并联电梯的微机控制系统设计.doc

并联电梯的微机控制系统（硬件）摘要单片机作为一种性能价格比良好的计算机，在当今各个领域得到广泛的应用，而电梯也已成为现代生活的必要设备。随着高层建筑的逐渐增多，电梯已经成为人们频繁使用的垂直运输工具。电梯运行的可靠性、安全性、舒适感显得越来越重要。本次调速电梯的单片机控制系统就是根据这些要求设计的。整个系统分为两个部分：第一部分为电梯的拖动系统。该系统采用变压变频调速控制，应用了比较先进的变频器。这种控制方式可以提高电梯性能，改善电梯运行指标，节能明显，运行可靠。第二部分为电梯运行的逻辑控制，采用单片机控制。本次设计提出了电梯的分布式控制结构，将电梯的控制功能分解给并联控制器、主控制器、层站控制器、轿厢控制器分别实现，四者之间采用RS-485连接实现信息的传递。这种结构简化了电梯控制系统的设计，实现了模块化、电缆插接化，大大降低了成本和维护费用。关键词电梯；单片机；分布式控制；RS-485；并联控制The Elevators System Controlled By The Single-chip MicrocomputerAbstractThe 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目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.1.1 现代化的建筑离不开电梯11.1.2 电梯的历史和发展11.1.3 我国电梯业的现状31.2 电梯的定义与分类41.2.1 电梯的定义41.2.2 电梯的分类41.3 电梯的基本结构51.3.1 曳引系统51.3.2 轿厢和门系统61.3.3 重量平衡系统61.3.4 导向系统71.3.5 安全保护系统71.3.6 电力拖动系统81.3.7 电气控制系统9第2章 设计方案的选定102.1 电力拖动系统的选定102.1.1 交流变极调速系统102.1.2 交流调压调速系统102.1.3 交流半闭环调速系统102.1.4 交流变压变频调速系统112.2 电气控制系统的选择11第3章 电梯电力拖动系统143.1 通用变频器的基本原理143.1.1 变频调速的基本控制方式143.1.2 变频装置工作原理173.2 通用变频器的选择的概述193.2.1 变频器类型的选择193.2.2 变频器容量的选择203.3 安川616G5通用变频器电梯调速系统203.3.1 通用变频器安川616G5技术持性203.3.2 变频器的配置及容量选择213.3.3 电梯变频器调速系统的构成213.3.4 安川616G5通用变频器电梯调速系统电路原理223.4 电梯门机控制系统24第4章 电梯逻辑控制的硬件设计254.1 单片机的概述254.1.1 AT89系列单片机特点254.1.2 AT89系列单片机分类264.1.3 AT89C52单片机概述284.2 层站控制器的硬件设计294.2.1 层站控制器FC(floor controller)的任务294.2.2 有关外围芯片的选择介绍294.2.3 层站控制器的硬件原理接线图见附图A2314.3 轿厢控制器的硬件设计314.3.1 轿厢控制器CC(Car controller)的任务314.3.2 有关外围芯片的选择介绍324.3.3 轿厢控制器的硬件原理接线图见附图A3344.4 主控制器的硬件设计344.4.1 主控制器MC(Main Controller)的任务344.4.2 串行接口芯片INTEL8251A354.4.3 主控制器的硬件原理接线图见附图A4404.5 并联控制器的硬件设计404.5.1 并联控制器GC(Group Controller)的任务404.5.2 利用单稳触发器构成程序监视器404.5.3 并联控制器的硬件原理接线图见附图A541结论42致谢43参考文献44附录A45附录B50千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行绪论概述现代化的建筑离不开电梯随着科学技术日新月异地发展，人们物质文化水平的逐步提高，使建筑业得以迅速的发展，因此电梯成为必不可少的十分重要的一种垂直方向运输工具。由我国自己设计和建筑施工的座落在上海黄浦江畔陆家嘴嘴尖上的东方明珠广播电视塔，塔高468米，位居世界第三、亚洲第一。它把广播电视功能与旅游观光融为一体，塔内安装了6台高速乘客电梯。其中有一台为双轿厢的电梯，额定载重量为3500千克，运行速度为4m/s，可乘客50人，行程277米。还有二台额定载重量为2000千克，运行速度为7m/s的电梯。每台可乘客30人，最高行程达286.3m，把游客运送到观光大厅，饱览全上海的美景。 从上可见在超高层建筑物里，电梯的作用在定程度上比建筑物本身更为重要，现代的超高层建筑往住是多功能、多用途的综合性大楼。再如位于英国芝加哥的约翰汉考克中心大楼，共有100层，其中有商店、停车场、住宅、了望台和餐厅。其中第1、2层是商店，第3-9层是停车场，第10-43层是办公室。再上去直至第90层都是住宅(共700户)和商店等。顶层是了望台和餐厅以及电视播放室。大楼里共有电梯43台，扶梯12台。电梯最高运行速度为9m/s。进进出出上上下下工作、生活、购物和居住都十分便利。 除了以上列举的高层建筑物需要多种电梯之外，对于服务性和生产性的部门同样需要一定数量的服务电梯和载货电梯。另外在建筑工地上还需要外用人货电梯。电梯的历史和发展电梯作为升降设备，据说它起源于公元后的古希腊时期，当时阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，共造出三台，安装在尼洛宫里。人们把这台卷扬机看作是现代电梯的鼻祖。事实上，早在公元前，我们的祖先和古埃及也都曾经使用了这种人力卷扬机。在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年，在美国纽约市出现了世界第一台由亨利沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。1852年美国人伊菜沙格雷夫斯奥梯斯发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。这便是世界上第一部备有安全装置的客梯，在1857年被安装在纽约市豪华商厦里。在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。随着水压梯的发展，蒸汽梯也就被淘汰了。后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯。直到今天，液压梯仍在使用。1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。在1903年，又将卷筒式驱动方式改进为曳引式驱动。曳引式驱动可以使用多条曳引绳，而卷筒式驱动方式使用的曳引绳的条数却受到限制，曳引式驱动方式为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。所以对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求，而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机发电机组调速系统，能较好地满足电梯的调速的要求。因此，在20世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其式高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6m/s的高速电梯。1949年美国研制出46台电梯的群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1962年在美国已出现了8.5m/s的超高速电梯。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大的发展。80年代出现了交流变频调速（VVVF）系统。1984年在日本已将其用于2m/s以上的高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。1993年，日本生产的12.5m/s世界上最高速度交流变频调速电梯已投入运行。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，以成为高速电梯的主流。应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制，进一步提高电梯的性能和可靠性，并减少现场调试要求，是电梯控制技术的方向。现代电梯技术，更加强调运行质量和降低噪声，电梯控制将趋向多微机分散分层控制。电梯群控系统是现代电梯技术的又一重要组成部分。它不但有完善的分区服务、；运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。此外，用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内通讯设施以及轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置，也是电梯技术现代化的体现。当今世界，电梯的生产情况与使用数量成为衡量一个国家现代化程度的重要标志之一。在一些发达到工业国家，电梯的使用相当普遍。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中重要的组成部分。目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品，微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出来微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其它厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程控制器（PC）取代继电器控制系统的机型也已投产，使电梯性能得到改善，故障率明显降低。在技术上，应该说这是一大进步，用PC对单梯进行控制还是有前途的。我国电梯业的现状在1949年至1979年的30年中，我国总共生产安装电梯约1万台。那时电梯产品以低速直流梯和双速梯为主，生产厂不超过10家。自1979年至今的25年间电梯产量有了飞速的增长：全国共生产电梯28.8万台（其中自动扶梯和自动人行道3.13万台），出口电梯2555台（其中扶梯1703台）；产品的结构也发生了明显的变化：老的直流电梯已被淘汰，交流双速梯、ACVV交流调速梯逐渐被VVVF交流变频变压调速电梯所取代，控制系统已在大量采用PLC和微电脑控制技术，最高梯速已达到4m/s；行业出现了翻天覆地的变化：电梯企业的生产条件、人类素质、管理水平有了极大的改善与提高，上海三菱、天津OTIS、中国迅达、苏州迅达、广州日立、西子OTIS等一批企业的面貌已可与国际上最先进的电梯公司相媲美；民族品牌如苏州江南、常州飞达、上海华立、浙江巨人、天津利通、山东百斯特等在市场上也很活跃，并有一定量的出口。目前，我国已引进转化了发达国家的先进技术标准，已成为国际标准化组织ISO/TC178电梯、自动扶梯和自动人行道技术委员会的正式成员。我国电梯已形成了设计制造、安装调试、维修保养一条龙服务的一个完整的行业，维持着全国30万台在用电梯的正常运行，新装电梯年销售额超过了100亿人民币。随着电梯市场的兴旺，电梯企业有许多共同面临的问题需要交流、研讨。为此，1984年6月在西安召开了中国建筑机械化协会电梯分会成立大会，这是行业发展史上的一个里程碑。从此电梯行业第一次有了自己的行业组织，至今已整20年了。这期间，行业组织也在不断发展，经建设部批准，民政部予以登记，1992年7月1日在苏州召开了中国电梯协会成立大会，通过了新的章程，选举产生了新的理事会，从此协会便成为国家一级的行业组织，这是行业发展史上又一个里程碑。目前全国几乎所有从事电梯教学、研究、设计、生产、销售、安装、维修、保养的单位都参加了协会，成员已达500余家。为了改善我国的电梯管理，使电梯更好地为使用者服务，协会积极配合和协助建设部行业主管部门协调各方关系，制定颁布了一系列重要的科学管理法规；为增进对世界先进水平的了解，组织了对香港、新加坡、台湾、日本、美国、芬兰、法国、德国、意大利等国家和地区著名电梯公司、电梯配件公司、质量检测认证机构以及有关国家电梯协会的考察与拜访活动，近三年来连续成功地举办了三届国际电梯展览会，大大推动了电梯行业的技术进步和市场开拓；协会的各专业委员会每年都举行内容充实的各种技术、信息交流活动。由于协会按照国家的有关规定办事，忠实、热情地为政府服务，为企业服务，受到广泛好评。1996年4月建设部授予“先进社团”的光荣称号，1998年12月中国工业经济协会又授予“全国先进工业行业协会”荣誉称号并予表彰。中国电梯协会是改革开放政策的产物，是促进行业健康发展的有效的组织形式，为电梯市场的繁荣作出了应有的贡献。电梯的定义与分类电梯的定义根据国家标准GB70241-86电梯名词术语规定，电梯的定义：用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和(或)货物的固定设备。另外，国家标准GB7588-87电梯制造与安装规范，对电梯的技术含义作了如下叙述：电梯是服务于规定楼层的固定式提升设备，包括一个轿厢，轿厢的尺寸与结构型式可使乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15的刚性导轨之间运行。从以上两个条文可以理解电梯的含义：电梯是由电力来驱(拖)动的。电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。轿厢要方便于乘客的出入、乘坐或承载货物。因此对于商场、车站等用的自动扶梯或自动人行道，按专业定义就不能称为电梯，当然它们是电梯家族里的个分支。电梯的分类按用途分类1、 乘客电梯 2、 载货电梯 3、 客货两用电梯4、 病床电梯 5、 住宅电梯 6、 杂务电梯7、 船舶电梯 8、 观光电梯 9、 车辆电梯10、自动扶梯 11、自动人行道 12、其它专用电梯按速度分类1、低速电梯（速度低于1m/s）2、快速电梯（速度大于1m/s，低于2m/s）3、高速电梯（速度大于等于2m/s）按有无司机分类1有司机电梯 2无司机电梯 3有/无司机电梯按驱动方式分类1、 钢丝绳式：曳引电动机通过蜗轮、蜗杆、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳两端的轿厢和对重装置做上下运行的电梯。 液压式：电动机通过液压系统驱动轿厢上下运行的电梯。按电梯控制方式分类1、 按钮控制电梯 2、信号控制电梯 3、集选控制电梯 4、下集选控制电梯 5、并联控制电梯 6、群控电梯按拖动方式分类1、交流异步单速电机拖动的电梯2、交流异步双速电机变极调速拖动的电梯3、交流异步双绕组双速电机调压调速（ACVV）拖动的电梯4、交流异步单速电机变压变频调速（VVVF）拖动的电梯电梯的基本结构电梯是把机和电合成一体的大型复杂产品，其中的机械部分相当于人的躯体，电气部分相当于人的神经，两者不可分隔，两者关系紧密。机与电的高度合一，使电梯成为现代科技的综合产品，服务于上上下下。首光必须对电梯的总体结构有个概括的认识。从总体来讲，电梯由机械系统和电气控制系统两部分组成。其机械部分由曳引系统、轿厢和门系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成；而电气控制部分由电力拖动系统、运行逻辑控制系统和电气安全保护系统组成。曳引系统电梯曳引系统的功能是输出动力和传送动力，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机、曳引轮和电磁制动器组成。曳引钢丝绳由钢丝、绳股和绳芯组成。导向轮是将曳引钢丝绳引向对重或轿厢的钢丝绳轮，安装在曳引机架或承重梁上。反绳轮是设置在轿厢顶部和对重顶部位置的动滑轮以及设置在机房里的定滑轮。轿厢和门系统轿厢轿厢主要由轿厢体和轿厢架构成。其中轿厢体由轿厢底、轿厢壁和轿厢顶构成。在门处轿底前沿没有轿门地坎，为了出入安全，在轿门地坎下面设有安全防护板。轿厢架是由底梁、立柱、上梁以及立柱与轿厢底的侧向拉条所组成的承重构架。轿厢的超载检测为了电梯的安全运行，需要自动地限定轿厢的运载重量。为此，在轿厢上装设超载检测装置。 门系统电梯门分为轿厢门和厅门。轿厢门用来封住轿厢出入口，厅门用来封住井道出入口。客梯常采用中开式全封闭门。这种门由中间分开，左右门扇以同速向两侧滑动采用中分式门使得乘客出入方便。这种门工作效率高，可靠性好。门通常用11.5mm厚的钢板制成。一般采用两扇中分式门，如果要求较大的开门宽度，可采用四扇中分式门。电梯轿门由装在轿顶部的自动开门机来开门和关门，这种轿门也称为自动门。自动开门机构以调速直流电动机(有时也用交流电动机)为动力，通过曲柄连杆和摇杆滑块机构(对于单侧驱动机构，还用绳轮联动机构)，将电机的旋转运动转换为开、关门的直线运动。轿门可以在轿内或轿外手动开门。厅门只能由轿门通过系合装置带动开门或关门，因此，它是被动门。常见的系合装置是装在轿门上的门刀。为了保证乘坐电梯安全，必须在轿门和厅内完全关闭之后，电梯才允许起动运行，为此，在厅门上装设具有电气联锁功能的自动门锁。这样，在井道内解脱门锁后才能打开厅门，而在厅外只能用专用钥匙打开厅门。在轿门通过门刀带动厅门关闭后，自动门锁便将厅门锁闭。同时，通过门锁上的微动开关接通电梯控制电路，允许电梯起动运行。在自动开门机驱动轿门开门时，轿门通过门刀解脱门锁并带动厅门开门，与此同时，门锁上的微动开关切断电梯控制电路，使电梯不能起动。重量平衡系统重量平衡系统由对重和补偿装置组成。对重是平衡轿厢重量的平衡装置，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。对重由以槽钢为主体所构成的对重架和用灰铸铁制造的对重块组成。轿厢侧的重量为轿厢自重与负载之和，而负载的大小却在空载与额定负载之间随机变化。因此，只当轿厢自重与载重总和等于对重重量时，电梯才处于完全平衡状态，此时的载重称为电梯的平衡点。而在电梯处于负载变化范围内的相对平衡状态时，应使曳引绳两端张力的差值小于由曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力所限定的最大值，以保证电梯曳引传动系统工作正常。当提升高度超过30 m时，曳引钢丝绳重量的影响就不容忽视。当轿厢位于最低层站时，曳引钢丝绳的重量大部分作用在轿厢侧；反之，当轿厢位于顶层端站时，曳引钢丝绳的重量大部分作用在对重侧。因此，曳引钢丝绳长度的变化会影响电梯的相对平衡。为了补偿轿厢侧和对重侧曳引钢丝绳长度的变化对电梯平衡的影响，需要设置平衡补偿装置。平衡补偿装置是以铁链为主体并在链中穿有麻绳的补偿链，或是以钢丝绳为主体的补偿绳。补偿链适用于速度小于1.75m/s的电梯，而补偿绳适用于速度大于1.75m/s的高速电梯。导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架组成。导轨用来在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用。导轨的横截面形状有多种，其中大量使用的一种是具有良好抗弯性能和良好的可加工性的T型导轨。导靴分别安装在轿厢上梁和底部，以及对重架的上部和底部，各有四个。导靴与导轨工作面配合，强制轿厢和对重在曳引钢丝绳牵引下，沿着导轨上下运行。一般情况下，导靴要承受偏重力，并将力传递到导轨。导靴可分为内衬有减磨材料的滑动导靴和具有硬质橡胶轮的滚动导靴。滚动导靴用于高速电梯。导轨架是导轨的支撑架，它将导轨的空间位置加以固定，并承受来自导轨的各种作用力。一般的配置间距为2.5m(可根据具体情况进行调整)，用膨胀螺栓法、预埋钢板法等方法将导轨架固定在井道壁上。安全保护系统对现代电梯的运行必须保证安全。为此，设置了由电气安全保护装置和机械安全保护装置组成的电梯安全保护系统。电气安全保护装置为了保证电梯的安全运行，在井道中设有终端超越保护装置。实际上，这是一组防止电梯超越下端站(即大楼中电梯的最低停靠层站)或上端站(即大楼中电梯的最高停靠层站)的行程开关，能在轿厢或对重撞底、冲顶之前，通过轿厢打板直接触碰这些开关来切断控制电路或总电源，在电磁制动器的制动抱闸作用下，迫使电梯停止运行。终端超越保护装置包括：强迫换速开关、终端限位开关和终端极限开关。其中强迫换速开关设置在井道底部和顶部换速点相应位置。当电梯由于失控而冲向井道底部或顶部时，首先经过并使其动作的开关是强迫换速开关，从而通过控制电路迫使电梯减速、停止。如果强迫换速开关没起作用，电梯继续越出底层或顶层位置，则下限位开关或上限位开关动作，迫使电梯停止运行。此时，若有上面或下面层站召唤，电梯仍能上行或下行。 若限位开关也没能使电梯停止运行时，则防止撞底或冲顶的最后保护装置便是终端极限开关。当电梯最后经过终端极限开关并使其动作时，便切断电梯总电源，但保留照明电源，通过电磁制动器使电梯停止运行。此时电梯不能再起动。机械安全保护装置当电梯电气控制系统由于出现故障而失灵时，就要靠机械安全保护装置提供最后的安全保护。对电梯超速的失控现象的机械安全保护装且是限速器和安全钳，这两种装置总是相互配合使用。1限速器限速器是检测轿厢超速的装置，安装在机房。它由限速器轮、离心装置、限速器绳和夹绳机构等部分组成。限速器钢丝绳由设在井道底坑的张紧轮拉紧，使限速器钢丝绳与限速器轮槽之间产生一定的摩擦力。限速器钢丝绳与安装在轿厢两侧的安全钳拉杆相连。于是，在轿厢上下运行时，便带动限速器绳同步移动，通过限速器绳带动限速器轮旋转。这样，就可通过限速器轮的旋转运动所产生的离心力，来直接检测轿厢的运行速度。 2安全钳安全钳是在限速器操纵下，利用自锁夹紧原理，将轿厢夹持在轨道上从而实现轿厢紧急制停的一种安全装置，对电梯的运行提供最后的可靠保护。安全钳安装在轿厢架两侧的下梁或上梁处，由钳块和钳座等部分组成的制停机构以及连杆和钳块拉杆系统组成的操纵机构组成。3缓冲器缓冲器安装在井道底坑，位于轿厢和对重的正下方。有两种缓冲器。一种是弹簧缓冲器，另一种是油压缓冲器。电力拖动系统电力拖动系统由曳引电动机、速度反馈装置、电动机调速控制系统和拖动电源系统等部分组成。其中曳引电动机为电梯的运行提供动力，速度反馈装置是为电动机调速控制系统提供电梯运行速度实测信号的装置，一般为与电动机同轴旋转的测速发电机，或光电脉冲旋转编码器；电动机调速控制系统是根据电梯起动、运行和制动平层等要求，对曳引电动机进行转速调节的电路系统，拖动电源系统为电动机提供所需要的电源。电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平层装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜(屏)上。操纵装置是轿厢内的按钮箱和厅门门口的召唤按钮箱，用来操纵电梯的运行；平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置，是用来显示电梯轿厢所在楼层位置的轿内和厅门指层灯，厅门指层灯还用箭头显示电梯运行方向。设计方案的选定电力拖动系统的选定电力拖动系统功能是提供动力、对电梯实行速度控制，对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。电力拖动系统的组成主要由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。交流变极调速系统变极调速系统的特点及使用性能是：交流感应电动机要获得两种或三种的转速，由于它的转速是与其极对数成反比，因此变速的最简单方法只要改变定子绕组的极对数就可改变电动机的同步转速。该系统大多采用开环方式控制，控制线路简单，配套元器件少，工艺简单，成本低廉。运行中转差功率不变，效率很高，可靠性高。但是在动态过程中电动机的电磁转矩出现很大的波动，加速、减速时速度会出现跳变，造成电梯起动、制动、平层抱闸时舒适感差。交流调压调速系统交流调压调速（ACVV）电梯的电力拖动系统在技术上较为简单、成熟，其运行效率和乘坐舒适感比较令人满意，在控制策略上还可以采用速度负反馈为外环，以电流反馈为内环的双闭环控制系统，以便改善跟随性能，其稳定裕度也得到提高。可是由于电梯在运行中轿厢负载经常随机变化，因此，当仅采用经典控制理论来设计ACVV电梯拖动系统时为使电梯的运行能很好地跟踪理想速度给定曲线，而要找到一组最佳的控制参数是不可能的。如果采用现代控制理论来实现系统的最优控制，就会在电梯负载随机变化等各种运行状态下，均能获得对理想速度给定曲线的；良好跟踪性能，从而进一步改善乘坐舒适感，并提高平层精确度。然而，其关键在于需要解决大量的数学在线计算问题。交流半闭环调速系统交流半闭环调速电梯的电力拖动系统结构简单，价格低廉，维护方便。按距离原则的制动减速过程没有低速爬行段，与按时间原则制动减速相比，缩短了制动距离，提高了运行效率，平层精度较高，乘坐舒适感较好。该类系统在轿厢经过减速点时，需要切除曳引电动机电源。之后，依靠系统自身的惯性运行到停靠层站。因此需要正确的运行学设计，使其有足够的转动惯性，不过转动惯性也不能太大，否则，在制动减速过程中，电能损耗会增加，从而提高相应部件的温度。由于半闭环控制系统的调节器是用于减速过程的，所以需要设置静态偏置制动电流，即所谓零电流，用以保证电梯沿速度给定曲线减速，直到直接零速平层。为了保证零速平层准确度，根据电梯运行状况以及负载的变化情况，对速度给定曲线进行自适应性的负载校正。交流变压变频调速系统变压变频调速电梯的拖动系统，变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率而调节电动机的同步转速，也就是改变施加于电动机进线端的电压和电源频率来调节电动机转速。由于其转差功率不变，而且在回馈制动过程中，只是将动能转化成电能，消耗在制动放电电阻中或者回馈给电网，而不消耗电网电能，所以效率很高，节能明显。用该系统的变频调速装置对电梯进行控制，变频器可以对起动、运行时的电压进行频率设置，起到保护作用，在起动、运行、停止时，可以设定一条平滑的软曲线进行控制，使乘坐舒适感好。变压变频调速系统不但在一般控制中受到青睐，在电梯控制上也被认为是行业最优越的控制技术。因此，本设计采用此系统作为电梯的拖动系统。电气控制系统的选择目前，电梯控制系统大多采用继电接触器控制或PLC控制。这些系统均由一个主控制器实施整个电梯的控制，属于集中控制系统。在这类系统中，强迫换速和急停回路信号、门机及控制电路信号、换速及平层信号、检修及照明信号、内选外呼及层站指示信号等，均要传送给唯一的控制器，由该控制器进行逻辑运算后执行。这种系统存在两方面的缺点：一是控制器运算量大，系统实时响应速度受到限制，而且不利于扩充控制器的功能，提高电梯的运行性能；二是布线复杂，维修困难。尤其是高层电梯，信号线相当多，井道电缆纵横交错。随着计算机技术和网络技术的发展，电梯的分布式控制成为了可能。将电梯的控制功能分为若干模块，由不同的控制器实现一部分功能，控制器间采用可靠的通信技术传递信息。这样，可以实现电缆的插接化，大大减少井道电缆数，减少布线工作量和维护成本。而且，可以让主控制器有更多的时间实现其他功能，以改善电梯的运行性能。N层电梯的分布式控制系统由一个主控制器、N个层站控制器和一个轿厢控制器组成，主控制器与层站控制器之间采用RS-485连接，构成1:N的主从式串行通信结构；主控制器与轿厢控制器之间采用独立的RS-485串行接口进行通信，如图21所示。图中的细线采用六芯屏蔽双绞线电缆，固定在井道中，虚线采用随梯的多芯屏蔽双绞线电缆或扁平电缆，需要有足够的长度以保证轿厢能够自由上下运动，当电梯提升高度较高时，应选用内部有钢丝绳的抗拉电缆。采用RS485的理由是:用线少，有利于布线，便于维护，实现模块的插接化;差动传输数据，抗干扰能力强，数据传送速度高，传输距离远；与8051系列单片机的多机通信功能配合简单，易于设计软硬件。当两台电梯实施并联控制时，各主控制器的RS485层站接口与并联控制器的并联控制接口组成RS-485总线，层站控制器与并联控制器的RS-485层站接口相连。并联控制器接收外呼信号后根据各主控制器控制的当前电梯状态进行调度，确定将呼梯信号发送给哪一台电梯执行。如图2-2所示。综合以上两节，本设计的电梯控制系统分为两部分：第一部分为变压变频调速控制，采用变频器对电梯进行拖动；第二部分为电梯运行的逻辑控制，采用单片机实现电梯的分布式控制。 电梯电力拖动系统通用变频器的基本原理在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，稳态稳定性好，运行效率高。采用通用变频器对异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济、效益显著，所以逐步得到推广。变频调速的基本控制方式由电机学可知，三相交流电动机的同步转速为 (3-1)式中 电动机定子电源频率; 电动机的极对数。由式(3-1)可知，若连续改变电源频率，则可平滑地改变电动机的同步转速。而三相异步电动机定子每相感应电动势有效值为 (3-2)式中 定于每相绕组串联匝数； 基波绕组系数； 每极气隙磁通量。由式(3-2)可见，在一定时，若电源频率变大，则必然引起磁通变弱，此时，电动机铁心就没被充分利用；若增大，则会使铁心饱和，从而使励磁电流过大，这样会使电动机效率降低，严重时会使电动机绕组过热，甚至损坏电动机。因此，在电动机运行时，希望磁通保持恒定不变。于是，在改变的同时，必须改变，即必须保证：采用恒定的电动势频率比的协调控制方式，就可以保证磁通恒定不变。这时，可根据图3-1所示的感应电动机等效电路推导出在恒定协调控制时的机械特性如下： (3-3)式中 电源角频率； 电动机转差率； 转子电路电阻与负载等效附加电阻之和的拆算值； 转子电路漏感折算值。在式(3-3)中，分子与分母均有。当很小时，可将分母中含项忽略，则 (3-4)式(3-4)表明，在很小时，与近似成正比,即这段机械特性可近似为直线。而且可以证明，在的协调控制条件下，当改变频率时，机械特性基本上是上下平移的。此外，根据式(3-3)可求得最大转矩为 (3-5)由式(3-5)可见，在时，不随变化。恒定控制方式的机械特性如图3-2所示。这种特性符合电梯拖动要求。 然而，对绕组中的感应电动势却难以直接控制。但是，在较高时可以忽略图3-1中的定子绕组漏磁阻抗压降。因此，可认为定子每相电压，则得这便是恒压频比控制方式。根据同样分析方法可知，机械特性在较小范围内为近似线性段，且在负载一定情况下，随下调，线性段也是随的改变而平移。在恒压频比时，求得的最大转矩为 (3-6)式(3-6)表明随降低而减小，此时机械特性如图3-3所示，由于电动机定子电压只能小于等于额定电压，所以只能下调，这时为恒转矩调速；若上调，而不能大于，所以下降，这时为恒功率调速，在随着降低时，定子阻抗压降就不能再被忽略了，此时会更小些，使得磁通有所减小。这时，为了保证不变。可以人为地将提高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性如图3-4所示。采取补偿措施后，异步电动机的机械特性不但保留了较硬的线性段，而且当频率降低 时，同步转速随之下降，使在保证最大转矩基本不变情况下，取得类似直流电动机调速的平移特性曲线。这样，不但扩大了调速范围，而且在调速时，转差功率不变，所以效率很高。具有定子电压补偿的恒压频比控制方式，被广泛采用。变频装置工作原理按恒压频比控制方式进行变频调速的装置，一类是直接变频装置。这种装置的变频为一次换能形式，即只使用一个变换环节就把恒压恒频电源变换成VVVF电源，所以效率较高，但是，所用的元件数量较多，输出频率变化范围小，功率因数较低，只适用于低转速大容量的调速系统。另一类为间接变频装置。这种装置是将恒压恒频交流电源先经整流环节转换为中间直流环节，再由逆变器电路转换为VVVF电源，如图35所示。这种装置的控制方式有以下两种：一、用可控整流器变压，用逆变器变频的交直交变频装置。这种装置的输入环节是由晶闸管构成的可控整流器。输出电压幅度由可控整流器决定，输出电压频率由逆变器决定。也就是说，变压和变频分别通过两个环节并由控制电路协调配合起来完成。这种装置结构简单，元件较少，控制方便，频率调节范围较宽。但是，在电压和频率调的较低时，电网端功率因数也降低。如输出环节由晶闸管构成，则输出电压谐波较大。二、用不可控整流器整流，通过脉宽调制方式控制逆变器同时进行变压变频的交直交变频装置。由于输入环节采用不可控整流电路，所以电网端功率因数高，而且与逆变器输出电压大小无关。逆变器在变频的同时实现变压，主电路只有一个可控的功率环节，简化了电路结构。逆变器的输出与中间支流环节的电容电感参数无关，加快了系统的动态响应。选择对逆变器的合理控制方式，可以抑制或消除低次谐波，使逆变器输出电压为近似的正弦波交变电压。这种控制方式称为正弦脉宽调制方式（SPWM）。1、SPWM逆变器的工作原理逆变器的功率器件工作在开关状态。当开关器件导通闭合时，逆变器输出电压的幅度等于整流器的恒定输出电压；当开关器件截止开断时，输出电压为零。于是，逆变器输出电压为等幅的脉冲列。为了使该脉冲列与正弦波等效，以便尽量减少谐波，现将正弦波分作N等份，另每一等份的正弦波的中点与响应的矩形脉冲波形的中点相重合，并使矩形脉冲的面积与对应等份的局部正弦波的面积相等，则等幅但不等宽的矩形脉冲列，必然与该半周正弦波等效。也就是说，各分段平均值的包络线为等效的正弦波，可以推断，若逆变器的开关器件工作在理想状态，开关器件驱动信号的波形也应与脉冲列相似。显然，开关器件开，断的工作频率较高，等幅不等宽的脉冲列等效波形就越逼近对应的正弦波形。对上述的等效控制方式，实际上是通过调制的方法来实现的，即将所期望的正弦波形作为调制波，而将等腰三角形作为被调制的载波。利用三角形线性的变化的上升沿，下降沿与连续变化的正弦曲线的交点时刻，来控制逆变器开关器件的导通与截止。SPWM变频器主电路原理图如图3.6所示，由整流二极管构成的三相不可控整流电路，输出恒定直流电压；逆变电路由6个功率开关器件绝缘栅双极晶体管IGBT组成。在每个IGBT上，均反并联一个续流二极管，以便感应电动机负载。由三相正弦波振荡器输出作为调制波的参考信号电压、,其信号频率和波形幅度均在一定范围内可调。由三角波振荡器输出作为被调制的载波信号,分别与各项参考电压进行比较。载波信号的频率,高于参考电压频率。若三角波,只在0与最大幅值之间交变，则为单极式控制方式。若三角波正负交变波形，则为双极式控制方式。变频器输出的脉冲列所等效的正弦波（即输出的基波）的电压和频率，取决于正弦调制波参考信号的幅值和频率。也就是说，通过对正弦调制参考信号的电压、频率的协调平滑控制，就可对变频电路实现电压、频率协调控制。2、SPWM变频器的基本特点：（1）主电路结构简单，只有一个功率控制极，功率因数和效率都高。（2）采用SPWM控制，输出电压和频率的协调控制同时在逆变器中完成，避免了大惯性直流滤波环节对调压响应的影响，快速响应性不仅有利于实时控制，还有利于开环应用。（3）采用双极性、分段同步正弦脉宽调制技术，输出具有完善对称性的SPWM电压波形，基波分量大，提高了逆变器的利用率并有效的消除或抑制低次有害谐波，降低了噪声，能在很宽的调频范围内使电动机稳定工作，低速运行性能好。 图3.6 SPWM变频器主回路原理图3、SPWM逆变器的功率器件常规的SPWM变频器在中小功率范围内，多由BJT和GTR构成，这种类型变频器的主要缺点是开关频率低（输出波形谐波含量大，噪声大）；功率密度低（装置体积、重量大）；开关损耗大，驱动及保护电路复杂；可靠性低。本设计采用的绝缘栅极晶体管IGBT是一种BI-MOS器件，它既具有MOSFET的高速开关和电压驱动特性，又具有BJT的低电压饱和特性及较大电流处理能力，同时不存在二次击穿。IGBT在中小功率SPWM变频器中正在迅速取代BJT及GTR，作为主功率开关器件。通用变频器的选择的概述因为电梯属于位能负载，要求频繁起停，并且随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机在四象限内运行。更重要的是要满足乘客的舒适感和保证平层精度(即准确停车)。这些要求是变频器在电梯上应用的特殊之处。因此，变频器必须闭环运行(带PG反馈)，还必须加制动电阻。高速电梯(2m/s以上的速度)一般都采用专用变频器。而低速电梯采用低价格的通用变领器也可以满足要求。通用变频器的选择，包括变频器类型选择和容量选择两个方面。变频器类型的选择根据控制功能将通用变频器分为三种类型。普通功能型控制变频器；具有转矩控制功能的高功能型控制变频器和矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择、要根据负载的要求来进行风机、泵类负载，低速下负载转矩较小，选择普通功能型。恒转矩类负载，例如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、起重机的平移机构、起重机的提升机构和提升机等，采用具有转矩控制功能的高功能型变频器实现恒转矩负载的调速运行，是比较理想的。因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕冲击负载，具有挖土机特性。从目前看，这种变领器的性能价格比还是相当今人满意的。恒转矩负载下的传动电动机，如果采用通用标准电动机，则应考虑低速下的强迫通风冷却。新设备投产，可以考虑专为变频调速设计的加强了绝缘等级并考虑了低速强迫通风的变频专用电动机。轧钢、造纸、塑料薄膜加工线这一类对动态性能要求较高的生产机械，原来多采用直流传动方式。目前，矢量控制型变频器已经通用化，加之异步电动机具有坚固耐用、不用维护、价格便宜等一些优点。对于要求高精度、快响应的生产机械，采用矢量控制高性能型通用变频器是一种很好的方案。在本次设计中，我们选用安川变频器来拖动电梯运行。它是一种矢量控制型变频器，可以满足动态性能要求较高电梯的运行环境。变频器容量的选择电梯是垂直运输工具，属于位能负载。其拖动构原理如图3-7所示。动力来自电动机，一般选11kw或15kw的异步电动机。曳引机的作用有三点；其是调速，其二是驱动曳引钢丝绳，其三是在电梯停车时实施制动。为了加大载重能力。钢丝绳的一端是轿厢，另一端加装了对重装置，对重的重量随电梯载重量的大小而变化。这种拖动机构可使电梯的载重能力大为提高，在电梯空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处在发电状态；而电梯在重载上行和空载下行时，电动机的负载最大，是处在拖动状态，这就要求电动机在四象限内运行。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确停车性能。为满足这些要求，采用变频器控制电动机是最合适的。变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能，这是目前电梯大量采用变频控制的主要原因。 综上所述，我们选择安川变频器616G5通用变频器。容量选择方法如下：可选1:1配置，即电动机容量和变频容量相等。最好是采用大一个数量级选配，如11kw电动机选15kw的变频器，15kw电动机选18kW的变频器。安川616G5通用变频器电梯调速系统通用变频器安川616G5技术持性安川616G5通用变频器可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出，它有四种技术特性：(1)可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩。(2)VS-616G5适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动并且极其精确的运行。(3)它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。(4)VS-616G 5将控制、矢量控制、闭环控制、闭环矢量控制的四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的配置及容量选择VS616G5变频器用在电梯调速系统中，必须配PG卡及旋转编码器，以供电动机测速及反馈。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，当A相脉冲超前B相脉冲90时，认为电动机处于正转状态，当A相脉冲滞后于B相脉冲90时，认为电动机处于反转状态。旋转编码器根据A、B脉冲的频率(或周期)测得电动机的转速。 旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给616G5内部，以便进行运算调节。A、B二相脉冲波形如图3-8所示。VS616G5用在电梯调运系统中，还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能。这时，同步转速下降， 交直交变频器的直流部分电压升高，制动电阻的作用就是消耗回馈电能。(1)基本配置如下： 1)616G5变频器。 2)PG卡。 3)600脉冲旋转编码器(一般选OMRON公司的产品) 4)制动电阻。(2)容量选择方法如下：可选1:1配置，即电动机容量和变频容量相等。最好是采用大一个数量级选配，即11kw电动机选15kw的变频器，15kw电动机选18kW的变频器。电梯变频器调速系统的构成变频器控制的电梯系统中，变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC、单片机或微电脑来完成的。单片机负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停等信号，同时变频器也将本身的工作状态信号送给单片机，形成双向联络关系。变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和另配置的PG卡完成速度检测及反馈，形成闭环系统。系统构成如图39所示。安川616G5通用变频器电梯调速系统电路原理系统电路原理电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。当正转(或反转)及高速信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3s左右，然后维持50Hz的速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当应该换速的时候(由单片机计算得到换速点)，单片机撤消高速信号，同时输出爬行信号。此时爬行的输出频率为6Hz(也可用4Hz)。从50Hz到6Hz的减速过程在3s之内完成。当达到6Hz的速度后，就以此速度爬行，当平层信号到来时，单片机撤掉(正转或反转)信号及爬行信号。此时电动机从6Hz减速到0Hz。正常情况下，在整个的起动、运行及减速爬行段内，变频器的零速输出点及异常输出点一直是闭合的，减至0Hz之后，零速输出点断开，通过机械抱闸使其停站。这就是完整的一个运行过程。其电路如附图A1所示。 在现场调试中，应使爬行段尽可能的短，并要求在各种负裁下都大于零为标准来调整减速起始点。电梯的运行曲线如图3-10所示。如果配置运行曲线输入板，则将此板的模拟输出量送给变频器的频率指令模拟量输入端口，这样整个运行速度就完全以曲线板的输出为理想曲线，自适应调速运行。其优点是无爬行段，电梯可直接停靠。VS616G5参数设置A1000 操作器表示的语种为英语。A1014 可以读取设定全部的参数；在变频器的各个参数调试完毕后，应将此参数设置为0，即不可变更以设定了的参数。A1023 使用PG速度控制卡的矢量控制。A1030 不进行初始化，仅回到初始化显示。A1040； A1050 调试过程中应设为不禁止参数的输入，调试完 毕后，可以输入相应的数字，禁止别人擅自更改参数。B1010 即从数字式操作器中输入频率指令的值。B1021 从制御回路端子输入运行指令。B1030 减速度停止。B1040 电机允许反转。B1052 输入频率指令低于最低输出频率（E109）时按E109设定的频率运行。B1061 程序输入时，每隔5ms读2次。C1013s 加速时间3s