型异步电动机; 调速范围大,特性硬,精度高; 本方法适用于电梯门电机调速场合。 通过对三相异步电机的筛选,确定上海英皇激光科技有限公司的型号为YVP71-6-2.7N的三相异步电动机作为此次设计的电梯门电机使用电机。该电机技术参数如下: 额定功率: 80W 额定电压: 220V 额定电流: 0.65A 额定转速: 930r/min 额定频率: 50HZ 3.4 变频器的选择 3.4.1 通用变频器发展及前景概况 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能 12 本科生毕业设计(论文) 控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 最初开发的变频器的根本目的并非为了节能,主要是交流传动代替直流传动,并满足过程化控制的要求。变频器技术是当今自动化技术中比较成熟、比较先进的技术,是电力技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。变频器的主要工作原理是:通过微电子器件、电力电子器件和控制技术,将供给电机定子的工频交流电源经过二极管整流成直流,再由IGBT等逆变为频率和电压都可调的交流电源,此电源再拖动电机和负载。 在网络化日益普及的今天,与普通的点对点硬线连接方式而言,通过高速通讯网络连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。另外,通过现场总线模块,不同型号的变频器以同一种编程语言和通讯来与不同功率段、不同型号的变频器进行组态,如功率、速度、转矩、电流、设定值等。 上世纪80年代外资变频器产品开始进入我国市场,随着我国经济的高速发展和人们节能环保意识的增强,90年代以来变频器在工业领域的应用越发普及,行业规模迅速扩大。在过去的20几年,我国变频器行业从起步阶段到目前正逐步开始趋于成熟,发展十分迅速。进入21世纪以来,我国中、低压变频器市场的增长速度超过了20%,远远大于近几年的GDP增长水平。2006年我国中、低压变频器市场容量已达76亿元左右。 随着国内对大规模变频装置的需求上升,高档变频产品的开发成功,变频器智能化的开发已经成为当务之急。我们的变频基本性能还没有达到相应的水准,市场还没有发育到这个程度。可喜的是,我们已经看到国内一些变频企业进行了有益的研发实践,一方面消化国外的先进技术,一方面尝试推出自己的变频标准。 随着市场的扩大和用户端需求的多样化,国内变频器产品的功能在不断完善和增加,集成度和系统化越来越高,并且已经出现某些专用变频器产品。另外,变频器的应用领域也在不断扩大。目前,我国变频器市场正处于一个高速增长的时期,在电力、有色金属、冶金、机械、建材等行业得到广泛应用。 因此,综合考虑变频器自身优势、行业及市场的发展速度、现状及潜力、良好的宏观环境,我国变频器行业的发展前景十分乐观。 13 本科生毕业设计(论文) 3.4.2变频器的工作原理 我们知道,交流电动机的同步转速表达式为: n,60f(1,s)/p (3-2) 式中:n为异步电动机的转速; f为异步电动机的频率; s为电动机转差率; p为电动机极对数。 由上式可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0,50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 3.4.3富士变频器简介 富士变频器是由取得环境管理系统ISO14001认证的工厂制造高性能和多功能的理想结合动态转矩矢量控制能在各种运行条件下实现对电动机的最佳控制。 动态转矩矢量控制动态转矩矢量控制是一种先进的驱动控制技术。控制系统高速计算电动机驱动负载所需功率,最佳控制电压和电流矢量,最大限度地发挥电动机的输出转矩。按照动态转矩矢量控制方式,能配合负载实现在最短时间内平稳地加减速。使用高速CPU能快速响应急变负载和及时检知再生功率,设有控制减速时间的再生回避功能,实现无跳闸自动减速过程。采用富士独自开发的控制方式,在0.5Hz能输出200%高起动转矩(22kW)。30kW以上时为180%。带PG反馈更高性能的控制系统使用PG反馈卡(选件)构成带PG反馈的矢量控制系统,实现更高性能、更高精度的运行。 速度控制范围:1:1200 速度控制精度:?0.02% 速度响应:40Hz 电动机低转速时脉动大大减小采用动态转矩矢量控制,结合富士专有的数字AVR,实现电动机低转速(1Hz)运行时的转速脉动比以前机种减小1/2以上。在电动机运行过程中常时进行自整定,常时核对电动机特性变化,实现高精度速度控制。第2电动机亦有自整定功能。1台变频器切换运行2台电动机时,保证2台电动机都能高精度运行。优良的环境兼容性采用低噪声控制电源系统,大大减小对周围传感器等设备的噪声干扰影响。标准装有连接抑制高次谐波电流的DC 14 本科生毕业设计(论文) 电抗器端子。连接选件EMC滤波器后,能符合欧洲EMC指令。标准设有风机、泵等最佳自动节能运行模式。 采用使电动机损耗降至最小的新控制方式,取得更好的节能效果。更方便使用的键盘面板,标准设有复写功能,能容易地将1台变频器的功能码数据复写至其他变频器。显示器标准可选择3种语言(中文、英文和日文),便于国内外配套使用。可简单地由键盘面板或外部接点信号进行点动(JOG)运行操作。使用延伸电缆选件(CBIII-10R-??),可简单地实行远方操作。完整的产品系列适应不同用途,提供两种系列,一般工业用的G11S系列和风机、泵用的P11S系列。G11S系列容量范围为0.2,315kW,风机、泵用P11S系列为7.5,400kW。机种规格齐全。符合国际标准(EC指令、TUV、UL/cUL)标准系列符合使用于欧洲地区、北美地区和加拿大地区的EC指令(CE标志)、TUV认证(2kW)、UL规格、cUL规格。适应各种环境的结构对22kW标准产品采用全封闭结构IP40,耐环境性能好。对22kW变频器,允许横向密集安装,节省控制盘的安装空间。另外对7.5kW,变频器的高度统一为260mm,使用多台不同容量的变频器时,安装盘设计容易。提供可选防水型IP65(7.5kW)和IP54(11,22kW),适用于食品机械、木工机械、化工机械等有粉尘和水份的环境。各种通信功能标准内装接口RS485,由此可由个人计算机向变频器输入运行命令和设定功能码数据等。设有万用DI/DO功能,变频器的输入/输出端子状态(接点信号的有无)能传送至上位机和受其监控,这样可简化FA系统。 可连接现场总线:Profibus-DP、Interbus-S、DeviceNet、ModbusPlus(选件)等。 丰富的实用功能,用于风机、泵等„„PID控制功能变频器风扇ON/OFF控制商用电切换顺序用于搬运、传送设备„可选择预先设定的16种速度运行程序运行(7步,每步最长6000s,可连续、单循环或单循环终速继续运行)无冲击瞬停再起动运行采用富士独自开发的变频器频率追踪(引入运行)功能,变频器能无冲击地再起动瞬停后正在旋转的电动机。 保护功能的充实能设定电子热继电器的热时间常数,因此电子热继电器能适用于各种电动机。设有输入缺相保护,防止电源断线损坏变频器。用PTC热敏电阻保护电动机。丰富的维护功能在键盘面板的LCD上能显示和确认变频器的运行状态、输入/输出信号状态和跳闸时的详细数据,由此较易进行异常原因分析和提出对策。 I/O端子检查功能主电路电容器寿命变频器负载率测定累计运行时间的记录、显示运行状态(变频器输出电流、散热板温度、消耗功率等)监视跳闸时详细数据的记其他各种有用功能标准装有(31.5kW)控制电源辅助输入电路,因此断开 15 本科生毕业设计(论文) 主电源时,能保持异常输出信号。接点输入控制端子(9点)、开路集电极晶体管输出(4点)、继电器输出(1点)等可根据用途任意设定其端子功能。 负载过大的场合,可选择变频器不跳闸继续运行(失速防止功能)或跳闸停止运行。G11S/P11S系列和机种所有机种(0.2~400kW)为统一的技术,便于用户构成各种应用系统。 根据以上的信息及选择电机的功率,本次设计选用富士FRN15LMIS-4C作为控制主电机的变频器,选用FRN5.5LMIS-4C作为控门电机的变频器。 图3.1变频器实物图 16 本科生毕业设计(论文) 第4章 电梯控制系统的设计 4.1电梯的构造 电梯是一种特殊的起重运输设备,它由轿厢及配重、拖动电动机及减速传动机械、井道以及井道设备、召唤系统及安全装置构成。轿厢是用于载人或物的部位,配重是用来改变电梯电动机负载的特性以及提高电梯的安全性而设置的。如图4.1所示为电梯拖动系统示意图,电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端,钢丝绳跨挂在曳引轮上,曳引轮经减速机构由电动机拖动,形成轿厢的上下运动。 图4.1 电梯拖动系统示意图 井道是指建筑中用于安装电梯并提供电梯运行的通道,轿厢以及配重都是在井道中运行的。井道在各层都设有门厅和呼梯设备。门厅有门厅门,厅门顶部装有层楼指示器,用于指示电梯的运行方向和电梯所在的位置。门厅里还有呼梯盒,其作用是在每一个层站召唤电梯。呼梯盒常安装在厅门外离地面1m高左右的墙壁上,基站与顶站只有一个按钮,中间层站有上行与下行两个呼梯按钮,按钮下面带有呼梯的记忆灯。基站的呼梯盒上还设有许多定位装置和安全设备。井道的顶部和底部还设有冲顶和蹲底的缓冲设备,用以确保电梯的运行安全。 17 本科生毕业设计(论文) 轿厢内的自动门机是用来实现电梯的开门及关门。电梯门分厅门及轿厢门,当电梯停靠在某一层时,这一层的厅门在轿厢门的带动下开启或关闭。电梯的操纵箱也安装在轿厢内,供司机和乘客对电梯发布操作的命令。上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮(带有内选记忆指示灯)、上下行启动按钮(带有上下行记忆指示灯)、开关门按钮、急停按钮、风扇、照明、层楼指示灯的控制开关、电梯运行状态选择钥匙开关等。 4.2电梯对控制信号的响应要求及其流程 4.2.1电梯对控制信号的响应要求 (1)当在轿厢内按下关门按钮时,电梯门自动关闭并进行锁保护,电梯门锁上以后电梯将自动启动并运行。 (2)当电梯到达指定的楼层后,电梯自动停止运行,并且自动开门,随后电梯延时自动关门,等待厅外召唤。 (3)电梯运行时只响应和电梯运行方向相同的厅外召唤。 (4)当电梯到达顶层或底层时,自动停止并且改换方向。 (5)电梯接受轿厢内外的每一个呼叫按钮的呼叫命令,进行自动登记和记忆,当任务完成后,其自动消除记忆。 (6)电梯的楼层门厅和轿厢的内部都有电梯运行情况的显示。 (7)当电梯接受到多个信号时,采用第一个信号来进行运行方向的定向,先响应现在电梯的运行方向的呼叫,一个方向的任务执行完后再换向执行下一个方向。 (8)当执行完一个方向的任务要进行换向时,根据最远站换向原则来进行运行方向的转换。 (9)当电梯进行维修时,要将所有楼层的电梯门关闭,以防止行人误入。 4.2.2电梯的控制流程 当电梯接收到来自厅外的召唤时,自动的进行定向,并且电动机M1高速运行到达指定楼层,当到达指定楼层后电动机M1减速,以低速运行至停层位置,当到达停层位置后,电动机M1反转控制电梯自动开门,此时厅内乘客由轿厢内出来,而厅外乘客也可进入轿厢内,当乘客进入轿厢后按下关门按钮SB2,门厅自动关门。如图4.2所示 18 本科生毕业设计(论文) 厅外召唤楼层 自动定向 M1起动,高速运行 N 是否到召唤楼层 Y M1换低速,低速运行 N 是否到达停层位置 M1反转,平层 M1停转,自动开门 开门过程减速 出N 乘客是否出门 门 门是否开到 进Y位 门 按下SB2 开门控制过程结束 自动关门 门是否关闭 图4.2电梯的控制流程 4.3控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速 度等特性的选择。 运算功能简单,PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通PLC 的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代数运算、数 19 本科生毕业设计(论文) 据传送等;大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现,目前在PLC中都已具有通信功能,有些产品具有与下位机的通信,有些产品具有与同位机或上位机的通信,有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发,合理选用所需的运算功能。大多数应用场合,只需要逻辑运算和计时计数功能,有些应用需要数据传送和比较,当用于模拟量检测和控制时,才使用代数运算,数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等,应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如TCP/IP),需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准,应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等;大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1:1冗余配置,通信总线应符合国际标准,通信距离应满足装置实际要求。 PLC系统的通信网络中,上级的网络通信速率应大于1Mbps,通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式:1)PC为主站,多台同型号PLC为从站,组成简易PLC网络;2)1台PLC为主站,其他同型号PLC为从站,构成主从式PLC网络;3)PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网;4)专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。 为减轻CPU通信任务,根据网络组成的实际需要,应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。 编程功能PLC的编程有离线编程和在线编程两种,设计时应根据应用要求合理选用。 离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本,但使用和调试不方便。在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU,主机CPU负责现场控制,并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期,主机就根据新收到的程序运行。这种 20 本科生毕业设计(论文) 方式成本较高,但系统调试和操作方便,在大中型PLC中常采用。 诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置,软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。 处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看,处理速度应越快越好,如果信号持续时间小于扫描时间,则PLC将扫描不到该信号,造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前,PLC接点的响应快、速度高,每条二进制指令执行时间约0.2,0.4Ls,因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足:小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/k;大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/k。 4.4 PLC的分类 PLC通常可以按结构特征以及输入输出点数的多少两种方法分类。 (1)按结构特征PLC可以分为整体式、模块式、整体模块混合式这三种类型。其中整体式的PLC一般都是小型或微型机,集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集中到一个机壳内。模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别做成模块,在应用中可以按需要对模块进行组装,而大、中型PLC一般都是模块式结构。整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内,当其中的输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。 (2)按输入/输出点多少PLC可以分为微型、小型、中型及大型机,微型PLC输入/输出点数小于128点;中型PLC输入/输出点数为128-512点;大型PLC输入/输出点数在512点以上。 4.5安全设置 电梯的运行可以分为自动运行状态、司机状态或检修状态,可以有一个转换触点来实现,三种运行状态为并行,三种状态中自动运行最为关键也最为复杂,并且电梯的运行并无明显状态步骤,不是顺序运行,所以设计时是以经验设计法为主,把控制电路分成几个部分,再合起来形成统一的流程图和梯形图。 电梯的安全保护很多,如冲顶与蹲底,断钢丝绳,轿厢内人员的跌落、逃生等保护,还有消防运行等多项。电梯的安全是电梯最重要的技术指标。电梯的安 21 本科生毕业设计(论文) 全设备有:安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关等,安全窗在轿厢的顶部,供应急情况下疏散乘客,当安全窗打开时,电梯不准运行.安全钳是为了防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置,用以在上述情况下将轿厢夹持在轨道上.限速器是检测电梯运行速度的装置,当电梯超速运行时,限速器动作,带动安全钳使电梯停止运行.极限开关、强迫换速开关是电梯限位安全装置,当电梯运行到上下极限位置时仍不停车,上下限开关动作,发出停车信号,若仍不能停车,将压下强迫停车开关,强制电梯停止运行,若还不能停车,将通过机械装置带动极限开关切断曳引电动机电源,以达到停车的目的,避免电梯出现冲顶或蹲底事故。 22 本科生毕业设计(论文) 第5章 电梯控制系统软件设计 5.1电梯的开关门控制 (1)电梯开门 ? 投入运行前的开门图5.1、5.2 将开关梯钥匙插入SA2内,旋至开梯位置,则中间继电器KA2得电吸合,其动合触点KA2(1-2)闭合,接通PLC电源,使PLC处于运行状态。 图5.1 电梯开门梯形图 23 本科生毕业设计(论文) 电梯投入运行前,位于基初始化脉冲继电器SM0.1 站,基站行程开关SQ5闭自动接通1个扫描周期 合 输入继电器I0.7得电 M0.1常开触点闭 合1个扫描周期 IO.7常开触点闭合 开门辅助继电器M10.0得 电 M10.0常开触点闭合 自锁 Q1.0开门继电器得电 KM9得电,则电梯自动开门 图5.2 电梯开门 ?电梯检修时开门图5.1、5.3在检修状态下,开关门均为手动控制,由开门按钮SB2 实施开门关门。 24 本科生毕业设计(论文) 按下开门按钮SB1 检修时,检修开关SA(1-2)闭合 输入继电器I0.2得电 输入继电器I0.3得电 I0.3动合触点闭合 I0.2动合触点闭合 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 Q1.0得电 KM9得电,实现检修开门 图5.3电梯检修时的开门流程图 ?电梯自动运行时停层开门图5.4。 ?电梯关门过程中重新开门图5.4在电梯关门过程中,若有人或物夹在两门中间,则 需重新开门。 25 本科生毕业设计(论文) 电梯停层时,到平层按下开门按钮SB1 位置,M14.0得电 输入继电器I0.3得电 M14.0动合触点闭合 I0.3动合触点闭合 M10.得电 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 M10.0动合触点闭合 Q1.0得电 Q1.0得电?KM9得 电,实现电梯开门 KM9得电实施重新开门 图5.4电梯自动运行以及关门过程中的重新开门流程图 ?呼梯开门图5.5电梯到达某层站后,如果没有人继续使用电梯,电梯将停 靠在该层站待命,若有人在该层站呼梯,电梯将首先开门,以满足用梯要求。 若3层有人呼梯,则I3.1动合触 例如电梯停在3层,则 点或I3.2动合触点闭合 Q1.6动合触点闭合 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 Q1.0闭合 KM9得电,电梯将开门 图5.5 电梯的呼梯开门流程图 26 本科生毕业设计(论文) ?若其他层站有人呼梯,电梯将首先定向,并启动运行,到达呼梯层站时再开门,此时开门是按停层开门处理的。 ?电梯自动运行时,M10.2得电, M10.2动断触点断开,使M10.0不能得电,进而使Q1.0不能得电,KM9不能得电,从而禁止开门。 (2)电梯的关门 ?电梯停用后的关门图5.6、5.7此时电梯到达基站,司机或乘客离开轿厢,电梯自动关门。司机将开关电梯钥匙插入SA2,旋到关梯位置,使KA2失电释放,PLC停止运行,电梯被关闭。 图5.6 电梯的关门梯形图 停站时间继电器T37延时结束时 T37动合触点闭合 M10.1得电 M10.1动合触点闭合 Q1.1得电 KM10得电,电梯自动关门 图5.7 电梯的关门流程图 27 本科生毕业设计(论文) ?自动运行时的关门:当电梯运行到某一楼层开门后,电梯内的停站时间继电器自动开始计时,当计时时间到后,其将会自动的关门。 ?停站时间未到时,也可通过关门按钮SB2(I0.4)实现提前关门图5.6。 5.2层楼信号的产生与消除 当电梯位于某一层时,指层感应器1KR-18KR,感应该楼层的信号,以控制层灯的状态,离开该层时,该楼层信号应被新的楼层信号(上一层或下一层)所取代。当层的层楼继电器是用上层或下层的层楼信号关断的。 例如:电梯由4层下降到3层图5.8 图5.8 电梯的层楼信号的产生与消除梯形图 5.3内选指令的登记与消除 乘客或司机通过操作轿厢的操纵盘上1-18层的选层按钮SB5-SB22,可以选择要去的楼层。选层信号被登记后,选层按钮下的指示灯HL1-HL18亮。当电梯到达所选的层楼后,该层楼的层楼辅助继电器得电,其动断触点断开,使该层内选辅助继电器失电,指示灯也熄灭,即内选信号被清除;另外,停靠在某层后,该层的内选信号不能被登记。 例如:若电梯停在2楼时,某乘客进入电梯后按下4楼的内选按钮SB8(I1.7)图5.9 28 本科生毕业设计(论文) 图5.9 电梯内选指令的登记与消除梯形图 5.4 电梯的运行规则 1.电梯启动前复位,即开机初试状态停在一层 2.电梯运行,从下往上需上到十一层即顶层才会改变方向向下 3.从上往下,需下到一层方可改变方向向上 4.当电梯开始运动,以加速度0.5m/s2的速度加速 5.若相隔距离远,则加速到最大速度1.5m/s作匀速运动,以目的层为参照,提前一层减速停止 6.若起点层与目的层在三层以内,则电梯在中间位置开始减速,此中间位置同时也是时间的中间点位置。 7.若电梯在以快速度运动,若电梯接收到在电梯运动方向相距一层发出的停止命令信号,则不响应 5.5 I/O地址分配 在操作厢上应有各层的选层按钮,18层共有18个,开关门操作厢需要2点输入,考虑到乘客的安全,电梯在门未关好的情况下禁止启动,对轿厢门及厅门的开关应设极限开关,需2点输入,为防止轿箱冲顶或蹲底,应设上行、下行限位,需2点输入,共需24个开关输入点。 井道内每层都应设置感应器,以便感知轿厢当前所在层,所以每层设一个楼 29 本科生毕业设计(论文) 层感应器,需18个感应器,为保证轿厢停靠时对层准确,在轿厢上设置了上平层感应器和下行层感应器两个感应器,用以感知停靠偏上还是偏下,当停层准确时,2个感应器均接通,共需用20点输入。 各门厅乘客召唤时,除底层和顶层只有一个召唤按钮外,其它各层均设上下两个召唤按钮,18层共需34个按钮。 轿厢无指令运行中停靠的层站,应设置一个基站输入点,其它还需要有门锁、自动、检修以及上、下行启动等输入点,共需6点。经以上分析,可知共需用78个输入端点。 控制电梯的上行、下行(即电机的正、反转)需2点输出。控制电梯高速、低速需2点输出。启动加速、3级制动减速共4点输出,开关门接触器2点输出,楼层指示灯18点输出,上、下行指示灯2点输出,上下呼记忆灯十八层共34个,楼层内选记忆指示共4个,输出部分共需68点输出。 表5.1I/O口分配 一层楼感应器 I0.0 十六层向下召唤按钮 I9.1 二层楼感应器 I0.1 十七层向下召唤按钮 I9.2 三层楼感应器 I0.2 十八层向下召唤按钮 I9.3 四层楼感应器 I0.3 门打开感应器 Q0.0 五层楼感应器 I0.4 一层指令指示灯 Q0.1 六层楼感应器 I0.5 二层指令指示灯 Q0.2 七层楼感应器 I0.6 三层指令指示灯 Q0.3 八层楼感应器 I0.7 四层指令指示灯 Q0.4 九层楼感应器 I1.0 五层指令指示灯 Q0.5 十层楼感应器 I1.1 六层指令指示灯 Q0.6 十一层楼感应器 I1.2 七层指令指示灯 Q0.7 十二层楼感应器 I1.3 八层指令指示灯 Q1.0 十三层楼感应器 I1.4 九层指令指示灯 Q1.1 十四层楼感应器 I1.5 十层指令指示灯 Q1.2 十五层楼感应器 I1.6 十一层指令指示灯 Q1.3 十六层楼感应器 I1.7 十二层指令指示灯 Q1.4 十七层楼感应器 I2.0 十三层指令指示灯 Q1.5 十八层楼感应器 I2.1 十四层指令指示灯 Q1.6 超载开关 I2.2 十五层指令指示灯 Q1.7 关门感应器 I2.3 十六层指令指示灯 Q2.0 上人感应器 I2.4 十七层指令指示灯 Q2.1 30 本科生毕业设计(论文) 一层轿内指令按钮 I2.5 十八层指令指示灯 Q2.2 二层轿内指令按钮 I2.6 一层上召唤指示灯 Q2.3 三层轿内指令按钮 I2.7 二层上召唤指示灯 Q2.4 四层轿内指令按钮 I3.0 三层上召唤指示灯 Q2.5 五层轿内指令按钮 I3.1 四层上召唤指示灯 Q2.6 六层轿内指令按钮 I3.2 五层上召唤指示灯 Q2.7 七层轿内指令按钮 I3.3 六层上召唤指示灯 Q3.0 八层轿内指令按钮 I3.4 七层上召唤指示灯 Q3.1 九层轿内指令按钮 I3.5 八层上召唤指示灯 Q3.2 十层轿内指令按钮 I3.6 九层上召唤指示灯 Q3.3 十一层轿内指令按钮 I3.7 十层上召唤指示灯 Q3.4 十二层轿内指令按钮 I4.0 十一层上召唤指示灯 Q3.5 十三层轿内指令按钮 I4.1 十二层上召唤指示灯 Q3.6 十四层轿内指令按钮 I4.2 十三层上召唤指示灯 Q3.7 十五层轿内指令按钮 I4.3 十四层上召唤指示灯 Q4.0 十六层轿内指令按钮 I4.4 十五层上召唤指示灯 Q4.1 十七层轿内指令按钮 I4.5 十六层上召唤指示灯 Q4.2 十八层轿内指令按钮 I4.6 十七层上召唤指示灯 Q4.3 开门按钮 I4.7 二层下召唤指示灯 Q4.4 关门按钮 I5.0 三层下召唤指示灯 Q4.5 一层向上召唤按钮 I5.1 四层下召唤指示灯 Q4.6 二层向上召唤按钮 I5.2 五层下召唤指示灯 Q4.7 三层向上召唤按钮 I5.3 六层下召唤指示灯 Q5.0 四层向上召唤按钮 I5.4 七层下召唤指示灯 Q5.1 五层向上召唤按钮 I5.5 八层下召唤指示灯 Q5.2 六层向上召唤按钮 I5.6 九层下召唤指示灯 Q5.3 七层向上召唤按钮 I5.7 十层下召唤指示灯 Q5.4 八层向上召唤按钮 I6.0 十一层下召唤指示灯 Q5.5 九层向上召唤按钮 I6.1 十二层下召唤指示灯 Q5.6 十层向上召唤按钮 I6.2 十三层下召唤指示灯 Q5.7 十一层向上召唤按钮 I6.3 十四层下召唤指示灯 Q6.0 十二层向上召唤按钮 I6.4 十五层下召唤指示灯 Q6.1 十三层向上召唤按钮 I6.5 十六层下召唤指示灯 Q6.2 31 本科生毕业设计(论文) 十四层向上召唤按钮 I6.6 十七层下召唤指示灯 Q6.3 十五层向上召唤按钮 I6.7 十八层下召唤指示灯 Q6.4 十六层向上召唤按钮 I7.0 关门继电器 Q6.5 十七层向上召唤按钮 I7.1 开门继电器 Q6.6 门合上感应器 I7.2 运行指示灯 Q6.7 二层向下召唤按钮 I7.3 蜂鸣器 Q7.0 三层向下召唤按钮 I7.4 上方向指示灯 Q7.1 四层向下召唤按钮 I7.5 下方向指示灯 Q7.2 五层向下召唤按钮 I7.6 上行接触器 Q7.3 六层向下召唤按钮 I7.7 下行接触器 Q7.4 七层向下召唤按钮 I8.0 减速接触器 Q7.5 八层向下召唤按钮 I8.1 a七端码层楼显示 Q7.6 九层向下召唤按钮 I8.2 b七端码层楼显示 Q7.7 十层向下召唤按钮 I8.3 c七端码层楼显示 Q8.0 十一层向下召唤按钮 I8.4 d七端码层楼显示 Q8.1 十二层向下召唤按钮 I8.5 e七端码层楼显示 Q8.2 十三层向下召唤按钮 I8.6 f七端码层楼显示 Q8.3 十四层向下召唤按钮 I8.7 g七端码层楼显示 Q8.4 十五层向下召唤按钮 I9.0 5.6主程序设计 32 本科生毕业设计(论文) 33 本科生毕业设计(论文) 34 本科生毕业设计(论文) 35 本科生毕业设计(论文) 36 本科生毕业设计(论文) 37 本科生毕业设计(论文) 38 本科生毕业设计(论文) 第6章 结论 在本次的毕业设计中将交流异步电动机、行程开关、按钮、发光指示器和PLC I/O接口组合成下个完整的控制系统,在软件上采用模块的设计法,将楼层及轿厢内外呼叫请求、平层检测及开关门、控制电梯升降、电梯运行状态指示控制等分解成模块,然后争对各个模块进行程序的编写,最后再进行汇总,如此使得系统程序更加的清晰明了,并且易于修改。并且在整个系统中通过PLC、逻辑控制电路来对电梯的升降、加减速、平层、起动、制动等进行控制。使其结构更加的简单、运行率更高、平层精度也更高。 本论文遵循高层住宅电梯控制系统设计的一般规律和原则,在设计中根据实际电动机额定功率系列,对照电机选型参数表,选上海南洋电机YTDP270.20-4。本次设计选用富士FRN15LMIS-4C作为控制主电机的变频器,选用FRN5.5LMIS-4C作为控门电机的变频器。针对此次的毕业设计我采用了西门子S7-200系列PLC,根据七层七站交流双速电梯的控制要求,选用了S7-200类型中的CPU226(AC/DC/RLY)型,为了满足系统I/O点要求,需要对其进行扩展,选用EM223。根据本次设计对电梯的要求 载重,1000Kg,速度,1.5m/s,加速度,0.5m/s2。 39 本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1] 朱德文.智能控制电梯控制系统.北京:中国电力出版社.2007 [2] 陈恒亮.可编程控制器控制电梯.北京:国防工业出版社.2008 [3] 朱德文.电梯设计.北京:中国电力出版社.2005 [4] 张琦.现代电梯构造与使用.北京:清华大学出版社.北京交通大学出版 社.2004 [5] 白玉岷.电梯安装调试及运行维护.北京:机械工业出版社2010 [6] 梅洪元.高层建筑与电梯.北京:中国建筑工业出版社.2009 [7] 朱德文.电梯施工技术.北京:中国电力出版社.2005 [8] 常国兰.电梯自动控制技术.北京:机械工业出版社.2008 [9] 弭洪涛.PLC应用技术.北京:中国电力出版社,2004 张福恩.交流调速电梯原理、设计及安装维修.北京:机械工业出版社.1999 [10] [11] 张汉达.现代电梯控制技术.北京:哈尔宾工业大学出版社.2001 [12] 钱平主.交直流传动系统.北京:高等教育出版社.2001 [13] 顾战松.可编程控制器原理与应用.北京:国防工业出版社.1996 [14] 廖常初.PLC编程及应用.北京:机械工业出版社,2004 [15] 田叔珍.可编程序控制器原理及应用.北京:机械工业出版社,2005 [16] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用.北京:电子工业出自版社,2004 [17] 陈立定.电气控制与可编程序控制器.广州:华南理工大学出版社,2001 [18] 陈定立.PLC分析与应用.北京:电子工业出版社,2004 [19] 吴中俊.可编程序控制器原理及应用,北京:机械工业出版社,2005 [20] 王本轶.机电设备控制基础.北京:机械工业出版社,2005 [21] 郑凤翼,金沙.图解西门子S7-200系列PLC应用88例.北京:电子工业出版 社,2009 [22] 吴晓君,杨向明.电气控制与可编程控制器应用.北京:中国建材工业出版社, 2004 [23] 龙志文.SIMATIC S7 PLC 原理及应用.北京:机械工业出版社,2007 [24] 何献忠.可编程序控制器应用技术.北京:清华大学出版社,2007 [25] 郑凤翼.图解PLC控制系统梯形图和语句表.北京:人民邮电出版社,2006 [26] 吴中俊.可编程序控制器原理及应用,北京:机械工业出版社,2005 [27] Proc(ofIntemationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems(1997: 40 本科生毕业设计(论文) 519—523 [28] HerbertWeh(TransversalFlowMachineinAccumulatorArrangement [P](UnitedStatesPatent5,051,641,1991 [29] AlanJMitcham(ElectricalMachine[P](UnitedStatesPatent5, 973,436,1999 41 本科生毕业设计(论文) 致 谢 时间如梭,我的大学生活转眼就要结束了,这将是我人生中最重要的学习时间,在离开之际我要感谢那些帮助过我的老师和同学们。 在毕业设计期间,无论是确定设计选题、收集资料等方面都得到了赵立辉老师的全力帮助和耐心指导。在此,特向我的指导老师赵老师及在毕业设计给予我帮助的各位老师表示衷心的感谢~在大学的校园里,我不仅学到了丰富的专业知识,也学到了终身受用的学习知识和积极的工作生活态度,通过对课程的学习和与相关专业老师的沟通,使我深感机会难得,获益匪浅。各位老师的悉心授课使我对自己的专业有了更多、更丰富的认识,为今后的学习和工作打下了坚实的基础。 在这期间再次感谢诸位老师悉心的指导,感谢和我身边的同学给予我的帮助。此次设计作为我的毕业设计,设计及论述过程中难免有错误和不妥之处,敬请各位老师和同学批评指正。 在此,我要谢谢我所有的老师和同学以及我的母校辽宁工业大学,我会带着这份美好的回忆勇敢的踏上自己新的人生之路,为自己、周围的人和整个社会贡献自己的一份力。 42 本科生毕业设计(论文) 附录43 外文资料 Frequency Variation Speed Control The electrical machinery exchange frequency conversion velocity modulation technology is the electricity saving the improvement technical process improves the product quality and the improvement environment the impetus technology advancement one main method now The frequency conversion velocity modulation by its outstanding velocity modulation and the braking quality the high efficiency the high power factor and the electricity saving effect the widespread applicable scope and other many merits by the domestic grandfather was thought most has the development future velocity modulation way. The electrical transmission control system usually by the electric motor the control device and the information installs 3 parts to be composed the electrical transmission relates uses the electric motor by to save the electrical energy and to control the machinery reasonably the operating condition the realization electrical energy - mechanical energy transformation achieves the high production the low consumption goal high quality. The electrical transmission divides into does not modulate velocity and modulates velocity two big kinds the velocity modulation is divided the exchange to modulate velocity and to direct current modulates velocity two ways. The variable speed motor directly does not supply power by the electrical network But the machinery which does not modulate velocity along with electric power electronic technology development this kind of original manuscript more and more many changes to the velocity modulation transmission by to save the electrical energy The improvement product quality enhances the output Therefore the velocity modulation transmission is an important profession already obtained the country to take at present had certain scale. In recent years exchanged in the velocity modulation most to be active to develop quickest is the frequency conversion velocity modulation technology the frequency conversion velocity modulation is exchanges the velocity modulation foundation and the branch content. The last century transformer appearance causes the change voltage to become very much easy thus has accomplished a huge electric power profession. Since long ago the alternating current frequency always is fixed, the 43 本科生毕业设计(论文) frequency conversion velocity modulation technique appearance causes the frequency to become may the full use resources. The alternating frequency conversion velocity modulation technique obtained the thrapid development in 20 century. This related with some crucial technical which gain unprecedented progress, they are Motor vector control technique, Direct torque control technique, PWM technique, Entire numerical control technique and self-setting technique which based on microcomputer and large scale integrated circuit, and so on. 1) Vector Control Technique Vector transformation control technique is a one kind of new control thought and control theory which posed by SIEMENS CO. in 1971.It is realizing the stator current excitation component and the torque component solution lotus root by rotor magnetic field direction detection, and vector transformation, achieved the goal that separately control the motor flux linkage and the electric current, as a result, obtain finely static, dynamic performance. Until now, the vector control technique has obtained the considerable development, and also obtained the widespread application. 2) Vector Control Without Velocity Generator Technique Vector control without velocity generator technique abolish the problems that the environment compatibility、install and maintenance bring on, reduce the cost, enhance the system reliability, at the same time, union vector control, has the fine performance of vector control. The speed estimate method in vector control technique without velocity generator, besides basis mathematical model computation electric motor rotation speed, at present the more applied are the model to refer auto-adapted method and expands the Kalman filtering law. In addition, entire Uygur rotor magnetic flux sight tooth overtone electric potential, such as this theory and so on, also appearance in the vector control without velocity generator technique. Since 1983 proposed the vector control without velocity generator technique control strategy, receives the academic circles and the industrial field continuously highly focused all the time. Hitachi company and Sichuan electrical machinery and so on had published the research results separately in 1987, and had promoted the product one after another. At present, vector control without velocity generator technique in frequency converter controlling in the velocity modulation scope is about 1:50, some individual merchant has 1:75 or even higher product. 3) Direct Torque Control Technique In 1985, Germany’s M. Depen-block proposes the direct torque control technique 44 本科生毕业设计(论文) (DTC) for the first torque control technique analyzes the motor mathematical model directly under stator coordinate system. Uses the stator magnetic field direction detection but not to need the solution lotus root electric, directly control the electric motor flux linkage and torque, enable the torque to obtain the fast response, in order to obtain the highly effective control performance. Direct torque control technique is another kind of new、high performance alternating frequency conversion velocity modulation technique after vector control technique in the nearly 10years, this kind of control technique is insensitive to the electrical machinery parameter, not influence by the rotor parameter, easy and feasible, it has the broad development and the application prospect. 4) PWM (pulse width modulation) Control Technique In 1964, Germany’s A. Schonung and some people took the lead to propose the pulse-duration modulation (PWM-pulse width modulation) frequency conversion thought, opened the recent development domain for the modern alternating velocity modulation system. The PWM control technique controls the inversion output alternating fundamental wave voltage peak-to-peak value by changing cycle, in order too carry on the output voltage peak-to-peak value and the frequency control on the inversion at the same time. The PWM technique simplified the inversion structure, can distinctly change the output wave shape of the frequency converter, reduces the overtone loss of electric motor, and reduces the torque pulsation, at the same time enhances the performance of dynamic response system. The PWM technique also may use in the rectifier controlling, can realize the input current which approaches the sine extremely. And may cause electrical network power factor is 1. The PWM rectifier thus is called “the green converter”. At present, PWM technique has become the most widespread control technique applied in the frequency converter. The unceasingly velocity modulation performance of alternating current motor is as a result of the PWM technique unceasing progress enhancement in the very great degree. At present the widely applies is the optimizes PWM law which developing based on the regular sampling PWM foundation, that is Thrice Harmonic Superpose theory and voltage space vector PWM theory. 5) Numerical Control Technique The digitalize in control technique is the key technique of static frequency conversion installment, also will be the next development tendency, at present in the market frequency conversion installment nearly comprehensively has realized 45 本科生毕业设计(论文) numerical control. Has realized the fast operation and the high accuracy control by using the DSP and the ASIC technique, and could gain a fine current wave, reduce the noise of frequency conversion in s large scale, and the scanning time also be reduced in a large scale, at the present the electric current response is 0.1~0.7ms, the speed response is 2~4ms, could satisfy the control request sufficiently in the transmission domain. At the same time, on account of the application of the micro electron and ASIC technique, the installment primary device quantity can be reduced in a large scale, thus, could make the frequency conversion equipment volume to be reduced, the reliability obtains the large scale enhancement. The entire numerical control way can make the information-handling capacity of frequency converter enhance greatly. The complex control has been realized in nowadays which could not be realized by simulation control mode, so that, the RAS which mean Reliability, Availability, Serviceability could be realized. 6) Self-setting Technique The self-setting technique is widespread used in the frequency conversion velocity modulation system day by day, it may accord to the speed and the load to auto adjust the parameter of the control system, enable the system with rapid dynamic response. The self-setting technique divides into off-line and the on-line. The research results in the kind of off-line has been applied in the most production, before the system program operate, it operate a block self-setting program that related, in order to gain a approved system control performance. Moreover, improve the control technique the control technique, enhance the robustness of the system, also have close relatives with self-setting technique. 46 本科生毕业设计(论文) 中文翻译 变频技术 电机交流变频调速技术是当今节电、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主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能,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。电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置 3 部分组成,电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态,实现电能-机械能的转换,达到优质、高产、低耗目的。电气传动分成不调速和调速两大类,调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电,但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能节约 1520或更多,改善产品质量,提高产量。在我国 60的发电量是通过电动机消耗的,因此调速传动是一个重要行业,已经得到国家重视,目前已有一定规模。 近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术,变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易,从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来,交流电的频率一直是固定的,变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。 交流变频调速技术在 20 世纪得到了迅速发展。这与一些关键性技术的突破性进展有关,它们是交流电动机的矢量控制技术、直接转矩控制技术、PWM 技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术、自整定技术等。 1 矢量控制技术 3桥式起重机变频调速控制系统设计 矢量变换控制技术是西门子公司于 1971 年提出的一种新的控制思想和控制理论。它是以转子磁场定向,采用矢量变换的方法实现定子电流励磁分量和转矩分量之间的解藕,达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的,从而获得了优良的静、动态性能。迄今为止,矢量控制技术己经获得了长足的发展,并得到了广泛应用。 2 无速度传感器矢量控制技术 无速度传感器控制技术免去了传感器带来的环境适应性、安装维护等问题,降低了成本,提高了系统的可靠性,同时结合矢量控制,具有矢量控制的优良性能。无速度传感器技术中速度估算的方法,除了根据数学模型计算电动机转速外,目前应用较多的有模型参考自适应法和扩展卡尔曼滤波法。此外全维转子磁通观测器,齿谐波电势RSH等理论也出现在无速度传感器技术中。从 1983 年提出无速度传感器矢量控制策略以来,一直受到学术界和产业界的高度重视,日立、安川电机等公司在 1987 年分别发表了研究成果,并相继推出了产品。目前,无速度传感器矢量控制变频器的调速范围为 1:50 左右,个别厂商有 1:75 甚至更高的产品。 47 本科生毕业设计(论文) 3 直接转矩控制技术 1985 年.德国的 M . Depen-block 首次提出直接转矩控制技术DTC。DTC 控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型。采用定子磁场定向而无需解藕电流,直接控制电动机的磁链和转矩,以使转矩得到快速响应,从而获得高效的控制性能。 直接转矩控制技术是近 10 年继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流变频调速技术,这种控制技术与矢量控制技术相比,对电机参数不敏感,不受转子参数的影响,简单易行,具有广阔的发展和应用前景。 4 PWM 控制技术 1964 年,德国的 A. Schonung 等率先提出了脉宽调制PWM -pulse width modulation变频的思想,为近代交流调速系统开辟了新的发展领域。PWM 控制技术通过改变矩形脉冲的宽度来控制逆变器输出交流基波电压的幅值,通过改变调制周期来控制其输出频率,从而在逆变器上同时进行输出电压幅值和频率的控制。PWM 技术简化了逆变器的结构,能够明显的改善变频器的输出波形,降低电动机的谐波损耗,并减小转矩脉动,同时提高了系统的动态响应性能。PWM 技术还可用于整流器的控制,能够实现输入电流非常接近正弦.。并可使电网功率因数为 1。PWM 整流器因而被称为“绿色”变流器。目前,PWM 技术己成为变频器中应用最为广泛的控制技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于 PWM 技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样 PWM 的基础上发展起来的 4准优化 PWM 法,即三次谐波叠加法和电压空间矢量 PWM 法。 5 数字化控制技术 控制技术的数字化是静止变频装置的核心技术,也是今后的发展趋势。目前市场上的变频装置几乎全面实现了数字化控制。采用 DSP 和 ASIC 技术实现了快速运算和高精度控制,可以得到良好的电流波形,使变频器的噪音大幅度降低,并且扫描时间大幅度缩短,目前电流响应为 0.10.7ms,速度响应为 24 ms足以满足传动领域的控制要求。同时由于应用微电子技术和 ASIC 技术,装置的元器件数量得以大幅度减少,从而使变频装置的体积减小,可靠性得到大幅度提高。全数字控制方式使变频器的信息处理能力大为增强。采用模拟控制方式无法实现的复杂控制在今天都己成为现实,从而所谓的 RAS 概念即可靠性Reliability、可操作性Availability、可维修性Serviceability得以充实。 6 自整定技术 自整定技术在变频调速系统中的应用日益广泛,它可以根据速度和负载的变化自动调整控制系统的参数,使得系统具有快速的动态响应。自整定技术分为离线式和在线式两种。离线式的研究成果己经在相当多的产品中应用,它是在运行系统程序之前通过运行一段自整定程序,辨识相关数据,并修改系统程序的相关参数,以期获得良好的系统控制性能。另外,改进控制技术,提高系统鲁棒性也和自整定技术紧密相联系。 48 本科生毕业设计(论文) 附录49 上行 49 本科生毕业设计(论文) 50 本科生毕业设计(论文) 51 本科生毕业设计(论文) 52 本科生毕业设计(论文) 53 本科生毕业设计(论文) 54 本科生毕业设计(论文) 下行 55 本科生毕业设计(论文) 56 本科生毕业设计(论文) 57 本科生毕业设计(论文) 58 本科生毕业设计(论文) 精品 资料 精品 59 本科生毕业设计(论文) 资料 精品 资料 60
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