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1、某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設計 第一章 電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設計 電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅(qū)動電梯部件完成相應的運動。在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關運動。轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進行減速、改變運動形式（將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動）來實現(xiàn)驅(qū)動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。轎門及廳門的開與關則由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構進行減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較?。ㄍǔＴ?00W以下），是電梯的輔助驅(qū)動。本部分內(nèi)容主要是電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設計。 1.1 電梯門機拖動系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設計 1.

2、1.1 電梯門機系統(tǒng)簡介 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，電梯門機系統(tǒng)即是其中一個。舒適的電梯系統(tǒng)應該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)。 在電梯中，門機系統(tǒng)的主要任務是接收來自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門機控制信號，驅(qū)動門電動機運行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關。電梯門機系統(tǒng)主要由門電動機、門電動機控制器、門電動機驅(qū)動裝置、門結構(門系統(tǒng)機械部分)、安全檢測系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。下面簡單介紹各個組成部分及其速度曲線和運行過程。 (1

3、) 梯門電機控制系統(tǒng)這部分主要由門電機控制器、門電機驅(qū)動裝置以及門電動機等組成。其中門電機控制器主要用來控制門電機，使其沿給定門機曲線運行，以快速、安靜、準確的開關電梯轎廂門和廳門。這部分如同一個小型的電機拖動控制系統(tǒng)。 (2) 電梯的門結構此部分主要由門扇、導軌、廳門門鎖等構成，目前主要采用單扇門和中分門兩種結構。為了提高門系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門結構。其中門扇必須具有堅固、防火的特點；導軌用來支撐門扇，故必須表面光滑、堅固且足夠大，以便門扇可靠的移動；廳門門鎖必須滿足安全要求，當門扇到達關門點時應及時的鎖住門。這部分對乘客安全非常重要。 (3) 安全檢測在電梯控制系統(tǒng)

4、中，為了避免乘客被正在關閉的門扇傷害，在門系統(tǒng)中大都設置安全檢測系統(tǒng)，以檢測關門時是否還有乘客從電梯門上通過。當轎廂門正在關閉時，如果此時有乘客欲進、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閉)，則轎廂門應該停止關閉，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。 (4) 大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中，都設置了大廳內(nèi)乘客檢測裝置，確定乘客是否全部進入電梯。當乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時，電梯的門系統(tǒng)能自動延時關門，確保乘客全部進入電梯。目前主要采用光電裝置和紅外光幕保護裝置來檢測乘客或物體。有

5、的門機系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應用的并不多。 (5) 門過載保護裝置有的門系統(tǒng)設有門過載保護開關裝置，當電梯在開關門過程中，因轎廂門受阻而導致動作力矩過大，梯門會自動向反方向動作，從而達到保護門電機的作用。 (6) 速度曲線及運行過程電梯門機系統(tǒng)的速度曲線如圖1-1所示。速度曲線大致可分為四個階段：加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。tl-t2時間段為加速階段；t2-t5為勻速階段；t5-t 6為減速階段；t6-t7為門鎖定階段。以關轎廂門為例，在t1時刻，門電機得到控制信號(一般為脈沖信號)，經(jīng)過一段時間延遲，轎廂門開始動作，

6、一直到t2時刻，此段時間為加速階段，其運行距離一般較短。從t4開始到t5時刻，為勻速階段。此時，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閉，則電機得到一個脈沖信號，則電機提前進入減速階段，如t3-t4時刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門重新打開。直到全部乘客進入轎廂，從時刻t5 開始進入減速階段。在t6時刻，轎廂門實際已經(jīng)關閉。在t 6- t 7 的門鎖定階段電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轎廂門被壓緊，門刀關門同時通過機械結構關閉廳門直到t 7時刻，電機停止轉(zhuǎn)動，門關閉過程結束。 圖1.1 電梯門機運行速度曲線 以上簡要敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。在電梯門系統(tǒng)中，還有一個重要的問題就是門保

7、持時間的選擇。因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進入轎廂。因此應對門保持時間進行很好的選擇：在保證乘客全部安全進出電梯的情況下，盡可能的縮短電梯開關門時間。 1.1.2 門機拖動系統(tǒng)方案設計 電梯門機拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說，是不容忽視的。它是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此在實際應用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設計就顯得尤為重要。 一、各種門機拖動系統(tǒng)的比較 門機拖動系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速拖動和交流調(diào)速拖動兩大類，在交流調(diào)速拖動中，異步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)和同

8、步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)已發(fā)展成為占有相當比例的兩類調(diào)速拖動系統(tǒng)。目前有三大類門機拖動系統(tǒng)：直流電動機門機拖動系統(tǒng)、異步電動機門機拖動系統(tǒng)、永磁同步門機拖動系統(tǒng)。 最老式的用傳統(tǒng)直流電動機調(diào)速的電梯門機一般由電動機配以繼電器、限位開關和電阻實現(xiàn)開關門的控制，由于控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置結構簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)領域里占統(tǒng)治地位。但是由于直流電動機結構復雜、成本高、故障多、維護困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)；機械換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度;接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機的使用場合；電樞在轉(zhuǎn)子上，電動機效率低，散熱條件差，冷卻費用高，這些固有的

9、缺點限制了直流電動機向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展。 在交流電網(wǎng)上，因異步電動機具有結構簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡單等優(yōu)點，所以長期以來，在不要求調(diào)速的場合，異步電動機占有主導地位，例如風機、水泵、普通機床的驅(qū)動中，人們廣泛使用交流異步電動機來拖動機械工作。但是，它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低，并且在這類拖動中，其旋轉(zhuǎn)磁場的產(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。 當前，電梯門機控制系統(tǒng)主要有由交流電機及其VVVF調(diào)速系統(tǒng)構成的， 也有少數(shù)由直流電機及其調(diào)速系統(tǒng)構成的。這些系統(tǒng)均有其固有的缺陷。

10、除整套系統(tǒng)的成本較高外，前者雖然體積小，壽命長，但控制較復雜，對控制系統(tǒng)中的處理器性能要求較高，而且如果為同步電機，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。而后者盡管控制簡單，但直流電機體積大，維護困難，壽命短，電刷結構帶來電磁火花，易形成干擾。這些缺陷在電梯實際運行中就表現(xiàn)為電梯門開關不正常，維護工作量大等困擾操作人員的問題，進一步可造成嚴重經(jīng)濟損失甚至人身傷害。 相對而言，永磁同步電機結合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁同步電機也有優(yōu)勢。據(jù)報道，美國55%以上的電力是消耗在電動機運行上，因此提高電動機

11、的效率很有意義。在所有類型電機中，永磁同步電動機的損耗最小、效率最高。有資料做過對比分析，對于7.5kW的異步電機系統(tǒng)效率可達86.4%，但是同樣容量的永磁同步電動機效率可達92.4%。隨著電子技術的進步，電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的價格不斷下降。考慮綜合指標(系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等)之后，永磁同步電機的應用正處于上升趨勢，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 (我國占有世界蘊藏量8%以上的欽資源)，所以在開發(fā)高磁場永磁材料(特別是欽鐵硼永磁材料)方面具有得天獨厚的有利條件，我國的欽鐵硼永

12、磁材料特性水平已達到世界的先進水平，為永磁同步電機的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎。 永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機的開發(fā)應用。在同步電動機中用永磁體取代傳統(tǒng)的電勵磁磁極的好處是：簡化了結構，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結構，縮小了轉(zhuǎn)子體積:省去勵磁直流電源，消除了勵磁損耗和發(fā)熱。當今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結構。 （2）新型電力電子技術器件和脈寬調(diào)制 (PWM)技術應用 電力電子技術是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。自1958年世界上第一個功率半導體開關晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關斷能力的半導

13、體器件、第三代復合場控器件直至90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路IPM。半導體開關器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大大降低，控制電路日趨完善，它極大地推動了各類電機的控制。70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，為交流電機的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。同時對同步電動機而言解決了起動問題。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導體開關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）電子技術和控制理論的發(fā)展 集成電路和計算機技術是電子技術發(fā)展的代表，規(guī)模集成電路和計算機技術的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制。隨著電子技術的發(fā)展，各種集成化的數(shù)字信號處理器 (DSP)發(fā)展很快，性能不

14、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算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的DSP。這使以單片機為核心的全數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。計算機技術的應用除了實現(xiàn)復雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷和保護等功能外，還可以用于計算機輔助分析和數(shù)字仿真。集成電路和計算機技術的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術起到了重要的推動作用。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。70年代人們對交流電機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電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機模擬成直流電動，獲得與直

15、流電動機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。 目前，交流永磁同步電動機由于其體積小、重量輕；結構簡單，運行可靠；損耗小，效率高等一系列優(yōu)點，越來越引起人們重視。永磁電機幾乎遍及航空，國防，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 日常生活的各個領域。如汽車工業(yè)，電機現(xiàn)以永磁電機為主;數(shù)控和精密機床也大量應用永磁電機;信息產(chǎn)業(yè)中永磁電機的應用面廣、類型多;家用電器中永磁電機取代異步電機的地方也不少，如空調(diào)器己開始用永磁直流無刷電動機帶動空調(diào)壓縮機和通風機，洗衣機用永磁直流無刷電動機帶動洗衣桶旋轉(zhuǎn)等。隨著高磁場永磁材料價格和電動機轉(zhuǎn)子制造價格降低，以及驅(qū)動系統(tǒng)的理論研究和實踐應用的不斷完善與提高，永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)將會得到進

16、一步的發(fā)展及應用?？梢院敛豢鋸埖卣f，永磁同步電動機己從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領域作為最主要的驅(qū)動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。 為便于比較，永磁同步電動機與其它電動機的綜合特性比較如下表1-1。 表1-1 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) 電機結構 有電刷和換向器，結構復雜 比較簡單 簡單 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

17、困難 比較容易 容易 大容量化 難 稍微困難 容易 制動 容易 容易 較容易 控制方法 簡單 稍復雜 復雜 磁通產(chǎn)生 永磁體 永磁體 二次感應磁通 環(huán)境適應性 受火花限制 好 好 維護性 較麻煩 無需保護 無需保護 以上分析可以看出，在工業(yè)應用及民用中，永磁同步電動機在快速性、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)濟性等方面具有明顯優(yōu)勢。但是隨著交流伺服在國內(nèi)的成熟發(fā)展，三相交流電機伺服控制器控制三相永磁伺服電機應用于電梯開門機將是一大趨勢，它是繼VVVF驅(qū)動技術后的、更新一代的驅(qū)動和控制技術。 正是在這一背景下，電梯技

18、術的門控電機也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，高層建筑如雨后春魚般涌現(xiàn)，對電梯的需求就越來越大以及對電梯系統(tǒng)的性能要求也越來越高。然而，據(jù)統(tǒng)計，電梯故障的75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。 因此對電梯門控系統(tǒng)，具有相當高的要求。開發(fā)硬件體積小、運行可靠、開關快速性、智能化更高、易維護的門機控制系統(tǒng)是勢在必行的，發(fā)展永磁同步電動機控制系統(tǒng)是一大趨勢，它不僅能實現(xiàn)了門機的全電動控制(包括檢測門位移參數(shù)的閉環(huán)控制)，而且開關門無碰撞、噪聲小，開關速度快；另外相對于數(shù)控機床方面伺服控制系統(tǒng)，伺服控制精度不要求那么高，成本也相對低很多；同時也采用了限位開關位置檢測和光幕傳感器，起到

19、多重保護功能；最后很容易實現(xiàn)門機堵轉(zhuǎn)力矩保護，實現(xiàn)多重保護措施，安全性和可靠性相當高。 二、永磁同步電動機的分類 根據(jù)永磁同步電動機變頻調(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立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，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的起動問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運行。 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作如下簡單分類：一類電機為晶閘管無換向器電機，又稱為負載換向同步電機調(diào)速系統(tǒng)：

20、另一類電機稱為自控式永磁同步電動機或者永磁無刷直流電動機。 根據(jù)電動機反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機(簡稱BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機(簡稱PMSM)調(diào)速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應電動勢和電流都為正弦波。盡管BLDCM有調(diào)速系統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低、材料利用率高、控制簡單等優(yōu)點，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉(zhuǎn)矩脈動較大，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合;而PMSM不需要勵磁電流，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小，能克服BLDCM系統(tǒng)的不

21、足，常用于高精度、高性能的場合。 三、PMSM伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 縱觀PMSM伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外在圍繞提高PMSM性能及性價比目標從不同角度著手進行了大量的研究和實踐，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控制策略并取得了一些具有實用性意義的成果。但是PMSM 自身就是具有一定非線性、強禍合性及時變性的“系統(tǒng)”，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運行時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PMSM伺服系統(tǒng)的控制要求)a)。為此，結合控制

22、理論新的發(fā)展，引進一些先進的“復合型控制策略”以改進PMSM 伺服系統(tǒng)控制性能。 隨著微電子學及計算機控制技術的發(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。通過微機控制，可使電機的調(diào)速性能有很大的提高，使復雜的矢量控制得以實現(xiàn)，大大簡化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護、顯示、故障監(jiān)視、自診斷、自調(diào)試及自復位等功能。另外，改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型也簡單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實用性。近幾年，在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中已采用高速數(shù)字信號處理芯片(Digital SignalProcesso:簡稱DSP )。目前，多家公

23、司都推出了專門用于電機控制的DSP。它的指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令，可實時產(chǎn)生平滑的參考信號，適應不同的控制要求，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)和復雜的矢量控制算法，并產(chǎn)生高分辨率的PWM輸出;集成的電機控制所需的外設，如A/D. 1/O、定時器、PWM發(fā)生器、串口通訊等等，使得應用DSP的系統(tǒng)所需器件很少，可靠性增強，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，可提供可預計的輸出特性。這些特性保證了用于電機控制的算法，如PID控制、矢量控制、滑模變結構控制等可以高速、高精度的完成。因此，采用高性能數(shù)字信號處理

24、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。 國外最新推出的高性能交流伺服系統(tǒng)幾乎全都實現(xiàn)了數(shù)字化，并且都采用了16位或32位高速信號處理器芯片，有的還采用了運算速度更快的RISC芯片。國內(nèi)在這方面的研制工作也取得了長足的進步，目前己有全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的系列產(chǎn)品問世。但我國的電機控制技術，與國外還有很大的差距，并且這種差距又有逐漸增大的趨勢。 四、PMSM伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及意義 永磁同步（PMSM）伺服驅(qū)動技術是一門包含著豐富內(nèi)容的綜合性技術，自世界上第一臺伺服控制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅(qū)動技術就一直不斷發(fā)展，尤其是各種現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生和廣泛的具體應用，一方面為高性能

25、伺服驅(qū)動系統(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)展趨勢主要表現(xiàn)在： (1) 永磁同步電機的應用越來越廣泛。永磁同步電機具有體積小、重量輕、功率密度大、效率高、轉(zhuǎn)子消耗小等一系列優(yōu)點，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用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機，加上我國又是永磁材料的生產(chǎn)大國。所以，在我國永磁電機的應用有著廣闊的發(fā)展前景。 (2) 高性能控制策略廣泛應用于交流伺服系統(tǒng)。傳統(tǒng)控制器的設計通常需要被控對象有非常精確的數(shù)學模型，而永磁電機是一個非線性多變量系統(tǒng)，難以精確的確定其數(shù)學模

26、型，按照近似模型得到的最優(yōu)控制在實際上往往不能保證最優(yōu)，受建模動態(tài)，非線性及其他一些不可預見參數(shù)變化的影響，有時甚至會引起控制品質(zhì)嚴重下降，魯棒性得不到保證，所以有必要研究一種新型的高性能的控制策略，來彌補這種缺陷和不足。隨著高性能的微處理器應用于AC伺服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的PID控制規(guī)律，開始轉(zhuǎn)向現(xiàn)代控制理論，如自適應控制、人工智能、模糊控制、變結構控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡等新型控制系統(tǒng);而且采用高性能控制策略的控制系統(tǒng)具有很好自適應能力和抗干擾能力，能夠在參數(shù)時變及干擾等惡劣的工況下保證系統(tǒng)良好的動態(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)就是將伺服電機的

27、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控制等先進控制策略的實現(xiàn)，極大增強了AC伺服系統(tǒng)設計與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機床、機器人、特種加工裝備精細進給的需要，代表AC伺服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導方向。 (4) DSP 在交流伺服系統(tǒng)中得到廣泛的應用。傳統(tǒng)的基于單片機的電機控制系統(tǒng)，需要較多的外部硬件，運算速度不高，難以實現(xiàn)一些較為復雜的控制算法，實時性很難得到保證，因而隨著對控制性能越來越高的要求和控制方法復雜度的提高已經(jīng)很難適應實際的要求。DSP控制器由于其本身的特點成為永磁電機控

28、制的必然選擇。DSP具有超強的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由DSP來實現(xiàn)控制算法，大大的簡化了硬件，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性?；贒SP的永磁電機控制系統(tǒng)滿足現(xiàn)代電機控制的基本要求：信號處理快而準確;實時完成復雜的控制算法；精確而快的PWM 輸出；能滿足要求增加功能和智能的需求；性能價格比高。 (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(IPM)將進一步得到普遍應用，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，傳感器的電子信號處理部分將以微處理

29、器為核心構成獨立的微機系統(tǒng)，成為高性能伺服系統(tǒng)的一個關鍵組成部分；永磁同步電機轉(zhuǎn)子磁鋼由采用鐵氧體、稀土鉆轉(zhuǎn)向更多的應用欽鐵硼，使電機具有更好的性能價格比;伺服系統(tǒng)控制器的制造上，結構日趨小型化，采用多單元組合構成多坐標軸控制器，可靠性進一步提高，便于維護及擴充。 控制系統(tǒng)的主要技術要求有：適用范圍廣，適用于開門寬度在350mm- 2400mm之間的電梯門；電動機起動、停止，各段速度的轉(zhuǎn)換要求加減速過程平滑，具有S曲線的加減速過程；門扇運行各狀態(tài)點速度可設置；加減速時間可設置；有很強的輸入過電壓，欠電壓，輸出過電流保護功能；具有自整定功能，并可在一定范圍內(nèi)修改自整定值。 綜上所述，電梯門

30、機是電梯的重要組成部分，是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此在實際應用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)。這就要求電動機控制系統(tǒng)具有精度高、響應快、魯棒性好、計算簡單等特點。為使門機拖動系統(tǒng)滿足設計要求，并收到良好的效果，以體現(xiàn)本觀光電梯的高檔性，本設計門機拖動系統(tǒng)采用永磁同步（PMSM）伺服系統(tǒng)。 門機拖動系統(tǒng)方案圖見附圖1-1。 1.2 電梯主拖動方案設計 電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行、制動減速起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)勢直接影響電梯的起動，制動加減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標。 電梯的拖動系統(tǒng)經(jīng)歷了由簡單到復雜的過程。到

31、目前為止應用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有：(1)單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)；(2)交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)；(3)直流發(fā)電機-電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng)；(4)可控硅直接供電拖動系統(tǒng)；(5)VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。 1.2.1　單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng) 　　交流電動機具有結構緊湊，維修簡單等特點。單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制，線路簡單，價格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應用。但它的缺點是舒適感較差，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。 1.2.2 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng) 交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)國外已大量應用于電梯。這種

32、系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調(diào)速，加上能耗或渦流等制動方式，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，平層準確度高，而造價卻比直流電梯低，結構簡單，易于維護，多用于2米/秒以下的電梯。 1.2.3 直流發(fā)電機-電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng) 直流電動機具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大的特點，因此很早就應用于電梯，采用發(fā)電機-電動機組形式驅(qū)動。它控制的電梯速度達4米/秒，但是,機組結構體積大，耗電大，維護工作量較大，造價高，因此常用于對對速度，舒適感要求較高的建筑物中。 1.2.4 可控硅直接供電拖動系統(tǒng) 可控硅直接供電拖動系統(tǒng)在工業(yè)上早有應用，但用于電梯上卻

33、要解決舒適感問題。(尤其是低速段)應此應用較晚，它幾乎與微機同時應用，比起電動機-發(fā)電機組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點。如：機房占地節(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1:1200。 1.2.5 VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng) 80年代初，VVVF變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世。它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達到直流電動機的水平，目前控制速度已達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。是目前最新的電梯拖動系統(tǒng)，以下簡要介紹其優(yōu)點。 VVVF電梯，采用交流單速電動機，通過對交流電動機調(diào)

34、節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速達到線性化，將交流電動機轉(zhuǎn)速運行曲線線性段區(qū)域擴大。由于系統(tǒng)采用高精度電光碼盤，全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達到毫米級，并且絕對保證電動機零速下閘，舒適感非常好。 VVVF控制的電梯相對于交流雙速電梯、交流調(diào)壓調(diào)速電梯(ACVV)都有十分突出的優(yōu)點。下面與ACVV控制的電梯相比較。 安全可靠。先進的電腦控制技術，完善的檢測、自診斷、自保護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，設置了各種防故障和應急裝置;倘若井道內(nèi)某個安全裝置出現(xiàn)故障，電腦將保護不沖頂、不蹲底、不關人。 舒適感好。理想的電梯運行速度曲線，根據(jù)人體生理適應能力由高性能

35、的微電腦設計而成，采用矢量控制技術對交流電動機進行精確調(diào)節(jié)，使電梯運行極其平衡、舒適。 高速高性能。高速運行，最佳召喚應答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應自動調(diào)節(jié)，使電梯運行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時間，使電梯運行效率得到充分發(fā)揮。 節(jié)約電能。全電腦控制的調(diào)節(jié)調(diào)頻調(diào)速(VVVF)系統(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ACVV相比，節(jié)能約40%，并可使用戶電源容量也大量減小。 節(jié)省機房空間。超小型的機房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機房控制系統(tǒng)相比，體積減少1/2以上，重量大大減輕。因此，節(jié)省機房空間，減輕機房承重，提高建筑利用率，

36、從而可節(jié)約建筑費用。 利用率高。全電腦控制可以方便地使兩臺、三臺、四臺以上的電梯進行群控，合理安排，合理分配，提高電梯的運行效率。 準確的平層精度。經(jīng)過電腦的高速、大量運算，采用高精度光電碼盤，將速度——轉(zhuǎn)矩——位置全閉環(huán)，停車時零速抱閘，平層精度在士2mm以內(nèi)。 自學習井道信息功能。自動學習電梯的提升高度、樓層間距，自動根據(jù)?？烤嚯x選擇運行曲線。 維護方便。現(xiàn)代化高科技設計，全電腦控制，大規(guī)模集成電路和半導體大功率模塊在電梯控制中的應用，使現(xiàn)代電梯控制部份的可靠性、免維護性大大提高;新技術、新材料的應用，加強了電梯機械部件的耐磨損程度，提高了機械可靠性;自診斷能力和遠程報警功

37、能的實現(xiàn)，使得電梯維修保養(yǎng)工作越來越簡單，越來越有針對性，越來越快速。 無噪聲機房和小噪聲運行，大大降低了對環(huán)境的影響。 綜上所述，本設計采用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（VVVF）電機拖動控制系統(tǒng)，以期達到預期的目的。 電梯主拖動系統(tǒng)方案圖見附圖1-2。 第二章 電梯控制系統(tǒng)方案設計 2.1 PLC控制系統(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)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器

38、控制的弱點就越來越明顯。 可編程序控制器(PLC)最早是根據(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)境應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展，電梯的拖動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，PLC控制技術加變頻調(diào)速技術己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握；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，

39、價格較便宜；多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術資料圖紙齊全，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)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，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現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難以提高；電磁機構及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。 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

40、乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。 首先，可靠性，對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。1）PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。2）PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，

41、例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。3）PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。4）PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計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;采用先進的工藝制造流水線制造;對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護;對存儲器內(nèi)容的保護等。6）PLC的軟件方面，也采取了一

42、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;簡化編程語言等。 其次，易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面:：1）操作方便 對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，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)所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。2）編程方便 PLC有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握f地解。采用布爾助記符編程語

43、言時，十分有助于編程人員的編程。3）維修方便 PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，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，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面:：1）編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖，功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展。2）擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。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。 PLC控制電梯的優(yōu)點：(

44、1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，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)結構簡單，外部線路簡化。(3)PLC可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (4)PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。(5)用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。(6)更改控制方案時不需改動硬件接線。為便于比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點現(xiàn)列表如下，詳見表2-1。 從表2-1可以看出，PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢所趨。 表2-1

45、 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng) 比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 控制功能 實現(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現(xiàn) 對控制要求變更適應性 適應性差，需要重新設計，改變繼電器和接線 適應性強，只需針對程序進行修改 控制速度 低，靠機械動作實現(xiàn) 極快，靠微處理器進行處理 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 可擴展性 困難 容易 維護 工作

46、量大，故障不易查找 有自診能力，維護工作量小 2.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機有通用微機應用發(fā)展而來，在硬件結構方面總線標準化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實時性強，模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要求工作人員應具有一定的專業(yè)知識，技術水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，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，更適應過程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計算

47、機系統(tǒng)比較見表2-2。 從表2-2可見，在控制功能方面，PLC與通用計算機相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應用設計和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強電一起工作，容易實現(xiàn)機電一體化。 表2-2 PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較 比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 工作目的 科學計算 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求高 對工作環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)軟件 一般只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護等一般性措

48、施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級語言，如BASIC，C等 梯形圖，助記符語言，SFC標準化語言 對操作人 員的要求 需專門培訓，并具有一定的計算機基礎 一般的技術人員，稍加培訓即可操作使用 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格低 其他 若用于控制，一般需自行設計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 2.3 電梯控制系統(tǒng)方案設計 本設計通過多種方案的比較和參照，可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點：在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高；可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便

49、地增加或改變控制功能；可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性和可靠性，并便于檢修；用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 綜上所述，本設計采用PLC控制。 第三章 電梯控制系統(tǒng)框圖設計 3.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設計 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖3.2所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動電機電路、開關門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。 平層感應器 平層 拖動 減速 減速點信號 定向平層 樓層信號 位置信號 起動 指層 轎內(nèi)指令、廳內(nèi)召喚 圖3.1

50、 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 3.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結構框圖 系統(tǒng)由轎廂、開關門機構、曳引機構、控制系統(tǒng)等組成，如圖3.1所示。 曳引機 門機 顯示 現(xiàn)場信號 PLC 變頻器 電源 PGggGgGGFGGG 圖3.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結構框圖 第四章 主要元器件選型 4.1 門拖動元器件的選擇 4.1.1 永磁同步伺服系統(tǒng)的重點選擇 電梯門機控制系統(tǒng)要使電梯門開關動作時快速起、停、加速、減速，且運行平穩(wěn)，到位準確。要實現(xiàn)這個目標，需解決好電機的選擇問題，控制電路的選擇及設計問題。 眾所周知，在所有的電機中，直流電機的調(diào)速特性最好，但其不可避免

51、的有刷結構制約了其應用場合。在工業(yè)生產(chǎn)中大量應用的交流異步電機雖然控制簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，而交流同步電機存在著控制復雜，容易失步的缺點。相對而言，永磁同步電機結合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。 因此，門拖動系統(tǒng)采用三相交流永磁同步伺服電機。三相交流永磁同步伺服電機簡稱交流伺服電機（AC server motor)或伺服電機，由于它具有高響應、高精度、運行平穩(wěn)、恒轉(zhuǎn)矩輸出、能過載、低噪聲、結構簡介、可靠性高、免維護等優(yōu)點，是目前旋轉(zhuǎn)電機中最佳的控制電機。 伺服電機的電源及運轉(zhuǎn)狀態(tài)是由驅(qū)動器提供和控制的。驅(qū)動器的

52、驅(qū)動能力及驅(qū)動指標的優(yōu)異，影響伺服電機的機械輸出特性；伺服電機性能參數(shù)的優(yōu)異，影響驅(qū)動器的驅(qū)動和控制效果。 伺服電機的選型是多個因素綜合考慮、合理選擇的過程，一般應著重注意這幾個參數(shù)的選擇：電機的額定轉(zhuǎn)矩、電機運行的最高轉(zhuǎn)速、負載慣量及電機轉(zhuǎn)子慣量、加減速時所需要的過載能力、電機起停頻率等。 綜合考慮各種因素，為滿足設計要求，采用安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)。本系統(tǒng)的伺服驅(qū)動器內(nèi)置了伺服電機全部的參數(shù)，采用先進的控制算法及伺服電機優(yōu)良的性能，性價比極佳。安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)不僅具有伺服快速響應性、高速高精度的特性，而且具有如下優(yōu)點： 1、簡單 （1）設定簡單 在線自學習功能能夠自動測定

53、機械的必要參數(shù)，自動設定必要的伺服增益，初學者也能很快得心應手的應用。 （2）電機自動識別 自動識別伺服電機的容量和型號，自動設定電機參數(shù)。 （3）維護簡單 主控回路分離布線，用戶參數(shù)可在控制器上直接設定，減少了配線（絕對編碼器配線數(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、維護更加簡單方便。 2、高性能 （1）整定時間短 擴充了新的控制算法，實現(xiàn)了模式跟蹤控制、制振控制，強化了對振動的抑制。對于低剛性機械，定位時間比原產(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d-p軸變換電流控制法，將轉(zhuǎn)矩控制精度

54、從±5%提高到±2%。 （3）平穩(wěn)運行 采用速度跟蹤控制技術，減小了電機轉(zhuǎn)速波動，低速下也能極平穩(wěn)地運行。 3、柔性化設計 （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)設定切換。 （2）廣泛適用 伺服控制器有基本功能型、擴展功能型，伺服電機從小容量到大容量，制動器和減速機都可選，充分考慮各種控制要求和安裝場合。 （3）環(huán)境適用性強 保護等級：IP55標準，IP67標準。耐振性： 耐振強度達到了49m/s2以下。 （4）符合國際主要安全標準 一、安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服電機介紹 伺服電機采用Yaskawa安川電機SGMSH型 。SGMSH

55、型伺服電機特性見表4-3。 表4-3 SGMSH伺服電機特性 電壓等級 200V級 400V級 額定功率 / W 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 額定轉(zhuǎn)矩 / N·m 3.18 4.90 6.36 9.80 12.6 15.8 瞬間最大轉(zhuǎn)矩 / N·m 9.54 14.7 19.1 29.4 37.8 47.6 額定轉(zhuǎn)速 / r/min 13000 最高轉(zhuǎn)速 / r/min 15000 允許負載慣量 電機慣量5倍以下 額定功率響應率 / kW/s 57.

56、9 97.2 127 137 166 202 適用編碼器標準增量式，或選項絕對式，所選編碼器的基本指標如下： 工作時間 連接 耐熱等級 F 環(huán)境溫度 0～＋40℃ 環(huán)境濕度 20～80%（不結露） 振動等級 V15 保護方式 全封閉·自冷IP67（除輸出軸承） 抗振性能 振動加速度24.5m/s2(2.5G) 安裝方式 法蘭安裝 二、安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器介紹 安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器使用選件單元，擴張功能、性能強，主要包括： （1） MECHATROLINK I/F 單元

57、 伺服信息（位置、速度、輸入輸出）的讀出和各種指令的變更，可以通過實時控制來實現(xiàn)。一個上位控制器可以最多實現(xiàn)15站點的多軸運動控制。 （2） DeviceNet I/F 單元 ＆ PROFIBUS-DP I/F 單元 對應DeviceNet及PROFIBUS-DP通信網(wǎng)絡。Point-to-Point定位（可多段速定位）和站編號方式內(nèi)置豐富的定位功能，因此可以用PLC或PC進行設定和保養(yǎng)。 （3） 全閉 I/F 單元 在機械前端所發(fā)生的位置偏移，可以用最近的方式 。用脈沖指令可以對應閉環(huán)位置控制，即使精度上升，仍能高速驅(qū)動并且在安全上也能起到作用。伺服驅(qū)

58、動器詳圖見圖4.1。 圖4.1 安川∑-Ⅱ系列伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動器 為了實現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率，∑-Ⅱ系列以最佳的控制機械的最高性能，與原有機型相比，CPU運算時間為其1/2，通過擴充新控制算法，定位時間縮短到原有產(chǎn)品的1/3，實現(xiàn)了出類拔萃的響應性。與其他系統(tǒng)比較其優(yōu)點有： 1、整定時間縮短 由于新控制算法的擴充，實現(xiàn)了模式跟蹤控制，制振控制，強化了對振動的控制。因此，即使低剛性機械其定位整定時間亦可縮短1/3(與本公司產(chǎn)品相比較)。 2、高速?高精度驅(qū)動 實現(xiàn)了最高轉(zhuǎn)速6000/rpm(SGMUH形)。此外，因采

59、用了高分辨率串行編碼器(16，17bits)，提高了定位精度。d-q軸變換電流控制系統(tǒng)的采用，轉(zhuǎn)矩控制精度(重復性)亦提高了±5%至±2%。 3、平滑運轉(zhuǎn) 采用了速度觀測控制，使電機的速度波動大幅度減低，低速下亦可平滑運轉(zhuǎn)。 4、設定簡單 為了在短時間內(nèi)建立高度系統(tǒng)，∑-Ⅱ系列徹底追求了使用的簡便性。靈活使用“在線自動調(diào)整功能”，自動的進行與機械特性相吻合的伺服系統(tǒng)的調(diào)整。 5、在線自動調(diào)整 自動測定機械特性，設置所需要的伺服增益。即使初次接觸，亦可在短時間內(nèi)完成最佳設定。 6、電機自動識別 伺服驅(qū)動器自動判別伺服電機的功率、規(guī)格，

60、自動設定電機參數(shù)。 7、再生電阻連接端子標準配備 配備了外置再生電阻的連接端子，可簡便的連接再生電阻器。 8、維護簡便 利用主回路?控制回路電源分離及報警跟蹤記憶功能等，可簡便的進行維護。 9、主回路?控制回路電源分離 主回路與控制回路的電源完全分離，報警時可只關斷主回路電源，容易維護。 4.1.2 變頻器的選擇 電機加減速過程中良好的運行特性可使電梯門開關平穩(wěn)，減小電機所受的負載沖擊，增加系統(tǒng)的壽命和可靠性。因此如何實現(xiàn)加減速過程中的S曲線控制至關重要。 門拖動變頻器選用安川公司的676GL5-IP電梯專用矢量控制變頻器。除了具備通用

61、變頻器的功能外，還具有啟動力矩補償、停電時控制(蓄電池運轉(zhuǎn))、自動加減速運行、抱閘控制、超速檢測等電梯專用功能 。可使用普通A、B、Z相編碼器檢測目前所有永磁同步電動機的磁極位置。 4.1.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇 編碼器有兩方面的作用，一是用于位置的檢測；二是用于測量轉(zhuǎn)差。在關門過程鐘，當轉(zhuǎn)差大于設置值時 (即編碼器輸入的轉(zhuǎn)速與變頻器輸出的頻率相差大于一定值時)，控制門停止關門，并反向開門。在開門過程中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)差大于設置值，則停止開門。 在本設計中，永磁同步電動機所使用的編碼器，不僅僅要向拖動控制系統(tǒng)提供速度反饋，而且需要提供電動機磁極位置檢測功能。只有檢測出轉(zhuǎn)子的磁極位置后，才能確

62、定變頻器的通電方式、控制模式以及輸出電流的頻率和相位， 以保證永磁同步電動機的正常工作。根據(jù)安川676GL5-IP變頻器的需求，選用海德漢公司的ERN 461型A、B、Z三相編碼器，安裝于永磁同步電機轉(zhuǎn)子軸端。 4.1.4 可編程控制器的選擇 根據(jù)輸人信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為10點，輸出點數(shù)為8點；輸人、輸出信號都是數(shù)字量。增加20%備用量，以便隨時增加控制功能： 輸入點數(shù)為： 10×(1+20%)=12 輸出點數(shù)為： 8×(1+20%)=9.6 根據(jù)I/O點數(shù)，可選FX0N-24MR-001型可編程控制器，其輸入點14點，輸出點10點，擴展模塊可用點數(shù)

63、為32點。 4.2 主拖動元器件的選擇 4.2.1 曳引電動機的選擇 本設計電梯采用有齒曳引機，1:1繞法的曳引系統(tǒng)，額定梯速為1m/s，額定載重量800kg，則電動機額定功率為： （公式4-1） 根據(jù)實際電動機額定功率系列，粗選11kW電動機即可滿足要求，相當于系數(shù)k取1.4。由電動機選型參數(shù)表，選YPTD160M2-4。 表4-1 電動機選型參數(shù)表 型號 功率/ kW 電壓/ V 電流/ A 轉(zhuǎn)速/ r/min 頻率/ Hz 功率因 數(shù)cos 噪聲 d

64、B(A) 額定工 作制 YPTD160M1-4 9 380 18.5 1456 50 0.85 60 S2/1h YPTD160M2-4 11 380 22.3 1456 50 0.86 60 S2/1h YPTD160L1-4 13 380 25.9 1456 50 0.865 60 S2/1h 4.2.2 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應用到許多領域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。目前，有為電梯控制而設計的專用變頻器早已問世，其功能較強，使用靈活，但其價格相對較

65、貴。因此，本設計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設計的特點之一。 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內(nèi)容。本設計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感;另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視?？紤]以上各種因素，本設計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)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(shù)和電機效率，同時降低了電機

66、運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。同時安川VS616-G5變頻器是一類 “多控制方式”通用變頻器，它有：(1)無PG(速度傳感器)V/f控制；(2)有PGV/f控制；(3)無PG矢量控制；(4)有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種。 另外，616G5變頻器的起動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的S曲線和零頻仍可輸出150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達0.01--0.02%, 使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。 VS-616G5變頻器的特點如下：(1)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。 (2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 (4)保護功能完善、維修性能好。(5)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。VS-616G5變頻器的標準規(guī)格如表4-2。 表4-2 VS-616G5變頻器的標