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并聯(lián)電梯的微機(jī)控制系統(tǒng)（硬件） 摘要 單片機(jī)作為一種性能價(jià)格比良好的計(jì)算機(jī)，在當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而電梯也已成為現(xiàn)代生活的必要設(shè)備。隨著高層建筑的逐漸增多，電梯已經(jīng)成為人們頻繁使用的垂直運(yùn)輸工具。電梯運(yùn)行的可靠性、安全性、舒適感顯得越來越重要。 本次調(diào)速電梯的單片機(jī)控制系統(tǒng)就是根據(jù)這些要求設(shè)計(jì)的。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分： 第一部分為電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用變壓變頻調(diào)速控制，應(yīng)用了比較先進(jìn)的變頻器。這種控制方式可以提高電梯性能，改善電梯運(yùn)行指標(biāo)，節(jié)能明顯，運(yùn)行可靠。 第二部分為電梯運(yùn)行的邏輯控制，采用單片機(jī)控制。本次設(shè)計(jì)提出了電梯的分布式控制結(jié)構(gòu)，將電梯的控制功能分解給并聯(lián)控制器、主控制器、層站控制器、轎廂控制器分別實(shí)現(xiàn)，四者之間采用RS-485連接實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模塊化、電纜插接化，大大降低了成本和維護(hù)費(fèi)用。 關(guān)鍵詞　　電梯；單片機(jī)；分布式控制；RS-485；并聯(lián)控制 The Elevators System Controlled By The Single-chip Microcomputer Abstract The development of single-chip microcomputer is very fast present at control in industry. Following high-building gradual mounting, the elevators have been the frequent using vertical conveyances for people. The credibility, safety, softness seem more important and more for elevators running. This single-chip microcomputer control system of the speed regulating elevators was designed for this reason. The whole system was divided into two. The first is the drive system of elevators. This system adopted AC variable voltage variable frequency speed regulating control and applied the more advanced frequency converter. It improved the capacity of elevators and advanced the running quality of elevators. It is obvious for saving energy, and it credibility for running. The second is the logical control of the elevator running, and it used the single chip. The distributed control architecture for elevator is presented. The control system is divided into group controller, main controller, floor controller and car controller, among which information is transferred via the RS-485 bus. The architecture simplifies the design process of elevator and modularizes the control system, so the cost and maintenance fee are deceased significantly. Keywords　 elevator; Single-chip microcomputer; distributed control; RS-485roup control 目錄 摘要…… I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 概述 1 1.1.1 現(xiàn)代化的建筑離不開電梯 1 1.1.2 電梯的歷史和發(fā)展 1 1.1.3 我國(guó)電梯業(yè)的現(xiàn)狀 3 1.2 電梯的定義與分類 4 1.2.1 電梯的定義 4 1.2.2 電梯的分類 4 1.3 電梯的基本結(jié)構(gòu) 5 1.3.1 曳引系統(tǒng) 5 1.3.2 轎廂和門系統(tǒng) 6 1.3.3 重量平衡系統(tǒng) 6 1.3.4 導(dǎo)向系統(tǒng) 7 1.3.5 安全保護(hù)系統(tǒng) 7 1.3.6 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 8 1.3.7 電氣控制系統(tǒng) 9 第2章 設(shè)計(jì)方案的選定 10 2.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的選定 10 2.1.1 交流變極調(diào)速系統(tǒng) 10 2.1.2 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 10 2.1.3 交流半閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 10 2.1.4 交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 11 2.2 電氣控制系統(tǒng)的選擇 11 第3章 電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng) 14 3.1 通用變頻器的基本原理 14 3.1.1 變頻調(diào)速的基本控制方式 14 3.1.2 變頻裝置工作原理 17 3.2 通用變頻器的選擇的概述 19 3.2.1 變頻器類型的選擇 19 3.2.2 變頻器容量的選擇 20 3.3 安川616G5通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng) 20 3.3.1 通用變頻器安川616G5技術(shù)持性 20 3.3.2 變頻器的配置及容量選擇 21 3.3.3 電梯變頻器調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成 21 3.3.4 安川616G5通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng)電路原理 22 3.4 電梯門機(jī)控制系統(tǒng) 24 第4章 電梯邏輯控制的硬件設(shè)計(jì) 25 4.1 單片機(jī)的概述 25 4.1.1 AT89系列單片機(jī)特點(diǎn) 25 4.1.2 AT89系列單片機(jī)分類 26 4.1.3 AT89C52單片機(jī)概述 28 4.2 層站控制器的硬件設(shè)計(jì) 29 4.2.1 層站控制器FC(floor controller)的任務(wù) 29 4.2.2 有關(guān)外圍芯片的選擇介紹 29 4.2.3 層站控制器的硬件原理接線圖見附圖A－2 31 4.3 轎廂控制器的硬件設(shè)計(jì) 31 4.3.1 轎廂控制器CC(Car controller)的任務(wù) 31 4.3.2 有關(guān)外圍芯片的選擇介紹 32 4.3.3 轎廂控制器的硬件原理接線圖見附圖A－3 34 4.4 主控制器的硬件設(shè)計(jì) 34 4.4.1 主控制器MC(Main Controller)的任務(wù) 34 4.4.2 串行接口芯片INTEL8251A 35 4.4.3 主控制器的硬件原理接線圖見附圖A－4 40 4.5 并聯(lián)控制器的硬件設(shè)計(jì) 40 4.5.1 并聯(lián)控制器GC(Group Controller)的任務(wù) 40 4.5.2 利用單穩(wěn)觸發(fā)器構(gòu)成程序監(jiān)視器 40 4.5.3 并聯(lián)控制器的硬件原理接線圖見附圖A－5 41 結(jié)論 42 致謝 43 參考文獻(xiàn) 44 附錄A 45 附錄B 50 千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 緒論 概述 現(xiàn)代化的建筑離不開電梯 隨著科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化水平的逐步提高，使建筑業(yè)得以迅速的發(fā)展，因此電梯成為必不可少的十分重要的一種垂直方向運(yùn)輸工具。由我國(guó)自己設(shè)計(jì)和建筑施工的座落在上海黃浦江畔陸家嘴嘴尖上的東方明珠廣播電視塔，塔高468米，位居世界第三、亞洲第一。它把廣播電視功能與旅游觀光融為一體，塔內(nèi)安裝了6臺(tái)高速乘客電梯。其中有一臺(tái)為雙轎廂的電梯，額定載重量為3500千克，運(yùn)行速度為4m/s，可乘客50人，行程277米。還有二臺(tái)額定載重量為2000千克，運(yùn)行速度為7m/s的電梯。每臺(tái)可乘客30人，最高行程達(dá)286.3m，把游客運(yùn)送到觀光大廳，飽覽全上海的美景。 從上可見在超高層建筑物里，電梯的作用在—定程度上比建筑物本身更為重要，現(xiàn)代的超高層建筑往住是多功能、多用途的綜合性大樓。再如位于英國(guó)芝加哥的約翰漢考克中心大樓，共有100層，其中有商店、停車場(chǎng)、住宅、了望臺(tái)和餐廳。其中第1、2層是商店，第3-9層是停車場(chǎng)，第10-43層是辦公室。再上去直至第90層都是住宅(共700戶)和商店等。頂層是了望臺(tái)和餐廳以及電視播放室。大樓里共有電梯43臺(tái)，扶梯12臺(tái)。電梯最高運(yùn)行速度為9m/s。進(jìn)進(jìn)出出上上下下工作、生活、購物和居住都十分便利。 除了以上列舉的高層建筑物需要多種電梯之外，對(duì)于服務(wù)性和生產(chǎn)性的部門同樣需要一定數(shù)量的服務(wù)電梯和載貨電梯。另外在建筑工地上還需要外用人貨電梯。 電梯的歷史和發(fā)展 電梯作為升降設(shè)備，據(jù)說它起源于公元后的古希臘時(shí)期，當(dāng)時(shí)阿基米德設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)，共造出三臺(tái)，安裝在尼洛宮里。人們把這臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)看作是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實(shí)上，早在公元前，我們的祖先和古埃及也都曾經(jīng)使用了這種人力卷揚(yáng)機(jī)。在瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)之后，于1850年，在美國(guó)紐約市出現(xiàn)了世界第一臺(tái)由亨利沃特曼制作的以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的卷揚(yáng)機(jī)。1852年美國(guó)人伊菜沙格雷夫斯奧梯斯發(fā)明了世界上第一部以蒸汽機(jī)為動(dòng)力、配有安全裝置的載人升降機(jī)。這便是世界上第一部備有安全裝置的客梯，在1857年被安裝在紐約市豪華商廈里。 在此期間，英國(guó)的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽梯也就被淘汰了。后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。直到今天，液壓梯仍在使用。 1889年，美國(guó)奧梯斯升降機(jī)公司推出了世界第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)，這才開始出現(xiàn)了名副其實(shí)的電梯，同年在紐約市的馬累特大廈安裝成功。在1903年，又將卷筒式驅(qū)動(dòng)方式改進(jìn)為曳引式驅(qū)動(dòng)。曳引式驅(qū)動(dòng)可以使用多條曳引繩，而卷筒式驅(qū)動(dòng)方式使用的曳引繩的條數(shù)卻受到限制，曳引式驅(qū)動(dòng)方式為長(zhǎng)行程并具有高度安全性的現(xiàn)代電梯奠定了基礎(chǔ)。 隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多。所以對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。盡管交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，但在調(diào)速性能方面卻難以滿足更高的要求，而對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來講，由于后來采用了發(fā)電機(jī)－發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)，能較好地滿足電梯的調(diào)速的要求。因此，在20世紀(jì)前半葉，電梯的電力拖動(dòng)，尤其式高層建筑物中的電梯速度的調(diào)節(jié)，幾乎都是采用直流調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 1900年美國(guó)奧梯斯電梯公司制造出世界上第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1915年已設(shè)計(jì)成功電梯自動(dòng)平層控制系統(tǒng)。1933年美國(guó)制造出6m/s的高速電梯。1949年美國(guó)研制出4～6臺(tái)電梯的群控系統(tǒng)。1955年出現(xiàn)了真空電子管小型計(jì)算機(jī)控制的電梯。1962年在美國(guó)已出現(xiàn)了8.5m/s的超高速電梯。1976年將微處理器應(yīng)用于電梯。1977年日本三菱電機(jī)株式會(huì)社開發(fā)出了10m/s超高速電梯。至此，電梯的控制技術(shù)已有了很大的發(fā)展。 80年代出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速（VVVF）系統(tǒng)。1984年在日本已將其用于2m/s以上的高速電梯。1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)。1993年，日本生產(chǎn)的12.5m/s世界上最高速度交流變頻調(diào)速電梯已投入運(yùn)行。 當(dāng)前，在電梯電力拖動(dòng)方面，除了大容量電梯還采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，以成為高速電梯的主流。應(yīng)用微機(jī)全面取代繼電器控制邏輯實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高電梯的性能和可靠性，并減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試要求，是電梯控制技術(shù)的方向。現(xiàn)代電梯技術(shù)，更加強(qiáng)調(diào)運(yùn)行質(zhì)量和降低噪聲，電梯控制將趨向多微機(jī)分散分層控制。 電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代電梯技術(shù)的又一重要組成部分。它不但有完善的分區(qū)服務(wù)、；運(yùn)行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計(jì)分析等功能，還具備故障診斷功能。 此外，用電子位置傳感器取代機(jī)械選層器、用更先進(jìn)的裝置取代門安全觸板、增設(shè)轎廂內(nèi)通訊設(shè)施以及轎廂非安全門區(qū)語音提醒和運(yùn)行狀態(tài)語音報(bào)告等裝置，也是電梯技術(shù)現(xiàn)代化的體現(xiàn)。 當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)到工業(yè)國(guó)家，電梯的使用相當(dāng)普遍。目前，國(guó)外除了以交流電梯取代直流電梯外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中重要的組成部分。 目前，交流調(diào)壓調(diào)速電梯技術(shù)已趨成熟，一些企業(yè)都有成功的產(chǎn)品，微機(jī)控制電梯是電梯技術(shù)的方向，一些生產(chǎn)企業(yè)與科研單位相結(jié)合，相繼推出來微機(jī)控制的電梯新機(jī)型，使控制功能得到增強(qiáng)，電梯的性能得到改善，明顯提高了可靠性。除了合資企業(yè)外，也有其它廠家開發(fā)出了變頻調(diào)速電梯新產(chǎn)品。另外，用可編程控制器（PC）取代繼電器控制系統(tǒng)的機(jī)型也已投產(chǎn)，使電梯性能得到改善，故障率明顯降低。在技術(shù)上，應(yīng)該說這是一大進(jìn)步，用PC對(duì)單梯進(jìn)行控制還是有前途的。 我國(guó)電梯業(yè)的現(xiàn)狀 在1949年至1979年的30年中，我國(guó)總共生產(chǎn)安裝電梯約1萬臺(tái)。那時(shí)電梯產(chǎn)品以低速直流梯和雙速梯為主，生產(chǎn)廠不超過10家。自1979年至今的25年間電梯產(chǎn)量有了飛速的增長(zhǎng)：全國(guó)共生產(chǎn)電梯28.8萬臺(tái)（其中自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道3.13萬臺(tái)），出口電梯2555臺(tái)（其中扶梯1703臺(tái)）；產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化：老的直流電梯已被淘汰，交流雙速梯、ACVV交流調(diào)速梯逐漸被VVVF交流變頻變壓調(diào)速電梯所取代，控制系統(tǒng)已在大量采用PLC和微電腦控制技術(shù)，最高梯速已達(dá)到4m/s；行業(yè)出現(xiàn)了翻天覆地的變化：電梯企業(yè)的生產(chǎn)條件、人類素質(zhì)、管理水平有了極大的改善與提高，上海三菱、天津OTIS、中國(guó)迅達(dá)、蘇州迅達(dá)、廣州日立、西子OTIS等一批企業(yè)的面貌已可與國(guó)際上最先進(jìn)的電梯公司相媲美；民族品牌如蘇州江南、常州飛達(dá)、上海華立、浙江巨人、天津利通、山東百斯特等在市場(chǎng)上也很活躍，并有一定量的出口。目前，我國(guó)已引進(jìn)轉(zhuǎn)化了發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC178電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道技術(shù)委員會(huì)的正式成員。我國(guó)電梯已形成了設(shè)計(jì)制造、安裝調(diào)試、維修保養(yǎng)一條龍服務(wù)的一個(gè)完整的行業(yè)，維持著全國(guó)30萬臺(tái)在用電梯的正常運(yùn)行，新裝電梯年銷售額超過了100億人民幣。隨著電梯市場(chǎng)的興旺，電梯企業(yè)有許多共同面臨的問題需要交流、研討。為此，1984年6月在西安召開了中國(guó)建筑機(jī)械化協(xié)會(huì)電梯分會(huì)成立大會(huì)，這是行業(yè)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。從此電梯行業(yè)第一次有了自己的行業(yè)組織，至今已整20年了。這期間，行業(yè)組織也在不斷發(fā)展，經(jīng)建設(shè)部批準(zhǔn)，民政部予以登記，1992年7月1日在蘇州召開了中國(guó)電梯協(xié)會(huì)成立大會(huì)，通過了新的章程，選舉產(chǎn)生了新的理事會(huì)，從此協(xié)會(huì)便成為國(guó)家一級(jí)的行業(yè)組織，這是行業(yè)發(fā)展史上又一個(gè)里程碑。目前全國(guó)幾乎所有從事電梯教學(xué)、研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、安裝、維修、保養(yǎng)的單位都參加了協(xié)會(huì)，成員已達(dá)500余家。為了改善我國(guó)的電梯管理，使電梯更好地為使用者服務(wù)，協(xié)會(huì)積極配合和協(xié)助建設(shè)部行業(yè)主管部門協(xié)調(diào)各方關(guān)系，制定頒布了一系列重要的科學(xué)管理法規(guī)；為增進(jìn)對(duì)世界先進(jìn)水平的了解，組織了對(duì)香港、新加坡、臺(tái)灣、日本、美國(guó)、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)家和地區(qū)著名電梯公司、電梯配件公司、質(zhì)量檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)以及有關(guān)國(guó)家電梯協(xié)會(huì)的考察與拜訪活動(dòng)，近三年來連續(xù)成功地舉辦了三屆國(guó)際電梯展覽會(huì)，大大推動(dòng)了電梯行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)開拓；協(xié)會(huì)的各專業(yè)委員會(huì)每年都舉行內(nèi)容充實(shí)的各種技術(shù)、信息交流活動(dòng)。由于協(xié)會(huì)按照國(guó)家的有關(guān)規(guī)定辦事，忠實(shí)、熱情地為政府服務(wù)，為企業(yè)服務(wù)，受到廣泛好評(píng)。1996年4月建設(shè)部授予“先進(jìn)社團(tuán)”的光榮稱號(hào)，1998年12月中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)又授予“全國(guó)先進(jìn)工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì)”榮譽(yù)稱號(hào)并予表彰。中國(guó)電梯協(xié)會(huì)是改革開放政策的產(chǎn)物，是促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展的有效的組織形式，為電梯市場(chǎng)的繁榮作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 電梯的定義與分類 電梯的定義 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB70241-86電梯名詞術(shù)語》規(guī)定，電梯的定義：用電力拖動(dòng)，具有乘客或載貨轎廂，其運(yùn)行于垂直的或與垂直方向傾斜不大于15角的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌之間，運(yùn)送乘客和(或)貨物的固定設(shè)備。 另外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7588-87《電梯制造與安裝規(guī)范》，對(duì)電梯的技術(shù)含義作了如下敘述： 電梯是服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式提升設(shè)備，包括一個(gè)轎廂，轎廂的尺寸與結(jié)構(gòu)型式可使乘客方便的進(jìn)出，轎廂至少部分的在兩根垂直的或與垂直方向成傾斜角小于15的剛性導(dǎo)軌之間運(yùn)行。 從以上兩個(gè)條文可以理解電梯的含義：①電梯是由電力來驅(qū)(拖)動(dòng)的。②電梯是沿著垂直方向運(yùn)行的一種提升設(shè)備，可以是乘客的，也可以是載貨的。③轎廂要方便于乘客的出入、乘坐或承載貨物。 因此對(duì)于商場(chǎng)、車站等用的自動(dòng)扶梯或自動(dòng)人行道，按專業(yè)定義就不能稱為電梯，當(dāng)然它們是電梯家族里的—個(gè)分支。 電梯的分類 按用途分類 1、 乘客電梯 2、 載貨電梯 3、 客貨兩用電梯 4、 病床電梯 5、 住宅電梯 6、 雜務(wù)電梯 7、 船舶電梯 8、 觀光電梯 9、 車輛電梯 10、自動(dòng)扶梯 11、自動(dòng)人行道 12、其它專用電梯 按速度分類 1、低速電梯（速度低于1m/s） 2、快速電梯（速度大于1m/s，低于2m/s） 3、高速電梯（速度大于等于2m/s） 按有無司機(jī)分類 1．有司機(jī)電梯 2．無司機(jī)電梯 3．有/無司機(jī)電梯 按驅(qū)動(dòng)方式分類 1、 鋼絲繩式：曳引電動(dòng)機(jī)通過蝸輪、蝸桿、曳引繩輪、驅(qū)動(dòng)曳引鋼絲繩兩端的轎廂和對(duì)重裝置做上下運(yùn)行的電梯。 液壓式：電動(dòng)機(jī)通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)轎廂上下運(yùn)行的電梯。 按電梯控制方式分類 1、 按鈕控制電梯 2、信號(hào)控制電梯 3、集選控制電梯 4、下集選控制電梯 5、并聯(lián)控制電梯 6、群控電梯 按拖動(dòng)方式分類 1、交流異步單速電機(jī)拖動(dòng)的電梯 2、交流異步雙速電機(jī)變極調(diào)速拖動(dòng)的電梯 3、交流異步雙繞組雙速電機(jī)調(diào)壓調(diào)速（ACVV）拖動(dòng)的電梯 4、交流異步單速電機(jī)變壓變頻調(diào)速（VVVF）拖動(dòng)的電梯 電梯的基本結(jié)構(gòu) 電梯是把機(jī)和電合成一體的大型復(fù)雜產(chǎn)品，其中的機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，兩者不可分隔，兩者關(guān)系緊密。機(jī)與電的高度合一，使電梯成為現(xiàn)代科技的綜合產(chǎn)品，服務(wù)于上上下下。首光必須對(duì)電梯的總體結(jié)構(gòu)有個(gè)概括的認(rèn)識(shí)。 從總體來講，電梯由機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成。其機(jī)械部分由曳引系統(tǒng)、轎廂和門系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)以及機(jī)械安全保護(hù)裝置等部分組成；而電氣控制部分由電力拖動(dòng)系統(tǒng)、運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)和電氣安全保護(hù)系統(tǒng)組成。 曳引系統(tǒng) 電梯曳引系統(tǒng)的功能是輸出動(dòng)力和傳送動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電梯運(yùn)行。主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪組成。 曳引機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動(dòng)力，由電動(dòng)機(jī)、曳引輪和電磁制動(dòng)器組成。曳引鋼絲繩由鋼絲、繩股和繩芯組成。導(dǎo)向輪是將曳引鋼絲繩引向?qū)χ鼗蜣I廂的鋼絲繩輪，安裝在曳引機(jī)架或承重梁上。反繩輪是設(shè)置在轎廂頂部和對(duì)重頂部位置的動(dòng)滑輪以及設(shè)置在機(jī)房里的定滑輪。 轎廂和門系統(tǒng) 轎廂 轎廂主要由轎廂體和轎廂架構(gòu)成。其中轎廂體由轎廂底、轎廂壁和轎廂頂構(gòu)成。在門處轎底前沿沒有轎門地坎，為了出入安全，在轎門地坎下面設(shè)有安全防護(hù)板。轎廂架是由底梁、立柱、上梁以及立柱與轎廂底的側(cè)向拉條所組成的承重構(gòu)架。 轎廂的超載檢測(cè) 為了電梯的安全運(yùn)行，需要自動(dòng)地限定轎廂的運(yùn)載重量。為此，在轎廂上裝設(shè)超載檢測(cè)裝置。 門系統(tǒng) 電梯門分為轎廂門和廳門。轎廂門用來封住轎廂出入口，廳門用來封住井道出入口。客梯常采用中開式全封閉門。這種門由中間分開，左右門扇以同速向兩側(cè)滑動(dòng)．采用中分式門使得乘客出入方便。這種門工作效率高，可靠性好。門通常用1~1.5mm厚的鋼板制成。一般采用兩扇中分式門，如果要求較大的開門寬度，可采用四扇中分式門。 電梯轎門由裝在轎頂部的自動(dòng)開門機(jī)來開門和關(guān)門，這種轎門也稱為自動(dòng)門。自動(dòng)開門機(jī)構(gòu)以調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)(有時(shí)也用交流電動(dòng)機(jī))為動(dòng)力，通過曲柄連桿和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)(對(duì)于單側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還用繩輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu))，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為開、關(guān)門的直線運(yùn)動(dòng)。轎門可以在轎內(nèi)或轎外手動(dòng)開門。 廳門只能由轎門通過系合裝置帶動(dòng)開門或關(guān)門，因此，它是被動(dòng)門。常見的系合裝置是裝在轎門上的門刀。為了保證乘坐電梯安全，必須在轎門和廳內(nèi)完全關(guān)閉之后，電梯才允許起動(dòng)運(yùn)行，為此，在廳門上裝設(shè)具有電氣聯(lián)鎖功能的自動(dòng)門鎖。這樣，在井道內(nèi)解脫門鎖后才能打開廳門，而在廳外只能用專用鑰匙打開廳門。在轎門通過門刀帶動(dòng)廳門關(guān)閉后，自動(dòng)門鎖便將廳門鎖閉。同時(shí)，通過門鎖上的微動(dòng)開關(guān)接通電梯控制電路，允許電梯起動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)開門機(jī)驅(qū)動(dòng)轎門開門時(shí)，轎門通過門刀解脫門鎖并帶動(dòng)廳門開門，與此同時(shí)，門鎖上的微動(dòng)開關(guān)切斷電梯控制電路，使電梯不能起動(dòng)。 重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和補(bǔ)償裝置組成。 對(duì)重是平衡轎廂重量的平衡裝置，與轎廂分別懸掛在曳引鋼絲繩的兩端。對(duì)重由以槽鋼為主體所構(gòu)成的對(duì)重架和用灰鑄鐵制造的對(duì)重塊組成。轎廂側(cè)的重量為轎廂自重與負(fù)載之和，而負(fù)載的大小卻在空載與額定負(fù)載之間隨機(jī)變化。因此，只當(dāng)轎廂自重與載重總和等于對(duì)重重量時(shí)，電梯才處于完全平衡狀態(tài)，此時(shí)的載重稱為電梯的平衡點(diǎn)。而在電梯處于負(fù)載變化范圍內(nèi)的相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，應(yīng)使曳引繩兩端張力的差值小于由曳引繩與曳引輪槽之間的摩擦力所限定的最大值，以保證電梯曳引傳動(dòng)系統(tǒng)工作正常。 當(dāng)提升高度超過30 m時(shí)，曳引鋼絲繩重量的影響就不容忽視。當(dāng)轎廂位于最低層站時(shí)，曳引鋼絲繩的重量大部分作用在轎廂側(cè)；反之，當(dāng)轎廂位于頂層端站時(shí)，曳引鋼絲繩的重量大部分作用在對(duì)重側(cè)。因此，曳引鋼絲繩長(zhǎng)度的變化會(huì)影響電梯的相對(duì)平衡。為了補(bǔ)償轎廂側(cè)和對(duì)重側(cè)曳引鋼絲繩長(zhǎng)度的變化對(duì)電梯平衡的影響，需要設(shè)置平衡補(bǔ)償裝置。 平衡補(bǔ)償裝置是以鐵鏈為主體并在鏈中穿有麻繩的補(bǔ)償鏈，或是以鋼絲繩為主體的補(bǔ)償繩。補(bǔ)償鏈適用于速度小于1.75m/s的電梯，而補(bǔ)償繩適用于速度大于1.75m/s的高速電梯。 導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。 導(dǎo)軌用來在井道中確定轎廂與對(duì)重的相互位置，并對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用。導(dǎo)軌的橫截面形狀有多種，其中大量使用的一種是具有良好抗彎性能和良好的可加工性的T型導(dǎo)軌。 導(dǎo)靴分別安裝在轎廂上梁和底部，以及對(duì)重架的上部和底部，各有四個(gè)。導(dǎo)靴與導(dǎo)軌工作面配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重在曳引鋼絲繩牽引下，沿著導(dǎo)軌上下運(yùn)行。一般情況下，導(dǎo)靴要承受偏重力，并將力傳遞到導(dǎo)軌。導(dǎo)靴可分為內(nèi)襯有減磨材料的滑動(dòng)導(dǎo)靴和具有硬質(zhì)橡膠輪的滾動(dòng)導(dǎo)靴。滾動(dòng)導(dǎo)靴用于高速電梯。 導(dǎo)軌架是導(dǎo)軌的支撐架，它將導(dǎo)軌的空間位置加以固定，并承受來自導(dǎo)軌的各種作用力。一般的配置間距為2.5m(可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整)，用膨脹螺栓法、預(yù)埋鋼板法等方法將導(dǎo)軌架固定在井道壁上。 安全保護(hù)系統(tǒng) 對(duì)現(xiàn)代電梯的運(yùn)行必須保證安全。為此，設(shè)置了由電氣安全保護(hù)裝置和機(jī)械安全保護(hù)裝置組成的電梯安全保護(hù)系統(tǒng)。 電氣安全保護(hù)裝置 為了保證電梯的安全運(yùn)行，在井道中設(shè)有終端超越保護(hù)裝置。實(shí)際上，這是一組防止電梯超越下端站(即大樓中電梯的最低?？繉诱?或上端站(即大樓中電梯的最高停靠層站)的行程開關(guān)，能在轎廂或?qū)χ刈驳住_頂之前，通過轎廂打板直接觸碰這些開關(guān)來切斷控制電路或總電源，在電磁制動(dòng)器的制動(dòng)抱閘作用下，迫使電梯停止運(yùn)行。 終端超越保護(hù)裝置包括：強(qiáng)迫換速開關(guān)、終端限位開關(guān)和終端極限開關(guān)。 其中強(qiáng)迫換速開關(guān)設(shè)置在井道底部和頂部換速點(diǎn)相應(yīng)位置。當(dāng)電梯由于失控而沖向井道底部或頂部時(shí)，首先經(jīng)過并使其動(dòng)作的開關(guān)是強(qiáng)迫換速開關(guān)，從而通過控制電路迫使電梯減速、停止。 如果強(qiáng)迫換速開關(guān)沒起作用，電梯繼續(xù)越出底層或頂層位置，則下限位開關(guān)或上限位開關(guān)動(dòng)作，迫使電梯停止運(yùn)行。此時(shí)，若有上面或下面層站召喚，電梯仍能上行或下行。 若限位開關(guān)也沒能使電梯停止運(yùn)行時(shí)，則防止撞底或沖頂?shù)淖詈蟊Ｗo(hù)裝置便是終端極限開關(guān)。當(dāng)電梯最后經(jīng)過終端極限開關(guān)并使其動(dòng)作時(shí)，便切斷電梯總電源，但保留照明電源，通過電磁制動(dòng)器使電梯停止運(yùn)行。此時(shí)電梯不能再起動(dòng)。 機(jī)械安全保護(hù)裝置 當(dāng)電梯電氣控制系統(tǒng)由于出現(xiàn)故障而失靈時(shí)，就要靠機(jī)械安全保護(hù)裝置提供最后的安全保護(hù)。對(duì)電梯超速的失控現(xiàn)象的機(jī)械安全保護(hù)裝且是限速器和安全鉗，這兩種裝置總是相互配合使用。 1．限速器 限速器是檢測(cè)轎廂超速的裝置，安裝在機(jī)房。它由限速器輪、離心裝置、限速器繩和夾繩機(jī)構(gòu)等部分組成。限速器鋼絲繩由設(shè)在井道底坑的張緊輪拉緊，使限速器鋼絲繩與限速器輪槽之間產(chǎn)生一定的摩擦力。限速器鋼絲繩與安裝在轎廂兩側(cè)的安全鉗拉桿相連。于是，在轎廂上下運(yùn)行時(shí)，便帶動(dòng)限速器繩同步移動(dòng)，通過限速器繩帶動(dòng)限速器輪旋轉(zhuǎn)。這樣，就可通過限速器輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，來直接檢測(cè)轎廂的運(yùn)行速度。 2．安全鉗 安全鉗是在限速器操縱下，利用自鎖夾緊原理，將轎廂夾持在軌道上從而實(shí)現(xiàn)轎廂緊急制停的一種安全裝置，對(duì)電梯的運(yùn)行提供最后的可靠保護(hù)。 安全鉗安裝在轎廂架兩側(cè)的下梁或上梁處，由鉗塊和鉗座等部分組成的制停機(jī)構(gòu)以及連桿和鉗塊拉桿系統(tǒng)組成的操縱機(jī)構(gòu)組成。 3．緩沖器 緩沖器安裝在井道底坑，位于轎廂和對(duì)重的正下方。有兩種緩沖器。一種是彈簧緩沖器，另一種是油壓緩沖器。 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電動(dòng)機(jī)、速度反饋裝置、電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)和拖動(dòng)電源系統(tǒng)等部分組成。其中曳引電動(dòng)機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動(dòng)力，速度反饋裝置是為電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度實(shí)測(cè)信號(hào)的裝置，一般為與電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的測(cè)速發(fā)電機(jī)，或光電脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器；電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)是根據(jù)電梯起動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)平層等要求，對(duì)曳引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的電路系統(tǒng)，拖動(dòng)電源系統(tǒng)為電動(dòng)機(jī)提供所需要的電源。 電氣控制系統(tǒng) 電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置、操縱裝置、平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控制柜(屏)上。操縱裝置是轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門門口的召喚按鈕箱，用來操縱電梯的運(yùn)行；平層裝置是發(fā)出平層控制信號(hào)，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r(shí)，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的操作。位置顯示裝置，是用來顯示電梯轎廂所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門指層燈，廳門指層燈還用箭頭顯示電梯運(yùn)行方向。 設(shè)計(jì)方案的選定 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的選定 電力拖動(dòng)系統(tǒng)功能是提供動(dòng)力、對(duì)電梯實(shí)行速度控制，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。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成主要由曳引電動(dòng)機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等組成。 交流變極調(diào)速系統(tǒng) 變極調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)及使用性能是：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)要獲得兩種或三種的轉(zhuǎn)速，由于它的轉(zhuǎn)速是與其極對(duì)數(shù)成反比，因此變速的最簡(jiǎn)單方法只要改變定子繞組的極對(duì)數(shù)就可改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)大多采用開環(huán)方式控制，控制線路簡(jiǎn)單，配套元器件少，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。運(yùn)行中轉(zhuǎn)差功率不變，效率很高，可靠性高。但是在動(dòng)態(tài)過程中電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)很大的波動(dòng)，加速、減速時(shí)速度會(huì)出現(xiàn)跳變，造成電梯起動(dòng)、制動(dòng)、平層抱閘時(shí)舒適感差。 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 交流調(diào)壓調(diào)速（ACVV）電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)在技術(shù)上較為簡(jiǎn)單、成熟，其運(yùn)行效率和乘坐舒適感比較令人滿意，在控制策略上還可以采用速度負(fù)反饋為外環(huán)，以電流反饋為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，以便改善跟隨性能，其穩(wěn)定裕度也得到提高?？墒怯捎陔娞菰谶\(yùn)行中轎廂負(fù)載經(jīng)常隨機(jī)變化，因此，當(dāng)僅采用經(jīng)典控制理論來設(shè)計(jì)ACVV電梯拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)為使電梯的運(yùn)行能很好地跟蹤理想速度給定曲線，而要找到一組最佳的控制參數(shù)是不可能的。如果采用現(xiàn)代控制理論來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，就會(huì)在電梯負(fù)載隨機(jī)變化等各種運(yùn)行狀態(tài)下，均能獲得對(duì)理想速度給定曲線的；良好跟蹤性能，從而進(jìn)一步改善乘坐舒適感，并提高平層精確度。然而，其關(guān)鍵在于需要解決大量的數(shù)學(xué)在線計(jì)算問題。 交流半閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 交流半閉環(huán)調(diào)速電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，維護(hù)方便。按距離原則的制動(dòng)減速過程沒有低速爬行段，與按時(shí)間原則制動(dòng)減速相比，縮短了制動(dòng)距離，提高了運(yùn)行效率，平層精度較高，乘坐舒適感較好。該類系統(tǒng)在轎廂經(jīng)過減速點(diǎn)時(shí)，需要切除曳引電動(dòng)機(jī)電源。之后，依靠系統(tǒng)自身的慣性運(yùn)行到?？繉诱?。因此需要正確的運(yùn)行學(xué)設(shè)計(jì)，使其有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，不過轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也不能太大，否則，在制動(dòng)減速過程中，電能損耗會(huì)增加，從而提高相應(yīng)部件的溫度。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器是用于減速過程的，所以需要設(shè)置靜態(tài)偏置制動(dòng)電流，即所謂零電流，用以保證電梯沿速度給定曲線減速，直到直接零速平層。為了保證零速平層準(zhǔn)確度，根據(jù)電梯運(yùn)行狀況以及負(fù)載的變化情況，對(duì)速度給定曲線進(jìn)行自適應(yīng)性的負(fù)載校正。 交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 變壓變頻調(diào)速電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)，變頻調(diào)速是通過改變異步電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，也就是改變施加于電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端的電壓和電源頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于其轉(zhuǎn)差功率不變，而且在回饋制動(dòng)過程中，只是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，消耗在制動(dòng)放電電阻中或者回饋給電網(wǎng)，而不消耗電網(wǎng)電能，所以效率很高，節(jié)能明顯。用該系統(tǒng)的變頻調(diào)速裝置對(duì)電梯進(jìn)行控制，變頻器可以對(duì)起動(dòng)、運(yùn)行時(shí)的電壓進(jìn)行頻率設(shè)置，起到保護(hù)作用，在起動(dòng)、運(yùn)行、停止時(shí)，可以設(shè)定一條平滑的軟曲線進(jìn)行控制，使乘坐舒適感好。變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不但在一般控制中受到青睞，在電梯控制上也被認(rèn)為是行業(yè)最優(yōu)越的控制技術(shù)。因此，本設(shè)計(jì)采用此系統(tǒng)作為電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)。 電氣控制系統(tǒng)的選擇 目前，電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電－接觸器控制或PLC控制。這些系統(tǒng)均由一個(gè)主控制器實(shí)施整個(gè)電梯的控制，屬于集中控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，強(qiáng)迫換速和急停回路信號(hào)、門機(jī)及控制電路信號(hào)、換速及平層信號(hào)、檢修及照明信號(hào)、內(nèi)選外呼及層站指示信號(hào)等，均要傳送給唯一的控制器，由該控制器進(jìn)行邏輯運(yùn)算后執(zhí)行。這種系統(tǒng)存在兩方面的缺點(diǎn)：一是控制器運(yùn)算量大，系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度受到限制，而且不利于擴(kuò)充控制器的功能，提高電梯的運(yùn)行性能；二是布線復(fù)雜，維修困難。尤其是高層電梯，信號(hào)線相當(dāng)多，井道電纜縱橫交錯(cuò)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電梯的分布式控制成為了可能。將電梯的控制功能分為若干模塊，由不同的控制器實(shí)現(xiàn)一部分功能，控制器間采用可靠的通信技術(shù)傳遞信息。這樣，可以實(shí)現(xiàn)電纜的插接化，大大減少井道電纜數(shù)，減少布線工作量和維護(hù)成本。而且，可以讓主控制器有更多的時(shí)間實(shí)現(xiàn)其他功能，以改善電梯的運(yùn)行性能。 N層電梯的分布式控制系統(tǒng)由一個(gè)主控制器、N個(gè)層站控制器和一個(gè)轎廂控制器組成，主控制器與層站控制器之間采用RS-485連接，構(gòu)成1:N的主從式串行通信結(jié)構(gòu)；主控制器與轎廂控制器之間采用獨(dú)立的RS-485串行接口進(jìn)行通信，如圖2－1所示。圖中的細(xì)線采用六芯屏蔽雙絞線電纜，固定在井道中，虛線采用隨梯的多芯屏蔽雙絞線電纜或扁平電纜，需要有足夠的長(zhǎng)度以保證轎廂能夠自由上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電梯提升高度較高時(shí)，應(yīng)選用內(nèi)部有鋼絲繩的抗拉電纜。 采用RS－485的理由是:用線少，有利于布線，便于維護(hù)，實(shí)現(xiàn)模塊的插接化;差動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳送速度高，傳輸距離遠(yuǎn)；與8051系列單片機(jī)的多機(jī)通信功能配合簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)軟硬件。 當(dāng)兩臺(tái)電梯實(shí)施并聯(lián)控制時(shí)，各主控制器的RS－485層站接口與并聯(lián)控制器的并聯(lián)控制接口組成RS-485總線，層站控制器與并聯(lián)控制器的RS-485層站接口相連。并聯(lián)控制器接收外呼信號(hào)后根據(jù)各主控制器控制的當(dāng)前電梯狀態(tài)進(jìn)行調(diào)度，確定將呼梯信號(hào)發(fā)送給哪一臺(tái)電梯執(zhí)行。如圖2-2所示。 綜合以上兩節(jié)，本設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)分為兩部分：第一部分為變壓變頻調(diào)速控制，采用變頻器對(duì)電梯進(jìn)行拖動(dòng)；第二部分為電梯運(yùn)行的邏輯控制，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電梯的分布式控制。 電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng) 通用變頻器的基本原理 在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。采用通用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)、效益顯著，所以逐步得到推廣。 變頻調(diào)速的基本控制方式 由電機(jī)學(xué)可知，三相交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 (3-1) 式中 ——電動(dòng)機(jī)定子電源頻率; ——電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。 由式(3-1)可知，若連續(xù)改變電源頻率，則可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。而三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為 (3-2) 式中 ——定于每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； ——基波繞組系數(shù)； ——每極氣隙磁通量。 由式(3-2)可見，在一定時(shí)，若電源頻率變大，則必然引起磁通變?nèi)?，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)鐵心就沒被充分利用；若增大，則會(huì)使鐵心飽和，從而使勵(lì)磁電流過大，這樣會(huì)使電動(dòng)機(jī)效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組過熱，甚至損壞電動(dòng)機(jī)。因此，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，希望磁通保持恒定不變。于是，在改變的同時(shí)，必須改變，即必須保證： 采用恒定的電動(dòng)勢(shì)頻率比的協(xié)調(diào)控制方式，就可以保證磁通恒定不變。這時(shí)，可根據(jù)圖3-1所示的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等效電路推導(dǎo)出在恒定協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性如下： (3-3) 式中 ——電源角頻率； ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； ——轉(zhuǎn)子電路電阻與負(fù)載等效附加電阻之和的拆算值； ——轉(zhuǎn)子電路漏感折算值。 在式(3-3)中，分子與分母均有。當(dāng)很小時(shí)，可將分母中含項(xiàng)忽略，則 (3-4) 式(3-4)表明，在很小時(shí)，與近似成正比,即這段機(jī)械特性可近似為直線。而且可以證明，在的協(xié)調(diào)控制條件下，當(dāng)改變頻率時(shí)，機(jī)械特性基本上是上下平移的。此外，根據(jù)式(3-3)可求得最大轉(zhuǎn)矩為 (3-5) 由式(3-5)可見，在時(shí)，不隨變化。恒定控制方式的機(jī)械特性如圖3-2所示。這種特性符合電梯拖動(dòng)要求。 然而，對(duì)繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)卻難以直接控制。但是，在較高時(shí)可以忽略圖3-1中的定子繞組漏磁阻抗壓降。因此，可認(rèn)為定子每相電壓，則得 這便是恒壓頻比控制方式。 根據(jù)同樣分析方法可知，機(jī)械特性在較小范圍內(nèi)為近似線性段，且在負(fù)載一定情況下，隨下調(diào)，線性段也是隨的改變而平移。在恒壓頻比時(shí)，求得的最大轉(zhuǎn)矩為 (3-6) 式(3-6)表明隨降低而減小，此時(shí)機(jī)械特性如圖3-3所示，由于電動(dòng)機(jī)定子電壓只能小于等于額定電壓，所以只能下調(diào)，這時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若上調(diào)，而不能大于，所以下降，這時(shí)為恒功率調(diào)速，在隨著降低時(shí)，定子阻抗壓降就不能再被忽略了，此時(shí)會(huì)更小些，使得磁通有所減小。這時(shí)，為了保證不變?？梢匀藶榈貙⑻岣咭恍员憬频匮a(bǔ)償定子阻抗壓降。帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖3-4所示。采取補(bǔ)償措施后，異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不但保留了較硬的線性段，而且當(dāng)頻率降低 時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之下降，使在保證最大轉(zhuǎn)矩基本不變情況下，取得類似直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的平移特性曲線。 這樣，不但擴(kuò)大了調(diào)速范圍，而且在調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率不變，所以效率很高。具有定子電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式，被廣泛采用。 變頻裝置工作原理 按恒壓頻比控制方式進(jìn)行變頻調(diào)速的裝置，一類是直接變頻裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只使用一個(gè)變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源變換成VVVF電源，所以效率較高，但是，所用的元件數(shù)量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數(shù)較低，只適用于低轉(zhuǎn)速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。 另一類為間接變頻裝置。這種裝置是將恒壓恒頻交流電源先經(jīng)整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為中間直流環(huán)節(jié)，再由逆變器電路轉(zhuǎn)換為VVVF電源，如圖3－5所示。 這種裝置的控制方式有以下兩種： 一、用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交—直—交變頻裝置。 這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構(gòu)成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率由逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個(gè)環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調(diào)配合起來完成。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件較少，控制方便，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率調(diào)的較低時(shí)，電網(wǎng)端功率因數(shù)也降低。如輸出環(huán)節(jié)由晶閘管構(gòu)成，則輸出電壓諧波較大。 二、用不可控整流器整流，通過脈寬調(diào)制方式控制逆變器同時(shí)進(jìn)行變壓變頻的交——直——交變頻裝置。 由于輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流電路，所以電網(wǎng)端功率因數(shù)高，而且與逆變器輸出電壓大小無關(guān)。逆變器在變頻的同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓，主電路只有一個(gè)可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。逆變器的輸出與中間支流環(huán)節(jié)的電容電感參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。選擇對(duì)逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器輸出電壓為近似的正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調(diào)制方式（SPWM）。 1、SPWM逆變器的工作原理 逆變器的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通閉合時(shí)，逆變器輸出電壓的幅度等于整流器的恒定輸出電壓；當(dāng)開關(guān)器件截止開斷時(shí)，輸出電壓為零。于是，逆變器輸出電壓為等幅的脈沖列。為了使該脈沖列與正弦波等效，以便盡量減少諧波，現(xiàn)將正弦波分作N等份，另每一等份的正弦波的中點(diǎn)與響應(yīng)的矩形脈沖波形的中點(diǎn)相重合，并使矩形脈沖的面積與對(duì)應(yīng)等份的局部正弦波的面積相等，則等幅但不等寬的矩形脈沖列，必然與該半周正弦波等效。也就是說，各分段平均值的包絡(luò)線為等效的正弦波，可以推斷，若逆變器的開關(guān)器件工作在理想狀態(tài)，開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)的波形也應(yīng)與脈沖列相似。顯然，開關(guān)器件開，斷的工作頻率較高，等幅不等寬的脈沖列等效波形就越逼近對(duì)應(yīng)的正弦波形。 對(duì)上述的等效控制方式，實(shí)際上是通過調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)的，即將所期望的正弦波形作為調(diào)制波，而將等腰三角形作為被調(diào)制的載波。利用三角形線性的變化的上升沿，下降沿與連續(xù)變化的正弦曲線的交點(diǎn)時(shí)刻，來控制逆變器開關(guān)器件的導(dǎo)通與截止。SPWM變頻器主電路原理圖如圖3.6所示，由整流二極管構(gòu)成的三相不可控整流電路，輸出恒定直流電壓；逆變電路由6個(gè)功率開關(guān)器件絕緣柵雙極晶體管IGBT組成。在每個(gè)IGBT上，均反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，以便感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載。由三相正弦波振蕩器輸出作為調(diào)制波的參考信號(hào)電壓、、,其信號(hào)頻率和波形幅度均在一定范圍內(nèi)可調(diào)。由三角波振蕩器輸出作為被調(diào)制的載波信號(hào),分別與各項(xiàng)參考電壓進(jìn)行比較。載波信號(hào)的頻率,高于參考電壓頻率。若三角波,只在0與最大幅值之間交變，則為單極式控制方式。若三角波正負(fù)交變波形，則為雙極式控制方式。 變頻器輸出的脈沖列所等效的正弦波（即輸出的基波）的電壓和頻率，取決于正弦調(diào)制波參考信號(hào)的幅值和頻率。也就是說，通過對(duì)正弦調(diào)制參考信號(hào)的電壓、頻率的協(xié)調(diào)平滑控制，就可對(duì)變頻電路實(shí)現(xiàn)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制。 2、SPWM變頻器的基本特點(diǎn)： （1）主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)功率控制極，功率因數(shù)和效率都高。 （2）采用SPWM控制，輸出電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制同時(shí)在逆變器中完成，避免了大慣性直流濾波環(huán)節(jié)對(duì)調(diào)壓響應(yīng)的影響，快速響應(yīng)性不僅有利于實(shí)時(shí)控制，還有利于開環(huán)應(yīng)用。 （3）采用雙極性、分段同步正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出具有完善對(duì)稱性的SPWM電壓波形，基波分量大，提高了逆變器的利用率并有效的消除或抑制低次有害諧波，降低了噪聲，能在很寬的調(diào)頻范圍內(nèi)使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作，低速運(yùn)行性能好。 圖3.6 SPWM變頻器主回路原理圖 3、SPWM逆變器的功率器件 常規(guī)的SPWM變頻器在中小功率范圍內(nèi)，多由BJT和GTR構(gòu)成，這種類型變頻器的主要缺點(diǎn)是開關(guān)頻率低（輸出波形諧波含量大，噪聲大）；功率密度低（裝置體積、重量大）；開關(guān)損耗大，驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路復(fù)雜；可靠性低。本設(shè)計(jì)采用的絕緣柵極晶體管IGBT是一種BI-MOS器件，它既具有MOSFET的高速開關(guān)和電壓驅(qū)動(dòng)特性，又具有BJT的低電壓飽和特性及較大電流處理能力，同時(shí)不存在二次擊穿。IGBT在中小功率SPWM變頻器中正在迅速取代BJT及GTR，作為主功率開關(guān)器件。 通用變頻器的選擇的概述 因?yàn)殡娞輰儆谖荒茇?fù)載，要求頻繁起停，并且隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動(dòng)機(jī)在四象限內(nèi)運(yùn)行。更重要的是要滿足乘客的舒適感和保證平層精度(即準(zhǔn)確停車)。這些要求是變頻器在電梯上應(yīng)用的特殊之處。因此，變頻器必須閉環(huán)運(yùn)行(帶PG反饋)，還必須加制動(dòng)電阻。高速電梯(2m/s以上的速度)一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價(jià)格的通用變領(lǐng)器也可以滿足要求。 通用變頻器的選擇，包括變頻器類型選擇和容量選擇兩個(gè)方面。 變頻器類型的選擇 根據(jù)控制功能將通用變頻器分為三種類型。普通功能型控制變頻器；具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。 變頻器類型的選擇、要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，選擇普通功能型。 恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，例如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運(yùn)輸電車、起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)、起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行，是比較理想的。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性。從目前看，這種變領(lǐng)器的性能價(jià)格比還是相當(dāng)今人滿意的。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，如果采用通用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)考慮低速下的強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。新設(shè)備投產(chǎn)，可以考慮專為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)的加強(qiáng)了絕緣等級(jí)并考慮了低速強(qiáng)迫通風(fēng)的變頻專用電動(dòng)機(jī)。 軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，原來多采用直流傳動(dòng)方式。目前，矢量控制型變頻器已經(jīng)通用化，加之異步電動(dòng)機(jī)具有堅(jiān)固耐用、不用維護(hù)、價(jià)格便宜等一些優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于要求高精度、快響應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案。 在本次設(shè)計(jì)中，我們選用安川變頻器來拖動(dòng)電梯運(yùn)行。它是一種矢量控制型變頻器，可以滿足動(dòng)態(tài)性能要求較高電梯的運(yùn)行環(huán)境。 變頻器容量的選擇 電梯是垂直運(yùn)輸工具，屬于位能負(fù)載。其拖動(dòng)構(gòu)原理如圖3-7所示。動(dòng)力 來自電動(dòng)機(jī)，一般選11kw或15kw的異步電動(dòng)機(jī)。曳引機(jī)的作用有三點(diǎn)；其是調(diào)速，其二是驅(qū)動(dòng)曳引鋼絲繩，其三是在電梯停車時(shí)實(shí)施制動(dòng)。為了加大載重能力。鋼絲繩的一端是轎廂，另一端加裝了對(duì)重裝置，對(duì)重的重量隨電梯載重量的大小而變化。這種拖動(dòng)機(jī)構(gòu)可使電梯的載重能力大為提高，在電梯空載上行或重載下行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最小，甚至是處在發(fā)電狀態(tài)；而電梯在重載上行和空載下行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最大，是處在拖動(dòng)狀態(tài)，這就要求電動(dòng)機(jī)在四象限內(nèi)運(yùn)行。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確停車性能。為滿足這些要求，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調(diào)速性能，并能節(jié)約大量電能，這是目前電梯大量采用變頻控制的主要原因。 綜上所述，我們選擇安川變頻器616G5通用變頻器。容量選擇方法如下：可選1:1配置，即電動(dòng)機(jī)容量和變頻容量相等。最好是采用大一個(gè)數(shù)量級(jí)選配，如11kw電動(dòng)機(jī)選15kw的變頻器，15kw電動(dòng)機(jī)選18kW的變頻器。 安川616G5通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器安川616G5技術(shù)持性 安川616G5通用變頻器可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出，它有四種技術(shù)特性： (1)可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩。 (2)VS-616G5適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，在低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確的運(yùn)行。 (3)它的自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。 (4)VS-616G 5將控制、矢量控制、閉環(huán)控制、閉環(huán)矢量控制的四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是最適合電梯控制要求的。 變頻器的配置及容量選擇 VS—616G5變頻器用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中，必須配PG卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電動(dòng)機(jī)測(cè)速及反饋。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖，當(dāng)A相脈沖超前B相脈沖90時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)A相脈沖滯后于B相脈沖90時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)A、B脈沖的頻率(或周期)測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號(hào)送給616G5內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。A、B二相脈沖波形如圖3-8所示。 VS—616G5用在電梯調(diào)運(yùn)系統(tǒng)中，還必須配置制動(dòng)電阻。當(dāng)電梯減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速下降， 交－直－交變頻器的直流部分電壓升高，制動(dòng)電阻的作用就是消耗回饋電能。 (1)基本配置如下： 1)616G5變頻器。 2)PG卡。 3)600脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器(一般選OMRON公司的產(chǎn)品) 4)制動(dòng)電阻。 (2)容量選擇方法如下：可選1:1配置，即電動(dòng)機(jī)容量和變頻容量相等。最好是采用大一個(gè)數(shù)量級(jí)選配，即11kw電動(dòng)機(jī)選15kw的變頻器，15kw電動(dòng)機(jī)選18kW的變頻器。 電梯變頻器調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成 變頻器控制的電梯系統(tǒng)中，變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由PLC、單片機(jī)或微電腦來完成的。單片機(jī)負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起停等信號(hào)，同時(shí)變頻器也將本身的工作狀態(tài)信號(hào)送給單片機(jī)，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。變頻器又要通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和另配置的PG卡．完成速度檢測(cè)及反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖3－9所示。 安川616G5通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng)電路原理 系統(tǒng)電路原理 電梯的一次完整的運(yùn)行過程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程。 當(dāng)正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))及高速信號(hào)有效時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始從0Hz到50Hz開始起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間在3s左右，然后維持50Hz的速度一直運(yùn)行，完成起動(dòng)及運(yùn)行段的工作。當(dāng)應(yīng)該換速的時(shí)候(由單片機(jī)計(jì)算得到換速點(diǎn))，單片機(jī)撤消高速信號(hào)，同時(shí)輸出爬行信號(hào)。此時(shí)爬行的輸出頻率為6Hz(也可用4Hz)。從50Hz到6Hz的減速過程在3s之內(nèi)完成。當(dāng)達(dá)到6Hz的速度后，就以此速度爬行，當(dāng)平層信號(hào)到來時(shí)，單片機(jī)撤掉(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))信號(hào)及爬行信號(hào)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)從6Hz減速到0Hz。正常情況下，在整個(gè)的起動(dòng)、運(yùn)行及減速爬行段內(nèi)，變頻器的零速輸出點(diǎn)及異常輸出點(diǎn)一直是閉合的，減至0Hz之后，零速輸出點(diǎn)斷開，通過機(jī)械抱閘使其停站。這就是完整的一個(gè)運(yùn)行過程。其電路如附圖A－1所示。 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，應(yīng)使爬行段盡可能的短，并要求在各種負(fù)裁下都大于零為標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整減速起始點(diǎn)。電梯的運(yùn)行曲線如圖3-10所示。 如果配置運(yùn)行曲線輸入板，則將此板的模擬輸出量送給變頻器的頻率指令模擬量輸入端口，這樣整個(gè)運(yùn)行速度就完全以曲線板的輸出為理想曲線，自適應(yīng)調(diào)速運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是無爬行段，電梯可直接?？俊? VS－616G5參數(shù)設(shè)置 A1－00＝0 操作器表示的語種為英語。 A1－01＝4 可以讀取設(shè)定全部的參數(shù)；在變頻器的各個(gè)參數(shù)調(diào)試完畢后，應(yīng)將此參數(shù)設(shè)置為0，即不可變更以設(shè)定了的參數(shù)。 A1－02＝3 使用PG速度控制卡的矢量控制。 A1－03＝0 不進(jìn)行初始化，僅回到初始化顯示。 A1－04＝0； A1－05＝0 調(diào)試過程中應(yīng)設(shè)為不禁止參數(shù)的輸入，調(diào)試完 畢后，可以輸入相應(yīng)的數(shù)字，禁止別人擅自更改參數(shù)。 B1－01＝0 即從數(shù)字式操作器中輸入頻率指令的值。 B1－02＝1 從制御回路端子輸入運(yùn)行指令。 B1－03＝0 減速度停止。 B1－04＝0 電機(jī)允許反轉(zhuǎn)。 B1－05＝2 輸入頻率指令低于最低輸出頻率（E1－09）時(shí)按E1－09設(shè)定的頻率運(yùn)行。 B1－06＝1 程序輸入時(shí)，每隔5ms讀2次。 C1－01＝3s 加速時(shí)間3s