青島理工大學 畢 業 設 計（論 文）題目：電梯的機械結構和自動化控制 學生姓名： 楊振達 學生學號： 201283134 院系名稱： 機電工程系 專業班級： 機械設計與制造125班 指導教師： 王龍 2015年 6月 3日畢業設計(論文)任務書專業 班級 姓名 下發日期 題目專題主要內容及要求主要技術參數進度及完成日期 系主任簽字日期教研室主任簽字日期指導教師簽字日期指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日青島理工大學畢業設計（論文）評閱意見表設計（論文）題目評價項目評價標準（A級）滿分評 分ABCDE文獻資料利用能力能獨立地利用多種方式查閱中外文獻；能正確翻譯外文資料；能正確有效地利用各種規范、設計手冊等。10109876綜合運用能力研究方案設計合理；設計方法科學；技術線路先進可行；理論分析和計算正確；動手能力強；能獨立完成設計（論文）；能綜合運用所學知識發現和解決實際問題；研究結果客觀真實。20192017181516131412設計（論文）質量設計（論文）結構嚴謹；邏輯性強；語言文字表準確流暢；格式、圖、表規范；有一定的學術水平或實際價值4037-4032-3628-3125-2724創新能力有較強的創新意識；所做工作有較大突破；設計（論文）有獨到見解151513-1411-12109工作量工作量飽滿；圓滿完成了任務書所規定的各項任務。151513-1411-12109總分是否同意將該設計（論文）提交答辯：是（ ） 否（ )具體評閱及修改意見： 評閱人： 年 月 日注：1.請按照A級標準，評出設計（論文）各項目的具體得分，并填寫在相應項目的評分欄中； 2.計算出總分。若總分60分，“設計（論文）質量”24分，建議不能提交論文評閱乃至答辯。該設計（論文）須限期修改合格后重新申請答辯。 3.評閱意見欄不夠可另附頁。答 辯 委 員 會 評 語評定成績周 記說明書(或論文)圖 紙答 辯總 評答辯委員會主席簽字日 期（5%）（65%）（30%）百分制等級制摘 要隨著經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，交流變頻調速技術已經進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣。電梯是現代高層建筑的垂直交通工具，其設計要求穩定性、安全性極高。隨著人們生活水平的不斷提高,對電梯的要求的也相應提高，電梯得到了快速發展，通過合理的選擇和人性化的設計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果,并提升了電梯的安全系數與安裝質量，使電梯達到了更美觀、更安全、更實用的層次。關鍵詞：電梯，電梯結構，硬件控制，微機控制AbstractWith the rapid development of economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology has been developing rapidly, ac frequency conversion speed regulation technology has entered a new era, and its application is more and more widely. The elevator is the modern high-rise building of vertical transport, the design requirements for stability, security is extremely high. As people living standard unceasing enhancement, also increase the requirement of the elevator, the elevator has been rapid development, through the reasonable choice and humanized design, improve the level of the elevator control, and improve the intimacy of the elevator running, make the elevator has reached the ideal control effect, and improve the quality of safety factor and the installation of the elevator, the elevator reached a more beautiful, more secure, more practical level.Keywords: The elevator, the elevator structure, hardware control, microcomputer control目 錄前 言1第一章電梯的綜述21.1電梯的定義與簡介21.2電梯的性能指標及控制要求31.2.1電梯的主要性能指標31.2.2電梯的控制要求41.3原始參數5第二章硬件控制62.1主拖動系統結構的設計62.1.1電梯結構組成的主要部件62.1.2電梯的安全保護裝置82.2電梯拖動82.2.1電梯參數的計算82.2.2變頻器的工作原理112.2.3 電機與變頻器配置及容量的選擇132.3電梯門控制系統152.3.1 開關門過程152.3.2門的拖動系統16第3章 控制系統軟件控制回路173.1 控制系統比較173.1.1繼電器接觸器控制系統173.1.2半導體邏輯控制系統173.1.3微機控制系統183.2電梯控制回路設計用到的軟件183.2.1Verilog HDL的一般概念183.2.2Verilog HDL的特點183.2.3控制系統193.3控制模塊的設計203.3.1主控模塊的設計203.3.2信號消除控制實現223.3.3判斷響應23第4章 經濟效益分析25結 論26致 謝27參考文獻28青島理工大學畢業設計（論文）前 言電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。是集機電一體的復雜系統，它涉及電子技術、機械工程、電力電子技術、微機技術、電力拖動系統和土建工程等多個科學領域。目前電梯的生產情況和使用數量已成為一個國家現代化程度的標志之一。隨著現代化城市的高速發展，每天都有大量人流及物流需要輸送。為節約用地和適應經貿事業的發展，一幢幢高樓拔地而起，這些高層建筑的垂直運輸是一個突出問題，與人們的工作和生活緊密相關。其不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現代電梯而言，應具有高度的安全性。事實上， 電梯上已經采用了多項安全保護措施。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數和保險系數。然而，只有電梯的制造，安裝調試、售后服務和維修保養都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。在國外，已“法規”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業認可的、法規認證的專業安裝隊伍維修單位，承擔安裝調試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調查和科學計算，其結論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統計，在美國乘其他交通工具的人數每年約為80億人次，而乘電梯的人數每年卻有540億人次之多。目前，我國國產電梯大部分為繼電器及PLC控制方式，繼電器控制系統性能不穩定、故障率高，大大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來了很多不便，因而傳統的電梯控制系統的更新勢在必行,PLC（可編程控制器）在電梯控制中得到了廣泛的應用。本次設計嘗試用初級Verilog HDL實現電梯的微機控制，進行多層次的邏輯設計，進行仿真驗證、時序分析等以保證設計的正確。本書主要是根據普通居民住宅樓電梯的控制回路并按居民樓的特點來設計。本書共分四章，第一章電梯的綜述，第二章電梯的硬件控制，第三章控制系統軟件控制設計，第四章經濟指標計算。第 28 頁 第一章 電梯的綜述1.1電梯的定義與簡介1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺上，命令助手將平臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發出信號，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中奧的斯先生發明的升降梯安全裝置發揮了作用。“一切安全，先生們。”站在升降梯平臺上的奧的斯先生向周圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。電梯是一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。其服務于規定樓層的固定式升降設備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15的剛性導軌之間。轎廂尺寸與結構形式便于乘客出入或裝卸貨物。 1控制柜(屏)2一拽引機3拽引鋼絲繩4限速器5限速器鋼繩6限速器張緊裝置7轎廂8安全鉗9轎廂門安全觸板10導軌11對重12廳門13緩沖器1.2電梯的性能指標及控制要求1.2.1電梯的主要性能指標1. 安全性(1)保護功能。用于限載、限速、限流以及行車與開關門互鎖。限速保護主要由安全鉗和限速器組成，轎廂的安全鉗、限速器動作速度應不低于轎廂額定速度的115%。(2)應設置廳門、轎門電氣聯鎖裝置。(3)轎廂超越上、下限工作位置時，切斷控制電路的裝置。(4)電梯因中途停電或電氣系統故障不能正常運行時，應有轎廂慢速移動措施。2. 可靠性電梯的可靠性很重要，如果一部電梯工作起來經常出故障，就會影響人們正常的生產與生活，給人們造成很大的不便，不可靠也是事故的隱患，常常是不安全的起因。要想提高可靠性，首先應提高構成電梯的各個零部件的可靠性，只有每個零部件都是可靠的，整個電梯才能使可靠的。3. 停站的準確性停站準確性又稱平層準確度，平層精度。GB/T10058-1997電梯技術條件對轎廂的平層準確度規定如下：電梯類型額定速度（m/s）平層準確度（m/s）交流雙速電梯0.25或0.5150.75或1.030交直流快速電梯1.52.015交直流高速電梯2.05電梯轎廂的平層準確度與電梯的額定速度，電梯的負載情況有密切關系。負載重，則慣性大，提速高慣性也大。因此檢查平層準確度時，分別以空載，滿載，上下運行，到達同一層站停測量平衡誤差，取其最大值做平層站的平層準確度。4. 振動、噪聲及電磁干擾現代電梯是為乘客創造舒適的生活和工作環境。因側要求電梯運行平穩，安靜，無電磁干擾。5. 舒適感和快速感當電梯在減速下降或加速上升時，人體內臟的質量會向下壓在骨盤上，身體有超重感；當電梯加速下降或減速上升時，支撐內臟的腹部肌肉就會失掉一部分重量，又產生失重感，因而會給乘客造成了身體的不適，甚頭暈目眩。實驗證明，乘客感覺與電梯速度無關，而與加速度和減速度有關，所以考慮生理系數=da/dt的影響，電梯行業一般1.3米/秒3，又要使電梯運行中盡可能減少起動，制動過程中的加減速所用時間。才能使電梯的運行速度（主要是起動和制動過程的速度）符合人體的要求。1.2.2電梯的控制要求每層電梯入口設有上下請求開關，電梯內設有乘客到達層次的停靠站請求開關。（1） 設有電梯所在位置指示裝置及電梯運行模式（上升或下降）指示裝置。（2） 電梯每秒開（降）一層樓。（3） 電梯到達有停靠站的請求的樓層后，經過一秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門四秒后，電梯門關閉（開門指示燈滅），電梯繼續運行，直到執行完組后一個請求信號后停靠在當前層。（4） 能記憶電梯所有的內外的請求信號，并按照電梯的運行規則次序響應，每個請求信號保留至執行后消除。（5） 電梯的運行規則：當電梯處于上升模式的時候，只響應比電梯所在位置高的上樓請求信號，有上而下逐個執行，直到最后一個上樓請求執行完畢，如果高層有下樓請求，則直接到有下樓請求的最高樓接客，然后便進入下降模式。當電梯處于下降模式時，則與上升到模式相反。（6） 電梯初始狀態為層，處在開門狀態，開門指示燈亮。（7） 具備符合上述功能的多層電梯控制器。根據以上控制要求大體設計選擇出符合要求的電梯各系統零部件及控制系統。1.3原始參數1.電梯的原始參數樓高（每層）H：3米載重量Mv: 1000千克轎廂質量Mjx: 1000千克對 重M：1500千克額定梯速 VN: 1米/秒隨行電纜質量：1100千克鋼絲繩質量：300千克2.電機的原始參數 型號：蒂森克虜伯PMS280永磁同步無齒輪曳引機相數：3相絕緣等級：F級 額定功率：9.3KW額定頻率：26.5HZ額定電壓：360V額定電流：21.2A轉速：159轉/分額定轉矩：560N.m3.主板要求 依據蒂森主板設計：TCM系統控制柜MC2板，變頻器TMI2板，外呼MS2板，轎廂MF3板（如超過8層添加MF4擴展）。第二章 硬件控制本文主要介紹微機控制系統的設計。所設計的電梯為8層，由轎廂、曳引機構、開門機構、控制系統等組成。其系統整體硬件框圖如圖2-1所示，由MS2板接到外呼選層命令后，反饋到MC2主板，TMI2主板接收到MC2主板給出的信號后，控制變頻器輸出使曳引電機以給定的速度和轉向運轉。MC2主板根據現場信號的狀態決定發給TMI2速度信號，以及MF3位置信號，決定開門、關門、松閘等，并給出相應顯示。2.1主拖動系統結構的設計2.1.1電梯結構組成的主要部件(一)曳引機房內的主要部件1.曳引機 曳引機是電梯的驅動裝置。曳引機包括：1）驅動電動機 設計使用永磁同步無齒輪曳引機2）制動器 在電梯上通常采用雙瓦塊常閉式電磁制動器。電梯停止或電源斷電情況下制動抱閘，以保證電梯不致移動。3）減速箱 大多數電梯廠選用蝸輪蝸桿減速箱，也有行星齒輪、斜齒輪減速箱。無齒輪電梯不需減速箱。 4）曳引輪 曳引機上的繩輪稱為曳引輪。兩端借助曳引鋼絲繩分別懸掛轎廂和對重，并依靠曳引鋼絲繩與曳引輪繩槽間的靜摩擦力來實現電梯轎廂的升降。5）導向輪或復繞輪 導向輪又稱抗繩輪。電梯轎廂尺寸一般都比較大，轎廂懸掛中心間的距離往往大于設計上所允許的曳引輪直徑。因此對一般電梯而言，通常要設置導向輪，以保證兩股向下的曳引鋼絲繩之間的距離等于或接近轎廂懸掛中心和對重懸掛中心間的距離。對復繞的無齒輪電梯而言，改變復繞輪的位置同樣可以達到上述目的。2.限速器 當轎廂運行速度達到限定值時，能發出電信號并產生機械動作的安全裝置。3.控制柜 各種電子元器件和電器元件安裝在一個防護用的柜形結構內，按預定程序控制轎廂運行的電控設備。4.電源開關、照明開關 用于機房，轎廂以及井道的照明5.選層器、極限開關、機械樓層指示器、發電機組等部件 要根據電梯規格種類、需要而設置。(二)轎廂上的主要部件1.操作箱 裝在轎廂內靠近轎廂門附近。用指令開關、按鈕或手柄等，操作轎廂運行的電器裝置。2.轎內指層燈 設置于轎廂內，客梯一般裝在轎門上方，貨梯一般裝在轎廂側壁，用以顯示電梯運行位置和運行方向的裝置。3.自動門機 裝于轎廂頂的前部，以小型的交流、直流、變頻電動機為動力的自動開關轎門和廳門的裝置。4.安全觸板（光電裝置） 設置在層門轎門之間，在層門、轎門關閉過程中，當有乘客或障礙物觸及時，門立刻停止并返回開啟的安全裝置。載貨電梯一般不設此裝置。5.轎門 設置在轎廂入口的門。6.稱重裝置 能檢測轎廂內負載變化狀態，并發出信號的裝置，適用于乘客或貨物電梯等。7.安全鉗 由于限速器作用而引起動作，迫使轎廂或對重裝置掣停在導軌上，同時切斷控制回路的安全裝置。8.導靴 設置在轎廂架和對重裝置上，使轎廂和對重裝置沿著導軌運行的裝置。9.其它部件 轎頂安全窗、光電保護、超載裝置、鄰梯指示等部件，要視電梯規格、型號、種類及客戶要求而設置。(三)電梯層門口的主要部件1.層門 設置在層站入口的封閉門。2.層門門鎖 設置在層門內側，門關閉后，將門鎖緊，同時接通控制回路，轎廂可運行的機電聯鎖安全裝置。3.樓層指示燈 設置在層站層門上方或一側，用以顯示轎廂運行層站位置和方向的裝置。4.層門方向指示燈（限于某些電梯需要） 設置在層站層門上方或一側，用以顯示轎廂欲運行方向并裝有到站音響機構的裝置。5.呼梯盒 設置在層站門側，當乘客按下需要的召喚按鈕時，在轎廂內即可顯示或登記，令電梯運行停靠在召喚層站的裝置。2.1.2電梯的安全保護裝置1.電磁制動器裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。2.強迫減速開關其分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上的撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。3.限位開關當轎廂經過端站平層位置后仍未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。4.行程極限保護開關當限位開關不起作用，轎廂經過端站時，此開關動作。5.急停按鈕裝于轎廂司機操縱盤上，發生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。6.廳門開關每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動;在運行中如出現廳門開關斷開，電梯立即停車。7.關門安全開關常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。8.超載開關當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。9.其它的開關安全窗開關，鋼帶輪的斷帶開關等。2.2電梯拖動2.2.1電梯參數的計算一、電梯拖動系統設計方案的比較變頻調速系統具有轉速開環恒壓頻比（V/F=C）的控制方式，又具有轉速閉環的轉差頻率控制方式。因此電梯拖動部分具有兩種變頻控制方式。方案一：采用開環控制采用開環控制具優點是結構簡單，成本低，容易實現，普通的變頻器就具有這種功能，具缺點是當負載發生變化時，電梯的梯速將不能完全按照設計曲線運行，這時電梯的運行十分不利，從電梯的平穩性和舒適性將大大下降。采用開環控制還有一個缺點，平層的精確度不高，當電梯制動停車時，轎廂將走過一段距離，而這段距離又因電梯的負載情況、運行方向等原因而差距很大，這樣就會造成平層精度差，因此采用開環控制的變頻調速系統不適合電梯的拖動系統。方案二：采用閉環控制檔次高的變頻器本身具有速度檢測器，能實現閉環控制。閉環控制能實現零速平層停車，平層精確度高。閉環控制系統能使電梯速度按預定曲線運行，提高系統的穩定性和乘坐的舒適性。因而本設計采用此方案。我們選用蒂森公司生產的CPIK-32M1變頻器。它具有以下四種技術特性：（1）可直接控制永磁同步電動機的電流，使電動機保持較高的輸出轉矩。（2）CPIK-32M1適用于各種應用場合，在低速下實現平穩起動并且極其精確的運行。（3）它的自動調整功能可使各種電動機達到高性能的控制。（4）CPIK-32將控制、矢量控制、閉環控制、閉環矢量控制的四種控制方式融為一體，其中閉環矢量控制是最適合電梯控制要求的。二、電梯速度曲線的設計 圖2-1 電梯速度曲線控制電梯速度曲線的起始點、終了點和轉彎處是圓滑過渡的，這也是由人的生理特點所決定的。人體不但對加速度敏感，對加速率的變化率也很敏感。加速度的變化率在電梯技術中稱之為生理系數。國家規定標準，加速度最大值不得大于；平均速度應不小于；生理系數的數值應盡量限制在內。電梯運行時，需要選擇恰當的加速度和加速度變化率的數值，使其既能滿足乘坐合適感的要求，又能使電梯的運行時間盡可能縮短，從而提高運行效率，這樣，電梯在啟動時，應該是逐漸加速的過程，并要逐漸地過度到穩定運行階段。因此，電梯的理想運行曲線通常是拋物線直線形曲線，如圖2-4所示，該曲線在啟動階段（AB間）分成AE、EF、FB三段，其中AE段是一個拋物線，其方程可寫作：= （21）EF段是與AE段相切的直線，其方程式為：=+-=+ （22）式中為AE段在E點的末速度，即E點的速度；是AE段在E點的加速度，也是EF段的加速度。 FB段與EA段對稱，EF段的中點是它們的對稱點。由（21）式可以求得AE段的加速度和生理系數： （23） （24）由（22）式可以求得EF段的加速度和生理系數： （25） （26）由于FB段與EA段對稱，其有關方程不再列寫。BC段為恒速運行階段，此時速度為額定速度： 所以： CD與BA對稱，MN是它們的對稱線。從上面分析可以看出，只要適當地選取（21）式中的K值和拋物線AE段的時間,就可以保證電梯的最大加速度不超過標準規定的最大加速度，保證電梯的最大生理系數m 不超過規定的最大生理系數mb。由于沒有直線段的起動速度曲線適合于低速電梯的起動速度曲線，所以本設計采用沒有直線段的起動曲線。從前面的分析知道，這種速度曲線的最大加速度出現在E點及EF段，其值由（25）式表示，最大生理系數出現在AE段的FB段，其值由（24）式可得： （27）由（25）式和（27）式可得： （28） 由（21）式求E點的速度： （29）2.2.2變頻器的工作原理一、變頻調速的基本控制方式異步電動機的同步轉速，即旋轉磁場的轉速為： n1=式中 n1同步轉速（） f1 定子頻率 （Hz） np磁極對數 而異步電動機的軸轉速為： n=n1(1-s)=式中 異步電動機的轉差率， 改變異步電動機的供電頻率，可以改變其同步轉速，實現調速運行。改變其同步轉速，實現調速運行。對異步電機進行調速控制時，希望電動機的主磁通保持額定不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機的負載能力下降；磁通太強，則處于過勵磁狀態，使勵磁電流過大，這就限制了定子電流的負載分量，為使電動機不過熱，負載能力也要下降。異步電動機的氣隙磁通（主磁通）是定、轉子合成磁勢產生的，下面說明怎樣才能使氣隙磁通保持恒定。由電機理論知道，三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為：=m式中定子每相由氣隙磁通感應的電動勢的方均根值（） 定子頻率（）； 定子相繞組有效匝數； m每極磁場通量（）。由上式可見，m的值是由和共同決定的，對和進行適當的控制，就可以使氣隙磁場通m保持額定不變，下面分兩種情況說明： 1.基頻以下的恒磁通變頻調速 這是考慮從基頻向下調速的情況。為了保持電動機的負載能力，應保持氣隙主磁通m不變，這就要求降低供電頻率的向下降低感應電動勢，保持E1/f1=常數。這種控制又稱為恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式。但是，難于直接檢測和直接控制。當和的值較高時，定子漏阻抗壓降相對比較小，如忽略不計，則可以近似地保持定子相電壓和頻率的比值為常數，即認為=，保持=常數即可。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。當頻率較低時，和都變小，定子阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能忽略。這種情況下，可以適當提高電壓補償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。如圖2-2所示，其中1為=時的電壓、頻率關系，2為有電壓補償時（近似的=）的電壓、頻率關系。實際裝置中與的函數關系并不簡單的如曲線2所示。通用變頻器中與之間函數關系有很多種，可以根據負載性質和運行狀況加以選擇。圖2-2 U/f關系2.基頻以上的弱磁變頻調速這是考慮由基頻開始向上調速的情況。頻率由額定值向上增大，但電壓受額定電壓的限制不能再升高，只能保持=不變。必然會使主磁通隨著的上升而減小，相當于直流電動機弱磁調速的情況，屬于近似的恒功率調速方式。 上述兩種情況綜合起來，異步電動機變頻調速的基本控制原則:1）當頻率低于額定頻率時,即，而保持= = 2）當頻率高于額定頻率時,既時,保持不變 由上面的討論可知，異步電動機的變頻調速必須按照一定的規律同時改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻裝置獲得電壓頻率均可調節的供電電源,實現所謂的VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）調速控制。通用變頻器可適應這種異步機變頻調速的基本要求。二、變頻器的基本構成變頻器分為交交和交直交兩種形式。交交變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交直交變頻器則是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流變換成頻率、電壓均可能控制的交流電，又稱間接式變頻器。我們的目的是研究通用變頻器，所以主要研究交直交變頻器，以下簡稱變頻器。變頻器的基本構成如圖2-3所示，由主回路（包括整流器，中間直流環節，逆變器）和控制回路組成。 圖2-3 變頻器的基本構成主回路：是因為異步電動機提供調壓、調頻電源的電力變換部分。由四部分組成，包括變流器、平滑回路、逆變器和制動回路，其中制動回路主要用于異步電動機再生制動，當電機快速制動時，需要處理從電機向逆變器反饋的能量，由制動回路把再生功率消耗掉，以免直流電壓上升。控制回路：為主回路提供V/F協調控制指令信號的回路，由頻率、電壓的運算回路、主回路的電壓/電流檢測回路、控制信號放大的驅動電路以及逆變器和電動機的保護回路組成。有的變頻器還具有速度檢測回路。根據控制回路有無電動機速度檢測回路，可以組成速度的開環控制和閉環控制變頻調速系統。2.2.3 電機與變頻器配置及容量的選擇參照電梯的參數：電機選擇不變，依舊是蒂森PMS280永磁同步無齒輪曳引機（參數見第一章）變頻器用在電梯調速系統中，必須配PG卡及旋轉編碼器，以供電動機測速及反饋。旋轉編碼器與電動機同軸連接，對電動機進行測速。旋轉編碼器輸出A、B兩相脈沖，當A相脈沖超前B相脈沖90o時，認為電動機處于正轉狀態，當A相脈沖滯后B相脈沖90o時，認為電動機處于反轉狀態。旋轉編碼器根據AB脈沖的相序，可判斷電動機轉動方向，并可根據A、B脈沖的頻率（或周期）測得電動機的轉速。旋轉編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號送給CPIK-32M1內部，以便進行運算調節。CPIK-32M1用在電梯調速系統中，還必須配置制動電阻。當電梯減速運行時，電動機處于再生發電狀態，向變頻器回饋電能。直流部分電壓升高，這時，同步轉速下降，交-直-交變頻器的制動電阻的作用就消耗回饋電能，抑制直流電壓升高。蒂森CPIK-32變頻器簡介型 號CPIK-32M1最大可用的電動機輸出 /kW15輸出特性變頻器容量 /kW26額定輸出電流 /A34最大輸出電壓 3相，380、400、415、440、460（正比于輸入電壓）額定輸出頻率通過參數設定獲得，最大到400Hz電源電壓和頻率3相，50/60Hz, 380/400/415/440/460V允許電壓波動+10，-15允許頻率波動5%控制特性控制方法正弦波PWM起動轉矩150/1Hz（有PG為150/0rmin-1）速度控制范圍1:100(有PG為1:1000)速度控制精度0.2%(有PG為0.02%)速度響應5Hz(有PG為30Hz)轉矩限值可得到(參數設定,4級可定)轉矩精度5%轉矩響應20Hz(有PG為40Hz)頻率控制范圍0.1400Hz頻率精度(溫度范圍)數字指令: 0.01%(-10+400C)續表模擬指令: 0.1%(250C100C)頻率分辨力數字指令:0.01Hz(100Hz以下)，0.1Hz(100Hz以上)模擬指令:0.03Hz/60Hz(11位+符號位)輸出頻率分辨力0.001Hz過載能力150%額定輸出電流，1min頻率設定信號-1010V,010V,420mA加/減速時間0.016000.00s(單獨設定加/減速時間，4種轉換)制動力矩約20%保護功能電動機保護電子型熱過載繼電保護瞬時過流約200%變頻器額定輸出電流時電動機停止熔斷器熔斷保護熔斷器熔斷使電動機停止過載150%額定輸出電流1min后，電動機滑行停止過電壓主電路直流電壓超過820V時，電動機停止欠電壓主電路電壓降時電動機停止散熱器過熱熱散電阻保護失速保護加/減速運轉期間的失速保護接地保護由電子電路保護環境周圍溫度-10+400C濕度90RH或更小存放溫度-20+600C使用場所室內海拔1000米以下2.3電梯門控制系統2.3.1 開關門過程現代電梯講究工作效率，門都具有啟閉迅速的特點，其開門過程的變化為：低速啟動運行加速至全速運行減速運行停機，慣性運行至門全開。關門變化過程：全速啟動運行第一級減速運行第二級減速運行停機，慣性運行至全門閉。 一般關門平均速度低于開門平均速度，這是為安全起見，防止關門時將人夾住。廳門設有安全觸板，考慮到關閉中的對人體有沖擊，有必要對門速實行限制。我國的電梯制造與安全規范中規定，當門的動能超過10J時，最快門扇的平均關閉速度要限制在0.3m/s。2.3.2門的拖動系統電梯自動門的拖動部分由電動機及其拖動控制線路構成。控制電機的正、反轉及調節開關門的速度。電梯門可用交流電動機或直流電動機，通常用直流電動機，因為它具有啟動力矩大，調速性能好等特點，并采用他勵方式。1、 調速原理電梯門電動機采用的是調壓調速方法。電動機轉速與電樞端電壓有如下關系式： 式中 電動機轉速，電樞端電壓，V電樞電流，A電機常數由上式可見，改變電樞電壓U，可使電動機轉速改變，所以此設計采用電阻分壓的方法來改變電樞端電壓。2、 調速過程關門時，關門繼電器GMC吸合，電阻MR與減速電阻GMR構成了分壓電路，電動機DM并聯GMR啟動，隨著門的運動，當1GM被動作使之閉合時，分壓減少，速度降低，當2GM被動作并使之閉合時，分壓再度減少，門以更低的速度閉合，至最后碰撞門極限開關GXK時，通過PLC使GMC釋放，電動機停止。開門時，KMC吸合，電動機轉向與關門相反，MR與KMR構成分壓電路，門運行至調定位置時，使KM閉合，門速降低，至門碰撞開門極限開關時，通過PLC使KMC釋放，電機停止。第3章 控制系統軟件控制回路隨著電子工業的發展，新技術、新產品不斷用于電梯控制系統，如無觸點半導體邏輯控制晶閘管（俗稱可控硅）的應用；繼承電路和數字控制、電腦和機群控制及調頻調壓技術的應用；拖動系統建華、性能提高等。微電腦（或稱微處理機）在電梯控制系統中得到廣泛的應用，從而代替了數量眾多的繼電器、接觸器控制系統。微電腦電梯的特點：運行可靠、故障率低、耗能；控制屏(柜)體積少，從而機房的面積可相應見小；設備投資費減少；維修方便。采用VerilogHDL硬件語言進行電子電路的設計,其特點是以軟件工具為核心,通過這些軟件完成產品開發的設計、電路分析(邏輯功能仿真)、糾錯和驗證、自動布局布線、時序仿真(布線延遲分析)等各項測試工作,最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件,從而實現電子電路的自動化設計。3.1 控制系統比較在電梯的電氣自動控制系統中，邏輯判定起著主要的作用。無論何種電梯，無論其運行速度有多大，自動化程度有多高，電梯的電氣自動控制系統所要達到的目標是相類同的。也就是要求電器自動控制系統根據轎內指令信號和各層廳外召喚信號而自動進行邏輯判定，決定出哪一臺電梯接受信號，自動定出那一臺電梯的運行方向，并按內外信號要求通過電器自動控制系統而完成預定的控制目標。在所謂的邏輯判定中，邏輯運算的支配是十分重要的，而電梯的電氣控制系統必須啟動各種控制信號元件，如：接觸器、繼電器、發光指示器、電動機等。眾所周知，就電梯的運行工藝而言，要實現這類控制目的的方法有如下幾種：3.1.1繼電器接觸器控制系統這種控制系統是當前國內許多電梯廠家還在使用的一種電梯電氣控制系統。該系統與其他控制系統相比，結構比較簡單，易于理解和掌握。但從使用觀點來看，該系統有以下缺點：（1）接點容易磨損，電接觸不好；（2）接點逼和緩慢；（3）體積大，控制屏（柜）占機房面積大；（4）控制系統的能量消耗大；（5）維修保養工作量大、費用高。由于該系統有上述諸多弊病，繼電器接觸器系統僅僅應用于電梯速度不高（v1.0m/s）和要求不十分高的場合。3.1.2半導體邏輯控制系統20世紀60年代末隨半導體技術機器期間的發展和廣泛應用，晶體三極管、二極管等電子期間代替了繼電器接觸器的有接觸點系統。這種控制技術避免了賞識繼電器接觸器系統存在的缺點，從其可靠性來說可謂“半永久性”的，因其沒有接點的磨損或接觸不良的問題，也不存在接點是使用壽命問題。但是該系統是以所謂的“硬件”邏輯運算為基礎的，即根據控制算法和要求進行布線，而個控制云件的布線均必須單獨進行。以后若需對園丁的控制要求（算法）有更改是，往往必須改變布線。3.1.3微機控制系統自70年代開始，隨著大規模集成電路的出現和發展，尤其自70年代末和80年代初開始，微機處理在各個領域內的廣泛應用，國外先進的工業國家已經成功的把微機技術應用于電梯控制系統，并取得了相當驚人的成就。國內的幾家電梯的合資企業也已經推出或即將推出不同的類型的微機控制電梯。電梯的微機控制系統實質上是使控制算法不再由“硬件”邏輯所固定，而是通過一種所謂“程序存儲器”中的程序指令“軟件”即可。而無須變更或減少“硬件”系統的布線。因而十分便于使用、管理和改變功能要求。另一方面也減少了控制系統的體積，降低能耗和降低維修保養費用。3.2電梯控制回路設計用到的軟件3.2.1Verilog HDL的一般概念電子系統的設計主要有原理圖輸入法和硬件描述語言設計兩種方式。圖形輸入法是設計規模較小的電路是經常采用的方法，這種方法直接把設計的系統用原理圖的方式表現出來，具有直觀、形象的優點，尤其對表現層次結構、模塊化結構更為方便。但圖形設計方式要求設計工具提供必要的元件庫，以供調用。它適于描述連接關系和接口關系，不適合描述邏輯功能。同時，如果所設計的系統的規模比較大，或設計軟件不能提供設計者所需要的庫單元時，這種方法就顯得很受限制了。而且用原理圖表示的設計，通用性、可移植性也弱一些，所以在現代的設計中，越來越多地采用基于硬件描述語言的設計方式。硬件描述語言（HDL，Hardware Description Language）是一種用文本形式來描述和設計電路的語言。設計者可利用HDL來描述自己的設計，然后EDA工具進行綜合和仿真，最后變為某種目標文件，再利用ASIC或FPGA來具體實現。這種設計方法已經被普遍采用。硬件描述語言的發展至今不過20年左右的歷史，已成功用于系統開發的各個階段：設計、綜合、仿真、驗證等。到20世紀80年代時，已出現了數10種硬件描述語言，他們對設計自動化起了促進和推動的作用。但是，這些語言一般面向特定的設計領域與層次，而且眾多的語言使用擁護無所適從，因此急需一種面向多領域、多層次、并得到普遍認同的HDL語言。進入80年代后期，硬件描述遠向著標準化、集成化的方向發展。最終，VHDL和Verilog HDL 適應了這種趨勢的要求，先后成為IEEE標準。3.2.2Verilog HDL的特點Verilog HDL語言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司為其模擬器產品開發的硬件建模語言，那時它只是一種專用語言，由于他們的模擬、仿真器的產品應用廣泛使用Verilog HDL作為一種便于使用的且實用的語言逐漸為眾多設計者所接受。Verilog HDL語言是應用最為廣泛的硬件語言之一，可用來進行各種層次的邏輯設計，也可以進行仿真、嚴整、時序分析等。Verilog HDL適合算法級、寄存器傳輸級、門級和版圖級等各個層次的設計和描述。在采用Verilog HDL進行設計的時候，由于Verilog 語言的標準化 ，可以很容易地把完成的設計移植到不同廠家的不同中去。用Verilog HDL進行設計還具有工藝無關性，這使得工程師在功能設計、邏輯驗證階段可以不必過多考慮門級及工藝實現的具體細節，而只需根據系統設計的要求，施加不同的約束條件，即可設計出實際電路。圖3-1 控制系統框圖3.2.3控制系統實現各個模塊的設計是通過MAX+Plus II來完成的，它是VerilogHDL描述語言的工作環境，只有在MAX+Plus II下才能完成VerilogHDL語言的編譯與仿真工作，通過波形圖能更直觀的表達出程序的工作情況。MAX+Plus II是一個完全集成化、易學易用的可編程邏輯設計環境，它可以在多平臺上運行，其圖形界面豐富，加上完整的、可即使訪問的在線文檔，是設計人員可以輕松的掌握軟件的使用。其開發系統有許多特點：1.界面開放；2.與結構無關；3.豐富的設計庫；4.模塊化工具；5.硬件描述語言MAX+Plus II軟件支持各種H