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变频调速电梯控制系统设计742020年4月19日文档仅供参考摘要电梯是一种用于电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少且应用最广泛的垂直交通运输工具。随着社会的不断发展，电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。随着电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展十分迅速。变频调速电梯使用了先进的PWM技术，明显改进了电梯运行质量和性能；调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机相互媲美。同时也明显改进了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，经过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改进了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。关键词：电梯，PWM控制，变频调速ABSTRACTSummary elevator is a special electric traction equipment, is indispensable in modern urban life, and the most widely used vertical transportation. As society develops, elevator from the handle switch elevators, buttons control the elevator to the current group of Elevator, for senior transportation present. With power electronics and computer control technology and the rapid development, AC inverter technology development very rapidly. Variable speed elevator use advanced PWM, significantly improve the quality and performance elevator; speed range widely, control, precision, dynamic performance, comfortable, quiet, fast, almost comparable to the DC motor. At the same time significantly improved motor power quality, reduced harmonic, which improves the efficiency and power factor, energy-saving significantly. This design in use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results. Keywords: elevator, PWM, frequency目 录摘要1ABSTRACT21引言12概述22.1电梯的概述22.1.1电梯的概念22.1.2电梯的分类22.1.3电梯的工作原理32.2电梯的基本结构42.2.1曳引系统52.2.2导向系统52.2.3门系统52.2.4轿厢52.2.5重量平衡系统62.2.6电力拖动系统62.2.7电气控制系统62.2.8安全保护系统63电梯电力拖动控制系统73.1变频调速电梯系统运行原理73.2变频器83.2.1变频调速原理83.2.2变频器组成、工作原理及其分类83.2.3变频器机型选择93.2.4变频器计算及其参数设置113.3电梯理想速度曲线设计113.3.1电梯快速性的性能要求113.3.2电梯舒适性的性能要求123.3.3电梯速度曲线123.4电梯曳引电动机及其功率确定133.4.1电梯对曳引机的要求133.4.2曳引电动机额定功率的粗选133.4.3曳引电动机过载、启动校验144电梯电气控制系统164.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点164.1.1 PLC定义及其特点164.1.2 PLC控制电梯的优点174.2 PLC的选择174.2.1轿厢楼层位置检测方法174.2.2 PLC机型的选择184.3电梯电气控制系统设计方案194.4电梯电气控制系统软件设计224.4.1 层楼继电器回路的实现254.4.2 召唤回路264.4.3 指令回路264.4.4选向回路274.4.5 电梯的开关门环节284.4.6 电梯起制动环节304.4.7 故障报警314.4.8 电梯的通风系统314.4.9 电梯的照明系统315 总结335.1 全文总结335.2 展望33参考文献34致谢35附录A 电梯控制系统原理图36附录B 电梯控制系统梯形图371引言随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。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。中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。PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者经过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，能够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，成功地解决了电梯运行的舒适感问题。过去，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。因为这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，因此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，而且能耗大，输人功率因数也低，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，而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。本设计内容针对低层楼房客梯控制系统进行认真分析，讨论了电梯控制系统设计的有关问题。根据当前电梯的发展趋势，注重反映新的PWM技术，利用先进的变频调速技术和强大的PLC功能实现了对电梯变频调速的控制，经过合理的设备选型、硬件电路连接和整体软件设计，完成电梯的各个功能，保证电梯的安全运行及应急状况处理。2概述2.1电梯的概述2.1.1电梯的概念电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间的固定式升降设备。广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passengerconveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。2.1.2电梯的分类按用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。按速度分类：低速电梯（速度不大于1.75m/s）中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)超高速电梯(速度大于6m/s)按有无减速器分类：有减速器的电梯：常见于梯速为2.0m/s以下的电梯无减速器的电梯：常见于梯速为2.0m/s以上的电梯按有无司机分类：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。按控制方式分类：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。2.1.3电梯的工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需经过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，因此载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。具有电梯直驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。2.2电梯的基本结构电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分经过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但当前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，图2.1所示是电梯的基本结构剖视图。1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴； 12-轿架；13-轿门； 14-安全钳；15-导轨； 16-绳头组合；17-对重， 18-补偿链；19-补偿链导轮； 20-张紧装置；21-缓冲器； 22-底坑；23-层门； 24-呼梯盒；25-层楼指示灯； 26-随行电缆；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；29-开门机； 30-井道传感器；31-电源开关； 32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器图2.1 电梯的基本结构剖视图从电梯空间位置使用看，由四个部分组成：依附建筑物的机房、井道；运载乘客或货物的空间轿厢；乘客或货物出入轿厢的地点层站。即机房、井道、轿厢、层站。从电梯各构件部分的功能上看，可分为八个部分：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统。2.2.1曳引系统曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。其作用是输出与传递动力，驱动电梯运行。曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数能够是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。2.2.2导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。2.2.3门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。2.2.4轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。2.2.5重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。2.2.6电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。2.2.7电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。2.2.8安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。3电梯电力拖动控制系统电梯系统是一个庞大的系统，作为机电一体化的典范，其涉及的知识面很宽。电梯又同人的生命枚关，为了保证安全，不得不增加各种附属装置以提高电梯的安全性，导致电梯控制系统结构相当复杂。另外，随着电梯技术的发展和人民生活水平的提高，人们对电梯的要求不断提高，这样不得不增加控制系统的复杂性，以满足人们的需要。电梯控制系统框图如下：图3.1 电梯控制系统框图由上图能够看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响，而电气控制部分是电梯安全可靠运行的关键。3.1变频调速电梯系统运行原理电力电网送来的380V动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令使电梯轿厢作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。3.2变频器3.2.1变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示： 式（3.1）式中：为电机的电源频率，为电动机定子绕组的极对数，为转差率从上式3.1可看出，在极对数P和转差率不变的情况下，转速n与电机电源的频率成正比，改变电动机的频率就能够改变电动机的转速，从而实现电梯的零速起动。3.2.2变频器组成、工作原理及其分类 变频器组成及工作原理变频器一般由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图4.2所示。主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。图3.2 变频器主电路图其整流电路采用的是不可控的二极管整流电路，而变频器的输出频率和输出电压均由逆变器按PWM方式来完成。利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定开关器件的导通时间，从而实现调压。逆变器又称负载变流器，最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中的主开关器件的通与断，能够得到任意频率的三相交流电输出。中间直流环节。由于逆变器的负载是异步电动机，属于感性负载，故在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。此无功功率要靠中间直流环节的储能元件（电容或电抗）来缓冲，故又称中间直流环节为中间直流储能环节。 变频器的类型按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器按输出电压调节方式分：PAM方式，PWM方式，高载波变频率PWM方式按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器。3.2.3变频器机型选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。当前，为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器安川VS-616G5型全数字变频器，经过合理的配置、设计和编程，同样能够达到专用变频器的控制效果。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，另外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，能够最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。VS616-G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不但考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，经过其本身自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-616G5变频器的标准规格：表3.1 616G5型变频器的标准规格电压220V400V容量范围1.2110KVA1.4460KVA电源电压频率200V： 三相 200V/208V/220V400V： 三相380V/400V/415V/440V/460V电压允许变动+10% -15%频率允许变动士5%控制特性控制方式正弦波PWM控制，V/f控制无传感器矢量控制(无PG)，带传感器矢量控制(带PG)带传感器V/f控制(用参数切换)启动转矩150%/1 Hz(无PG) I50%/0 r/min(带PG)速度控制范围1:100(无PG) 1:1000(带PG)速度控制精度士0.2%(无PG) 0.02%(带PG)速度响应5Hz(无PG) 30Hz(带PG)转矩精度士5%转矩响应20Hz(无PG)以上 150HZ(带PG)以上频率控制范围0.14000HZ频率精度数字式指令士0.01 %(-10Cy+40C) 模拟指令士0. 1%(25C士l OC)频率设定分辨率数字式指令0.01 Hz/100Hz模拟式指令0.03HzJ60Hz输出频率分辨率0.01HZ过载量额定输出电流的150% 1 min频率设定信号-1010V 010V 420MA加减速时间0.016000S制动转矩约20%抑制高次谐波直流电抗器内带(200V 24kVA 400V 26kVA以下可选择)12相整流不能变动主要控制功能再起动，下降控制，转矩控制.零点伺服控制操作装置16字X2线日语液晶显示接通插件板可选择16种（最多可装3块）保护功能电机保护，变频器过载，瞬时电流、电压下降，过电压，电压缺相。VS-616G5变频器的特点如下： 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 有丰富的内藏与选择功能。 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 保护功能完善、维修性能好。 经过LCD操作装置，可提高操作性能。3.2.4变频器计算及其参数设置 变频器功率的计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为，电梯运行速度为，电梯自重为，电梯载重为，配重为，重力加速度为，变频器功率为。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为有： 式（3.2）其中为摩擦力，s可忽略不计。电机功率P1，变频器功率应接近于电机功率，相对于留有较大裕量，因此能够取 式（3.3）变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，因此变频调速装置应具有制动功能，带有逆变功能的变频调速装置经过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高。采用能耗制动方式经过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻大小应使制动电流不超过变频器额定电流的一半，即 式（3.4）其中为额定情况下变频器的直流母线电压。由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率能够大大小于通电时消耗的功率。3.3电梯理想速度曲线设计电梯理想速度曲线总体说来是现代社会中人们对电梯的要求的概括，其中包括快速性，舒适性。然而快速性和舒适性是一对相互矛盾的要求。3.3.1电梯快速性的性能要求电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。快速能够节省时间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客是很重要的。提高快速性的方法主要有三种方法： 提高电梯的额定速度。电梯的额定速度提高，运行的时间缩短，达到了为乘客节省时间的目的。提高速度的同时应加强安全性、可靠性的措施，故此梯速提高电梯的造价也随之提高。 集中布置多台电梯。经过增加电梯的台数来节省乘客的时间，该方法不是直接提高梯速但同样能够达到目的。但电梯的台数增加不是无限制的，一般在乘客高峰期时，使乘客的平均候梯时间小于30S即可。 尽可能减少电梯起、停过程中的加减速时间。电梯是一个频繁起、制动的设备，在起、制动阶段不能太慢，GB/T100581997电梯控制技术中就规定了电梯加减速度的最小值：“直流快速电梯平均加、减速度不小于，直流高速电梯平均加、减速度不小于。”这就是对电梯快速性的要求。3.3.2电梯舒适性的性能要求 由加速度引起的不适人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消了部分的重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力，GB/T100581997电梯控制技术中规定：“电梯的起、制动应该平稳、迅速，加、减速度的最大值不大于。” 由加速度变化率引起的不适人体不但对加速度敏感，对加加速度（或称加速度变化率）也很敏感。用a表示加速度，用表示加加速度，则当加加速度较大时，人的饿大脑感到晕眩、痛苦，其影响比加速度的影响还要严重。我们也称加加速度为生理系数，在电梯行业里一般限制生理系数不超过。3.3.3电梯速度曲线当轿厢静止或匀速升降时，轿厢的加速度和加加速度都是零，乘客不会感到不适，而在轿厢由静止启动到以额定速度匀速运动的加速过程中，或是由匀速运动状态制动到静止状态的减速过程中，既要考虑快速性的要求，又要考虑舒适性的要求，故有必要设计出电梯的运行速度曲线，使电梯轿厢按照这样的速度曲线运行，既能够满足快速性的要求，也能够满足舒适性的要求，科学、合理的解决快速性与舒适性的矛盾。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适性，将电梯的起动、制动速度曲线设计成由两段抛物线(S曲线)及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒所需要的时间。因此经过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化，也可经过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的安川公司的VS616 G5系列变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如下图所示，图中a为加速度，v为速度。图3.3 电梯运行速度曲线图3.3中 ，为加速过渡阶段，为稳速运行阶段（此时电梯速度为额定速度），为减速停车阶段。由于变频器在零速时有的额定转矩，保证了电梯在零速（时刻）时进行抱闸停车，消除了电梯停车时的冲击，使乘客更具有舒适感。3.4电梯曳引电动机及其功率确定3.4.1电梯对曳引机的要求 电梯是一个大惯量的拖动系统，要求电动机有较大的过载能力。 电动机能承受频繁起、停，能承受较高的每小时合闸次数。 电梯的运行属于周期断续工作方式，要求选用周期断续工作制的电动机。 对于交流电梯，要求曳引电动机有足够的起动转矩和尽量小的起动电流。3.4.2曳引电动机额定功率的粗选根据力学关系导出曳引电动机的额定功率： 式（3.5）式中，K系数，K=1.11.6Kp平衡系数，Kp=0.40.5 取0.45Mn电梯额定载重量，Mn=1000Vn电梯额定速度，Vn=1.0m/s机械转动总效率，=0.5带入数据得Pn=11.8617.25KW根据实际电动机额定功率系列，粗选13KW的电动机即可满足要求。因此，电梯所选用的曳引电动机为YPTD160L14,电压：380V，功率：13KW，转速：1456r/min 。3.4.3曳引电动机过载、启动校验 初选电动机以上面介绍的方法粗选电动机的额定功率,将该电动机作为初选电动机可计算其额定转矩 式（3.6） 对交流电动机进行过载校验和起动校验1）过载校验 异步电动机机械特性曲线中最大转矩Mm与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的过载能力，用表示 式(3.7)被称作电动机的过载倍数或最大转矩倍数。在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，最大转矩Mm降低到原值的0.92倍，过载倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的最大转矩不能大于等于要求的最大负载转矩Mmz，电梯就会失控，走不出预定的速度曲线，电梯的舒适性和快速性就会变差。因此，而要考察电动机的过载能力 式(3.8)所选电动机满足上式条件，过载校验经过。2）起动校验 异步电动机的起动转矩MQ与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的起动能力，用KQ表示 式(3.9)KQ被称作电动机的起动转矩倍数。同样，在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，起动转矩降低到原值的0.92倍，起动转矩倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的起动转矩不能大于等于电梯满载时要求的负载起动转矩MQZ，电梯就转不起来。因此，需要考察电动机的起动能力 式(3.10)所选电动机满足上式条件，起动校验经过。只有过载校验、起动校验都经过了的电动机，才能够选作电梯曳引电动机。否则需要将初选电动机的额定功率适当加大后再进行上述校验，直至经过。当然，如果上述校验裕量很大，则能够适当减小电动机额定功率后再进行上述校验，直至裕量适当。4电梯电气控制系统4.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点4.1.1 PLC定义及其特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。 可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:1）操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接能够显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。3）维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，经过硬件和软件的自诊断，维修人员能够很快的找到故障的部位，以便维修。 灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:1）编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。2）扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。3）操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。4.1.2 PLC控制电梯的优点 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 更改控制方案时不需改动硬件接线。4.2 PLC的选择PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。4.2.1 轿厢楼层位置检测方法 轿厢楼层位置检测主要方法有如下几种:1）用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，每层需使用一个磁感应器，因此低层建筑能够考虑此种方法来进行轿厢楼层检测。本设计所使用的楼层检测方法就是此种方法。当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点，因此高层建筑不易使用这种方法。2）利用稳态磁保开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。3）利用旋转编码器:当前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。现在电梯设计使用此种方法的比较常见。 电梯位置的