某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文）

某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 第一章 電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯的動(dòng)力來源，它驅(qū)動(dòng)電梯部件完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。在電梯中主要有如下兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：轎廂的升降運(yùn)動(dòng)，轎門及廳門的開關(guān)運(yùn)動(dòng)。轎廂的運(yùn)動(dòng)由曳引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)曳引傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式（將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)）來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動(dòng)。轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)開門機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)功率較?。ㄍǔＴ?200W 以下），是電梯的輔助驅(qū)動(dòng)。本部分內(nèi)容主要是電梯的電力 拖動(dòng) 系統(tǒng) 方案設(shè)計(jì) 。 電梯門 機(jī) 拖動(dòng)系統(tǒng)方案 的創(chuàng)新性 設(shè)計(jì) 電梯門機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 在電梯系統(tǒng)中，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(jī)系統(tǒng)即是其中一個(gè)。舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時(shí)間，門運(yùn)行快捷、安靜，使乘客不會(huì)覺得候梯和運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng) ， 因此，高效的電梯應(yīng)該有一個(gè)良好的門機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 在電梯中 ，門機(jī)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(jī)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)門電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動(dòng)開關(guān)。電梯門機(jī)系統(tǒng)主要由門電動(dòng)機(jī)、門電動(dòng)機(jī)控制器、門電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置 、門結(jié)構(gòu) (門系統(tǒng)機(jī)械部分 )、安全檢測(cè)系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成。下面簡(jiǎn)單介紹各個(gè)組成部分及其速度曲線和運(yùn)行過程。 (1) 梯門電機(jī)控制系統(tǒng)這部分主要由門電機(jī)控制器、門電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以及門電動(dòng)機(jī)等組成。其中門電機(jī)控制器主要用來控制門電機(jī)，使其沿給定門機(jī)曲線運(yùn)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(gè)小型的電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)。 (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(jiān)固、防火的特點(diǎn) ； 導(dǎo)軌用來支撐門扇，故必須表面光滑、堅(jiān)固且足夠大，以便門扇可靠的移動(dòng) ； 廳門門鎖必須滿足安全要求，當(dāng)門扇到達(dá)關(guān)門點(diǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)的鎖住門。這部分對(duì)乘客安全非常重要。 (3) 安全檢測(cè)在電梯控制系統(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(cè)系統(tǒng)，以檢測(cè)關(guān)門時(shí)是否還有乘客從電梯門上通過。當(dāng)轎廂門正在關(guān)閉時(shí)，如果此時(shí)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。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 (4) 大廳內(nèi)乘客檢測(cè)系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中，都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測(cè)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(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，電梯的門系統(tǒng)能自動(dòng)延時(shí)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(cè)乘客或物體。有的門機(jī)系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測(cè)乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應(yīng)用的并不多。 (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，因轎廂門受阻而導(dǎo)致動(dòng)作力矩過大，梯門會(huì)自動(dòng) 向反方向動(dòng)作，從而達(dá)到保護(hù)門電機(jī)的作用。 (6) 速度曲線及運(yùn)行過程電梯門機(jī)系統(tǒng)的速度曲線如圖 1示。速度曲線大致可分為四個(gè)階段 ： 加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。 間段為加速階段 ； 勻速階段 ； 為減速階段 ； 門 鎖定階段。 以關(guān)轎廂門為例，在 刻，門電機(jī)得到控制信號(hào) (一般為脈沖信號(hào) )，經(jīng)過一段時(shí)間延遲，轎廂門開始動(dòng)作，一直到 刻，此段時(shí)間為加速階段，其運(yùn)行距離一般較短。從始到 刻，為勻速階段。此時(shí)，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(jī)得到一個(gè)脈沖信號(hào)，則電機(jī)提前進(jìn)入減速階段，如刻所示，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(shí)刻 始進(jìn)入減速階段。在 廂門實(shí) 際已經(jīng)關(guān)閉。在 t 6- t 7 的門鎖定階段電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn) 動(dòng)，轎廂門被壓緊，門刀關(guān)門同時(shí)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳門 直到 t 7 時(shí)刻，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，門關(guān)閉過程結(jié)束。 圖 電梯門機(jī)運(yùn)行速度曲線 以上簡(jiǎn)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(gè)重要的問題就是 門保持時(shí)間的選擇 。 因?yàn)殚T的保持時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)影響電梯的運(yùn)行效率，而保持時(shí)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(duì)門保持時(shí)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，盡可能的縮短電梯開關(guān)門時(shí)間。 門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) 方案 設(shè)計(jì) 電梯門機(jī) 拖動(dòng)系統(tǒng)作為一個(gè)子系統(tǒng)，相對(duì)整個(gè)電梯系統(tǒng)來說， 是不容忽視的。它t 4t 5t 6t 73 是電梯系統(tǒng)中動(dòng)作最頻繁，也是直接面對(duì)乘客的部分。因 此在實(shí)際應(yīng)用中需要一個(gè)運(yùn)行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。 一、各種門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的比較 門機(jī)拖動(dòng) 系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速 拖動(dòng) 和交流調(diào)速 拖動(dòng) 兩大類，在交流調(diào)速 拖動(dòng) 中，異步電動(dòng)機(jī) 門機(jī) 調(diào)速 拖動(dòng) 系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī) 門機(jī) 調(diào)速 拖動(dòng) 系統(tǒng) 已 發(fā)展成為占有相當(dāng)比例的兩類調(diào)速 拖動(dòng) 系統(tǒng) 。 目前 有 三大類 門機(jī)拖動(dòng) 系統(tǒng) ： 直流電動(dòng)機(jī) 門機(jī) 拖動(dòng) 系統(tǒng)、異步電動(dòng)機(jī) 門機(jī) 拖動(dòng) 系統(tǒng)、永磁同步 門機(jī) 拖動(dòng) 系統(tǒng)。 最老式的用傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的電梯門機(jī)一般由電動(dòng)機(jī)配以繼電器、限位開關(guān)和電阻實(shí)現(xiàn)開關(guān)門的控制 ，由于 控制簡(jiǎn)單，調(diào)速性能好，變流裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)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(dòng)機(jī)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(jī)械 換向器的換向能力限制了電動(dòng)機(jī)的容量、電壓和速度 ;接觸式的電流傳輸又限制了直流電動(dòng)機(jī)的使用場(chǎng)合 ； 電樞在轉(zhuǎn)子上，電動(dòng)機(jī)效率低，散熱條件差，冷卻費(fèi)用高，這些固有的缺點(diǎn)限制了直流電動(dòng)機(jī)向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展。 在交流電網(wǎng)上，因異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、壽命長(zhǎng)、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以長(zhǎng)期以來，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，異步電動(dòng)機(jī)占有主導(dǎo)地位，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動(dòng)中，人們廣泛使用交流異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)機(jī)械工作。但是，它調(diào)速性能差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低，并且在這類拖動(dòng)中，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 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(shí)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。 當(dāng)前，電梯門機(jī)控制系統(tǒng)主要有由交流電機(jī)及其 速系統(tǒng)構(gòu)成的， 也有少數(shù)由直流電機(jī)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(zhǎng)，但控制較復(fù)雜，對(duì)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(jī)，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。而后者盡管控制簡(jiǎn)單，但直流電機(jī)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(shí)際運(yùn)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。 相對(duì)而言，永磁 同步 電機(jī)結(jié)合了直流電機(jī)與交流同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有體積小，壽命長(zhǎng)，控制簡(jiǎn)單，調(diào)速精度高，且不會(huì)失步的特點(diǎn)。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁 同步 電機(jī)也有優(yōu)勢(shì)。據(jù)報(bào)道，美國(guó) 55%以上的電力是消耗在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行上，因此提高電動(dòng)機(jī)的效率很有意義。在所有類型電機(jī)中，永磁 同步 電動(dòng)機(jī)的損耗最小、效率最高。有資料做過對(duì)比分析，對(duì)于 異步電機(jī)系統(tǒng)效率可達(dá) 但是同樣容量的永磁 同步 電動(dòng)機(jī)效率可達(dá) 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(jià)格不斷下降。考慮綜合指標(biāo) (系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等 )之某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 后，永磁 同步 電機(jī)的應(yīng)用正處于上升趨勢(shì)，其 主要的原因有： （ 1）高性能永磁材料的發(fā)展 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保證 (我國(guó)占有世界蘊(yùn)藏量 8%以上的欽資源 )，所以在開發(fā)高磁場(chǎng)永磁材料(特別是欽鐵硼永磁材料 )方面具有得天獨(dú)厚的有利條件，我國(guó)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(jī)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 永磁材料的發(fā)展極大地推動(dòng)了 永磁同步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。在同步電動(dòng)機(jī)中用永磁體取代傳統(tǒng)的電勵(lì)磁磁極的好處是：簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實(shí)現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積 :省去勵(lì)磁直流電源，消除了勵(lì)磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率的同步電動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。 （ 2）新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制 (術(shù)應(yīng)用 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(qiáng)電之間的橋梁。自 1958 年世界上第一個(gè)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)合場(chǎng) 控器件直至 90 年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路 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(dòng)了各類電機(jī)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(jī)的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。同時(shí)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)而言解決了起動(dòng)問題。對(duì)最新的自同步永磁同步電動(dòng)機(jī)，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)。 （ 3）電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展 集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動(dòng)機(jī)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(hào)處理器 (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(yùn)算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機(jī)控制的高性能、低價(jià)位的 使以單片機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用除了實(shí)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(jì)算機(jī)輔助分析和數(shù)字仿真。集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)起到了重要的推動(dòng)作用。它們的飛速發(fā)展促進(jìn)了電機(jī)控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。 70 年代人們對(duì)交流電機(jī)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(jī)電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動(dòng)機(jī) 模擬 成直流電動(dòng)，獲得與 直流電動(dòng)機(jī) 一樣良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。 目前，交流永磁同步電動(dòng)機(jī)由于其體積小、重量輕 ； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠 ； 損耗小，效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，越來越引起人們重視。永磁電機(jī)幾乎遍及航空，國(guó)防，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。如汽車工業(yè)，電機(jī)現(xiàn)以永磁電機(jī)為主 ;數(shù)控和精密某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 機(jī)床也大量應(yīng)用永磁電機(jī) ;信息產(chǎn)業(yè)中永磁電機(jī)的應(yīng)用面廣、類型多 ;家用電器中永磁電機(jī)取代異步電機(jī)的地方也不少 ，如空調(diào)器己開始用永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)和通風(fēng)機(jī)，洗衣機(jī)用永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗衣桶旋轉(zhuǎn)等。隨著高磁場(chǎng)永磁材料價(jià)格和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子制造價(jià)格降低，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用的不斷完善與提高，永磁同步電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)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(dòng)機(jī)己從小到大，從一般控制驅(qū)動(dòng)到高精度的伺服驅(qū)動(dòng)，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(dòng)電機(jī)出現(xiàn)，而且前景會(huì)越來越明顯。 為便于比較， 永磁同步電動(dòng)機(jī) 與其它電 動(dòng) 機(jī)的綜合特性比較 如下 表 1 表 1三種 伺服系 統(tǒng)控制方案比較 伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng) 永磁同步伺服系統(tǒng) 異步交流伺服系統(tǒng) 電機(jī)結(jié)構(gòu) 有電刷 和換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 比較簡(jiǎn)單 簡(jiǎn)單 最大轉(zhuǎn)矩約束 整流火花，永磁體退磁 永磁體退磁 無特殊要求 發(fā)熱情況 轉(zhuǎn)子發(fā)熱，不利 只有定子線圈發(fā) 熱，有利 定轉(zhuǎn)子均發(fā)熱， 需要采取措施 高速 化 稍有困難 比較容易 容易 大容量化 難 稍微困難 容易 制動(dòng) 容易 容易 較容易 控制方法 簡(jiǎn)單 稍復(fù)雜 復(fù)雜 磁通產(chǎn)生 永磁體 永磁體 二次感應(yīng)磁通 環(huán)境適應(yīng)性 受火花限制 好 好 維護(hù)性 較麻煩 無需保護(hù) 無需 保護(hù) 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(dòng)機(jī)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(shì)。但是隨著交流伺服在國(guó)內(nèi)的成熟發(fā)展，三相交流電機(jī)伺服控制器控制三相永磁伺服電機(jī)應(yīng)用于電梯開門機(jī)將是一大趨勢(shì)，它是繼 動(dòng)技術(shù)后的、更新一代的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù) 。 正是 在這一背景下，電梯技術(shù)的門控電機(jī)也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。隨著我國(guó)國(guó)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(duì)電梯的需求就越來越大以及對(duì)電梯系統(tǒng)的性能要求也越來越高。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯故障的 75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。 因此對(duì)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(yùn)行可靠、開關(guān)快速性、智能化更高、易維護(hù)的門機(jī)控制系統(tǒng)是勢(shì)在必行的，發(fā)展永磁同某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是一大趨勢(shì)，它不僅能實(shí)現(xiàn)了門機(jī)的全電動(dòng)控制 (包括檢測(cè)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(duì)于數(shù)控機(jī)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(duì)低很多 ； 同時(shí)也采用了限位開關(guān)位置檢測(cè)和光幕傳感器，起到多重保護(hù)功能 ； 最后很容易實(shí)現(xiàn)門機(jī)堵轉(zhuǎn)力矩保護(hù)，實(shí)現(xiàn)多重保護(hù)措施，安全性和可靠性相當(dāng)高。 二、永磁同步電動(dòng)機(jī)的分類 根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)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(dú)立的，其輸出頻率直接由速度給定信號(hào)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(jī)的起動(dòng)問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運(yùn)行。 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(jī)作如下簡(jiǎn)單分類 ： 一類電機(jī)為晶閘管無換向器電機(jī)，又稱為負(fù)載換向同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ： 另一類 電機(jī)稱為自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)或者永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)的波形形狀又可分為無刷直流電動(dòng)機(jī) (簡(jiǎn)稱 速系統(tǒng)和三相永磁同步電動(dòng)機(jī) (簡(jiǎn)稱 速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流都為正弦波。盡管 調(diào)速系統(tǒng)位置傳感器簡(jiǎn)單、成本較低、材料利用率高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(chǎng)合 ;而 需要?jiǎng)?lì)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(jī)小，能克服 常用于高精度、高性能的場(chǎng)合。 三、 服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 縱觀 服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外在圍繞提高 能及性價(jià)比目標(biāo)從不同角度著手進(jìn)行了大量的研究和實(shí)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(shí)用性意義的成果。但是 身就是具有一定非線性、強(qiáng)禍合性及時(shí)變性的“系統(tǒng) ”，同時(shí)其伺服對(duì)象也存在較強(qiáng)的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)還受到不同程度的干擾，因此按常規(guī)控制策略很難滿足高性能 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) 服系統(tǒng)控制性能。 隨著微電子學(xué)及計(jì)算機(jī)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(jī)控制，可使電機(jī)的調(diào)速某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 性能有很大的提高，使復(fù)雜的矢量控制得以實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護(hù)、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(jiǎn)單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實(shí)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(hào)處理芯片(稱 。目前，多家公司都推出了專門用于電機(jī)控制的的指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運(yùn)算的指令 ，可實(shí)時(shí)產(chǎn)生平滑的參考信號(hào)，適應(yīng)不同的控制要求，完成系統(tǒng)速度環(huán)、 電流環(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 出 ;集成的電機(jī)控制所需的 外設(shè)，如 A/D. 1/O、定時(shí)器、 生器、串口通訊等等，使得應(yīng)用 靠性增強(qiáng)，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(jì)的輸出特性。這些特性保證了用于電機(jī)控制的算法，如 制、矢量控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等可以高速、高精度的完成。因此，采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器的全數(shù)字交流永磁伺服系統(tǒng)是交流伺服系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一 。 國(guó)外最新推出的高性能交流伺服系統(tǒng)幾乎全都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并且都采用了 16位或 32 位高速信號(hào)處理器芯片，有的還采用了 運(yùn)算速度更快的 片。國(guó)內(nèi)在這方面的研制工作也取得了長(zhǎng)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(guó)的電機(jī)控制技術(shù)，與國(guó)外還有很大的差距，并且這種差距又有逐漸增大的趨勢(shì)。 四、 服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及意義 永磁同步（ 伺服驅(qū)動(dòng)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(tái)伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shì)主要表現(xiàn)在 ： (1) 永磁同步電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。永磁同步電機(jī)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(diǎn)，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電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(jī)，加上我國(guó)又是永磁材料的生產(chǎn)大國(guó)。所以，在我國(guó)永磁電機(jī)的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。 (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(jì)通常需要被控對(duì)象有非常精確的數(shù)學(xué)模型，而永磁電機(jī)是一個(gè)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(shí)際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動(dòng)態(tài)，非線性及其他一些不可預(yù)見參數(shù)變化的影響，有時(shí)甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)嚴(yán)重下降，魯某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 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(bǔ)這種缺陷和不足。隨著高性能的微處理器應(yīng)用于 服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的 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(shí)變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能 。 (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(jī)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(shí)現(xiàn)，極大增強(qiáng)了 服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、特種加工裝備精細(xì)進(jìn)給的需要，代表 服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導(dǎo)方向。 (4) 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(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)，需要較多的外部硬件，運(yùn)算速度不高，難以實(shí)現(xiàn) 一些較為復(fù)雜的控制算法，實(shí)時(shí)性很難得到保證，因而隨著對(duì)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(shí)際的要求。 制器由于其本身的特點(diǎn)成為永磁電機(jī)控制的必然選擇。有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由 實(shí)現(xiàn)控制算法，大大的簡(jiǎn)化了硬件，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性?；?永磁電機(jī)控制系統(tǒng)滿足現(xiàn)代電機(jī)控制的基本要求 ： 信號(hào)處理快而準(zhǔn)確 ;實(shí)時(shí)完成復(fù)雜的控制算法 ； 精確而快的 出 ； 能滿足要求增加功能和智能的需求 ； 性能價(jià)格比高 。 (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 (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(hào)處理部分將以微處理器為核心構(gòu)成獨(dú)立的微機(jī)系統(tǒng)，成為高性能伺服系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分 ； 永磁同步電機(jī)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(jī)具有更好的性能價(jià)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 。 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 350400 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止，各段速度的轉(zhuǎn)換要求加減速過程平滑，具有 門扇運(yùn)行各狀態(tài)點(diǎn)速度可設(shè)置 ； 加減速時(shí)間可設(shè)置 ； 有很強(qiáng)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。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 綜上所述， 電梯門機(jī)是電梯的重要組成部分，是電梯系統(tǒng)中動(dòng)作最頻繁，也是直接面對(duì)乘客的部分。因此在實(shí)際應(yīng)用中需要一個(gè)運(yùn)行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)。這就要求電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有精度高、響應(yīng)快 、魯棒性好、計(jì)算簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 為使門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)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(jì)門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)采用永磁同步（ 伺服系統(tǒng) 。 門機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)方案圖見附圖 1 電梯 主拖動(dòng)方案設(shè)計(jì) 電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電梯的起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行、制動(dòng)減速起著控制作用。拖動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)直接影響電梯的起動(dòng)，制動(dòng)加減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標(biāo)。 電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程。到目前為止應(yīng)用于電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)主要有： (1)單 、 雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) ； (2)交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖 動(dòng)系統(tǒng) ；(3)直流發(fā)電機(jī) (4)可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng) ； (5) 、 雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng) 交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊 ， 維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 。 單 、 雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制 ， 線路簡(jiǎn)單 ， 價(jià)格較低 ， 因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用 。 但它的缺點(diǎn)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 。 交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) 交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)國(guó)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 ， 加上能耗或渦流等制動(dòng)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(jià)卻比直流電梯低 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 易于維護(hù) ， 多用于 2 米 /秒以下的電梯 。 直流發(fā)電機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好 ， 調(diào)速范圍大的特點(diǎn) ， 因此很早就應(yīng)用于電梯 ， 采用發(fā)電機(jī) 它控制的電梯速度達(dá) 4 米 /秒 ， 但是 ,機(jī)組結(jié)構(gòu)體積大 ，耗電大 ， 維護(hù)工作量較大 ， 造價(jià)高 ， 因此常用于對(duì)對(duì)速度 ， 舒適感要求較高的建筑物中 。 可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng) 可控硅直接供電拖動(dòng)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(jī)同時(shí)應(yīng)用 ， 比起電動(dòng)機(jī) 10 形式的直流電梯 ， 它有很多優(yōu)點(diǎn) 。 如 ： 機(jī)房占地節(jié)省 35%， 重量減輕 40%， 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。 頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) 80 年代初 ， 頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世 。 它采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 卻可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)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(diǎn) 。 是目前最新的電梯拖動(dòng)系統(tǒng) ，以下簡(jiǎn)要介紹其優(yōu)點(diǎn)。 梯，采用交流單速電動(dòng)機(jī)，通過對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)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(jí)，并且絕對(duì)保證電動(dòng)機(jī)零速下閘，舒適感非常好。 制的電梯相對(duì)于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯 (有十分突出的優(yōu)點(diǎn)。下面與 制的電梯相比較。 安全可靠。先進(jìn)的電腦控制技術(shù)，完善的檢測(cè)、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(gè)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。 舒適感好。理想的電梯運(yùn)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(jì)而成，采用矢量控制技術(shù)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行極其平衡、舒適。 高速高性能。高速運(yùn)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(dòng)調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時(shí)間，使電梯運(yùn)行效率得到充分發(fā)揮。 節(jié)約電能。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速 (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)格的 比，節(jié)能約 40%，并可使用戶電源容量也大量減小。 節(jié)省機(jī)房空間。超小型的機(jī)房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機(jī)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(jī)房空間，減輕機(jī)房承重，提高建筑利用率，從而可節(jié)約建筑費(fèi)用。 利用率高。全電腦控制可以方便地使兩臺(tái)、三臺(tái)、四臺(tái)以上的電梯進(jìn)行群控，合理安排，合理分配，提高電梯的運(yùn)行效率。 準(zhǔn)確的平層精度。經(jīng)過電腦的高速、大量運(yùn)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(shí)零速抱閘，平層精度在士 2內(nèi)。 自學(xué)習(xí)井道信息功能。自動(dòng)學(xué)習(xí)電梯的提升高度、樓層間距，自動(dòng)根據(jù)?？烤嚯x某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 選擇運(yùn)行曲線。 維護(hù)方便?，F(xiàn)代化高科技設(shè)計(jì)，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(qiáng)了電梯機(jī)械部件的耐磨損程度，提高了機(jī)械可靠性 ;自診斷能力和遠(yuǎn)程報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，使得電梯維修保養(yǎng)工作越來越簡(jiǎn)單，越來越有針對(duì)性，越來越快速。 無噪聲機(jī)房和小噪聲運(yùn)行，大大降低了對(duì)環(huán)境的影響。 綜上所述， 本設(shè)計(jì)采用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（ 機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)，以期達(dá)到預(yù)期的目的 。 電梯 主拖動(dòng)系統(tǒng)方案圖見附圖 1 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第二章 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯。 可編程序控制器 (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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 制所代替。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)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， 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(gè)熱點(diǎn)。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)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(jià)格較便宜；多年來我國(guó)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。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)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(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)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(jī)械動(dòng)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(fèi)用高，而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 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。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ?為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道 (字 )的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器 (布爾處理器 )，進(jìn)行點(diǎn) (位 )運(yùn)算與控制。 制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。 首先，可靠性，對(duì)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） 的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。 2） 用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了 低了 可靠性提高。 3） 較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。 4） 為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì) 的硬件使可靠性大大提高。 5）在 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(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對(duì)電源的斷電保護(hù) ;對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。 6） 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 ;簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等。 其次，易操作性， 易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面 :： 1）操作方便 對(duì) 多數(shù) 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(duì)大中型的 程器采用了 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(hào)或接點(diǎn)號(hào)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 2）編程方便 多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)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 用布爾助記符編程語(yǔ)言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。 3）維修方便 有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，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。 最后， 靈活性， 靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 :： 1）編程的靈活性。 用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)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。 擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。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。 制電梯的優(yōu)點(diǎn)： (1)在電梯控制中采用了 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)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(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。 (3)實(shí)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)進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)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(yùn)行效率。 (6)更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。為便于比較 制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn) 現(xiàn)列表 如下，詳見表 2 從 表 2以看出， 制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被 制系統(tǒng)所取代是大勢(shì)所趨。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 表 2制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng) 比較項(xiàng)目 繼電器控制系統(tǒng) 制系統(tǒng) 控制功能 實(shí)現(xiàn) 有許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能 各種控制功能通過編制的程序來實(shí)現(xiàn) 對(duì)控制要求變更適應(yīng)性 適應(yīng)性差，需要重新設(shè)計(jì)，改變繼電器和接線 適應(yīng)性強(qiáng)，只需針對(duì)程序進(jìn)行修改 控制速度 低，靠機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn) 極快，靠微處理器進(jìn)行處理 特殊功能 一般沒有 有 安裝，施工 連線多，施工繁 安裝容易，施工方便 可靠性 差，觸點(diǎn)多，故障多 高，因元器件采取了篩選和抗老化等可靠性措施 壽命 短 長(zhǎng) 可擴(kuò)展性 困難 容易 維護(hù) 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護(hù)工作量小 制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機(jī)一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行的工控機(jī)。工控機(jī)有通用微機(jī)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(qiáng)，軟件資源豐富，能提供實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。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(shí)，技術(shù)水平較高，且工控機(jī)在整機(jī)水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗?duì)此進(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。 制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較見表 2 從 表 2見，在控制功能方面， 通用計(jì)算機(jī)相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡(jiǎn)單，使用方便，應(yīng)用設(shè)計(jì)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(qiáng)電一起工作，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 表 2制系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較 比較項(xiàng)目 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 制系統(tǒng) 工作目的 科學(xué)計(jì)算 工業(yè)自動(dòng)控制 工作環(huán)境 對(duì)工作環(huán)境要求高 對(duì)工作環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件 一般只需簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護(hù)等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修 編程語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言，如 等 梯形圖，助記符語(yǔ)言， 準(zhǔn)化語(yǔ)言 對(duì)操作人 員的要求 需專門培訓(xùn)，并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 一般的技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用 對(duì)內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價(jià)格 價(jià)格高 價(jià)格低 其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計(jì) 機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)通過多種方案的比較和參照， 可看出 制具有顯著的優(yōu)點(diǎn)： 在電梯控制中采用了 軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高；可實(shí)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(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)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(yùn)行效率。 綜上所述，本設(shè)計(jì) 采用 制。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 第三章 電梯控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì) 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖 示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼 叫電路、主拖動(dòng)電機(jī)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(cè)與平層檢測(cè)傳感器及 路等組成的。 圖 梯控制系統(tǒng)原理框圖 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由轎廂、開關(guān)門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成，如圖 示。 圖 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 曳引機(jī) 門機(jī) 顯示 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 頻器 電源 層感應(yīng)器 平層 拖動(dòng) 減速 減速點(diǎn)信號(hào) 定向平層 樓層信號(hào) 位置信號(hào) 起動(dòng) 指層 轎內(nèi)指令、廳內(nèi)召喚 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 第四章 主要元器件選型 門拖動(dòng)元器件的選擇 永磁同步伺服系統(tǒng) 的 重點(diǎn) 選擇 電梯門 機(jī)控制系統(tǒng)要使電梯門開關(guān)動(dòng)作時(shí)快速起、停、加速、減速，且運(yùn)行平穩(wěn)，到位準(zhǔn)確。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需解決好電機(jī)的選擇問題，控制電路的 選擇及設(shè)計(jì)問題 。 眾所周知，在所有的電機(jī)中，直流電機(jī)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(chǎng)合。在工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的交流異步電機(jī)雖然控制簡(jiǎn)單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，而交流同步電機(jī)存在著控制復(fù)雜，容易失步的缺點(diǎn)。相對(duì)而言，永磁同步 電機(jī)結(jié)合了直流電機(jī)與交流同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有體積小，壽命長(zhǎng)，控制簡(jiǎn)單，調(diào)速精度高，且不會(huì)失步的特點(diǎn)。 因此，門 拖動(dòng)系統(tǒng)采用 三相交流永磁同步 伺服電機(jī) 。 三相交流永磁同步伺服電機(jī)簡(jiǎn)稱交流伺服電機(jī)（ AC 伺服電機(jī)，由于它具有高響應(yīng)、高精度、運(yùn)行平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩輸出、能過載、低噪聲、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介、可靠性高、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前旋轉(zhuǎn)電機(jī)中最佳的控制電機(jī)。 伺服電機(jī)的電源及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是由驅(qū)動(dòng)器提供和控制的。驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力及驅(qū)動(dòng)指標(biāo)的優(yōu)異，影響伺服電機(jī)的機(jī)械輸出特性；伺服電機(jī)性能 參數(shù)的優(yōu)異，影響驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制效果。 伺服電機(jī)的選型是多個(gè)因素綜合考慮、合理選擇的過程，一般應(yīng)著重注意這幾個(gè)參數(shù)的選擇：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩、電機(jī)運(yùn)行的最高 轉(zhuǎn)速、負(fù)載慣量及電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量、加減速時(shí)所需要的過載能力、電機(jī)起停頻率等。 綜合考慮各種因素，為滿足設(shè)計(jì)要求，采用 安川 -系列伺服 系統(tǒng)。本系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置了 伺服電機(jī)全部的參數(shù)，采用 先進(jìn)的控制算法及伺服電機(jī)優(yōu)良的性能 ， 性價(jià)比極佳。 安川 -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(diǎn)： 1、簡(jiǎn)單 （ 1） 設(shè)定簡(jiǎn)單 在線自學(xué)習(xí)功能能夠自動(dòng)測(cè)定機(jī)械的必要參數(shù)，自動(dòng)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。 （ 2） 電機(jī)自動(dòng)識(shí)別 自動(dòng)識(shí)別伺服電機(jī)的容量和型號(hào)，自動(dòng)設(shè)定電機(jī)參數(shù)。 （ 3） 維護(hù)簡(jiǎn)單 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(duì)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(jiǎn)單方便。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 2、 高性能 （ 1） 整定時(shí)間短 擴(kuò)充了新的控制算法，實(shí)現(xiàn)了模式跟蹤控制、制振控制，強(qiáng)化了對(duì)振動(dòng)的抑制。對(duì)于低剛性機(jī)械，定位時(shí)間比原產(chǎn)品縮短了 2/3。 （ 2） 高速高精度 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 變換電流控制法，將轉(zhuǎn)矩控制精度從 5%提高到 2%。 （ 3） 平穩(wěn)運(yùn)行 采用速度跟蹤控制技術(shù)，減小了電機(jī) 轉(zhuǎn)速波動(dòng)，低速下也能極平穩(wěn)地運(yùn)行。 3、 柔性化設(shè)計(jì) （ 1） 多合一控制 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。 （ 2） 廣泛適用 伺服控制器有基本功能型、擴(kuò)展功能型，伺服電機(jī)從小容量到大容量，制動(dòng)器和減速機(jī)都可選，充分考慮各種控制要求和安裝場(chǎng)合。 （ 3） 環(huán)境適用性強(qiáng) 保護(hù)等級(jí)： 準(zhǔn) ， 準(zhǔn) 。 耐振性： 耐振強(qiáng)度達(dá)到了 49m/下。 （ 4） 符合國(guó)際主要安全標(biāo)準(zhǔn) 一、 安川 -系列伺服 系統(tǒng) 伺服電機(jī) 介紹 伺服電機(jī) 采用 川電機(jī) 。 伺服電 機(jī)特性見表 4 表 4服電機(jī)特性 適用編碼器標(biāo)準(zhǔn)增量式 ，或 選項(xiàng)絕對(duì) 式，所選編碼器的 基本指標(biāo) 如下： 工作時(shí)間 連接 耐熱等級(jí) F 電壓等級(jí) 200V 級(jí) 400V 級(jí) 額定功率 / W 定轉(zhuǎn)矩 / N m 瞬間最大轉(zhuǎn)矩 / N m 額定轉(zhuǎn)速 / r/3000 最高轉(zhuǎn)速 / r/5000 允許負(fù)載慣量 電機(jī)慣量 5 倍以下 額定功率響應(yīng)率 / kW/s 127 137 166 202 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 環(huán)境溫度 0 40 環(huán)境濕度 20 80%（不結(jié)露） 振動(dòng)等級(jí) 護(hù)方式 全封閉自冷 輸出軸承） 抗振性能 振動(dòng)加速度 安裝方