觀光電梯畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的等候時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)?；谝陨峡紤]，本設(shè)計將重點研究門控系統(tǒng)，計劃采用目前最先進(jìn)的永磁同步門控系統(tǒng)。</p><p>　　觀光電梯井道和箱體一般為太陽直射，熱量在井道內(nèi)聚集，在夏季溫度較高時

2、，電梯內(nèi)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的舒適溫度。在觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)是必然的選擇，這也是本設(shè)計人性化設(shè)計之一。</p><p>　　本觀光電梯為某大型商廈設(shè)計，周圍環(huán)境嘈雜，計劃安裝語音到站鐘，用中（英）文報上行、下行、超載等語音，為乘客提供優(yōu)美的到站提示音，體現(xiàn)個性化設(shè)計。另外，為安全考慮，還應(yīng)設(shè)計好入口安全保護(hù)系統(tǒng)，計劃安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置，以保證乘客安全。</p><p>　　1.1 電梯的發(fā)

3、展方向：</p><p>　?。?）永磁同步門控系統(tǒng)：目前最先進(jìn)的門控系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了本觀光電梯的高檔性。</p><p>　　（2）入口安全保護(hù)：將安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置，以提高安全可靠性。</p><p>　?。?）電梯專用空調(diào)：觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)，滿足人性化設(shè)計要求。</p><p>　?。?）語音到站鐘：在嘈雜的商廈中，大功率語音報

4、站鐘是個性化的設(shè)計體現(xiàn)</p><p>　　本設(shè)計的電梯要求為某大型商場的觀光電梯。因為乘客一般希望在轎內(nèi)多逗留片刻，以觀賞轎外風(fēng)景，所以不要求高運行速度，以低于同類客梯的速度為宜，故可v=1m/s。樓層數(shù)為10層；額定載重量為800kg。 </p><p>　　1.2 電梯的技術(shù)要求：</p><p>　　1、電梯停止運行后，經(jīng)預(yù)定時間自動關(guān)閉通風(fēng)裝置和空調(diào)。&l

5、t;/p><p>　　2、考慮商場嘈雜，人性化的設(shè)計語音到站鐘。</p><p>　　3、入口安全保護(hù) 。</p><p>　　為保證乘客安全，應(yīng)設(shè)有入口安全保護(hù)，例如安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置。</p><p>　　4、防超載裝置。當(dāng)電梯載重量超過額定載重量時，電梯停止運行并將門開啟，同時警告鈴響起警示，直到乘客疏散到額定范圍后繼續(xù)運行。&

6、lt;/p><p>　　5、超速保護(hù)系統(tǒng) 。當(dāng)電梯下降運行，速度超過額定速度1.3倍時，便自動切斷控制電源，超過額定速度1.4倍時，限速器――安全鉗動作，防止轎廂繼續(xù)下滑，可靠地制動并停止。</p><p>　　6、轎內(nèi)指令的登記與清除。</p><p>　　7、轎外召喚的登記與清除。</p><p>　　有司機狀態(tài)下，廳外召喚不參與選向而

7、由司機控制。無司機狀態(tài)下，轎內(nèi)指令具有優(yōu)先權(quán)，即電梯?？亢?，從電梯自動開門開始到自動關(guān)門結(jié)束前，轎內(nèi)指令優(yōu)先與召喚信號。這段時間內(nèi)，召喚信號不參與選向控制。</p><p><b>　　8、自動開關(guān)門</b></p><p>　　電梯到達(dá)預(yù)定層并停靠后應(yīng)自動將門打開。電梯未到預(yù)定層運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。有專職司機狀態(tài)下，按下關(guān)門按鈕，關(guān)門后自動運行；無

8、專職司機狀態(tài)下，延時后自動運行。</p><p>　　9、樓層指示。電梯運行層顯示為數(shù)字顯示。</p><p><b>　　10、自動選向</b></p><p>　　電梯應(yīng)根據(jù)所處樓層和轎內(nèi)指令確定的目的樓層（無司機狀態(tài)還應(yīng)包括召喚信號</p><p>　　確定的目的樓層）自動的選擇運行方向。實現(xiàn)順向截車和最遠(yuǎn)層站的反

9、向截車。</p><p>　　11、自動運行。運行過程中的加速、減速等速度變化應(yīng)該自動進(jìn)行。換層、平層等位置控制應(yīng)該采用較先進(jìn)的相對計數(shù)方式。</p><p>　　12、應(yīng)具有各種相應(yīng)的安全保護(hù)以及報警、照明等功能。如電梯具有消防運行控制，具有超載不開電梯功能，具有防夾人功能等。</p><p>　　13、電梯運行狀態(tài)由三擋位鑰匙開關(guān)實現(xiàn)。電梯運行狀態(tài)由司機，無司機

10、和檢修三種狀態(tài)組成。檢修狀態(tài)時，點動控制開門，電梯慢速點動上下，以利于維修。</p><p>　　14、在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果某反向外呼梯信號前方再無其他內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)應(yīng)該外呼梯信號。</p><p>　　15、電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。如，在電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯信號。<

11、;/p><p>　　16、設(shè)置停電時電梯就近平層和開門裝置。</p><p>　　2 電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅(qū)動電梯部件完成相應(yīng)的運動。在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關(guān)運動。轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運動形式（將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動）來實現(xiàn)驅(qū)動，其功

12、率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構(gòu)進(jìn)行減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較?。ㄍǔＴ?00W以下），是電梯的輔助驅(qū)動。本部分內(nèi)容主要是電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計。</p><p>　　2.1 電梯門機拖動系統(tǒng)方案的設(shè)計</p><p>　　2.1.1 電梯門機系統(tǒng)簡介</p><p>　　在電梯系統(tǒng)中

13、，為了使其能夠正常工作，也為了提高電梯系統(tǒng)的可靠性一般在電梯系統(tǒng)中都有一些附屬裝置，電梯門機系統(tǒng)即是其中一個。舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p>　　在電梯中，門機系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門機控制信號，驅(qū)動門電動機運行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關(guān)。電梯門機系統(tǒng)主要由門電動

14、機、門電動機控制器、門電動機驅(qū)動裝置、門結(jié)構(gòu)(門系統(tǒng)機械部分)、安全檢測系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。下面簡單介紹各個組成部分及其速度曲線和運行過程。</p><p>　　(1) 梯門電機控制系統(tǒng)這部分主要由門電機控制器、門電機驅(qū)動裝置以及門電動機等組成。其中門電機控制器主要用來控制門電機，使其沿給定門機曲線運行，以快速、安靜、準(zhǔn)確的開關(guān)電梯轎廂門和廳門。這部分如同一個小型的電機拖動控制系統(tǒng)。</p>

15、;<p>　　(2) 電梯的門結(jié)構(gòu)此部分主要由門扇、導(dǎo)軌、廳門門鎖等構(gòu)成，目前主要采用單扇門和中分門兩種結(jié)構(gòu)。為了提高門系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門結(jié)構(gòu)。其中門扇必須具有堅固、防火的特點；導(dǎo)軌用來支撐門扇，故必須表面光滑、堅固且足夠大，以便門扇可靠的移動；廳門門鎖必須滿足安全要求，當(dāng)門扇到達(dá)關(guān)門點時應(yīng)及時的鎖住門。這部分對乘客安全非常重要。</p><p>　　(3) 安全檢測在電梯控

16、制系統(tǒng)中，為了避免乘客被正在關(guān)閉的門扇傷害，在門系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測系統(tǒng)，以檢測關(guān)門時是否還有乘客從電梯門上通過。當(dāng)轎廂門正在關(guān)閉時，如果此時有乘客欲進(jìn)、出入電梯轎廂(包括乘客位于轎廂門前某段距離或乘客阻擋轎廂門關(guān)閉)，則轎廂門應(yīng)該停止關(guān)閉，且重新打開。轎廂門打開則不必有此過程。目前的安全系統(tǒng)主要大都采用光電式裝置(如光敏元件)，也有的采用電磁式裝置。</p><p>　　(4) 大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能

17、的電梯系統(tǒng)中，都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測裝置，確定乘客是否全部進(jìn)入電梯。當(dāng)乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時，電梯的門系統(tǒng)能自動延時關(guān)門，確保乘客全部進(jìn)入電梯。目前主要采用光電裝置和紅外光幕保護(hù)裝置來檢測乘客或物體。有的門機系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應(yīng)用的并不多。</p><p>　　(5) 門過載保護(hù)裝置有的門系統(tǒng)設(shè)有門過載保護(hù)開關(guān)裝置，當(dāng)電梯在開關(guān)門過程中，因轎廂門受

18、阻而導(dǎo)致動作力矩過大，梯門會自動向反方向動作，從而達(dá)到保護(hù)門電機的作用。</p><p>　　(6) 速度曲線及運行過程電梯門機系統(tǒng)的速度曲線如圖1-1所示。速度曲線大致可分為四個階段：加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。tl-t2時間段為加速階段；t2-t5為勻速階段；t5-t 6為減速階段；t6-t7為門鎖定階段。以關(guān)轎廂門為例，在t1時刻，門電機得到控制信號(一般為脈沖信號)，經(jīng)過一段時間延遲，轎廂

19、門開始動作，一直到t2時刻，此段時間為加速階段，其運行距離一般較短。從t4開始到t5時刻，為勻速階段。此時，如果有乘客在轎廂門前一定距離內(nèi)或者在門扇中間阻擋轎廂門的關(guān)閉，則電機得到一個脈沖信號，則電機提前進(jìn)入減速階段，如t3-t4時刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門重新打開。直到全部乘客進(jìn)入轎廂，從時刻t5 開始進(jìn)入減速階段。在t6時刻，轎廂門實際已經(jīng)關(guān)閉。在t 6- t 7 的門鎖定階段電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轎廂門被壓緊，門刀關(guān)門同時通過機械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳

20、門直到t 7時刻，電機停止轉(zhuǎn)動，門關(guān)閉過程結(jié)束。</p><p>　　圖1-1 電梯門機運行速度曲線</p><p>　　以上簡要敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。在電梯門系統(tǒng)中，還有一個重要的問題就是門保持時間的選擇。因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進(jìn)入轎廂。因此應(yīng)對門保持時間進(jìn)行很好的選擇：在保證乘客全部安全進(jìn)出電梯的情況下，盡可能的縮短

21、電梯開關(guān)門時間。</p><p>　　2.1.2 門機拖動系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　電梯門機拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說，是不容忽視的。它是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此在實際應(yīng)用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設(shè)計就顯得尤為重要。</p><p>　　一、各種門機拖動系統(tǒng)的比較</p>

22、<p>　　門機拖動系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速拖動和交流調(diào)速拖動兩大類，在交流調(diào)速拖動中，異步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)和同步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)已發(fā)展成為占有相當(dāng)比例的兩類調(diào)速拖動系統(tǒng)。目前有三大類門機拖動系統(tǒng)：直流電動機門機拖動系統(tǒng)、異步電動機門機拖動系統(tǒng)、永磁同步門機拖動系統(tǒng)。 </p><p>　　最老式的用傳統(tǒng)直流電動機調(diào)速的電梯門機一般由電動機配以繼電器、限位開關(guān)和電阻實現(xiàn)開關(guān)門的控制，由

23、于控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置結(jié)構(gòu)簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域里占統(tǒng)治地位。但是由于直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障多、維護(hù)困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)；機械換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度;接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機的使用場合；電樞在轉(zhuǎn)子上，電動機效率低，散熱條件差，冷卻費用高，這些固有的缺點限制了直流電動機向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展。 </p><p>　　在交流電網(wǎng)上

24、，因異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡單等優(yōu)點，所以長期以來，在不要求調(diào)速的場合，異步電動機占有主導(dǎo)地位，例如風(fēng)機、水泵、普通機床的驅(qū)動中，人們廣泛使用交流異步電動機來拖動機械工作。但是，它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低，并且在這類拖動中，其旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因數(shù)低，輕載時尤甚，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗，無形中損失了大量電能。</p><p>　　當(dāng)

25、前，電梯門機控制系統(tǒng)主要有由交流電機及其VVVF調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的， 也有少數(shù)由直流電機及其調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的。這些系統(tǒng)均有其固有的缺陷。除整套系統(tǒng)的成本較高外，前者雖然體積小，壽命長，但控制較復(fù)雜，對控制系統(tǒng)中的處理器性能要求較高，而且如果為同步電機，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。而后者盡管控制簡單，但直流電機體積大，維護(hù)困難，壽命短，電刷結(jié)構(gòu)帶來電磁火花，易形成干擾。這些缺陷在電梯實際運行中就表現(xiàn)為電梯門開關(guān)不正常，維護(hù)工作量大等困擾操作人

26、員的問題，進(jìn)一步可造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害。</p><p>　　相對而言，永磁同步電機結(jié)合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁同步電機也有優(yōu)勢。據(jù)報道，美國55%以上的電力是消耗在電動機運行上，因此提高電動機的效率很有意義。在所有類型電機中，永磁同步電動機的損耗最小、效率最高。有資料做過對比分析，對于7.5kW的異

27、步電機系統(tǒng)效率可達(dá)86.4%，但是同樣容量的永磁同步電動機效率可達(dá)92.4%。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的價格不斷下降?？紤]綜合指標(biāo)(系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等)之后，永磁同步電機的應(yīng)用正處于上升趨勢，其主要的原因有： </p><p>　?。?）高性能永磁材料的發(fā)展 </p><p>　　1983年問世的欽鐵硼永磁材料，由于其磁特性和物理特性優(yōu)異，成本低廉且材料來源有

28、保證 (我國占有世界蘊藏量8%以上的欽資源)，所以在開發(fā)高磁場永磁材料(特別是欽鐵硼永磁材料)方面具有得天獨厚的有利條件，我國的欽鐵硼永磁材料特性水平已達(dá)到世界的先進(jìn)水平，為永磁同步電機的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 </p><p>　　永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動機中用永磁體取代傳統(tǒng)的電勵磁磁極的好處是：簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積:省去勵磁直流

29、電源，消除了勵磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。 </p><p>　?。?）新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)應(yīng)用 </p><p>　　電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自1958年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件、第三代復(fù)合

30、場控器件直至90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大大降低，控制電路日趨完善，它極大地推動了各類電機的控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，為交流電機的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。同時對同步電動機而言解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)中必不可少的功率環(huán)節(jié)。 </p><p>　?。?）電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展 &

31、lt;/p><p>　　集成電路和計算機技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種集成化的數(shù)字信號處理器 (DSP)發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的DSP。這使以單片機為核心的全數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。計算機技術(shù)的應(yīng)用除

32、了實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷和保護(hù)等功能外，還可以用于計算機輔助分析和數(shù)字仿真。集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術(shù)起到了重要的推動作用。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電機控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機提出了矢量控制的概念。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動，獲得與直流電動機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。 </p>

33、<p>　　目前，交流永磁同步電動機由于其體積小、重量輕；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；損耗小，效率高等一系列優(yōu)點，越來越引起人們重視。永磁電機幾乎遍及航空，國防，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 日常生活的各個領(lǐng)域。如汽車工業(yè)，電機現(xiàn)以永磁電機為主;數(shù)控和精密機床也大量應(yīng)用永磁電機;信息產(chǎn)業(yè)中永磁電機的應(yīng)用面廣、類型多;家用電器中永磁電機取代異步電機的地方也不少，如空調(diào)器己開始用永磁直流無刷電動機帶動空調(diào)壓縮機和通風(fēng)機，洗衣機用永磁直流無刷電動機帶動

34、洗衣桶旋轉(zhuǎn)等。隨著高磁場永磁材料價格和電動機轉(zhuǎn)子制造價格降低，以及驅(qū)動系統(tǒng)的理論研究和實踐應(yīng)用的不斷完善與提高，永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)將會得到進(jìn)一步的發(fā)展及應(yīng)用?？梢院敛豢鋸埖卣f，永磁同步電動機己從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅(qū)動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。 </p><p>　　為便于比較，永磁同步電動機與其它電動機的綜合特性比較如下表1-1

35、。</p><p>　　表1-1 三種伺服系統(tǒng)控制方案比較</p><p>　　以上分析可以看出，在工業(yè)應(yīng)用及民用中，永磁同步電動機在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯優(yōu)勢。但是隨著交流伺服在國內(nèi)的成熟發(fā)展，三相交流電機伺服控制器控制三相永磁伺服電機應(yīng)用于電梯開門機將是一大趨勢，它是繼VVVF驅(qū)動技術(shù)后的、更新一代的驅(qū)動和控制技術(shù)。<

36、/p><p>　　正是在這一背景下，電梯技術(shù)的門控電機也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，高層建筑如雨后春魚般涌現(xiàn)，對電梯的需求就越來越大以及對電梯系統(tǒng)的性能要求也越來越高。然而，據(jù)統(tǒng)計，電梯故障的75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。 因此對電梯門控系統(tǒng)，具有相當(dāng)高的要求。開發(fā)硬件體積小、運行可靠、開關(guān)快速性、智能化更高、易維護(hù)的門機控制系統(tǒng)是勢在必行的，發(fā)展永磁同步電動機控制系統(tǒng)是一大趨勢，它不僅

37、能實現(xiàn)了門機的全電動控制(包括檢測門位移參數(shù)的閉環(huán)控制)，而且開關(guān)門無碰撞、噪聲小，開關(guān)速度快；另外相對于數(shù)控機床方面伺服控制系統(tǒng)，伺服控制精度不要求那么高，成本也相對低很多；同時也采用了限位開關(guān)位置檢測和光幕傳感器，起到多重保護(hù)功能；最后很容易實現(xiàn)門機堵轉(zhuǎn)力矩保護(hù)，實現(xiàn)多重保護(hù)措施，安全性和可靠性相當(dāng)高。</p><p>　　二、永磁同步電動機的分類</p><p>　　根據(jù)永磁同步電動

38、機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式不同，可將其分為兩大類：一類是他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)；另一類是自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。他控式變頻調(diào)速雖然能夠解決永磁同步電機的起動問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運行。</p><p>　　根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同，可將自控式永磁同步電機作如下簡單

39、分類：一類電機為晶閘管無換向器電機，又稱為負(fù)載換向同步電機調(diào)速系統(tǒng)：另一類電機稱為自控式永磁同步電動機或者永磁無刷直流電動機。 </p><p>　　根據(jù)電動機反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機(簡稱BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機(簡稱PMSM)調(diào)速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動勢和電流都為正弦波。盡管BLDCM有調(diào)速系統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低、材料

40、利用率高、控制簡單等優(yōu)點，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉(zhuǎn)矩脈動較大，鐵心附加損耗較大，因此只適用一般精度及性能要求低的場合;而PMSM不需要勵磁電流，逆變器供電的情況下，不需要阻尼繞組，效率和功率因數(shù)都比較高，而且體積較之同容量的異步電機小，能克服BLDCM系統(tǒng)的不足，常用于高精度、高性能的場合。</p><p>　　三、PMSM伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　縱觀PMSM伺服

41、系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外在圍繞提高PMSM性能及性價比目標(biāo)從不同角度著手進(jìn)行了大量的研究和實踐，并取得了一些令人可喜的成果；尤其是近年來圍繞提高其伺服控制器性能目標(biāo)在系統(tǒng)控制策略上作了大膽的探索和研究，提出了一些新的思路，采用了一些具有智能性的先進(jìn)控制策略并取得了一些具有實用性意義的成果。但是PMSM 自身就是具有一定非線性、強禍合性及時變性的“系統(tǒng)”，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運行時還受到不同程度的干擾，因此按

42、常規(guī)控制策略很難滿足高性能PMSM伺服系統(tǒng)的控制要求)a)。為此，結(jié)合控制理論新的發(fā)展，引進(jìn)一些先進(jìn)的“復(fù)合型控制策略”以改進(jìn)PMSM 伺服系統(tǒng)控制性能。</p><p>　　隨著微電子學(xué)及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微處理器問世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。通過微機控制，可使電機的調(diào)速性能有很大的提高，使復(fù)雜的矢量控制得以實現(xiàn)，大大簡化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護(hù)、

43、顯示、故障監(jiān)視、自診斷、自調(diào)試及自復(fù)位等功能。另外，改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型也簡單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實用性。近幾年，在先進(jìn)的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中已采用高速數(shù)字信號處理芯片(Digital SignalProcesso:簡稱DSP )。目前，多家公司都推出了專門用于電機控制的DSP。它的指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令，可實時產(chǎn)生平滑的參考信號，適應(yīng)不同的控制要求，完成系統(tǒng)速度環(huán)、電

44、流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調(diào)節(jié)和復(fù)雜的矢量控制算法，并產(chǎn)生高分辨率的PWM輸出;集成的電機控制所需的外設(shè)，如A/D. 1/O、定時器、PWM發(fā)生器、串口通訊等等，使得應(yīng)用DSP的系統(tǒng)所需器件很少，可靠性增強，且可以滿足越來越小型化的要求;在極端環(huán)境溫度條件下，仍具有良好的穩(wěn)定性和線性性，可提供可預(yù)計的輸出特性。這些特性保</p><p>　　國外最新推出的高性能交流伺服系統(tǒng)幾乎全都實現(xiàn)了數(shù)字化，并且都采用了16位或

45、32位高速信號處理器芯片，有的還采用了運算速度更快的RISC芯片。國內(nèi)在這方面的研制工作也取得了長足的進(jìn)步，目前己有全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的系列產(chǎn)品問世。但我國的電機控制技術(shù)，與國外還有很大的差距，并且這種差距又有逐漸增大的趨勢。</p><p>　　四、PMSM伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及意義</p><p>　　永磁同步（PMSM）伺服驅(qū)動技術(shù)是一門包含著豐富內(nèi)容的綜合性技術(shù)，自世界上第一臺伺服

46、控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅(qū)動技術(shù)就一直不斷發(fā)展，尤其是各種現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和廣泛的具體應(yīng)用，一方面為高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)，另一方面也使高性能伺服系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、微型化成為可能。高性能伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在：</p><p>　　(1) 永磁同步電機的應(yīng)用越來越廣泛。永磁同步電機具有體積小、重量輕、功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)子消耗小等一系列優(yōu)點，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電

47、器等方面正得到日益廣泛的應(yīng)用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機，加上我國又是永磁材料的生產(chǎn)大國。所以，在我國永磁電機的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　(2) 高性能控制策略廣泛應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)。傳統(tǒng)控制器的設(shè)計通常需要被控對象有非常精確的數(shù)學(xué)模型，而永磁電機是一個非線性多變量系統(tǒng)，難以精確的確定其數(shù)學(xué)模型，按照近似模型得到的最優(yōu)控制在實際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動態(tài)，非線性及其他一些不可預(yù)

48、見參數(shù)變化的影響，有時甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)嚴(yán)重下降，魯棒性得不到保證，所以有必要研究一種新型的高性能的控制策略，來彌補這種缺陷和不足。隨著高性能的微處理器應(yīng)用于AC伺服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的PID控制規(guī)律，開始轉(zhuǎn)向現(xiàn)代控制理論，如自適應(yīng)控制、人工智能、模糊控制、變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等新型控制系統(tǒng);而且采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)具有很好自適應(yīng)能力和抗干擾能力，能夠在參數(shù)時變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。<

49、/p><p>　　(3) 伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展。全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)就是將伺服電機的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)控制和監(jiān)控通訊功能全部由軟件完成。交流伺服系統(tǒng)全數(shù)字化之后不僅使其控制系統(tǒng)的體積大大縮小，可靠性明顯提高，而且還便于一些自適應(yīng)控制等先進(jìn)控制策略的實現(xiàn)，極大增強了AC伺服系統(tǒng)設(shè)計與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機床、機器人、特種加工裝備精細(xì)進(jìn)給的需要，代表AC伺服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導(dǎo)方向。</p>

50、;<p>　　(4) DSP 在交流伺服系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于單片機的電機控制系統(tǒng)，需要較多的外部硬件，運算速度不高，難以實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的控制算法，實時性很難得到保證，因而隨著對控制性能越來越高的要求和控制方法復(fù)雜度的提高已經(jīng)很難適應(yīng)實際的要求。DSP控制器由于其本身的特點成為永磁電機控制的必然選擇。DSP具有超強的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由DSP來實現(xiàn)控制算法，大大的簡化了硬件，降低了成本，提高了系

51、統(tǒng)的控制精度和可靠性?；贒SP的永磁電機控制系統(tǒng)滿足現(xiàn)代電機控制的基本要求：信號處理快而準(zhǔn)確;實時完成復(fù)雜的控制算法；精確而快的PWM 輸出；能滿足要求增加功能和智能的需求；性能價格比高。</p><p>　　(5) 伺服系統(tǒng)中所用的電力電子器件不斷向高頻化方向發(fā)展，智能功率模塊(IPM)將進(jìn)一步得到普遍應(yīng)用，逆變器逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l化、小型化的無噪聲逆變器;伺服系統(tǒng)中所用的位置與速度傳感器由單一功能向多功能一體化

52、方向發(fā)展。光電編碼器的分辨率將大幅度提高，傳感器的電子信號處理部分將以微處理器為核心構(gòu)成獨立的微機系統(tǒng)，成為高性能伺服系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分；永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁鋼由采用鐵氧體、稀土鉆轉(zhuǎn)向更多的應(yīng)用欽鐵硼，使電機具有更好的性能價格比;伺服系統(tǒng)控制器的制造上，結(jié)構(gòu)日趨小型化，采用多單元組合構(gòu)成多坐標(biāo)軸控制器，可靠性進(jìn)一步提高，便于維護(hù)及擴(kuò)充。</p><p>　　控制系統(tǒng)的主要技術(shù)要求有：適用范圍廣，適用于開門寬度在

53、350mm- 2400mm之間的電梯門；電動機起動、停止，各段速度的轉(zhuǎn)換要求加減速過程平滑，具有S曲線的加減速過程；門扇運行各狀態(tài)點速度可設(shè)置；加減速時間可設(shè)置；有很強的輸入過電壓，欠電壓，輸出過電流保護(hù)功能；具有自整定功能，并可在一定范圍內(nèi)修改自整定值。 </p><p>　　綜上所述，電梯門機是電梯的重要組成部分，是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此在實際應(yīng)用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的

54、電梯門機控制系統(tǒng)。這就要求電動機控制系統(tǒng)具有精度高、響應(yīng)快、魯棒性好、計算簡單等特點。為使門機拖動系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，并收到良好的效果，以體現(xiàn)本觀光電梯的高檔性，本設(shè)計門機拖動系統(tǒng)采用永磁同步（PMSM）伺服系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 電梯主拖動方案設(shè)計</p><p>　　電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行、制動減速起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)勢直接影響電梯的起動，制動加

55、減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標(biāo)。</p><p>　　電梯的拖動系統(tǒng)經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的過程。到目前為止應(yīng)用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有：(1)單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)；(2)交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)；(3)直流發(fā)電機-電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng)；(4)可控硅直接供電拖動系統(tǒng)；(5)VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.1　單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)　　交流電

56、動機具有結(jié)構(gòu)緊湊，維修簡單等特點。單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制，線路簡單，價格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用。但它的缺點是舒適感較差，所以一般被用于載貨電梯上。這種系統(tǒng)控制的電梯速度在1米/秒以下。</p><p>　　2.2.2 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)</p><p>　　交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)國外已大量應(yīng)用于電梯。這種系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調(diào)速，加上能耗或

57、渦流等制動方式，使得它所控制的電梯能在中低速范圍內(nèi)大量取代直流快速和交流雙速電梯。它的舒適感好，平層準(zhǔn)確度高，而造價卻比直流電梯低，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，多用于2米/秒以下的電梯。</p><p>　　2.2.3 直流發(fā)電機-電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng)</p><p>　　直流電動機具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大的特點，因此很早就應(yīng)用于電梯，采用發(fā)電機-電動機組形式驅(qū)動。它控制的電梯速度達(dá)4米/

58、秒，但是,機組結(jié)構(gòu)體積大，耗電大，維護(hù)工作量較大，造價高，因此常用于對對速度，舒適感要求較高的建筑物中。</p><p>　　2.2.4 可控硅直接供電拖動系統(tǒng)</p><p>　　可控硅直接供電拖動系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用，但用于電梯上卻要解決舒適感問題。(尤其是低速段)應(yīng)此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機同時應(yīng)用，比起電動機-發(fā)電機組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點。如：機房占地節(jié)省35%，重量減輕4

59、0%，節(jié)能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒電梯就是采用這種系統(tǒng)，其調(diào)速比達(dá)1:1200。</p><p>　　2.2.5 VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)</p><p>　　80年代初，VVVF變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世。它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達(dá)到直流電動機的水平，目前控制速度已達(dá)6米/秒。它的體積小，重量輕，效率高，節(jié)省能源等幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點。是目前最新的電梯

60、拖動系統(tǒng)，以下簡要介紹其優(yōu)點。</p><p>　　VVVF電梯，采用交流單速電動機，通過對交流電動機調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動機轉(zhuǎn)速運行曲線線性段區(qū)域擴(kuò)大。由于系統(tǒng)采用高精度電光碼盤，全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達(dá)到毫米級，并且絕對保證電動機零速下閘，舒適感非常好。 </p><p>　　VVVF控制的電梯相對于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯(ACVV

61、)都有十分突出的優(yōu)點。下面與ACVV控制的電梯相比較。 </p><p>　　安全可靠。先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，完善的檢測、自診斷、自保護(hù)功能最大限度地考慮了電梯在任何情況下出現(xiàn)故障的可能性，設(shè)置了各種防故障和應(yīng)急裝置;倘若井道內(nèi)某個安全裝置出現(xiàn)故障，電腦將保護(hù)不沖頂、不蹲底、不關(guān)人。</p><p>　　舒適感好。理想的電梯運行速度曲線，根據(jù)人體生理適應(yīng)能力由高性能的微電腦設(shè)計而成，采用矢量

62、控制技術(shù)對交流電動機進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使電梯運行極其平衡、舒適。 </p><p>　　高速高性能。高速運行，最佳召喚應(yīng)答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應(yīng)自動調(diào)節(jié)，使電梯運行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時間，使電梯運行效率得到充分發(fā)揮。 </p><p>　　節(jié)約電能。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速(VVVF)系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)異、 功能齊全、質(zhì)量可靠，而且具有優(yōu)異的節(jié)能效果，與目前同規(guī)

63、格的ACVV相比，節(jié)能約40%，并可使用戶電源容量也大量減小。 </p><p>　　節(jié)省機房空間。超小型的機房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機房控制系統(tǒng)相比，體積減少1/2以上，重量大大減輕。因此，節(jié)省機房空間，減輕機房承重，提高建筑利用率，從而可節(jié)約建筑費用。 </p><p>　　利用率高。全電腦控制可以方便地使兩臺、三臺、四臺以上的電梯進(jìn)行群控，合理安排，合理分配，提高電梯的運行效率。 &

64、lt;/p><p>　　準(zhǔn)確的平層精度。經(jīng)過電腦的高速、大量運算，采用高精度光電碼盤，將速度——轉(zhuǎn)矩——位置全閉環(huán)，停車時零速抱閘，平層精度在士2mm以內(nèi)。 </p><p>　　自學(xué)習(xí)井道信息功能。自動學(xué)習(xí)電梯的提升高度、樓層間距，自動根據(jù)?？烤嚯x選擇運行曲線。 </p><p>　　維護(hù)方便?，F(xiàn)代化高科技設(shè)計，全電腦控制，大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體大功率模塊在電梯控制中

65、的應(yīng)用，使現(xiàn)代電梯控制部份的可靠性、免維護(hù)性大大提高;新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，加強了電梯機械部件的耐磨損程度，提高了機械可靠性;自診斷能力和遠(yuǎn)程報警功能的實現(xiàn)，使得電梯維修保養(yǎng)工作越來越簡單，越來越有針對性，越來越快速。 </p><p>　　無噪聲機房和小噪聲運行，大大降低了對環(huán)境的影響。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計采用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（VVVF）電機拖動控制系統(tǒng)，以期達(dá)到預(yù)期的目的

66、。</p><p>　　3 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　3.1 PLC在電梯中的發(fā)展前景</p><p>　　繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 </p><p>　

67、　可編程序控制器(PLC)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。</p><p>　　電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：所有控制功能及信號處理

68、均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握；系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器；大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜；多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。</p><p>　　但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率

69、較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。</p><p>　　電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂

70、。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。</p><p>　　PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。</p><p&g

71、t;　　首先，可靠性，對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。1）PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。2）PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進(jìn)行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。3）PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。4）PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過

72、程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計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;采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造;對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護(hù);對存儲器內(nèi)容的保護(hù)等。6）PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如：采用軟件濾波;軟件自診斷;

73、簡化編程語言等。 </p><p>　　其次，易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面:：1）操作方便 對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT

74、上顯示。2）編程方便 PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握f地解。采用布爾助記符編程語言時，十分有助于編程人員的編程。3）維修方便 PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。 </p><p>　　最后，靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面:：1）編程的靈活

75、性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。2）擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。3）操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。</p><p>　　PLC控制電梯的優(yōu)點：(1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的

76、自動控制，可靠性大大提高。(2)去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。(3)PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (4)PLC可進(jìn)行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。(5)用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。(6)更改控制方案時不需改動硬件接線。為便于比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點現(xiàn)列表如下，詳見表2-1。</p><p>　　從表2-1

77、可以看出，PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢所趨。</p><p>　　表2-1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較</p><p>　　計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機有通

78、用微機應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實時性強，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護(hù)要求工作人員應(yīng)具有一定的專業(yè)知識，技術(shù)水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M(jìn)行了改進(jìn)，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)比較見表2-2。</p&

79、gt;<p>　　從表2-2可見，在控制功能方面，PLC與通用計算機相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強電一起工作，容易實現(xiàn)機電一體化。</p><p>　　表2-2 PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較</p><p>　　3.3 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　

80、　本設(shè)計通過多種方案的比較和參照，可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點：在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高；可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能；可進(jìn)行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性和可靠性，并便于檢修；用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。</p><p>　　綜上所述，本設(shè)計采用PLC控制。</p><p>　　4電梯控制系統(tǒng)框圖

81、設(shè)計 </p><p>　　4.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計</p><p>　　電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動電機電路、開關(guān)門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。</p><p>　　圖3-1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　4.2

82、 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　系統(tǒng)由曳引機構(gòu)、開關(guān)門機構(gòu)、轎廂、控制系統(tǒng)等組成，如圖3-2所示。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出和傳遞動力，使電梯運行。門系統(tǒng)的功能是封住層站入口和轎廂人口。而轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的主要工作部分。</p><p>　　圖3-2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　5 主要元器件

83、選型</b></p><p>　　5.1 門拖動元器件的選型</p><p>　　5.1.1 永磁同步伺服系統(tǒng)的重點選擇</p><p>　　電梯門機控制系統(tǒng)要使電梯門開關(guān)動作時快速起、停、加速、減速，且運行平穩(wěn)，到位準(zhǔn)確。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，需解決好電機的選擇問題，控制電路的選擇及設(shè)計問題。 </p><p>　　眾所周知，在所

84、有的電機中，直流電機的調(diào)速特性最好，但其不可避免的有刷結(jié)構(gòu)制約了其應(yīng)用場合。在工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的交流異步電機雖然控制簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，而交流同步電機存在著控制復(fù)雜，容易失步的缺點。相對而言，永磁同步電機結(jié)合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。</p><p>　　因此，門拖動系統(tǒng)采用三相交流永磁同步伺服電機。三相交流永磁同步伺服電機簡稱交流伺

85、服電機（AC server motor)或伺服電機，由于它具有高響應(yīng)、高精度、運行平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩輸出、能過載、低噪聲、結(jié)構(gòu)簡介、可靠性高、免維護(hù)等優(yōu)點，是目前旋轉(zhuǎn)電機中最佳的控制電機。 伺服電機的電源及運轉(zhuǎn)狀態(tài)是由驅(qū)動器提供和控制的。驅(qū)動器的驅(qū)動能力及驅(qū)動指標(biāo)的優(yōu)異，影響伺服電機的機械輸出特性；伺服電機性能參數(shù)的優(yōu)異，影響驅(qū)動器的驅(qū)動和控制效果。</p><p>　　伺服電機的選型是多個因素綜合考慮、合理選

86、擇的過程，一般應(yīng)著重注意這幾個參數(shù)的選擇：電機的額定轉(zhuǎn)矩、電機運行的最高轉(zhuǎn)速、負(fù)載慣量及電機轉(zhuǎn)子慣量、加減速時所需要的過載能力、電機起停頻率等。</p><p>　　綜合考慮各種因素，為滿足設(shè)計要求，采用安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)。本系統(tǒng)的伺服驅(qū)動器內(nèi)置了伺服電機全部的參數(shù)，采用先進(jìn)的控制算法及伺服電機優(yōu)良的性能，性價比極佳。安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)不僅具有伺服快速響應(yīng)性、高速高精度的特性，而且具有如下優(yōu)點： <

87、/p><p><b>　　1、簡單</b></p><p><b>　?。?）設(shè)定簡單</b></p><p>　　在線自學(xué)習(xí)功能能夠自動測定機械的必要參數(shù)，自動設(shè)定必要的伺服增益，初學(xué)者也能很快得心應(yīng)手的應(yīng)用。</p><p><b>　?。?）電機自動識別</b></p&

88、gt;<p>　　自動識別伺服電機的容量和型號，自動設(shè)定電機參數(shù)。</p><p><b>　　（3）維護(hù)簡單</b></p><p>　　主控回路分離布線，用戶參數(shù)可在控制器上直接設(shè)定，減少了配線（絕對編碼器配線數(shù)從15減少到7根，增量式從9根減少到5根），這些都使配線、維護(hù)更加簡單方便。</p><p><b>　　

89、2、高性能 </b></p><p><b>　?。?）整定時間短</b></p><p>　　擴(kuò)充了新的控制算法，實現(xiàn)了模式跟蹤控制、制振控制，強化了對振動的抑制。對于低剛性機械，定位時間比原產(chǎn)品縮短了2/3。</p><p><b>　　（2）高速高精度</b></p><p>　　

90、采用高分辨率的編碼器（16位、17位），提高了位置控制精度。采用d-p軸變換電流控制法，將轉(zhuǎn)矩控制精度從±5%提高到±2%。</p><p><b>　?。?）平穩(wěn)運行</b></p><p>　　采用速度跟蹤控制技術(shù)，減小了電機轉(zhuǎn)速波動，低速下也能極平穩(wěn)地運行。</p><p><b>　　3、柔性化設(shè)計<

91、/b></p><p><b>　?。?）多合一控制</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩控制、位置控制和速度控制三位一體，控制方位切換采用參數(shù)設(shè)定切換。</p><p><b>　?。?）廣泛適用</b></p><p>　　伺服控制器有基本功能型、擴(kuò)展功能型，伺服電機從小容量到大容量，制動器和

92、減速機都可選，充分考慮各種控制要求和安裝場合。</p><p><b>　?。?）環(huán)境適用性強</b></p><p>　　保護(hù)等級：IP55標(biāo)準(zhǔn)，IP67標(biāo)準(zhǔn)。耐振性： 耐振強度達(dá)到了49m/s2以下。</p><p>　?。?）符合國際主要安全標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　一、安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服電機介紹</

93、p><p>　　伺服電機采用Yaskawa安川電機SGMSH型 。SGMSH型伺服電機特性見表4-3。</p><p>　　表4-3 SGMSH伺服電機特性</p><p>　　適用編碼器標(biāo)準(zhǔn)增量式，或選項絕對式，所選編碼器的基本指標(biāo)如下：</p><p>　　工作時間 連接 </p><p>　　耐熱等級

94、 F </p><p>　　環(huán)境溫度 0～＋40℃ </p><p>　　環(huán)境濕度 20～80%（不結(jié)露） </p><p>　　振動等級 V15</p><p>　　保護(hù)方式 全封閉·自冷IP67（除輸出軸承）</p><p>　　抗振性能 振動加速度2

95、4.5m/s2(2.5G)</p><p>　　安裝方式 法蘭安裝</p><p>　　二、安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器介紹</p><p>　　安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器使用選件單元，擴(kuò)張功能、性能強，主要包括： （1） MECHATROLINK I/F 單元 伺服信息（位置、速度、輸入輸出）的讀出和各種指令的變更，可以通過實時控制來實

96、現(xiàn)。一個上位控制器可以最多實現(xiàn)15站點的多軸運動控制。 （2） DeviceNet I/F 單元 ＆ PROFIBUS-DP I/F 單元 對應(yīng)DeviceNet及PROFIBUS-DP通信網(wǎng)絡(luò)。Point-to-Point定位（可多段速定位）和站編號方式內(nèi)置豐富的定位功能，因此可以用PLC或PC進(jìn)行設(shè)定和保養(yǎng)。 （3） 全閉 I/F 單元 在機械前端所發(fā)生的位置偏移，可以用最近的方式 。用脈沖指令可以對應(yīng)閉環(huán)位

97、置控制，即使精度上升，仍能高速驅(qū)動并且在安全上也能起到作用。伺服驅(qū)動器詳圖見圖4-1。</p><p>　　圖4-1 安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器</p><p>　　為了實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，∑-Ⅱ系列以最佳的控制機械的最高性能，與原有機型相比，CPU運算時間為其1/2，通過擴(kuò)充新控制算法，定位時間縮短到原有產(chǎn)品的1/3，實現(xiàn)了出類拔萃的響應(yīng)性。與其他系統(tǒng)比較其優(yōu)點有：</p&

98、gt;<p>　　1、整定時間縮短 由于新控制算法的擴(kuò)充，實現(xiàn)了模式跟蹤控制，制振控制，強化了對振動的控制。因此，即使低剛性機械其定位整定時間亦可縮短1/3(與本公司產(chǎn)品相比較)。 2、高速?高精度驅(qū)動 實現(xiàn)了最高轉(zhuǎn)速6000/rpm(SGMUH形)。此外，因采用了高分辨率串行編碼器(16，17bits)，提高了定位精度。d-q軸變換電流控制系統(tǒng)的采用，轉(zhuǎn)矩控制精度(重復(fù)性)亦提高了±

99、;5%至±2%。 3、平滑運轉(zhuǎn) 采用了速度觀測控制，使電機的速度波動大幅度減低，低速下亦可平滑運轉(zhuǎn)。 4、設(shè)定簡單 為了在短時間內(nèi)建立高度系統(tǒng)，∑-Ⅱ系列徹底追求了使用的簡便性。靈活使用“在線自動調(diào)整功能”，自動的進(jìn)行與機械特性相吻合的伺服系統(tǒng)的調(diào)整。 5、在線自動調(diào)整 自動測定機械特性，設(shè)置所需要的伺服增益。即使初次接觸，亦可在短時間內(nèi)完成最佳設(shè)定。 6、電機自動識別 伺服驅(qū)動器

100、自動判別伺服電機的功率、規(guī)格，自動設(shè)定電機參數(shù)。 7、再生電阻連接端子標(biāo)準(zhǔn)配備 配備了外置再生電阻的連接端子，可簡便的連接再生電阻器。 8、維護(hù)簡便 </p><p>　　5.1.2 變頻器的選擇</p><p>　　電機加減速過程中良好的運行特性可使電梯門開關(guān)平穩(wěn)，減小電機所受的負(fù)載沖擊，增加系統(tǒng)的壽命和可靠性。因此如何實現(xiàn)加減速過程中的S曲線控制至關(guān)重要。<

101、;/p><p>　　門拖動變頻器選用安川公司的676GL5-IP電梯專用矢量控制變頻器。除了具備通用變頻器的功能外，還具有啟動力矩補償、停電時控制(蓄電池運轉(zhuǎn))、自動加減速運行、抱閘控制、超速檢測等電梯專用功能 ?？墒褂闷胀ˋ、B、Z相編碼器檢測目前所有永磁同步電動機的磁極位置。</p><p>　　5.1.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇</p><p>　　編碼器有兩方面的作

102、用，一是用于位置的檢測；二是用于測量轉(zhuǎn)差。在關(guān)門過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)差大于設(shè)置值時 (即編碼器輸入的轉(zhuǎn)速與變頻器輸出的頻率相差大于一定值時)，控制門停止關(guān)門，并反向開門。在開門過程中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)差大于設(shè)置值，則停止開門。</p><p>　　在本設(shè)計中，永磁同步電動機所使用的編碼器，不僅僅要向拖動控制系統(tǒng)提供速度反饋，而且需要提供電動機磁極位置檢測功能。只有檢測出轉(zhuǎn)子的磁極位置后，才能確定變頻器的通電方式、控制模式以及輸出電

103、流的頻率和相位， 以保證永磁同步電動機的正常工作。根據(jù)安川676GL5-IP變頻器的需求，選用海德漢公司的ERN 461型A、B、Z三相編碼器，安裝于永磁同步電機轉(zhuǎn)子軸端。</p><p>　　5.1.4 可編程控制器的選擇</p><p>　　根據(jù)輸人信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為10點，輸出點數(shù)為8點；輸人、輸出信號都是數(shù)字量。增加20%備用量，以便隨時增加控制功能

104、：</p><p>　　輸入點數(shù)為： 10×(1+20%)=12</p><p>　　輸出點數(shù)為： 8×(1+20%)=9.6</p><p>　　根據(jù)I/O點數(shù)，可選FX0N-24MR-001型可編程控制器，其輸入點14點，輸出點10點，擴(kuò)展模塊可用點數(shù)為32點。</p><p>　　5.2 主拖動元器件的選擇<

105、/p><p>　　5.2.1 曳引電動機的選擇</p><p>　　本設(shè)計電梯采用有齒曳引機，1:1繞法的曳引系統(tǒng)，額定梯速為1m/s，額定載重量800kg，則電動機額定功率為：</p><p><b>　　（公式4-1）</b></p><p>　　根據(jù)實際電動機額定功率系列，粗選11kW電動機即可滿足要求，相當(dāng)于系數(shù)k