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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目 錄
第一章 引言 …………………………………………………………………………1
1.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………1
1.2 技術(shù)要求 ……………………………………………………………………1
第二章 電梯拖動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………3
2.1 電梯門(mén)拖動(dòng)系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)…………………………………………3
2.1.1 電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介……………………………………………………3
2.1.2 電梯門(mén)拖動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)……………………………………………4
2.2 電梯主拖動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)……………………………………………………10
2.2.1 單、雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)………………………………………10
2.2.2 交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)…………………………………10
2.2.3 直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)可控硅勵(lì)磁拖動(dòng)系統(tǒng)…………………………10
2.2.4 可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng)……………………………………………11
2.2.5 VVVF變頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)………………………………………11
第三章 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………13
3.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較…………………………………13
3.2 PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較………………………………15
3.3 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)…………………………………………………16
第四章 控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)…………………………………………………………17
4.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)………………………………………………17
4.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)…………………………………………17
第五章 主要器件的選擇………………………………………………………………18
5.1 門(mén)拖動(dòng)主要元器件的重點(diǎn)選擇…………………………………………18
5.1.1 永磁同步伺服系統(tǒng)的重點(diǎn)選擇……………………………………18
5.1.2 變頻器的選擇……………………………………………………21
5.1.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇…………………………………………………21
5.1.4 可編程控制器的選擇………………………………………………21
5.2 主拖動(dòng)主要元器件的選擇…………………………………………………22
5.2.1 曳引電動(dòng)機(jī)的選擇…………………………………………………22
5.2.2 主拖動(dòng)變頻器的選擇………………………………………………22
5.2.3 旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇…………………………………………………24
5.2.4 光電開(kāi)關(guān)的選擇……………………………………………………25
5.2.5 可編程控制器的選擇………………………………………………26
5.3 其他元器件的選擇…………………………………………………………26
5.3.1 交流接觸器的選擇…………………………………………………26
5.3.2 電梯空調(diào)的選擇…………………………………………………27
5.3.3 紅外光幕的選擇……………………………………………………28
5.3.4 語(yǔ)音報(bào)站鐘的選擇……………………………………………30
第六章 硬件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………32
6.1 門(mén)拖動(dòng)I/O接口電路設(shè)計(jì)…………………………………………………32
6.2 主拖動(dòng)I/O接口電路設(shè)計(jì)…………………………………………………32
第七章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………34
7.1 門(mén)拖動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………34
7.1.1 門(mén)拖動(dòng)控制系統(tǒng)原理………………………………………………34
7.1.2 門(mén)拖動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………34
7.1.3 軟件調(diào)試…………………………………………………………35
7.1.4 小結(jié)………………………………………………………………35
7.2 主拖動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………35
7.2.1 主拖動(dòng)控制系統(tǒng)原理………………………………………………35
7.2.2 主拖動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………36
7.2.3 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明……………………………………………………37
第八章 總結(jié)……………………………………………………………………………41
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………42
致謝 ……………………………………………………………………………………43
第一章 引言
舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時(shí)間，門(mén)運(yùn)行快捷、安靜，使乘客不會(huì)覺(jué)得候梯和運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個(gè)良好的門(mén)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；谝陨峡紤]，本設(shè)計(jì)將重點(diǎn)研究門(mén)控系統(tǒng)，計(jì)劃采用目前最先進(jìn)的永磁同步門(mén)控系統(tǒng)。
觀光電梯井道和轎箱一般為太陽(yáng)直射，熱量在井道內(nèi)聚集，在夏季溫度較高時(shí)，電梯內(nèi)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的舒適溫度。在觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)是必然的選擇，這也是本設(shè)計(jì)人性化設(shè)計(jì)之一。
本觀光電梯為某大型商廈設(shè)計(jì)，周?chē)h(huán)境嘈雜，計(jì)劃安裝語(yǔ)音到站鐘，用于中（英）文報(bào)上行、下行、超載等語(yǔ)音，為乘客提供優(yōu)美的到站提示音，體現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。另外，為安全考慮，還應(yīng)設(shè)計(jì)好入口安全保護(hù)系統(tǒng)，計(jì)劃安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置，以保證乘客安全。
1.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)：
（1）永磁同步門(mén)控系統(tǒng)：目前最先進(jìn)的門(mén)控系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了本觀光電梯的高檔性。
（2）入口安全保護(hù)：將安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置，以提高安全可靠性。
（3）電梯專(zhuān)用空調(diào)：觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)，滿(mǎn)足人性化設(shè)計(jì)要求。
（4）語(yǔ)音到站鐘：在嘈雜的商廈中，大功率語(yǔ)音報(bào)站鐘是個(gè)性化的設(shè)計(jì)體現(xiàn)
本設(shè)計(jì)的電梯要求為某大型商場(chǎng)的觀光電梯(panoramic lift;observation lift)。因?yàn)槌丝鸵话阆Ｍ谵I內(nèi)多逗留片刻，以觀賞轎外風(fēng)景，所以不要求高運(yùn)行速度，以低于同類(lèi)客梯的速度為宜，故可v=1m/s。樓層數(shù)為10層；額定載重量為800kg。
1.2 技術(shù)要求：
1、電梯停止運(yùn)行后，經(jīng)預(yù)定時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)裝置和空調(diào)。
2、考慮商場(chǎng)嘈雜，人性化的設(shè)計(jì)語(yǔ)音到站鐘。
3、入口安全保護(hù) 。
為保證乘客安全，應(yīng)設(shè)有入口安全保護(hù)，例如安裝紅外線光幕式保護(hù)裝置。
4、防超載裝置。
當(dāng)電梯載重量超過(guò)額定載重量時(shí)，電梯停止運(yùn)行并將門(mén)開(kāi)啟，同時(shí)警告鈴響起警示，直到乘客疏散到額定范圍后繼續(xù)運(yùn)行。
5、超速保護(hù)系統(tǒng) 。
當(dāng)電梯下降運(yùn)行，速度超過(guò)額定速度1.3倍時(shí)，便自動(dòng)切斷控制電源，超過(guò)額定速度1.4倍時(shí)，限速器――安全鉗動(dòng)作，防止轎廂繼續(xù)下滑，可靠地制停。
6、轎內(nèi)指令的登記與清除。
7、轎外召喚的登記與清除。
有司機(jī)狀態(tài)下，廳外召喚不參與選向而由司機(jī)控制。無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，轎內(nèi)指令具有優(yōu)先權(quán)，即電梯?？亢?，從電梯自動(dòng)開(kāi)門(mén)開(kāi)始到自動(dòng)關(guān)門(mén)結(jié)束前，轎內(nèi)指令優(yōu)先與召喚信號(hào)。這段時(shí)間內(nèi)，召喚信號(hào)不參與選向控制。
8、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)
電梯到達(dá)預(yù)定層并?？亢髴?yīng)自動(dòng)將門(mén)打開(kāi)。電梯未平層后運(yùn)行時(shí)，開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕均不起作用。有專(zhuān)職司機(jī)狀態(tài)下，按下關(guān)門(mén)按鈕，關(guān)門(mén)后自動(dòng)運(yùn)行；無(wú)專(zhuān)職司機(jī)狀態(tài)下，延時(shí)后自動(dòng)運(yùn)行。
9、樓層指示。電梯運(yùn)行層顯示為數(shù)字顯示。
10、自動(dòng)選向
電梯應(yīng)根據(jù)所處樓層和轎內(nèi)指令確定的目的樓層（無(wú)司機(jī)狀態(tài)還應(yīng)包括召喚信號(hào)
確定的目的樓層）自動(dòng)的選擇運(yùn)行方向。實(shí)現(xiàn)順向截車(chē)和最遠(yuǎn)層站的反向截車(chē)。
11、自動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中的加速、減速等速度變化應(yīng)該自動(dòng)進(jìn)行。換層、平層等位置控制應(yīng)該采用較、先進(jìn)的相對(duì)計(jì)數(shù)方式。
12、應(yīng)具有各種相應(yīng)的安全保護(hù)以及報(bào)警、照明等功能。如電梯具有消防運(yùn)行控制，具有超載不開(kāi)電梯功能，具有防夾人功能等。
13、電梯運(yùn)行狀態(tài)由三擋位鑰匙開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。電梯運(yùn)行狀態(tài)由司機(jī)，無(wú)司機(jī)和檢修三種狀態(tài)組成。檢修狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)控制開(kāi)門(mén)，電梯慢速點(diǎn)動(dòng)上下，以利于維修。
14、在電梯轎廂運(yùn)行過(guò)程中，轎廂上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的外呼梯信號(hào)均不響應(yīng)，但如果某反向外呼梯信號(hào)前方再無(wú)其他內(nèi)、外呼梯信號(hào)時(shí)，則電梯響應(yīng)應(yīng)該外呼梯信號(hào)。
15、電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。如，在電梯轎廂在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯信號(hào)。
16、設(shè)置停電時(shí)電梯就近平層和開(kāi)門(mén)裝置。
第二章 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(lái)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(mén)及廳門(mén)的開(kāi)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(lái)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(mén)及廳門(mén)的開(kāi)與關(guān)則由開(kāi)門(mén)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)開(kāi)門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)功率較?。ㄍǔＴ?00W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)。
2.1 電梯門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)
2.1.1 電梯門(mén)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(mén)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(mén)運(yùn)行快捷、安靜，使乘客不會(huì)覺(jué)得候梯和運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個(gè)良好的門(mén)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
在電梯中，門(mén)機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來(lái)自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門(mén)機(jī)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)門(mén)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，以控制電梯轎廂門(mén)和廳門(mén)的聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)。電梯門(mén)機(jī)系統(tǒng)主要由門(mén)電動(dòng)機(jī)、門(mén)電動(dòng)機(jī)控制器、門(mén)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、門(mén)結(jié)構(gòu)(門(mén)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(guò)程。
(1) 梯門(mén)電機(jī)控制系統(tǒng)這部分主要由門(mén)電機(jī)控制器、門(mén)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以及門(mén)電動(dòng)機(jī)等組成。其中門(mén)電機(jī)控制器主要用來(lái)控制門(mén)電機(jī)，使其沿給定門(mén)機(jī)曲線運(yùn)行，以快速、安靜、準(zhǔn)確的開(kāi)關(guān)電梯轎廂門(mén)和廳門(mén)。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(mén)結(jié)構(gòu)此部分主要由門(mén)扇、導(dǎo)軌、廳門(mén)門(mén)鎖等構(gòu)成，目前主要采用單扇門(mén)和中分門(mén)兩種結(jié)構(gòu)。為了提高門(mén)系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門(mén)結(jié)構(gòu)。其中門(mén)扇必須具有堅(jiān)固、防火的特點(diǎn)；導(dǎo)軌用來(lái)支撐門(mén)扇，故必須表面光滑、堅(jiān)固且足夠大，以便門(mén)扇可靠的移動(dòng)；廳門(mén)門(mén)鎖必須滿(mǎn)足安全要求，當(dāng)門(mén)扇到達(dá)關(guān)門(mén)點(diǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)的鎖住門(mén)。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(mén)扇傷害，在門(mén)系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測(cè)系統(tǒng)，以檢測(cè)關(guān)門(mén)時(shí)是否還有乘客從電梯門(mén)上通過(guò)。當(dāng)轎廂門(mén)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(mén)前某段距離或乘客阻擋轎廂門(mén)關(guān)閉)，則轎廂門(mén)應(yīng)該停止關(guān)閉，且重新打開(kāi)。轎廂門(mén)打開(kāi)則不必有此過(guò)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(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(mén)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，電梯的門(mén)系統(tǒng)能自動(dòng)延時(shí)關(guān)門(mén)，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(lái)檢測(cè)乘客或物體。有的門(mén)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(mén)過(guò)載保護(hù)裝置有的門(mén)系統(tǒng)設(shè)有門(mén)過(guò)載保護(hù)開(kāi)關(guān)裝置，當(dāng)電梯在開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程中，因轎廂門(mén)受阻而導(dǎo)致動(dòng)作力矩過(guò)大，梯門(mén)會(huì)自動(dòng)向反方向動(dòng)作，從而達(dá)到保護(hù)門(mén)電機(jī)的作用。
(6) 速度曲線及運(yùn)行過(guò)程電梯門(mén)機(jī)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(gè)階段：加速階段、勻速階段、減速階段和廳門(mén)鎖定階段。tl-t2時(shí)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(mén)鎖定階段。以關(guān)轎廂門(mén)為例，在t1時(shí)刻，門(mén)電機(jī)得到控制信號(hào)(一般為脈沖信號(hào))，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲，轎廂門(mén)開(kāi)始動(dòng)作，一直到t2時(shí)刻，此段時(shí)間為加速階段，其運(yùn)行距離一般較短。從t4開(kāi)始到t5時(shí)刻，為勻速階段。此時(shí)，如果有乘客在轎廂門(mén)前一定距離內(nèi)或者在門(mén)扇中間阻擋轎廂門(mén)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t3-t4時(shí)刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門(mén)重新打開(kāi)。直到全部乘客進(jìn)入轎廂，從時(shí)刻t5 開(kāi)始進(jìn)入減速階段。在t6時(shí)刻，轎廂門(mén)實(shí)際已經(jīng)關(guān)閉。在t 6- t 7 的門(mén)鎖定階段電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轎廂門(mén)被壓緊，門(mén)刀關(guān)門(mén)同時(shí)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳門(mén)直到t 7時(shí)刻，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，門(mén)關(guān)閉過(guò)程結(jié)束。
圖1-1 電梯門(mén)機(jī)運(yùn)行速度曲線
以上簡(jiǎn)要敘述了電梯門(mén)系統(tǒng)的組成和功能。在電梯門(mén)系統(tǒng)中，還有一個(gè)重要的問(wèn)題就是門(mén)保持時(shí)間的選擇。因?yàn)殚T(mén)的保持時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響電梯的運(yùn)行效率，而保持時(shí)間過(guò)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(mén)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(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)間。
2.1.2 門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
電梯門(mén)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(lái)說(shuō)，是不容忽視的。它是電梯系統(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(mén)機(jī)控制系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
一、各種門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的比較
門(mén)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(lèi)，在交流調(diào)速拖動(dòng)中，異步電動(dòng)機(jī)門(mén)機(jī)調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)和同步電動(dòng)機(jī)門(mén)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(lèi)調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)。目前有三大類(lèi)門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)：直流電動(dòng)機(jī)門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)、異步電動(dòng)機(jī)門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)、永磁同步門(mén)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(mén)機(jī)一般由電動(dòng)機(jī)配以繼電器、限位開(kāi)關(guān)和電阻實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)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(lái)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(lái)，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(lái)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(guò)載能力和效率低，并且在這類(lèi)拖動(dòng)中，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無(wú)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(wú)形中損失了大量電能。
當(dāng)前，電梯門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)主要有由交流電機(jī)及其VVVF調(diào)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(lái)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(mén)開(kāi)關(guān)不正常，維護(hù)工作量大等困擾操作人員的問(wèn)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(lèi)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(guò)對(duì)比分析，對(duì)于7.5kW的異步電機(jī)系統(tǒng)效率可達(dá)86.4%，但是同樣容量的永磁同步電動(dòng)機(jī)效率可達(dá)92.4%。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?？紤]綜合指標(biāo)(系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等)之后，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(wèn)世的欽鐵硼永磁材料，由于其磁特性和物理特性?xún)?yōu)異，成本低廉且材料來(lái)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(kāi)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(kāi)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(wú)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 (PWM)技術(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(kāi)關(guān)晶閘管發(fā)明以來(lái)，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IPM。半導(dǎo)體開(kāi)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(lèi)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(wèn)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(kāi)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 (DSP)發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開(kāi)發(fā)工具越來(lái)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(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的高性能、低價(jià)位的DSP。這使以單片機(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(guò)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(lái)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(chē)工業(yè)，電機(jī)現(xiàn)以永磁電機(jī)為主;數(shù)控和精密機(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(lèi)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(kāi)始用永磁直流無(wú)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(wú)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(shuō)，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(lái)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1-1。
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(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(wú)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(wú)需保護(hù)
無(wú)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(kāi)門(mén)機(jī)將是一大趨勢(shì)，它是繼VVVF驅(qū)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(mén)控電機(jī)也逐漸向永磁無(wú)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(yú)般涌現(xiàn)，對(duì)電梯的需求就越來(lái)越大以及對(duì)電梯系統(tǒng)的性能要求也越來(lái)越高。然而，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯故障的75%出在轎門(mén)處，即電梯門(mén)控系統(tǒng)。 因此對(duì)電梯門(mén)控系統(tǒng)，具有相當(dāng)高的要求。開(kāi)發(fā)硬件體積小、運(yùn)行可靠、開(kāi)關(guān)快速性、智能化更高、易維護(hù)的門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)是勢(shì)在必行的，發(fā)展永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是一大趨勢(shì)，它不僅能實(shí)現(xiàn)了門(mén)機(jī)的全電動(dòng)控制(包括檢測(cè)門(mén)位移參數(shù)的閉環(huán)控制)，而且開(kāi)關(guān)門(mén)無(wú)碰撞、噪聲小，開(kāi)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(kāi)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(mén)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(lèi)
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(lèi)：一類(lèi)是他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)；另一類(lèi)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(kāi)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(wèn)題，但仍存在失步、振蕩等問(wèn)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(lèi)：一類(lèi)電機(jī)為晶閘管無(wú)換向器電機(jī)，又稱(chēng)為負(fù)載換向同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：另一類(lèi)電機(jī)稱(chēng)為自控式永磁同步電動(dòng)機(jī)或者永磁無(wú)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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)PMSM)調(diào)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BLDCM有調(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PMSM不需要?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BLDCM系統(tǒng)的不足，常用于高精度、高性能的場(chǎng)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(guó)內(nèi)外在圍繞提高PMSM性能及性?xún)r(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(lái)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PMSM 自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(mǎn)足高性能PMSM伺服系統(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)PMSM 伺服系統(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(wèn)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(guò)微機(jī)控制，可使電機(jī)的調(diào)速性能有很大的提高，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(Digital SignalProcesso:簡(jiǎn)稱(chēng)DSP )。目前，多家公司都推出了專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的DSP。它的指令執(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PWM輸出;集成的電機(jī)控制所需的外設(shè)，如A/D. 1/O、定時(shí)器、PWM發(fā)生器、串口通訊等等，使得應(yīng)用DSP的系統(tǒng)所需器件很少，可靠性增強(qiáng)，且可以滿(mǎn)足越來(lái)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PID控制、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RISC芯片。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(wèn)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、PMSM伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及意義
永磁同步（PMSM）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一門(mén)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(lái)，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(lái)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(jiàn)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(lái)彌補(bǔ)這種缺陷和不足。隨著高性能的微處理器應(yīng)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(kāi)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AC伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用的柔性，可滿(mǎn)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AC伺服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導(dǎo)方向。
(4) DSP 在交流伺服系統(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(lái)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。DSP控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。DSP具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由DSP來(lái)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?；贒SP的永磁電機(jī)控制系統(tǒng)滿(mǎn)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PWM 輸出；能滿(mǎn)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(IPM)將進(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(wú)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(kāi)門(mén)寬度在350mm- 2400mm之間的電梯門(mén)；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、停止，各段速度的轉(zhuǎn)換要求加減速過(guò)程平滑，具有S曲線的加減速過(guò)程；門(mén)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(guò)電壓，欠電壓，輸出過(guò)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。
綜上所述，電梯門(mén)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(mén)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(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)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(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)采用永磁同步（PMSM）伺服系統(tǒng)。
門(mén)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)方案圖見(jiàn)附圖1。
2.2 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(guò)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)-電動(dòng)機(jī)可控硅勵(lì)磁拖動(dòng)系統(tǒng)；(4)可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng)；(5)VVVF變頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)。
2.2.1 單、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(kāi)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。
2.2.2 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。
2.2.3 直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)可控硅勵(lì)磁拖動(dòng)系統(tǒng)
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)-電動(dòng)機(jī)組形式驅(qū)動(dòng)。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。
2.2.4 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(wèn)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)-發(fā)電機(jī)組形式的直流電梯，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。
2.2.5 VVVF變頻變壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)
80年代初，VVVF變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問(wèn)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)。
VVVF電梯，采用交流單速電動(dòng)機(jī)，通過(guò)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來(lái)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(pán)，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。
VVVF控制的電梯相對(duì)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(diǎn)。下面與ACVV控制的電梯相比較。
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(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(hù)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(guò)電腦的高速、大量運(yùn)算，采用高精度光電碼盤(pán)，將速度——轉(zhuǎn)矩——位置全閉環(huán)，停車(chē)時(shí)零速抱閘，平層精度在士2mm以?xún)?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(lái)越簡(jiǎn)單，越來(lái)越有針對(duì)性，越來(lái)越快速。
無(wú)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（VVVF）電機(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(jiàn)附圖2。
第三章 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.1 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(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(lái)越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來(lái)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(lái)的，是專(zhuān)門(mén)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PLC控制所代替。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(lái)直流調(diào)速逐漸過(guò)渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(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(wú)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(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類(lèi)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(wèn)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(lái)不便和驚憂(yōu)。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。
PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，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。PLC控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）PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。2）PLC采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(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）PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的控制裝置，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(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）PLC的軟件方面，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，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:：1）操作方便 對(duì)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(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(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CRT上顯示。2）編程方便 PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握f(shuō)地解。采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 PLC具有的自診斷功能對(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(guò)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(gè)方面:：1）編程的靈活性。PLC采用的編程語(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。PLC的擴(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。
PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)：(1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(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)PLC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。 (4)PLC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，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PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)現(xiàn)列表如下，詳見(jiàn)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(wú)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PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢(shì)所趨。
表2-1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)
比較項(xiàng)目
繼電器控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)
控制功能
實(shí)現(xiàn)
有許多繼電器，采用接線的方式來(lái)完成控制功能
各種控制功能通過(guò)編制的程序來(lái)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(méi)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
3.2 PLC控制系統(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(lái)，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(zhuān)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。可編程控制器對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，變通用為專(zhuān)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(guò)程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較見(jiàn)表2-2。
從表2-2可見(jiàn)，在控制功能方面，PLC與通用計(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。
表2-2 PLC控制系統(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)
PLC控制系統(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BASIC，C等
梯形圖，助記符語(yǔ)言，SFC標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言
對(duì)操作人
員的要求
需專(zhuān)門(mén)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(lèi)多，易于集成系統(tǒng)
3.3 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)通過(guò)多種方案的比較和參照，可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(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PLC控制。
第四章 電梯控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)
4.1 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3-1所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門(mén)廳呼叫電路、主拖動(dòng)電機(jī)電路、開(kāi)關(guān)門(mén)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PLC電路等組成的。
平層感應(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
圖3-1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖
4.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)由曳引機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)、轎廂、控制系統(tǒng)等組成，如圖3-2所示。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出和傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。門(mén)系統(tǒng)的功能是封住層站入口和轎廂人口。而轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的主要工作部分。
曳引機(jī)
門(mén)機(jī)
顯示
現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)
PLC
變頻器
電源
PGggGgGGFGGG
圖3-2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
第五章 主要元器件選型
5.1 門(mén)拖動(dòng)元器件的選擇
5.1.1 永磁同步伺服系統(tǒng)的重點(diǎn)選擇
電梯門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)要使電梯門(mén)開(kāi)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(wèn)題，控制電路的選擇及設(shè)計(jì)問(wèn)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(wèn)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(mén)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(chēng)交流伺服電機(jī)（AC server motor)或伺服電機(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(guò)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(guò)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(guò)載能力、電機(jī)起停頻率等。
綜合考慮各種因素，為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，采用安川∑-Ⅱ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?xún)r(jià)比極佳。安川∑-Ⅱ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(hù)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。
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d-p軸變換電流控制法，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