XXX學院本科畢業設計（論文）電梯電器控制系統設計學生姓名XX學生學號20091050XXX院（系）電氣信息工程學院年級專業XXX自動化XX指導教師XXXXXX教授助理指導教師二一三年六月摘要21世紀，隨著科學技術的迅猛發展，不斷涌現的高新技術，可利用的資源也越來越少。面對如此惡劣的環境，人們對于節電和環保的意識也越來越強，在這樣的環境下傳統的電勵磁電機就受到了挑戰，同時這也是給新型的電梯提供了廣闊的發展機會。與此同時，數字信號處理器、新型電力電子器件以及PWM控制的發展得到了強有力的發展。比較傳統的電磁電機，永磁同步電機具有效率高且功率因數高，體積小，重量輕，材料使用率高等，具有無與倫比的優勢。本設計在采用PLC和變頻器相互結合而實現電梯常規控制的基礎上，通過對變頻器和PLC芯片的合理選擇和設計，大大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和運行效果。關鍵詞電梯；PWM控制；變頻調速ABSTRACTINTHE21CENTURY,SCIENCEANDTECHNOLOGYDEVELOPFASTHIGHTECHNOLOGYEMERGEENDLESSLYANDTHERESOURCEDAYBYDAY,THUSPEOPLEBECOMEMOREAWAREOFECONOMIZINGELECTRICITY,ANDPROTECTINGOURENVIRONMENT,WHICHMAKETHETRADITIONELECTRICALEXCITATIONCONFRONTGREATCHALLENGE,ASWELLASSUPPLIEDWITHGOODCHANCETHEDEVELOPMENTOFTHENEWPOWERELECTRONICDEVICES,DIGITALSIGNALPROCESSORSANDMODERNCONTROLTHEORY,THEMODERNSPEEDCONTROLTECHNOLOGYHASBEENDEVELOPEDCOMPAREDTOTHETRADITIONALELECTRICALEXCITATIONGENERATOR,THEPERMANENTMAGNETSYNCHRONIZEGENERATORHASTHEADVANTAGEOFHIGHEFFICIENCY,HIGHFACTOR,SMALLSIZE,LESSMATERIAL,LESSWEIGHT,THATCANNOTBEREPLACEDTHISDESIGNINUSEPLCANDINVERTERELEVATORONTHEBASISOFCONVENTIONALCONTROL,THROUGHTHEINVERTERANDPLCCHIPDESIGN,SELECTIONANDGREATLYIMPROVESTHEELEVATORCONTROLLEVELS,ANDIMPROVESTHECOMFORT,ELEVATORMAKESELEVATORREACHESMOREIDEALCONTROLANDOPERATINGRESULTSKEYWORDSELEVATORPWMFREQUENCY目錄摘要IABSTRACTII1緒論111電梯簡史112國內外電梯的使用與生產情況113電梯的發展趨勢22概述321電梯的概述3211電梯的概念3212電梯的分類3213電梯的工作原理422電梯的基本結構5221曳引系統7222導向系統8223門系統8224轎廂8225電力拖動系統9226電氣控制系統10227安全保護系統103電梯電力拖動控制系統1131變頻調速電梯系統運行原理1132變頻器12321變頻調速原理12322變頻器組成、工作原理及其分類12323變頻器機型選擇13324變頻器計算及其參數設置1533電梯理想速度曲線設計16331電梯快速性的性能要求16332電梯舒適性的性能要求17333電梯速度曲線1734電梯曳引電動機及其功率確定18341電梯對曳引機的要求18342曳引電動機額定功率的粗選18343曳引電動機過載、啟動校驗194電梯電氣控制系統2141PLC及其在電梯控制中的應用特點21411PLC定義及其特點2142PLC的選擇22421轎廂樓層位置檢測方法22422PLC機型的選擇2343電梯電氣控制系統設計方案2444電梯電氣控制系統軟件設計28441層樓繼電器回路的實現30442召喚回路31443指令回路32444選向回路32445電梯的開關門環節34446電梯起制動環節35447故障報警37448電梯的通風系統37449電梯的照明系統375總結3851全文總結3852展望38參考文獻39致謝40附錄A電梯控制系統原理圖41附錄B電梯控制系統梯形圖421緒論11電梯簡史電梯的雛形源于公元前236年的古希臘，它是阿基米德設計的由人力驅動的卷筒式卷機。其實，我國北方農村常見的水井絞車轆轤，就是我們的祖先早在公元前使用的一種人力升降裝備。1850年，世界第一臺用蒸汽機當做動力的卷揚機出現在美國，1889年，世界第一臺電動機作為動力的升降機由美國的OTIS公司試制成功了，給之后的現代化的電梯有了一定的基礎。20世紀初，美國有了曳引式電梯1。1933年，世界第一臺運行速度為6M/S的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。20世紀80年代出現了交流變壓變頻（VVVF1）調速電梯開拓了電梯拖動的新領域。12國內外電梯的使用與生產情況1國外情況90年代以來，400多萬臺電梯在世界各地運行著，同時每年以15萬臺的需求量增加著，預計近十年內世界年平均增長率為7，亞太地區的年增長率為9。2國內情況解放前，我國基本沒有自己的電梯制造業，只有美國OTIS公司在我國設立的維修點。解放初我國先后建立了十多個電梯制造廠，電梯制造業有了迅猛發展，但在5060年代期間，電梯的使用僅限于各大賓館、飯店、外交公寓、以及國家的重要場館和較大的公共場所，如人民大會堂、北京地鐵車站、首都機場等。據有關資料統計，在19491979年間，我國生產的電梯總數只有一萬臺。自70年代開始，特別是到了80年代，隨著經濟建設的改革開放，我國的電梯的使用開始普及起來，截至1997年，全國累計生產各類電梯26萬臺。13電梯的發展趨勢在我國，70年代的電梯產品主要是交流雙速電梯，其調速原理是通過改變牽引電動機的極對數而實現高速與低速運行的，這種電梯結構簡單，使用維護方便，盡管平滑調速不夠理想，舒適感較差，但在調速要求不高的場合，已能滿足要求。80年代，交流調壓調速電梯技術已趨成熟，其調速原理是通過改變三相異步電動機2的定子供電電壓而實現電動機的轉速變化，由于采用了閉環控制，使電機的轉速跟蹤給定速度變化，制動過程快而平穩，精度較高，其調速性能優于交流雙速電梯。90年代，出現了調壓調速調頻電梯（VVVF電梯），其調速方法是調節交流電機定子繞組供電電壓的幅值和頻率。由于在VVVF電梯傳動系統中，采用了微機控制技術、脈寬調制技術及矢量變換技術，使得其轉速的控制與直流電機極為相似。這種電梯體積小、質量輕、節約能源、運行效率高，幾乎囊括了以往電梯的所有優點，所以，自問世以來受到了國內外電梯業的極大關注。當今，微機控制已成為電梯技術的發展方向，許多生產廠家與科研單位合作，相繼推出了用可編程控制器（PLC）取代繼電器控制和用微機控制的電梯新機型，使電梯的控制功能增強，性能明顯改善，可靠性及舒適性有所提高。隨著電梯技術的發展以及產量的提高，中國電梯在亞洲市場占用越來越重要的位置。2概述21電梯的概述211電梯的概念電梯是服務于規定樓層，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15的剛性導軌之間的固定式升降設備。廣義電梯概念包括載人（貨）電梯、自動人行道、自動扶梯等，是指動力驅動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運動的梯級（踏步），進行升降或者平行運送人或者貨物的機電設備。狹義的電梯是指服務于規定樓層、有轎廂的垂直升降設備，不包括自動人行道、自動扶梯。自動扶梯（ESCALATOR）是帶有循環運行梯級，用于向上或向下傾斜輸送乘客的固定電力驅動設備。自動人行道（PASSENGERCONVEYOR）是帶有循環運行式走道，用于水平或微傾斜的輸送乘客的固定電力驅動設備。212電梯的分類（1）按電梯用途分類3根據用戶對電梯使用的要求，常用電梯種類有客梯、貨梯、客貨兩用梯、醫用梯、觀光梯、自動扶梯及其他類型的特種電梯。（2）按電梯的運行速度分類電梯運行速度在1M/S一下為低速電梯，12M/S為快速電梯，25M/S為高速電梯，速度在5M/S及以上時為超高速電梯。（3）按電梯曳引電動機的供電電源分類按曳引電動機的電源不同電梯可分為交流電梯和直流電梯。交流電梯又可分為采用交流異步雙速電動機變級調速拖動的電梯，簡稱交流雙速電梯；采用交流異步雙繞組電動機調壓調速拖動的電梯，簡稱ACVV拖動電梯；采用交流異步單繞組電動機調頻調壓調速拖動的電梯，簡稱VVVF拖動電梯。（4）按電梯操縱控制方式分類按電梯操縱控制方式分類有較內手柄開關控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、并聯控制電梯、程序控制電梯及智能群控電梯等。213電梯的工作原理一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜/箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內的電梯，起點站和終點站之間還設有停靠站。起點站設在一樓，終點站設在最高樓。各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內都設置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設置有手柄開關或與層站對應的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，而電梯自動化的程度是比較高的，一般電梯的乘用或司機人員只用在操縱箱上的一系列的按鈕下達一個個指令的信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層停靠開門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務。盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的停靠站上有順向的指令信號時，電梯到站能自動平層停靠開門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執行任務為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在執行任務的過程中，從一個層站出發到另一個層站時，假若中間層站出現順向指令信號，一般都不能自動停靠，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本設計主要研究六層六站的電梯控制系統，分述其硬件設計和軟件設計過程。設計程序要求完成電梯控制系統主要達到以下要求PLC電梯控制系統應具備有司機、無司機、檢修三種工作模式。系統應具備自動響應層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。具有轎廂層樓顯示（十進制方式），能自動顯示電梯運行方向。具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能，具有檢修應急處理功能。電梯具有自動開關門和應急手動開門、關門按鈕。22電梯的基本結構電梯是機、電一體化產品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經，控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調度，密切協同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數為電力拖動、鋼絲繩曳引式結構，圖21所示是電梯的基本結構剖視圖。26隨行電纜；27轎壁；28轎內操縱箱；29開門機；30井道傳感器；31電源開關；32控制柜；33曳引電機；34制動器1減速箱；2曳引輪；3曳引機底座；4導向輪；5限速器；6機座；7導軌支架；8曳引鋼絲繩；9開關碰鐵；10緊急終端開關；11導靴；12轎架；13轎門；14安全鉗；15導軌；16繩頭組合；17對重，18補償鏈；19補償鏈導輪；20張緊裝置；21緩沖器；22底坑；23層門；24呼梯盒；25層樓指示燈；圖21電梯的基本結構剖視圖從電梯空間位置使用看，由四個部分組成依附建筑物的機房、井道；運載乘客或貨物的空間轎廂；乘客或貨物出入轎廂的地點層站。即機房、井道、轎廂、層站。從電梯各構件部分的功能上看，可分為七個部分導向系統、曳引系統、門系統、轎廂、電力拖動系統、安全保護系統和電氣控制系統。221曳引系統曳引系統曳引輪、曳引機、反繩輪及曳引鋼絲繩等組成。1曳引機曳引機是電梯的主要拖動機械，其作用是產生并傳送動力，驅動轎廂和對重上下運行。分為有齒輪曳引機和無齒輪曳引機。無齒輪曳引機，一般以調速性能良好的直流電動機作為動力，由于沒有機械減速機構，其傳動效率高，噪聲小，傳動平穩，結構簡單，用于速度大于2M/S的高速和超高速電梯上。有齒輪曳引機多用于速度小于2M/S的各種電梯上，為減小運行噪聲和提高平穩性，一般采用蝸桿副作減速傳動裝置。這種曳引機主要由曳引機電動機、制動器及減速器等組成。2曳引輪曳引輪是掛曳引鋼絲繩的輪子，通過曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力產生曳引力帶動轎廂與對重垂直運行。曳引輪裝在減速器中的渦輪軸上，若是無齒輪曳引機，裝在制動器為側，與電動機軸。制動器軸在同一軸線上。為了提高曳引力并防止磨損打滑，在曳引輪上加工有曳引繩槽，曳引鋼絲繩就位于繩槽內。要求曳引輪強度大、耐磨損、耐沖擊。包角越大，摩擦力就越大。為了減少曳引繩的彎曲能力，增加使用壽命，一般希望曳引輪越大越好，但過大會使體積增大，減速器速增大，因此應大小適宜一般要求大于鋼絲繩直徑40倍。3曳引鋼絲繩每臺電梯所用曳引鋼絲繩的數量和繩的直徑，與電梯的額定載重量、運行速度、井道高度及曳引方式有關。各類電梯采用的曳引鋼絲繩根數因數一般應符合表1曳引鋼絲繩與安全因素電梯類型曳引繩根數安全因數客梯、貨梯、醫梯412雜貨梯210可見懸掛電梯轎廂的鋼絲繩除雜物電梯外，一般不少于根，其安全因數均不小于12。因此若干根鋼絲繩同時斷開，造成轎廂墜落下去的事故是不會發生的。但是由于電梯安裝人員制作繩頭時沒有嚴格按有關標準和規范施工，則會發生個別曳引繩與錐套脫離的情況。而由于使用不當和機電系統故障，如超載或某些機件損壞，造成轎廂的運行速度超過額定值，甚至有可能發生蹲底事故。4反繩輪反繩輪是指設置在轎廂頂和對重頂上的動滑輪及設置在機房的定滑輪曳引鋼絲繩繞過反繩輪可構成不同曳引比的傳動方式。222導向系統導向系統由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導軌固定在導軌架上，導軌架是承重導軌的組件，與井道壁聯接。導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的直立方向。223門系統門系統由轎廂門、層門、開門機、聯動機構、門鎖等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成。層門設在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應急開鎖裝置組成。開門機設在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。224轎廂轎廂是電梯用以承載和運送人員和物資的箱形空間。轎廂一般由轎底、轎壁、轎頂、轎門等主要部件構成，其內部凈高度至少應為2M。225電力拖動系統電梯的電力拖動系統主要由操縱箱、樓層指示器、召喚盒、平層裝置、檢修開關、樓層檢測器、安全保護器件、曳引電動機、電磁制動器及開關門電器等組成，它起著操縱和控制電梯運行的作用。1、操縱箱操縱箱安裝在電梯轎箱內靠門的轎壁上，包括運行方式開關、指令按鈕、方向按鈕、開關門按鈕、檢修運行開關、警鈴按鈕、直駛按鈕、風扇開關、召喚蜂鳴器、召喚樓層和召喚方向指示燈、照明開關等。2、樓層指示器用于指示電梯目前所在位置及運行方向。通常，電梯層樓指示器有電梯上下運行方向指示燈、層樓位置指示燈及到站鐘等。層樓指示器一般采用信號燈和數碼管兩種。3、召喚盒是給廳外乘用人員提供召喚電梯的裝置。在下端站只裝一個上行召喚按鈕，上端站只裝一個下行召喚按鈕，其余樓層根據電梯功能有上行下行召喚按鈕。當按下按鈕后，指示燈亮，控制系統登記召喚信號。4、平層裝置為保證電梯轎箱在各層停靠時準確平層，通常在轎頂裝有平層裝置。目前主要的平層裝置有兩種一、隔磁板與干簧管感應器平層裝置二、圓形永久磁鐵與雙穩態開關平層裝置。5、檢修開關盒通常在電梯機房控制柜、轎箱內與轎箱頂，設有電梯檢修開關盒，盒內一般有檢修開關、急停按鈕，開關門按鈕以及慢上慢下按鈕。轎頂檢修開關盒還裝有電源插座、照明等及其開關等。6、安全保護器件A、機械安全保護系統1電磁制動器2轎門上的安全觸板裝置3自動門鎖機構4轎頂安全窗5轎頂安全柵欄6限速器與安全鉗7緩沖器8底坑防護欄B、電氣安全保護系統1門開關保護門兩側有安全觸板和關門檢測裝置，當門未關完或有人觸碰到安全觸板時電梯不會啟動。2電梯終端起越保護電梯設有強迫減速開關、終端限位開關和極限開關，組成完善的電梯終端超越保護裝置，實現減速保護、限位保護、極限保護3終端限位保護終端限位保護由上下終端限位開關來實現。當減速開關失靈，未能使轎廂減速停駛，當轎廂越出頂層或底層位置后，撞板使上限位開關或下限位開關動作，迫使電梯停止運行。226電氣控制系統電氣控制系統由位置顯示裝置、操縱裝置、平層裝置、控制屏、選層器等組成能夠對電梯的運行實現運行和操作。位置顯示就是指層站和轎內的指層燈。層站一般都是顯示的是電梯運行的方向還有目前所在的樓層。選層器能夠起到反和指示饋轎廂位置、發出加減速信號、決定運行方向等作用。227安全保護系統安全保護系統有械電氣和機的各類保護系統，能夠保護電梯安全使用。機械方面的有安全鉗和限速器在超速的時候起保護作用；緩沖器在撞底和沖頂時起保護作用；還有斷開總電源極限保護等。3電梯電力拖動控制系統電梯是一個綜合性的有機整體，因此相當的復雜。同時電梯的使用攸關使用人的生命安全，因此必須添加很多的附屬裝置以保證其安全，使得電梯控制結構相當的復雜。另外，隨著時代的發展和生活水平的不斷提高人們對于電梯的要求也越來越高，就使得控制系統更加的復雜和合理化，以滿足人們的需要。電梯控制系統框圖如下圖31電梯控制系統框圖由上圖可以看到，電梯控制系統主要由電梯電力拖動控制系統（調速控制變頻器系統）和電梯電氣控制系統構成。電梯電力拖動系統部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要的影響，而電氣控制部分是電梯安全可靠運行的關鍵。31變頻調速電梯系統運行原理電力局送來的是380V動力電源變為可控的直流電，要經過變頻器改變為可以調頻調壓的三相正弦交流電，使電動機運行。電梯檢修的時候，PLC會給變頻器發出檢修運行信號和方向，系統按照之前編好的指令運行。變頻器內部帶電流反饋和速度反饋。電梯的速度總是跟隨理想曲線的變化而變化的。32變頻器321變頻調速原理由電機學原理可知三相異步電動機的轉速可由下式表示式（31）SPFN160式中為電機的電源頻率，為電動機定子繞組的極對數，為轉差率FS從上式31可看出，在極對數P和轉差率不變的情況下，轉速N與電機電源的頻率成正比，改變電動機的頻率就可以改變電動機的轉速，從而實現電梯FF的零速起動。322變頻器組成、工作原理及其分類變頻器組成及工作原理變頻器通常由主電路、控制電路和保護電路組成。主電路如圖42所示。主電路包括整流器、逆變器和中間直流環節。圖32變頻器主電路圖其整流電路采用的是不可控的二極管整流電路，而變頻器的輸出頻率和輸出電壓均由逆變器按PWM方式來完成。利用參考電壓波與載頻三角波互相比較來決定開關器件導通時間，從而實現調壓。逆變器又稱負載器，最常見的是由六個半導體的開關器件組成一個三相橋式的逆變電路，有規律的控制這些開關的通斷，就可以得到任何頻率的三相交流電輸出。中間直流環節因為逆變器負載是異步電動機，它是一個感性負載，故在電動機和中間直流環節之間總有無功功率交換。此無功功率要用中間直流環節儲能元件（電抗或電容）來緩沖，故又稱中間直流環節為中間直流儲能環節。變頻器的類型按電源的性質來分電壓型變頻器，電流型變頻器按輸出電壓調節方式分PAM方式，PWM方式，高載波變頻率PWM方式按控制方式分U/F控制，轉差頻率控制，矢量控制按電壓等級分低壓變頻器，高壓大容量變頻器按用途分通用變頻器，高性能專用變頻器，高頻變頻器，小型變頻器。323變頻器機型選擇隨著變頻器性能價格比的提高，因為變頻器具有很多優點，是的交流調速在應用的十分廣泛。目前已經有了專門為電梯設計的變頻器，其使用靈活，功能較強，但其價格相對較貴。因此，選擇了通用變頻器安川VS616G5型全數字變頻器。電梯的調速要求除了一般工業控制的靜態、動態性能外，它的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內容，此外電梯節約用電也日益受到重視。綜合考慮各種因素，本設計選用安川VS616G5型全數字變頻器，它具有轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。VS616G5型的變頻器是安川電機公司出品的一款通用型變頻器。該變頻器不只是考慮了V/F控制，還完成矢量控制，通過本身的無速度傳感電流矢量控制還有自動調諧功能，可以很輕松的得到比較高的調速范圍還有較高啟動轉矩VS616G5變頻器的標準規格表31616G5型變頻器的標準規格電壓220V400V容量范圍12110KVA14460KVA電壓頻率200V三相200V/208V/220V400V三相380V/400V/415V/440V/460V電壓允許變動1015電源頻率允許變動士5控制方式正弦波PWM控制，V/F控制無傳感器矢量控制無PG，帶傳感器矢量控制帶PG帶傳感器V/F控制用參數切換啟動轉矩150/1HZ無PGI50/0R/MIN帶PG速度控制范圍1100無PG11000帶PG速度控制精度士02無PG002帶PG速度響應5HZ無PG30HZ帶PG轉矩精度士5轉矩響應20HZ無PG以上150HZ帶PG以上頻率控制范圍014000HZ頻率精度數字式指令士00110CY40C模擬指令士0125C士LOC頻率設定分辨率數字式指令001HZ/100HZ模擬式指令003HZJ60HZ輸出頻率分辨率001HZ過載量額定輸出電流的1501MIN頻率設定信號1010V010V420MA加減速時間0016000S制動轉矩約20控制特性抑制高次諧波直流電抗器內帶200V24KVA400V26KVA以下可選擇12相整流不能變動主要控制功能再起動，下降控制，轉矩控制零點伺服控制操作裝置16字X2線日語液晶顯示接通插件板可選擇16種（最多可裝3塊）保護功能電機保護，變頻器過載，瞬時電流、電壓下降，過電壓，電壓缺相。VS616G5變頻器的特點如下包括電流矢量控制在內的四種控制方式均實現了標準化。有豐富的內藏與選擇功能。由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。保護功能完善、維修性能好。通過LCD操作裝置，可提高操作性能。324變頻器計算及其參數設置變頻器的功率計算變頻器的功率可根據電梯運行速度、曳引機電機功率、配重進行與電梯載重選取。設電梯運行速度為，電梯曳引機電機功率為，變頻器功率為，電梯V1PP載重為，電梯自重為，重力加速度為，配重為。最大載重情況下，電2W1G3W梯上升過程中所需要曳引功率有2P式（32）VFGP13221其中為摩擦力，S可不計。KF1電動機功率P1，變頻器它的功率應該接近電動機得功率，相對于留P1P2有較大裕量，因此可以取式（33）251變頻器制動電阻參數的計算我們可以通過能耗制動單元使再生的能量全部消耗在制動電阻上面，成本很低而且使用效果良好，能耗制動的電阻的大小應該要使制動的電流不能過ZRZI變頻器的額定電流的一半，即式（34）20NZZIUI其中在額定情況下變頻器直流母線的電壓是。因為制動電阻它的工作不是0U一直長期的工作，所以功率可以遠遠小于通電時候消耗功率。33電梯理想速度曲線設計電梯理想速度曲線總體說來是現代社會中人們對電梯的要求的概括，其中包括快速性，舒適性。然而快速性和舒適性是一對相互矛盾的要求。331電梯快速性的性能要求電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的。快速可以節省時間，這對于處在快節奏的現代社會中的乘客是很重要的。提高快速性的方法主要有三種方法提高電梯的額定速度。電梯的額定速度提高，運行的時間縮短，達到了為乘客節省時間的目的。提高速度的同時應加強安全性、可靠性的措施，故此梯速提高電梯的造價也隨之提高。集中布置多臺電梯。通過增加電梯的臺數來節省乘客的時間，該方法不是直接提高梯速但同樣能夠達到目的。但電梯的臺數增加不是無限制的，通常在乘客高峰期時，使乘客的平均候梯時間小于30S即可。盡可能減少電梯起、停過程中的加減速時間。電梯是一個頻繁起、制動的設備，在起、制動階段不能太慢，GB/T100581997電梯控制技術中就規定了電梯加減速度的最小值“直流快速電梯平均加、減速度不小于，250SM直流高速電梯平均加、減速度不小于。”這就是對電梯快速性的要求。270SM332電梯舒適性的性能要求由加速度引起的不適人在加速上升或減速下降時，加速度引起的慣性力疊加到重力之上，使人產生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或減速上升時，加速度產生的慣性力抵消了部分的重力，使人產生上浮感，感到內臟不適，頭暈目眩。由加速度變化率引起的不適人體不僅對加加速度敏感，對加速度也很敏感。用A表示加速度，用表示加加速度，則當加加速度較大時，人的餓大腦感到痛苦，其影響比加速度的影響還要嚴重。333電梯速度曲線當轎廂勻速升降或靜止時，轎廂的加速度和加加速度都是零，乘客感到適應，想到快速性需要的要求，又要考慮舒適性需要的要求，在轎廂由靜止啟動到以額定的速度一直勻速運動的這個過程中，或者在勻速運動到靜止狀態的減速過程中，故有必要設計出電梯的運行速度曲線，使電梯轎廂按照這樣的速度曲線運行，既能夠滿足快速性的要求，也能夠滿足舒適性的科學、合理要求的解決舒適性與快速性的矛盾。理想的電梯速度給定曲線如下圖所示，圖中A為加速度，V為速度。圖33電梯運行速度曲線圖33中，為加速過渡階段，為穩速運行階段（此時電梯速度為30T43T額定速度），為減速停車階段。由于變頻器在零速時有的額定轉矩，74T150保證了電梯在零速（時刻）時進行抱閘停車，消除了電梯停車時的沖擊，使乘T客更具有舒適感。34電梯曳引電動機及其功率確定341電梯對曳引機的要求電梯是一個大慣量的拖動系統，要求電動機有較大的過載能力。電動機能承受頻繁起、停，能承受較高的每小時合閘次數。電梯的運行屬于周期斷續工作方式，要求選用周期斷續工作制的電動機。對于交流電梯，要求曳引電動機有足夠的起動轉矩和盡量小的起動電流。342曳引電動機額定功率的粗選根據力學關系導出曳引電動機的額定功率式（35）102MNVKPPN式中，K系數，K1116KP平衡系數，KP0405取045MN電梯額定載重量，MN1000VN電梯額定速度，VN10M/S機械轉動總效率，05帶入數據得PN11861725KW根據實際電動機額定功率系列，粗選13KW的電動機即可滿足要求。因此，電梯所選用的曳引電動機為YPTD160L14,電壓380V，功率13KW，轉速1456R/MIN。343曳引電動機過載、啟動校驗初選電動機以上面介紹的方法粗選電動機的額定功率,將該電動機作為初選電動機可NP計算其額定轉矩950NNPMN式（36）對交流電動機進行過載校驗和起動校驗1）過載校驗異步電動機機械特性曲線中最大轉矩MM與額定電磁轉矩MN的比值反映了電動機的過載能力，用表示MNM式37被稱作電動機的過載倍數或最大轉矩倍數。在實際應用時，需要考慮電網電壓波動的影響，當電壓下降10時，最大轉矩MM降低到原值的092倍，過載倍數也降低到原值的092倍，即081倍，如果此時電動機的最大轉矩不能大于等于要求的最大負載轉矩MMZ，電梯就會失控，走不出預定的速度曲線，電梯的舒適性和快速性就會變差。因此，而要考察電動機的過載能力081NMZM式38所選電動機滿足上式條件，過載校驗通過。2）起動校驗異步電動機的起動轉矩MQ與額定電磁轉矩MN的比值反映了電動機的起動能力，用KQ表示QNKM式39KQ被稱作電動機的起動轉矩倍數。同樣，在實際應用時，需要考慮電網電壓波動的影響，當電壓下降10時，起動轉矩降低到原值的092倍，起動轉矩倍數也降低到原值的092倍，即081倍，如果此時電動機的起動轉矩不能大于等于電梯滿載時要求的負載起動轉矩MQZ，電梯就轉不起來。因此，需要考察電動機的起動能力081QNZKM式310所選電動機滿足上式條件，起動校驗通過。只有過載校驗、起動校驗都通過了的電動機，才可以選作電梯曳引電動機。否則需要將初選電動機的額定功率適當加大后再進行上述校驗，直至通過。當然，如果上述校驗裕量很大，則可以適當減小電動機額定功率后再進行上述校驗，直至裕量適當。4電梯電氣控制系統41PLC及其在電梯控制中的應用特點411PLC定義及其特點國際電工委員會（IEC）頒布的可編程控制器標準的草案中對可編程序控制器作了如下的定義“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計的。他采用可編程序的存儲器，在其內部存儲和執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字式和模擬式輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及有關外圍設備，都應按便于與工業系統聯成一個整體，易于增加其功能的原則設計。”（1）可靠性高由于在制造PLC時在硬件和軟件兩個方面采用了一系列抗干擾措施，如評比、濾波、隔離和故障診斷等，使PLC具有很強的抗干擾能力，其平均無故障運行時間可達到5萬10萬個小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場。（2）編程簡單PLC是面向工控現場設計的，考慮到大多數電氣工程技術人員對電氣控制電路熟悉的特點，他經常采用的是一種面向控制過程得梯形圖語言，繼電器原理圖與梯形圖語言相類似，具有形象直觀，易學易懂的優點，所以熟悉電氣原理圖的工程技術人員只需要幾天時間就可熟悉梯形圖的語言。（3）使用方便使用PLC時只需要進行和輸入、輸出接口相關的少量電氣接線，當控制要求發生改變時梯形圖程序修改也非常容易。PLC的功能強大，目前的PLC一般具有優游邏輯控制、定時控制、計數控制、步進控制和數據處理等基本功能，有的PLC還有A/D、D/A轉換，通信聯網的功能。42PLC的選擇PLC電梯控制系統的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細分析。輸入輸出點的確定是設計整個控制系統的首要問題，決定系統的程序及硬件線路的方案。421轎廂樓層位置檢測方法轎廂樓層位置檢測主要方法有如下幾種用干簧管磁感應器或其它位置開關這種方法簡單，直觀，每層需使用一個磁感應器，因此低層建筑可以考慮此種方法來進行轎廂樓層檢測。本設計所使用的樓層檢測方法就是此種方法。樓層高的時后，會占用太多的PLC輸入點，所以高層建筑不使用這種方法。2）用穩態磁保開關這種方法要對磁保開關各種狀態進行編碼，而只有格雷變形碼適合，而它又是無權代碼，運算的時候需要采用PLC指令譯碼，比較麻煩，由于需要軟件譯碼讓程序變的很龐大。3）利用旋轉編碼器現在，PLC一般都有專用計數單元或高速脈沖輸入端，計數準確，使用方便，在電梯的PLC控制系統里，能夠用編碼器探測電梯的準確位置，編碼器可以直接和PLC的高速脈沖的輸入端進行連接，電源能夠使用內置PLC24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。現在電梯設計使用此種方法的比較常見。電梯位置的顯示與確定電梯里面的乘客和等待電梯的乘客都需要知道電梯目前的位置，因此都設置的有以樓層的標志的電梯位置。而這些都還不夠，電梯的運行還需要精確的運行位置，要滿足停車等的需要，傳統的電梯都是位置信號一般由設置在井道里面的位置開關，就像磁感應器來提供，轎廂上面設置的有隔磁板插入了感應器，發出電梯的位置信號，且啟動樓層的指示。轎廂的平層與停車當轎廂開始運行后，需要確定停車的位置，平層則是指在停車的時候，轎廂的底面與門廳的地面相互水平的運動過程。平層一般有一定的誤差規定，誤差不得超過3MM。在平層的過程中，轎廂需先減速，再制動，這樣能助于在平層時轎廂的準確性和穩定性，讓乘客感覺更舒適。傳統的電梯的平層信號一般是由平層感應器最先發出的。上下平層感應器一般都安裝在轎廂的頂部，而隔磁板則是安裝在井道壁上。在電梯上行時，由上平層感應器插入隔磁板上，發出電梯減速信號，電機速率減慢，電梯開始減速。當下平層感應器插入隔磁板時，發出電梯停車及開門信號，電機停轉，抱閘抱死。當電梯下行時，下平層感應器先插入隔磁板，發出電梯減速信號，電機減速，電梯減速，直到上平層感應器插入隔磁板時，發出電梯停車開門信號，電機停轉，抱閘抱死。電梯中的平層感應器根據設計需求，選取不同的型號規格。因本設計是六層建筑的電梯設計，樓層較低，參考經濟、安全以及實用價值，選取三菱通用電梯平層感應器YG30品牌型號傳感器。422PLC機型的選擇PLC選擇的依據主要決定于由兩個方面一是I/O的點數，二是用戶存儲器的容量。I/O點數的估算根據被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數，并考慮到為了以后的調整和擴充，一般在原有基礎上加上1015的備用量。用戶存儲器容量的估算是以及用戶應用程序占用多少內存與許多因素如I/O點數、程序結構、運算處理量、控制要求等有關。根據自己所設計的為六層的電梯控制系統，根據需要控制的開關、設備大約有32個輸入點，28個輸出點需進行控制，同時留有20的裕量，綜合考慮后，系統選擇了日本三菱公司的FX2N80MR機型。FXZN系統PLC具有以下幾方面的優點FXZN配置十分靈活，除了主機單元外，還可以擴展其他模塊，比如說I/0模塊，D/A模塊，A/D模塊和其它特殊功能模塊。FXZN指令功能豐富，不僅指令執行速度快而且含107條各種指令。FXZN可用內部輔助繼電器M，定時器T，寄存器D，計數器C的功能，狀態繼電器S和數量滿足了系統控制要求的需要，特別是高速計數器C251等能接受脈沖編碼器脈沖。FXZN的編程可用編程器，也能在PC機上使用三菱公司的專用編程軟件包MELSEMEDOC來進行編程。編程語言可用指令表或梯形圖。還能用PC機對系統進行實時監控。為程序的調試和維護帶來極大的方便。43電梯電氣控制系統設計方案電梯電氣控制系統設計方案的確定對于電梯電氣控制系統整體軟件設計起著至關重要的作用，這也是電梯電氣控制系統的一個主貫穿線，它主要包括以下幾個部分。PLC的I/O地址分配根據本設計中的電梯控制系統實現的控制功能和其實際的操作工藝過程，首先歸納本系統中所有輸入信號和輸出信號；然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼電器，每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器。PLC輸入的信號確定操作板上面應該擁有各樓層的選層按鈕，6層共有6個。有司機時，應該有屬于司機的直駛專用開關和下行、上行按鈕，需要3點輸入，檢修時對應有檢修開關，在關門和開門時應該有關開門限位開關，也需要3點輸入。樓層的乘客在請求電梯時嗎，除了頂層還有底層的是一個按鈕之外其他都是兩個按鈕，6層就需要十個按鈕。其它有司機/無司機方式選擇、電梯上下終端的限位等觸點或開關。轎廂通風信號及超載重量下需要2點輸入。可知共需34點的開關量的輸入端口。表41輸入地址分配表輸入地址口含義輸入地址口含義X001上終端限位開關X021內呼去2樓按鈕X002下終端限位開關X022內呼去3樓按鈕X003一樓上召喚按鈕X023內呼去4樓按鈕X004二樓上召喚按鈕X024內呼去5樓按鈕X005三樓上召喚按鈕X025內呼去6樓按鈕X006四樓上召喚按鈕X026強迫向上按鈕X007五樓上召喚按鈕X027強迫向下按鈕X010二樓下召喚按鈕X030檢修運行按鈕X011三樓下召喚按鈕X031司機/自動運行方式X012四樓下召喚按鈕X032安全觸板信號X013五樓下召喚按鈕X033直駛按鈕X014六樓下召喚按鈕X034基站開關X015門鎖信號X035開門限位開關X016開門信號X036關門限位開關X017關門信號X037超重信號輸入端X020內呼去1樓按鈕X040CO2傳感器檢測輸入PLC輸出信號的確定控制電梯的上行和下行（即電機正還有反轉）需要2點的輸出。上、下行的指示燈有2點的輸出。開門和關門需要2點的輸出。由于采用十進制的顯示的方式，LED是七段顯示器需要有3點輸出。轎廂內部輸出的各層指令信號，共6點輸出。每層召喚時，頂層和底層需要一個登記，其他每層兩個登記顯示，需要10個輸出顯示。轎廂照明與轎廂通風需要2點輸出，故障報警也需要1點輸出。共需28點的開關量的輸出端口。表42輸出地址分配表輸出地址含義輸出地址含義Y001樓層顯示（高位）Y017電梯下行顯示Y002樓層顯示（中位）Y020一樓上召喚信號登記顯示Y003樓層顯示（低位）Y021二樓上召喚信號登記顯示Y004KM1電動機正轉Y022三樓上召喚信號登記顯示Y005KM2電動機反轉Y023四樓上召喚信號登記顯示Y006開門繼電器Y024五樓上召喚信號登記顯示Y007關門繼電器Y025二樓下召喚信號登記顯示Y010內呼1樓指示燈Y026三樓下召喚信號登記顯示Y011內呼2樓指示燈Y027四樓下召喚信號登記顯示Y012內呼3樓指示燈Y030五樓下召喚信號登記顯示Y013內呼4樓指示燈Y031六樓下召喚信號登記顯示Y014內呼5樓指示燈Y032轎廂通風輸出繼電器Y015內呼6樓指示燈Y033轎廂照明輸出繼電器Y016電梯上行顯示Y034故障報警指示內部繼電器的確定表43內部繼電器地址分配表內部繼電器功能內部繼電器功能M1向上運行監視M1011樓層樓繼電器M2向下運行監視M1022樓層樓繼電器M3上方向選擇M1033樓層樓繼電器M4下方向選擇M1044樓層樓繼電器M5向上方向控制繼電器M1055樓層樓繼電器M6向下方向控制繼電器M1066樓層樓繼電器M7減速輸出繼電器M150平層繼電器M11強迫向上M200自運行開門禁止繼電器M12強迫向下M201開門輔助繼電器M13關門啟動繼電器M202關門輔助繼電器M14啟車繼電器T0門鎖信號延時繼電器M15運行繼電器T1停站延時時間繼電器M16安全觸板繼電器T2加速時間繼電器M17直駛繼電器T3減速時間繼電器M18停層繼電器T4照明延時時間繼電器轎廂層樓位置顯示方式的確定目前常用的轎廂層樓位置的顯示方式有二進制顯示、直接位置顯示、十進制的方式顯示。為了節省三菱FX2N80MR中PLC的I/O點數，故采用十進制的顯示方式。即Y0Y1Y2輸出經過譯碼器譯碼后，再經過驅動器點亮對應的段。“0”表示暗，“1”表示亮（共陰極顯示），共可顯示層，即07（000111），32用在轎廂樓層顯示，可顯示第1層7層，本系統只是需要顯示第16層。PLC編制方法PLC采用模塊化設計。模塊化程序便于調試、結構清晰。如層樓繼電器回路、召喚信號的登記與清除、內選信號指令登記與清除、開關門、運行方向的選擇等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯系，且編程時要考慮各條指令間的邏輯關系。44電梯電氣控制系統軟件設計電梯的整體運行過程當乘客進入電梯內，由基站站根據選定的層，一層站按下相應的按鈕，提前完成操作指令寄存器，電梯將自動確定方向的。按下啟動按鈕，電梯門，當門完全關閉，門鎖開關閉合，門鎖繼電器，電梯啟動，加速，穩速運行。當電梯抵達在一定距離的目的層站的前面，一個開關信號的電梯控制系統由井道行程開關，電梯將自動減速停車。當電梯進入平層區（即停靠站的上方或下方有限的距離），井層的傳感器，在電梯準確平層控制電平信號，并自動取消，自動門。電梯的一類，如果當找平精度超過標準規定的要求，電梯校正運行緩慢，在準確的并行位最低速度的電梯。如果你繼續運行，司機只需按下啟動按鈕，然后按預登記的電梯樓，自動停止命令，自動門。在電梯運行過程中，如果樓層呼叫按鈕被按下，只要運行方向同時電梯的方向的呼叫，電梯可以順利停止。當寄存器命令相同的已被執行，電梯自動換向操作，運行在其他方向上登記指令執行。如果電梯在一層站關閉，人或物體接觸門安全觸板，或光學，非接觸式檢測關閉障礙的電子裝置，電梯將立即停止并打開大門關閉。如果想把乘客電梯門時，可以用相同的電梯按鈕方向壓下，呼叫按鈕，電梯立刻打開門，此操作的層，開門。如果因為過多的乘客電梯超載，超載檢測裝置發出過載信號，電梯停止了，打開門，直到極限載荷的要求，恢復電梯正常運行。如果停止時，自動關閉，啟動，加速，穩速運行。在操作過程中，可以根據每個樓層的電梯呼叫信號，該呼叫信號按照運行方向，通過回答，自動停機，自動門。在相同的所有注冊，如反向召喚信號，則電梯自動換向操作，信號調用響應反向大廳。如果沒有電話信號，電梯將自動關閉，或自動回到基站。如果某一樓再呼叫信號，電梯將自動開始前往。電梯的主程序流程圖如圖42所示。圖42電梯主程序流程圖441層樓繼電器回路的實現要對電梯進行控制首要的問題是反映電梯實際所在的位置即樓層。傳統的繼電器控制層樓電路，需要在每層裝設感應器，這種方法雖然簡單直觀，但由于設置感應器太多，占用PLC的I/O口也太多。由于PLC具有數據傳送、算術計算、數據比較處理等功能，所以用PLC很容易實現層樓電路。啟用一數據寄存器D0，電梯在最下層端站是將1送入D0，最上層端站時，將最高層數6送入D0，電梯每上升一層，D0將自動加一，電梯每下降一層，D0將自動減一，這樣使D0中始終存放的是樓層的層數，然后將D0分別與1、2、3、6相比較，等于幾就說明電梯在幾層，這時驅動相應的層樓繼電器實現層樓電路。按照上述方法，六層六站的層樓繼電器電路梯形圖如43所示圖43層樓繼電器電路442召喚回路召喚回路的作用將廳外召喚信號記憶并顯示，當電梯響應后應自動將其消除。記憶和消除可以用PLC的SET和RST指令來實現。位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。樓上召喚登記響應及清除功能梯形圖如下圖44所示圖44召喚登記響應及清除功能梯形圖443指令回路指令回路的作用將轎內指令信號記憶并顯示，當電梯響應后應自動將其消除。記憶和消除可以用PLC的SET和RST指令來實現。根據理論依據及PLC梯形圖編制原理，指令回路功能圖如下圖所示圖45指令登記響應及清除功能梯形圖444選向回路選向回路是根據目前電梯所在位置和指令、召喚的情況決定電梯的運行方向（向上或向下）。實際就是改變電動機的旋轉方向。電梯在無司機工作狀態下，由程序決定上行或下行。當電梯發出召喚信號或指令信號時，PLC自動根據轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。若召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓電梯上行召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓電梯下行召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓無法定向圖46電梯選向回路梯形圖445電梯的開關門環節電梯的開門環節主要有以下幾種情況1）電梯投入運行前的開門；2）電梯檢修時的開門；3）電梯自動運行停層時的開門；4）電梯關門過程中的重新開門（防夾人功能）；5）呼梯開門。綜合考慮以上的幾種情況，利用PLC強大的編程功能，結合自己的思路，電梯的開門梯形圖編制如下圖所示圖47電梯開門環節梯形圖電梯的關門環節有下面兩種情況1）電梯停用后的關門此