用PLC和变频器控制的节能型小高层电梯系统.docx

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1、第一章绪论继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此,PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.1 电梯继电器控制系统的优点和缺点1.1.1 电梯继

2、电器控制系统的优点(1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。1.1.2 电梯继电器控制系统的缺点(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难

3、以提高。（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.2 PLC及在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC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，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。PLC控

4、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。（一）可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。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，与此同时 系统的维修简单，维修时间短；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 MTBF.降低了 MTTR,使可靠性提高；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；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控制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，编程出错率大大降

5、低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高；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；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;软件自诊断;简化编程语言等。（二）易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:操作方便 对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

6、也可直接根据所需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；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f地解。采用布尔助记符编程语言时,十分有助于编程人员的编程；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降低。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，以便维修。（三）编程简单，用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打

7、多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。（四）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

8、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。1.2.2 PLC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与报警显示，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。1.3 电梯变频调速控制的特点：随着电力电子技术

9、、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动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。变频调速电梯的特点：(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，

10、己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，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。3 .信号控制电梯 信号控制是将层门外上下召唤信号、轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后，由司机操纵轿厢运行的控制。4 .集选控制电梯 集选控制是将层门外上下召唤信号，轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后，自动决定轿厢运行的无司机控制。5 .向下集合控制电梯 向下集合控制是各层站的召唤盒有呼梯信号时，只有轿厢向下运行时才能顺向应答召唤停靠的控制。其他还有并联控制电梯、群楼程序控制电梯等。上述几中控制方式一般采用继电器一一接

11、触器控制。近年来国内不少生产产家才用可编程序控制器取代继电器一一接触器控制，他具有接线简单、可靠性高等优点。另外还有采用单板机、单片机、单微机控制、多微机控制等。2. 1.2电梯的主要组成部分(1)曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。(2)轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式，双折中分式和直分式等。(3)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、呼梯按钮和厅站指示器组成。(4)其它装置对重装置、补偿装置等。2. 1.3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

12、通电松闸，停层后断电制动。(2)强迫减速开关，其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，轿厢上的撞块就触动此开关，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。(5)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。仅当厅门关上才一允许电梯启动;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

13、，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。1 .2电梯的发展动态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标志作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速发展。2 . 2.1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

14、来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速(ACT?)发展成为调压调速(AC-VV)及调频调压调速(AC-VVV F),使得电梯的速度、加速度、加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)电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器一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，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。智能群控管理得到广泛应用o(6)机械传动方面，由于国际上机械加工水

15、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，己使电梯的传动形式多样化。2. 2. 2电梯发展展望(1)结构不断紧凑化体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料，新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。(2)技术含量更高，性能更好电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流：由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。(3)安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快，效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保一安全、环