vvvf电梯的电动机控制系统

-1-目录摘要前言第1章VVVF电梯的电动机控制系统的控制方案1.1电梯的基本结构简介…………………………………………………………………31.2采用电梯曳引机方案……………………………………………………………31.2.1曳引机………………………………………………………………………31.2.2减速器…………………………………………………………………………41.2.3曳引轮………………………………………………………………………41.2.4提高曳引能力的措施………………………………………………………41.2.5影响钢丝绳寿命的因素……………………………………………………51.2.6制动器………………………………………………………………………51.3电梯曳引驱动系统的现状及发展前景…………………………………………6第2章VVVF变频电梯的主电路控制系统2.1VVVF型电梯的基本原理…………………………………………………………72.2各种调速方式系统………………………………………………………………72.2.1变极调速系统………………………………………………………………72.2.2交流调压调速系统…………………………………………………………72.2.3变压变频调速系统……………………………………………………………82.3系统构成及原理…………………………………………………………………82.3.1系统结构方框图………………………………………………………………82.3.2工作原理………………………………………………………………………92.3.3速度曲线…………………………………………………………………………92.3.4控制方式对电机参数的影响………………………………………………10第3章VVVF电梯电器元件、设备的选择3.1主回路………………………………………………………………………………113.2控制回路……………………………………………………………………………113.3检测回路……………………………………………………………………………11-2-3.4轿厢和对重…………………………………………………………………………113.5补偿装置……………………………………………………………………………123.6PLC的选型…………………………………………………………………………123.6.1PLC的特点…………………………………………………………………13第4章VVVF变频电梯的控制系统4.1变频调速电梯系统及其驱动技术………………………………………………144.2变频调速电梯系统的控制技术……………………………………………………154.3控制系统的主流程………………………………………………………………154.4应用PLC进行电梯的实时控制…………………………………………………164.5软件设计的思想…………………………………………………………………174.5.1呼梯判断……………………………………………………………………174.5.2上行流程……………………………………………………………………174.5.3采用优先级队列…………………………………………………………………184.5.4采用信号判断控制………………………………………………………………184.6程序流程图…………………………………………………………………………184.7PLCI/O分配………………………………………………………………………194.7.1输入…………………………………………………………………………194.7.2输出…………………………………………………………………………194.8软件设计……………………………………………………………………………214.8.1程序流程图…………………………………………………………………214.8.2程序梯型图……………………………………………………………………224.9用梯形图语言实现开关门电机的启动和关闭控制………………………………23第5章程序调试、运行5.1正常情况下程序调试…………………………………………………………255.2过程分析………………………………………………………………………255.3用指示灯来模拟电梯的运行过程…………………………………………………25总结…………………………………………………………………………………………32附录A…………………………………………………………………………………………34附录B…………………………………………………………………………………………41-3-参考文献……………………………………………………………………………………56致谢…………………………………………………………………………………………57前言随着生产的发展和城市的崛起，电梯越来越接近我们的工作和生活。电梯作为一种垂直方向上的运输工具，广泛地进入了宾馆、仓库、住宅等场合，现代电梯在可靠性、速度、舒适、豪华等方面的要求越来越高。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。1949年出现了群控电梯；1962年美国出现了半导体逻辑控制电梯；1967年晶闸管应用于电梯，使电梯拖动系统大为简化，性能得到提高；1971年集成电路用于电梯；1975年出现了电子计算机控制的电梯，电梯控制技术真正使用了微电子技术和软件技术，进入了现代电梯群控系统的发展时期。在这以后，发达国家出现了变压（即VVVF）交流电梯，最高速度可达到12.5m/s以上，从而开辟了电梯电力拖动的新领域，结束了直流电梯占主导地位的局面。电梯发展到今天，已经成为一个典型的变频系统工程和机电一体话产品，并复合了多种先进技术。直流电动机由于其调速性能好，很早就用于电梯拖动上。采用发电机—电动机形式驱动，可用于高速电梯，但其体积大、耗电大、效率低、造价高、维护量大。晶闸管直接供电给直流电动机系统在电梯上应用较晚，需要解决低速段的舒适感问题。与机组形式的直流电梯相比，可以节省占地面积35%，重量减轻40%，节能20%～30%。世界上最高速度10m/s的电梯就是采用这种驱动系统，其调速比达1：1200。1983年第一台变压变频电梯诞生，性能完全达到直流电梯的水平。它具有体积小、重量轻、效率高、节省电能等一系列优点，是现代化电梯理想的电力驱动系统。由于电梯桥箱是沿垂直方向作上下直线运动，更理想的驱动方案是交流直线电动机驱动系统，从而省去了由旋转运动变为直线运动的交换机构。1989年诞生了第一台交流直线电动机变频驱动电梯，它取消了电梯的机房，对电梯的传统技术作了重大的革新，使电梯技术进入了一个崭新的时期。由于晶闸管调压调速装置的一些固有缺点，使其调速范围不够宽，调节不够平滑，特别是在低速段时不平稳，舒适感与平层精度不够理想，难以实现再生制动等。如果均匀地改变定子供电电源的频率，则可平滑地改变交流电动机的同步转速。在调速时，为了保持电动机的最大转矩不变，需要维持气隙磁通恒定，这就要求定子电压也随之作相应调节，通常是保持v/f=常数。因此，-4-要求向电动机供电的同时要兼有调压与调频两种功能，通常简称VVVF型变频器，用于电梯时常称为VVVF型电梯，简称变频电梯。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。八十年代初投入使用的电梯大部分采用继电器控制、交流调速方式，这类电梯普遍存在起动电流大、调速性能差、结构复杂、舒适感差、能耗大等问题，加之使用年限较长、电梯零部件残旧老化、故障频繁、配件缺乏等原因，我们提出了采用VVVF变频调速器将该类电梯改造成VVVF型电梯。从一九九七年底至一九九八年底，利用可编程控制器(PLC)与VVVF变频器结合，PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性。为了充分发挥PLC的内部资和功能，应尽量减少其输入信号的点数，简化硬件线路，提高电梯运行的可靠性。在电梯运行的关键问题是如何检测电梯在井道中的相对位置，以往都采用在井道中不同的位置设置干簧感应器来检测减速、平层位置。这样不但使PLC的输入点数增加，而且还增加了在井道中的安装作业强度。而利用旋转编码器将电梯的运动位置转化为脉冲，PLC对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成电梯位置的有关数据，控制电梯的减速、平层，对于层站数越多的电梯，越能体现出利用旋转编码器的优点。在对中、低速电梯主要采用拖动系统来构成其曳引系统，应用变极方式实现电机的调速。因为种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制，所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电梯，进行速度闭环控制，其舒适感和平层精度都有较大提高，但它却很难实现精确控制，并且能耗大，输入功率因数也低，影响了系统的整体性能。对于高速电梯，过去主要采用晶闸管直流调速系统，存在维护难等问题，并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较，变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。因此，简化电梯的硬件电路，提高电梯运行的可靠性，彻底解决了原电梯存在的各种问题，达到了预期目的。-5-第1章VVVF电梯的电动机控制系统的控制方案1.1电梯的基本结构简介电梯是机与电紧密结合的复杂产品，其基本组成包括机械部份和电气部份，从空间上一般划分为以下几部份：机房部分包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。井道部分包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。层站部分包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等。1.2采用电梯曳引机方案电梯的核心部分是它的传动系统。电梯曳引驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用，其性能直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度和乘坐舒适性等指标。目前电梯曳引电动机以感应电动机为主，其驱动技术经历了从继电器控制的双速驱动到可编程序控制的调压调速驱动，进而到微机控制的调频调压及矢量控制驱动。电梯曳引机作为驱动电梯的动力源，主要采用电机配以减速器的传动方式。曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端悬吊轿箱，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生曳引力驱动轿厢作上下运行。电梯曳引机的主要组成部分有：曳引轮、曳引绳、导向轮、反绳轮等。1.2.1曳引机曳引机是电梯的主要拖动机械，它驱动电梯的轿厢和对重装置作上、下运动。其组成部分主要有：曳引机动机、制动器、减速箱、曳引轮和底座。根据需要，有的曳引机还装有冷却风机、速度反馈装置（光码盘）、惯性轮等。根据电动机与曳引轮之间是否有减速箱，可分为有齿曳引机和无齿曳引机。-6-曳引机具有以下主要性能：（1）具有能重复短时工作、频繁起、制动及正、反转运转的特性。（2）具有能适应一定的电源电压波动，有足够的起动力矩，能满足轿箱满负荷起动，加速迅速的特性。（3）具有起动电流小的特性。（4）具有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制电梯在满载下行或空载上行时的速度。（5）具有较硬的机械特性，不会因电梯运行时负荷的变化造成电梯运行速度的变化。（6）有良好的调速性能。（7）运转平稳、工作可靠、噪音小及维护简单。1.2.2减速器对于有齿轮曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮轴之间安装减速器（箱），目的是将电动机轴输出的较大转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大的曳引轮矩，以适应电梯运行的要求。减速器多采用蜗轮蜗杆传动，根据减速器的不同结构，按传动方式分为蜗轮蜗杆传动和斜齿传动，按蜗杆蜗轮的相对装