基于变压变频调速系统控制的电梯设计开题(2)23390.pdf

安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 1 成人高等教育 毕业设计（论文）题 目基于变压变频调速系统控制的电梯设计 _ 学生姓名_ 指导教师_ 评 阅 人_ 函授站（点）_ 专 业_ 完成日期_ 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 2 附件 2：成人高等教育毕业设计（论文）任务书 论文题目 基于变压变频调速系统控制的电梯设计 学生姓名 函授站(点)专业 班 级 内 容 与 要 求 设计（论文）起止时间 20 年 月 日至 20 年 月 日 指 导 教 师 签 名 学 生 签 名 日 期 年 月 日 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 3 附件 3:安徽工程大学成人高等教育 20 届本科毕业设计（论文）成绩评定表 函授站(点):学院（公章）：学生姓名 专业班级 学号 课题名称 基于变压变频调速系统控制的电梯设计 指导教师评语：（不少于 100 字）评定成绩（满分 30 分）：是否同意答辩：指导教师（签名）：评阅教师评语：评定成绩（满分 30 分）：是否同意答辩：评阅教师（签名）：答辩小组评语：评定成绩（满分 40 分）：答辩组长（签名）：毕业设计（论文）成绩及等级：成绩：等级：学院答辩委员会负责人（签名）：日 期：年 月 日 说明：本表按规范要求填写校本部上交学历部，函授站一式两份，一份留存站点、一份上交学历部。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -1-摘 要 近几年来，随着现代城市的发展，高层建筑日益增多。电梯已成为人们日常生活中不可缺少的代步工具。伴随着电梯拖动技术与控制技术的发展，电梯从直流电动机拖动发展到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速，最后到现在流行的交流调压调频技术控制，使电梯在运行的可靠性、稳定性、安全性、舒适性等各方面都有了长足的发展。本文介绍了电梯的组成及主要功能部件，在机械设计部分中对电梯的主要零部件进行选型与校核保证其可靠性，且选择了永磁同步无齿轮曳引机符合未来发展趋势。在电气控制部分中详细阐述了电梯拖动方式与调速原理，确定了PLC与变频器的型号。最后确定利用PLC和变频器对基于变压变频调速系统控制的电梯设计了最终方案。关键词：电梯；变压变频调速；PLC；变频器 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -2-ABSTRACT In recent years,with the development of modern cities,high-rise buildings have been increasing.Elevator has become an indispensable tool for transportation in peoples daily life.With the development of elevator drag technology and control technology,elevators have evolved from DC motor drag to AC single speed,AC double speed motor drive,to AC voltage regulation,and finally to the popular AC voltage regulator FM technology control.The elevator has made great progress in terms of reliability,stability,safety,and comfort.This paper introduces the composition and main functional components of the elevator.In the mechanical design section,the main components of the elevator are selected and checked to ensure their reliability.The permanent magnet synchronous gearless traction machine is selected to meet the future development trend.In the electrical control section,the elevator dragging method and the principle of speed control are elaborated,and the PLC and frequency converter models are determined.Finally,it was determined that the final scheme was designed for the elevator based on variable-speed variable-frequency speed control system using PLC and frequency converter.Key words：Elevator;variable frequency speed control;PLC;frequency converter 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -3-目 录 摘 要.1 ABSTRACT.2 1 前言.5 1.1 电梯发展概述.5 1.2 变压变频电梯的性能优点.5 1.3 主要设计内容.5 2 电梯总体结构.6 2.1 电梯的总体构成.6 2.2 电梯机械部分结构.6 2.2.1 机房部分.7 2.2.2 井道部分.7 2.2.3 层站部分.8 2.2.4 轿厢部分.8 2.3 电梯的安全系统组成.8 2.4 电气控制系统.8 2.5 确定电梯的主要参数.9 2.5.1 电梯主参数选择.9 2.6 机械系统设计.10 2.6.1 曳引传动设计.10 2.6.2 结构设计分析.13 3 电梯的拖动方式.20 3.1 同步电机调速方式.20 3.2 变压变频调速系统设计.20 3.2.1 设计的方框图.20 3.2.2 工作原理.21 3.2.3 控制方式对电机参数的影响.21 4 基于变压变频调速系统控制的电梯电气设计.22 4.1 PLC 控制系统.22 4.1.1 PLC 控制系统的组成.22 4.1.2 PLC 控制电梯的优点.22 4.2 PLC 原理.22 4.2.1 PLC 工作原理.22 4.2.1 PLC 扫描周期.23 4.3 PLC 选型.23 4.3.1 PLC 的 I/O 点数.23 4.3.2 内存容量的估算.23 4.3.3 模拟量输入输出的总点数.24 4.3.4 开关量输入输出的点数.24 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -4-4.3.5 控制功能的选择.24 4.3.6 机型的选择.24 4.4 变频器的选型.25 4.4.1 变频器型号的确定.25 结 论.27 参考文献.28 致 谢.29 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -5-1 前言 1.1 电梯发展概述 1854 年，在纽约水宫博览会期间，伊莱沙格雷夫斯奥给人们展示了他最新发明成果安全升降电梯，它是世界历史上第一部电梯，从那时起电梯得到长足的发展。1889 年，美国奥的斯电梯公司在纽约安装了第一台真正意义的电梯采取直流电机驱动，接着 1900 年，以交流电动机传动的电梯问世。在 20 世纪初，电梯应用电机驱动技术。此时曳引式驱动结构设计也逐渐代替了筒式的驱动结构设计。直到 20 世纪上半叶，在所有对速度控制要求指标比较严格的电梯场合，全都采取的是直流电机驱动，只有在对速度控制要求时才采用单速或双速交流电动机拖动。20 世纪 80 年代，由于电力电子技术及电力电子器件的不断发展和完善，相继出现了交流调压调速系统和交流变压变频调速系统，使交流调速系统的性能得到明显的改善，除了少数大容量电梯仍然采用直流电动机拖动系统以外，几乎都采用交流电动机拖动系统1。这使得电梯运行的舒适体验性、保证性、安全性、缩小平层误差、节能环保、降噪以及运行精度等方面的效果有显著地上升。20 世纪 90 年代，随着交流永磁同步电机驱动技术在电梯技术中的应用，电梯技术再次取得革命性的突破。1.2 变压变频电梯的性能优点 基于变压变频调速系统控制的电梯，主要是通过改变电机的电压和频率，进而改变电机的转速目的。这样会使电动机的速度变化呈线性化趋势，能最大化地扩大运行曲线线性化区域。本次设计的电梯相比于其他类型的电梯还有以下几个优点：1.更可靠的安全性。通过运用最先进的计算机控制技术，来实现自我检查、自我判断和自我保障的功能，装备有各种预防故障和应急处理装置用来降低电梯运行出现故障的频率和出现后的损失，这将更可靠地确保用户的个人和财产安全。2.良好的舒适感和平稳性。能够实现理想的电梯运行速度曲线，用矢量控制技术来控制调整电梯交流电动机，能完全的满足人生理上的稳定性和舒适感。3.高速高性能。可以实现运行高速的目标，并且操纵电梯召唤应答最合理的分配和处理方式使电梯实现高速运行。因此，可以合理有效地减少使用者等待搭乘的时间，并最大限度地提升了电梯运行效率。1.3 主要设计内容 本设计的主要研究内容是利用可编程控制器（PLC）与变频器来控制电梯调速，安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -6-其采取变压变频调速系统控制，保证在通常情况下都有良好的调速性能和高精度地停车性能，以致达到对舒适性的要求和保证平层误差，且做到绿色环保。将设计内容分为以下四点：1、设计电梯的机械系统并理解电梯的电气控制系统。2、变频器是变压变频调速系统当中的关键设备，依据设计电梯的变频调速要求，进而选取合适的变频器。3、采用 PLC 技术设计电梯控制系统结构。4、根据电梯控制系统设计出程序流程图和梯形图。2 电梯总体结构 2.1 电梯的总体构成 电梯的基本结构如下图 2.1 所示：图 2.1 电梯的总体结构 2.2 电梯机械部分结构 本次设计的机械零件部分可依据位置分布将其概括为四个组成部分，分别是：机房部分、井道部分、层站部分与轿厢部分。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -7-2.2.1 机房部分 机房位于电梯井道的顶部或底部，用于安装曳引机、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2。其中曳引系统主要是由曳引机、曳引轮、制动器、机座、钢丝绳等部分组成，为电 梯运行提供动力，将曳引机的旋转运动转化成电梯的直线运 动，提供驱动电梯所需的动力来推动电梯运行。如下图2.2 所示。图 2.2 曳引系统 2.2.2 井道部分（1）导向系统 该部分主要由导轨、导轨支架和导 靴构成，限制轿 厢与对重的运动方向，使它们只可以顺着导轨的方向上下运行，导轨架为支撑导轨，被固定在井道壁上并与导轨配合，从而保证轿 厢和对重顺着导 轨方向上下移动，并且有效保证了电梯运行所需要的精度要求。（2）重量平衡系统 由对重和重量补偿装置组成，其功能是使轿厢和对重的重量差限制在某一数值下，保持电梯重量平衡，使电梯正常运行，对重和轿厢分别悬挂在曳引绳的两端，对重的主要用途是平衡轿厢自重以及部分的额定载重3。在电梯上升高度较低时，乘客人流变化对电梯的影响不明显，但如果上升高度越过 30m 时，就要影响电梯的相对平衡。所以必须增加重量补偿装置：补偿钢丝绳或补偿链，它位于轿厢和对重的下部。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -8-2.2.3 层站部分 该部分主要由轿门、厅门、开门机、门锁装置等构成，其中轿门由门、门导轨架与轿厢地坎等构成。厅 门主要组成部分是由门、门导 轨架、层 门门地坎与层 门联 动机构等构成。人们一般将电梯门的开启方法分为侧开门、中分门、闸门等。本电梯选择中分式，多用在打开和关闭轿厢和层站厅门的出入口。2.2.4 轿厢部分 该部分主要由轿厢、轿厢门、安全逃生窗户、安全钳联动机构、平层感应器、导靴、开门电机、轿内控制箱、楼层指示灯、通讯及报警仪器等结构构成。主要用于承载乘客。它受到钢 丝绳的拉力作用可以顺着既定轨道方向来完成直线运动，从而保证了它的精度要求。2.3 电梯的安全系统组成 1.安全钳 安全钳装置是与限速器相关联的，通过与限速器的联动，达到使电梯轿厢在导轨上快速停止效果地一种安全设备。它为电梯的运行提供了最后的安全保障，并且它只能在电梯轿厢或对重的向下运动中发挥作用。2.限速器 限速器是与安全钳一起发挥联动效果的，它主要用来测量轿厢的速度，只有轿厢的速度超越其最大限定速度的 115时，它会发出相应的电信号并与安全钳一起产生相应联动的机械动作。从而达到保障电梯安全的效果。3.缓冲器 缓冲器安装在井道底坑的地面上，它是电梯极限位置上的最后一道安全保障。如果发生某些紧急情况，使轿厢或对重装置越过最大安全距离发生墩底事故，选用的弹簧式缓冲器则会负责减少高速下降产生的动能，从而实现缓冲吸震。达到减少人员及财产安全的损伤的防控效果。2.4 电气控制系统 该系统的重要作用是控制电梯曳引机的启动、减速、停止、运行方向、选层、平层停留、以及厢内的指令安全保护等。其主要由电梯控制柜、选层装置、电梯控制器件、方位显示器件、平层器件和安全保护器件等部分构成。电 梯控制屏的结构组成部分主要是由各种电 气元件控制零件与电路等构成，它的作用是实现对电梯的控 制功能；选 层器的功能主要包括指定电 梯运行方 向、指 示和回馈轿 厢方位，传出加减 速信 号等三部分构成；平层器件的功能主要是为了实现轿厢停车精确定位功能的装置；方位显示器件的功能主要为通过各个层 站与轿 内的指示灯为乘客们提示出电 梯的行驶方向以及轿 厢所在的楼层位置。安全保护装置用来确保电梯在突然断电和意外情况下不会发生事故。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -9-2.5 确定电梯的主要参数 2.5.1 电梯主参数选择 电梯的主要参数由额定载重量（kg）、可载人数、轿厢尺寸（mm）、额定速度（m/s）、停层站数、轿门形式、拖动方式、电气控制系统等部分构成。在设计时，需要根据电梯的安装位置、承载物品等环境因素正确选取电梯的种类和参数。另外，配备电梯的建筑物的设计应该基于设计人员所选取的参数和规格，进而才能设计出理想的电梯。下面的图 2.3 显示了跟据国家类电梯参数选择的电梯主要参数：图 2.3 电梯参数表 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -10-根据上图参考 GB7588-1995 标准得到以下参数，如下表 2.1 所示：表 2.1 电梯参数表 主要用途 6层客厅 额定载重量 Q/kg 1000kg 可乘人数/人 13 曳引比 1：1 运行高度/m 19 传动总效率 0.85 平衡系数 K 0.45 轿厢 宽度 A/mm 1600 深度 B/mm 1400 高度 H/mm 2300 轿厢和层门 宽度 E/mm 1100 高度 F/mm 2100 形式 中分门 井道 宽度/mm 2250 深度/mm 2300 底层深度/mm 1400 顶层高度/mm 4200 2.6 机械系统设计 2.6.1 曳引传动设计 1.曳引电机功率计算 曳引电机功率应等于或大于：1021QVkNe （2.1）式中:K=1.1-1.6，取 1.4 平衡系数:45.0Kp 额定载荷:KgQ1000 额定运行速度:m/s.V01 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -11-传动总效率:85.0 将上述数据公式：KW.-Ne34.6850102110004501 （2.2）2.曳引机的选型 选用永磁同步无齿轮曳引机其型号SWTY2-1000-100减速机的减速比 i2=61/2，电机功率 N0=6.7KW N=6.34KW，满足功率要求。牵引条件必需满足欧拉公式：faeCCTT2121 （2.3）式中：T1 为牵引边重边拉力，T2为牵引边轻边拉力。21TT：曳引轮两侧钢丝绳张力比；1C=1.25 2C=1；选用的SWTY2-1000-100 型曳引机，曳引轮槽的结构为 V型槽，槽型夹角=95，=135 2sin1f （2.4）式中：f 为曳引绳在绳槽中的当量摩擦系数，为钢丝绳与铸铁的摩擦系数，的数值为 0.1 3477333.015sin11.0f 26897295.21351803477333.0 efae （2.5）工况1：轿厢位于最低层站，且载有 125额定载荷的轿厢引导轮两边钢丝绳上较大静拉力与较小静拉力之比。钢丝绳承受的较大静拉力1T：KN.nghnqhQ.WT657248919580610002511200 g2511为钢丝绳重量其中 （2.6）钢丝绳承受的较小静拉力2T：KNnghKQWT627.188.9196.62100045.01200 gngh2为补偿链重量其中 （2.7）将上述数据代入欧拉公式：安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -12-65461125162718657242121.CCTT 268972654612121.e.CCTTfa 该工况满足曳引条件。工况 2：空载位于顶层时 KNnghKQWT817.168.92058.06100045.01200 gngh1为钢丝绳重量其中 （2.8）KNnghWT218.148.9196.621200 gngh2为补偿链重量其中 （2.9）478491125121814817162121.CCTT 2689724784912121.e.CCTTfa 该工况满足曳引条件。3.选用钢丝绳在引导轮绳槽之间的比压 根据 GB7588-1995 对 V 型槽 sin2cos8ndDTP （2.10）KNQWT208.228.91958.0610001200 gngh （2.11）57837.609035.1152012622208P （2.12）式中 T：轿厢达到额定载荷停靠在井道底部位置，轿厢侧曳引钢丝绳拉力 n：钢丝绳根数 n=6 d：钢丝绳直径 d=12mm D：曳引轮直径 D=520mm：切口槽的切口角=95 许用比压P=833.621245.12145.12ccVV （2.13）要求 P=6.57837 P=6.833 满足标准要求。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -13-4.钢丝绳与引导轮直径比的验算 引导轮直径 D=520mm 钢丝绳直径 d=12mm 34312520.dD （2.14）根据 GB7588-1995 中 9.2.1 条的要求 40343.dD （2.15）符合标准要求。5.曳引钢丝绳选型和强度验算(1)选型 根据曳引轮绳槽的要求，应选用126 钢丝绳，按 GB 8903-2005 钢丝绳国标的要求选用型号为：12NAT819S+FC-1500(双)ZS-GB 8903-2005 单根钢丝绳最小断裂拉力为 SP58.5KN。(2)强度校核 当电梯满载时迅速上升，此时施加在钢丝绳上的最大受力为：KN.ngh)gQ(WT2082289195806100012001 （2.16）钢丝绳强度应满足 sKniTSp.1 （2.17）式中，Sp一根钢丝绳需要的断裂拉力 T1载有额定载荷的轿厢停留在最低层位置，钢丝绳上的总静载荷 n钢丝绳的数量 i绕绳倍率 Ks安全系数 将有关数据代入公式 41644121620822558.SP （2.18）钢丝绳强度满足标准要求。2.6.2 结构设计分析 1.机房主承重梁受力计算 通过电梯机房井道布置图得出机房负载梁的受力情况如下图 2.3 所示。电梯本身是一个悬挂系统，当中牵引装置直接固定在负载梁上。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -14-1-随行电缆；2-轿厢；3-对重装置；4-补偿链 图 2.3 机房支撑情况 根据电梯控制间的井道布置图，重载后负载情况下负重梁的受力关系如下：KN.ngh)gQ(WT2082289195806100012001 （2.19）KN.nqh)gKQ(WT628.1889196.62100045.012002 （2.20）KNG25.12 KN.GTTT0835321max （2.21）2.承重梁强度校核 选用两根I28b号工字钢作支撑梁，它的有关参数为：横截面积 A=61cm2 挠弯模量 WX=534.285cm3 惯性矩 IX=7480cm4 单根 I28b号工字钢在支撑梁中间位置的最大承载力为：nLWTXs4max （2.22）式中，s为材料的屈服应力，n 为安全系数取7.5倍。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -15-KNnLWTXs146.3115.25.7285.53423544max （2.23）承重梁强度满足要求。承重梁在Tmax 作用下最大变形为：000398701087101248152101463148351133maxmax.EILTf （2.24）最大许用挠度：mmLf24.29602150960 （2.25）mmfmmf24.24.0max （2.26）承重梁刚度满足要求。3.轿架受力分析 （1）轿架上梁 KN .=.+g=W+QT=56218910001200 （2.27）轿厢上梁选取的是两根18b 槽钢的复合梁，18b 槽钢复合梁背靠背安装。单根梁的有关截面参数：面 积 A=29.299cm2 挠弯模量 Wx=152cm3 惯 性 矩 Ix=1370cm4 强度校核：m055.9468.11056.2143maxKNTLM （2.28）MPaWMXX786.2910152210055.9263max （2.29）材料的许用压力为：3331572352351.MPa.MPan （2.30）X1 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -16-刚度校核：00074.01037.1101.24868.11056.2148511333maxEITLf （2.31）mmfmmfK75.1960168074.0max 上梁强度、刚度都满足要求。（2）立柱 立柱或许将承受两种载荷；一是受到偏载作用所产生的弯矩；二是拉伸载荷。拉伸载荷：KNQWP56.218.910001200g1 （2.32）弯矩：mKNbQgM8375.185.18.9100042 （2.33）立柱选取的是两根 L75506 的角钢，拼装为 160的槽形，经过眼算，它的相关截面参数为：截面面积 A=14.4cm2 惯 性 矩 Iy=1655cm4 抗弯截面模量 Wy=106.78cm3 惯性半径 iy=10.72cm 立柱强度校核：APHWyML241max （2.34）式中，L=2.853m 为立柱最大自由长度 H=3.2m 为上、下导靴之间垂直中心距 即得：MPa456.11486.797.3104.1421056.212.31078.1034853.2108375.13363max （2.35）a3.311456.11maxMP （2.36）安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -17-立柱强度满足要求。立柱刚度校核：EHKLIy183 （2.37）nN.QghK5164181348910008 （2.38）将 K 代入公式得：45333478473290010121828531051641mm.Iy （2.39）Iy=1655cm4 Iy=348cm4 立柱刚度满足要求。（3）底梁 轿厢底梁选取两根 18b槽钢的复合梁，复合梁的相关截面参数：面 积 A=29.299cm 挠弯模量 Wx=152cm3 惯 性 矩 Ix=1370cm4 强度校核：KNmTLM055.9468.11056.2143max （2.40）MPaWMXX786.2910152210055.9263max （2.41）33.315.72352351MPanMPa （2.42）X1 刚度校核：m.EITLf0007401037110124868110562148511333max （2.43）mmfmmfK75.1960168074.0max 经验算，轿厢底梁强度、刚度都满足要求。4.轿厢导轨受力分析 用于设计电梯的导轨是T 型导轨。它的相关参数为：安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -18-截面面积：A=15.7cm2 惯性矩：Ix=59.70cm4，Iy=53.00cm4 抗弯截面模量：Wx=14.50cm3，Wy=11.90cm3 惯性半径：ix=2.00cm，iy=1.84cm 许用挠度：mm.Lfx08329602000960 （2.44）式中，L=2000mm 是相邻导轨支架的间距。在正常工作情况下，导轨通常会由于轿厢偏载而引起变形。导轨在 X 及 Y 方向所受的外力：HQgeFx2 （2.45）HeQgFy2 （2.46）式中，e 为轿厢横向的载荷偏心距 e为轿厢纵向的载荷偏心距 H 为上下导靴距离，H 为 3.2m 由于本次设计的为通用乘客电梯，其质量分布相对较为均匀，归于 A 类载荷。在这种情况下，通常假定额定载 荷的 50%位于偏 心距4ae，4be 处，以此计算导轨受力的情况。考虑到 Y 方向的两个导轨同时受力，单个导轨的 Fy 应当除以 2，所以导轨受力为：N.HQgaHQgeFx56122386189100082 （2.47）N.HQgbHeQgFy969.267231641891000164 （2.48）导轨强度校核：，在此运行条件下，Fx 和 Fy 将作用于两个导轨架余间上的导轨中点，两个导轨架之间的间距 L=2000mm，最大截面弯矩为：mN.FxLMx253064256124 （2.49）mN.FyLMy9845133429692674 （2.50）该工况下导轨的最大应力：MPa.WxMxx1221610501425306max （2.51）安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -19-MPaWyMyy26.116109.119845.133max （2.52）MPa.MPa.MPa.wx3331572351221max （2.53）MPa.MPa.MPawy33315723526.11max （2.54）轿厢导轨强度满足要求。导轨刚度校核：通过力学分析可知，导轨可以看做为简之梁，导靴在导轨上移动到导轨某一段的中间时，导轨会发生最大变形。则其挠度为：mm.m.EIxFxLfx5911059110705910124852561248381133 （2.54）mm.m.EIxFxLfy780107801005310124852969.26748381133 （2.55）综合挠度为：mm.fyfxf249178059121222122 （2.56）mm.Lfmm.fk083296020009602491 （2.57）轿厢导轨刚度满足要求。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -20-3 电梯的拖动方式 3.1 同步电机调速方式 同步电动机的转动速度决定于电源的基波频率 min60r/nfnps （3.1）式中，sf电机定子频率（Hz）；pn电机定子绕组极对数。因此，调速可有如下方案：（1）调频调速 通过改变三相交流电的频率，可以调节同步转速。（2）改变磁极对数 变极调速就是改变电机的极对数 p。但变极调速属于有极调速且变极调速可调节范围不大，如果增添电机的极数，电机的外形尺寸变化很大，因此局限性较大。并且变极调速的机械特性较硬，稳定性强且价格低廉，所以它仅能适用于一些固定调速变化的机械场合。3.2 变压变频调速系统设计 3.2.1 设计的方框图 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）手册 -21-图 3.1 系统结构方框图 3.2.2 工作原理 采用 PLC 控制系统集中处理电梯的开、关轿厢门信号，井道信号，内、外呼梯召唤信号，高速计数信号，变频器状态信号，并逐步地进行逻辑运算，用这种方法可以产生变频器不可缺少的信号。3.2.3 控制方式对电机参数的影响 本次设计的客用电梯使用的是永磁同步电动机，其控制方式是采取基本保持恒转矩运行的矢量控制。矢量控制就是将供给电机的定子电流在理论上分成能够产生与磁场垂直且产生转矩的电流分量(转矩电流)和磁场的电流分量(磁场电流)两个部分，并分开对其进行操作5。电机磁通关系式如下:WmfWKE44.4 （3.2）式中，m主磁通 Kw定子绕组系数 E定子电势 W定子绕组匝数 f定子频率 从上式中可以得出，Kw与 W 为常数，E/f 为恒值时，电动机的磁通量是恒定的，电机的转矩和励磁电流也几乎保持不变。在调频调压控制中，调节电机的端电压 U，不调节电势 E，端电压 U 与电势 E之间有一定的压降。即:UKEe （3.3）式中，Ke为电势系数(约为 0.850.95)。综上所得，只有同时调整电源的电压与频率时，才能得到变速的要求，这种调速方法即是变压变频调速。安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）-22-4 基于变压变频调速系统控制的电梯电气设计 4.1 PLC 控制系统 4.1.1 PLC 控制系统的组成 电梯控制系统框图如图4.1 所示。PLC 主机是电梯变频控制系统的核心。它主要通过输 入接口接收来自操作箱、呼 梯盒、井 道装置、安全装置的信号。经过内部的算法，然后将处理后信号通过输出接口分别传递给指 层灯、门 级控制、变 频 器，进而完成对电 梯的控制。并且 PLC将继电器的运算逻辑处理功能取代，所以系统中继 电器的使用数量得到很大一部分的减少，进一步提升了系统的可靠性与安全性，从而保障了人们的安全，也节约了造价成本。图4.1 电梯PLC控制系统框图 4.1.2 PLC 控制电梯的优点（1）通过软件实现电梯运行的自主控制，大大提高了电梯的可靠性。（2）减少使用选层器和继电器，使得控制系统变得简单化，并且由于元器件的较少，使外部线路布局更加合理、简单化。（3）PLC 的控制功能是多样化的，它可以实现从简单电路到复杂电路的转变，可以使工作人员更加方便的增减或改变控制功能，大大降低了使用难度。（4）PLC 内部可以实现电梯故障的自主测查和报警提示，从而大大提升了电梯的可靠运行性。从而确保了乘客们的人身及财产安全，且为检修人员提供了很大的便利。（5）PLC 能够用于群控的调度和管理，提高运行效率。4.2 PLC 原理 4.2.1 PLC 工作原理 PLC 有两种基本工作状态，为运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运 行状态中，PLC 通过执行用户所编制的特定程 序来进行控制电 梯的运动，安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）-23-并且程 序不受其他因素干扰，将会一直重 复执行下去，在想终止程序时，必须使 STOP的工作状态与 PLC 停机时才会将其停止运行。通常将这种工作方式称之为扫描工作方式。并且计算机执行指令的速度是非常快的，因此通过外部输入输出这个关系得出的这两个处理过程十分接近于同步。4.2.1 PLC 扫描周期 1.输入采样阶段 在输入采取样本期间，PLC 录入全部数据和状态并将其放入储存器中。其余阶段程序会继续运行，并不会打断。如果运行过程中输入发生改变，但不会影响存储器中内容。因此，为确保输入可以读入，输入脉冲宽度必须大于扫描周期。2.用户程序执行阶段 在程序执行过程中，PLC 的 CPU 依据由上而下，从左到右依扫描梯形图来执行程序。对于数据处理和传达等特殊功能的指令是否需要执行需要进一步确定。3.输出刷新阶段 在输出时，CPU 根据存储区内对应的数据和对应的数据锁存电路，再通过输出电路使外设电路响应。4.3 PLC 选型 4.3.1 PLC 的 I/O 点数 1.现场输入信号 轿内指令按钮 1AN-6AN，共 6 个。厅外召唤按钮 1ASZ-5ASZ、2ASZ-6AXZ，共 10 个。楼层感应干簧管1G-6G，共 6 个，作用为：一是发出电梯减速信号；二是发出楼层指示信号。平层感应干簧管有 SPX、XPX，共 2 个。厅门开关 1MTK-6MTK,轿门开关 JMK，共 7 个。轿厢开门按钮 AKM，关门按钮 AGM，共 2 个。强迫换速开关 SHK，XHK，共 2 个。过载测量 GZC，PG 卡，障碍检测光电传感器GDC，共 3 个。输入信号总共 38 个。2.现场输出信号 电梯上下行指示灯 SXD、XXD，共 2 个。楼层指示灯 1ZD-6ZD，轿厢开关门指示灯 KMD、GMD，自动开关门信号MJZA、MJFA，厅外呼梯指示灯 1SZD-5SZD，2XZD-6XZD，共 20 个。8 个变频器控制引脚，6 个楼层显示器引脚，共 14 个。输出信号总共 36 个。4.3.2 内存容量的估算 内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户程序编写水平等因素有关。因此，安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）-24-初步估算只能通过输入/输出点 数和控 制系统的简易程 度来完成。所需总内存字数=开关量 I/O 总点数（1015）+模拟量 I/O 总点数（150250）再按 30%左右的预留余量。因此，可以大概计算出该系统将会需要2K 字节的内存容量。4.3.3 模拟量输入输出的总点数 模拟量只有输入时：内存字节的数量等于模拟点的数量乘以100。同时存在模拟量输入输出：内存字节的数量等于存拟量字数乘以20。4.3.4 开关量输入输出的点数 所需的内存字数等于开关数（输入加输出）总点数乘以10 开关量输入和开关量输出的比一般为6:4。4.3.5 控制功能的选择 功能的选择主要包括计算功能、通信功能、控制功能、处理速度、编程功能和诊 断功能等特性的选择。4.3.6 机型的选择 根据上述计算选用 FX2N-80MR 来进行控制。其 I/O 输入输出点分配如下表 4.1所示：表 4.1 I/O 单元输入点输出点分配表 输入功能 输入点 输出功能 输出点 轿箱内指示按钮1AN-6AN X0-X5 楼层指示灯 1ZD-6ZD Y0-Y5 门联锁回路 X6 轿厢开门指示灯 KMD Y7 轿箱开门按钮 AKM X7 轿厢关门指示灯 GMD Y10 轿厢关门按钮 AGM X10 七段码显示器引脚 Y11-Y17 楼层感应干簧管 1G-6G X11-X16 自动开门信号MJZA Y20 一层轿厢上行召唤 1ASZ X17 自动关门信号MJFA Y21 二层轿厢上行召唤 2ASZ X20 变频器控制信号 Y22-Y26 二层轿厢下行召唤 2AXZ X21 一楼门厅上行按钮指示灯1SZD Y27 三层轿厢上行召唤 3ASZ X22 二楼门厅上行按钮指示灯2SZD Y30 三层轿厢下行召唤 3AXZ X23 二楼门厅下行按钮指示灯2XZD Y31 四层轿厢上行召唤 4ASZ X24 三楼门厅上行按钮指示灯3SZD Y32 四层轿厢下行召唤 4AXZ X25 三楼门厅下行按钮指示灯3XZD Y33 五层轿厢上行召唤 5ASZ X26 四楼门厅上行按钮指示灯4SZD Y34 五层轿厢下行召唤 5AXZ X27 四楼门厅下行按钮指示灯Y35 安徽工程大学成人高等教育毕业设计（论文）-25-4XZD 六层轿厢下行召唤 6AXZ X30 五楼门厅上行按钮指示灯5SZD Y36 检修按钮 JXA X31 五楼门厅下行按钮指示灯5XZD Y37 障碍检测光电传感器 GDC X32 六楼门厅下行按钮指示灯6XZD Y40 过载测量 GZC X33 电梯上行指示灯 SXD Y41 平层感应干簧管 SPX、XPX X34-X35 电梯下行指示灯 XXD Y42 强迫换速开关 SHK、XHK X36-X37 变频控制信号 Y44-Y46 PG 卡 X40 4.4 变频器的选型 4.4.1 变频器型号的确定 选择变频器及主电路功率元件时，主要考虑以下三点：变频控制方式、速度控制方式、主电路功率元件及 PWM 调制频率。综上所述，考虑使用用 IMH4A2 电梯专用变频器。IMH4A2 是电梯专用型变频器，选用最新的智能功率，集 IPM 模块保护、驱动、功率交换与一体，由于采用优化 PWM 生成技术，输出谐波小，因此对系统及周围设备的干扰小，这在并联以及群控时更显得突出10。整机的可靠性得到大大提高。下图