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  PAGE PAGE IV 电梯控制系统毕业设计 摘 要 随着经济的高速发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代,其应用越来越广。电梯是现代高层建筑的垂直交通工具,其设计要求稳定性、安全性及高。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高,电梯得到了快速发展,我国国产电梯多为继电器,本次设计的软件控制部分由Verilog来实现,研究、分析电梯的逻辑关系,进而实现控制。通过合理的选择和设计,提高了电梯的控制水平,并改善了电梯运行的舒适感,使电梯达到了较为理想的控制效果。 关键词:电梯 硬件描述语言 编译 仿真 Abstract With the high-speed development of economy, microelectric technique , technology of the computer and automatic control technology have been developed rapidly, exchange frequency conversion and adjust speed technology and already enter a brand-new era, its application is wider and wider. The lift is the vertical means of transportation of the modern skyscraper, its designing requirement stability , security and high. Living standard constant to raise with people, requisition for lift too corresponding to improve, the lift has got the fast development, the domestic lift of our country is mostly relay control method, the software designed this time is controlled some to realize by Verilog, the logic relation of studying , analysing the lift , and then realize control. Through rational choice and design , have improved the control level of the lift , has improved the comfort that the lift operates, make the lift reach the comparatively ideal control result. Keywords: lift Hardware Description Language Compiler Simulator 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘 要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 1.1概述 1 1.2原始参数 1 1.3电梯性能指标及控制要求 2 1.3.1 电梯的主要性指标 2 1.3.2 电梯的控制要求 3 第2章 硬 件 控 制 4 2.1 主拖动回路的设计 5 2.1.1 电梯机房里的主要部件 5 2.1.2电梯的安全保护装置 6 2.2 电梯拖动 7 2.2.1电梯参数的计算 7 2.2.2变频器的工作原理 11 2.2.3 电机与变频器配置及容量的选择 15 2.3 电梯门控制系统 20 2.3.1 开关门过程 20 2.3.2 门的拖动系统 20 2.4 第3章 控制系统软件控制回路 22 3.1 控制系统比较 22 3.2 电梯控制回路设计 23 3.2.1 Verilog HDL及其特点 23 3.2.2 Verilog HDL的 特 点 24 3.2.3控制系统 25 3.2.4紧急停靠模块 27 3.2.4 主控模块的设计 36 3.2.5 信号消除控制实现 38 3.2.6判断响应 39 3.2.7管脚分配 41 第4章 经济效益分析 42 结 论 43 致 谢 44 参考文献 45 附录1 46 附录2 50 附录3 56 第1章 绪 论 电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具、是机—电一体化的复杂运输设备。它涉及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个科学领域。目前电梯的生产情况和使用数量已成为一个国家现代化程度的标志之一。随着现代化城市的高速发展,每天都有大量人流及物流需要输送。为节约用地和适应经贸事业的发展,一幢幢高楼拔地而起,这些高层建筑的垂直运输是一个突出问题,与人们的工作和生活紧密相关。 目前,我国国产电梯大部分为继电器及PLC控制方式,继电器控制系统性能不稳定、故障率高,大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性,经常造成停梯,给乘用人员的生活和工作带来了很多不便,因而传统的电梯控制系统的更新势在必行;PLC(可编程控制器)在电梯控制中得到了广泛的应用。本次设计尝试用Verilog HDL实现电梯控制,可进行多层次的逻辑设计,也可进行仿真验证、时序分析等以保证设计的正确。 本书主要是根据普通居民住宅楼电梯的控制回路并按居民楼的特点来设计。本书共分四章,第一章原始材料,第二章电梯的硬件控制,第三章控制系统软件控制设计,第四章经济指标计算。 1.1概述 现代的居民住宅楼已经向高层发展,电梯也走进了普通居民住宅楼。本次设计的电梯主要用于居民上、下楼使用。根据居民楼特点选择参数。 1.2原始参数 1.电梯的原始参数 楼高(每层)H:3米 滚筒直径D:0.8米 载重量Mv: 75×15=1125千克 轿厢质量Mjx: 1000千克 对 重M:1500千克 额定梯速 VN: 1米/秒 减速比:1 : 40 随行电缆质量:1100千克 钢丝绳质量:300千克 2.电机的原始参数 型号:YTD250L1 6/24 相数:3相 接线方法:YY/Y 绝缘等级:B级 额定功率:15KW 额定频率:50HZ 额定电压:380V 额定电流:30A 转速:930转/分 1.3电梯性能指标及控制要求 1.3.1 电梯的主要性指标 (1)可靠性 电梯的可靠性非常重要,直接或间接地影响着人们生产、生活,电梯的故障主要表现在电力拖动控制系统中,因此要提高可靠性也主要从电力拖动控制系统入手,所以,电梯的拖动应尽量采用鼠笼型异步电动机。 (2)安全性 1.保护功能。用于限载、限速、限流以及行车与开关门互锁。限速保护主要由安全钳和限速器组成,轿厢的安全钳、限速器动作速度应不低于轿厢额定速度的115%。 2.应设置厅门、轿门电气联锁装置。 3.轿厢超越上、下限工作位置时,切断控制电路的装置。 4.电梯因中途停电或电气系统故障不能正常运行时,应有轿厢慢速移动措施。 (3)舒适感与快速性 当电梯在减速下降或加速上升时,人体内脏的质量会向下压在骨盘上,身体有超重感;当电梯加速下降或减速上升时,支撑内脏的腹部肌肉就会失掉一部分重量,又产生失重感,因而会给乘客造成了身体的不适,甚头晕目眩。实验证明,乘客感觉与电梯速度无关,而与加速度和减速度有关,所以考虑生理系数ρ=da/dt的影响,电梯行业一般ρ1.3米/秒3,又要使电梯运行中尽可能减少起动,制动过程中的加减速所用时间。才能使电梯的运行速度(主要是起动和制动过程的速度)符合人体的要求。 1.3.2 电梯的控制要求 每层电梯入口设有上下请求开关,电梯内设有乘客到达层次的停靠站请求开关。 设有电梯所在位置指示装置及电梯运行模式(上升或下降)指示装置。 电梯每秒开(降)一层楼。 电梯到达有停靠站的请求的楼层后,经过一秒电梯门打开,开门指示灯亮,开门四秒后,电梯门关闭(开门指示灯灭),电梯继续运行,直到执行完组后一个请求信号后停靠在当前层。 能记忆电梯所有的内外的请求信号,并按照电梯的运行规则次序响应,每个请求信号保留至执行后消除。 电梯的运行规则:当电梯处于上升模式的时候,只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号,有上而下逐个执行,直到最后一个上楼请求执行完毕,如果高层有下楼请求,则直接到有下楼请求的最高楼接客,然后便进入下降模式。当电梯处于下降模式时,则与上升到模式相反。 电梯初始状态为层,处在开门状态,开门指示灯亮。 设计符合上述功能的多层电梯控制器。 各电路模块用仿真的方法验证,并通过仿真波形确认电路设计是否正确。 第2章 硬 件 控 制 控制系统硬件设计由调速系统设计和Verilog HDL控制系统设计两部分组成。本文主要介绍Verilog HDL控制系统的设计。所设计的电梯为8层,由轿厢、曳引机构、开门机构、控制系统等组成。其系统整体硬件框图如图2-1所示,调速系统接收到Verilog HDL给出的速度信号后,控制曳引电机以给定的速度和转向运转。Verilog HDL控制系统根据现场信号的状态决定发给调速系统速度信号,决定开门、关门、松闸等,并给出相应显示。 2.1 主拖动回路的设计 2.1.1 电梯机房里的主要部件 (一)曳引机内的主要部件 1.曳引机 曳引机是电梯的驱动装置。曳引机包括: 1)驱动电动机 交流梯为专用的双速电动机或三速电动机。直流梯为专用的直流电机。 2)制动器 在电梯上通常采用双瓦块常闭式电磁制动器。电梯停止或电源断电情况下制动抱闸,以保证电梯不致移动。 3)减速箱 大多数电梯厂选用蜗轮蜗杆减速箱,也有行星齿轮、斜齿轮减速箱。无齿轮电梯不需减速箱。 4)曳引轮 曳引机上的绳轮称为曳引轮。两端借助曳引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重,并依靠曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降。 5)导向轮或复绕轮 导向轮又称抗绳轮。电梯轿厢尺寸一般都比较大,轿厢悬挂中心间的距离往往大于设计上所允许的曳引轮直径。因此对一般电梯而言,通常要设置导向轮,以保证两股向下的曳引钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离。对复绕的无齿轮电梯而言,改变复绕轮的位置同样可以达到上述目的。 2.限速器 当轿厢运行速度达到限定值时,能发出电信号并产生机械动作的安全装置。 3.控制柜 各种电子元器件和电器元件安装在一个防护用的柜形结构内,按预定程序控制轿厢运行的电控设备。 4.电源开关、照明开关 5.选层器、极限开关、机械楼层指示器、发电机组等部件 要根据电梯规格种类、需要而设置。 (二)轿厢上的主要部件 1.操作箱 装在轿厢内靠近轿厢门附近。用指令开关、按钮或手柄等,操作轿厢运行的电器装置。 2.轿内指层灯 设置于轿厢内,客梯一般装在轿门上方,货梯一般装在轿厢侧壁,用以显示电梯运行位置和运行方向的装置。 3.自动门机 装于轿厢顶的前部,以小型的交流、直流、变频电动机为动力的自动开关轿门和厅门的装置。 4.安全触板(光电装置) 设置在层门轿门之间,在层门、轿门关闭过程中,当有乘客或障碍物触及时,门立刻停止并返回开启的安全装置。载货电梯一般不设此装置。 5.轿门 设置在轿厢入口的门。 6.称重装置 能检测轿厢内负载变化状态,并发出信号的装置,适用于乘客或货物电梯等。 7.安全钳 由于限速器作用而引起动作,迫使轿厢或对重装置掣停在导轨上,同时切断控制回路的安全装置。 8.导靴 设置在轿厢架和对重装置上,使轿厢和对重装置沿着导轨运行的装置。 9.其它部件 轿顶安全窗、光电保护、超载装置、邻梯指示等部件,要视电梯规格、型号、种类及客户要求而设置。 (三)电梯层门口的主要部件 1.层门 设置在层站入口的封闭门。 2.层门门锁 设置在层门内侧,门关闭后,将门锁紧,同时接通控制回路,轿厢可运行的机电联锁安全装置。 3.楼层指示灯 设置在层站层门上方或一侧,用以显示轿厢运行层站位置和方向的装置。 4.层门方向指示灯(限于某些电梯需要) 设置在层站层门上方或一侧,用以显示轿厢欲运行方向并装有到站音响机构的装置。 5.呼梯盒 设置在层站门侧,当乘客按下需要的召唤按钮时,在轿厢内即可显示或登记,令电梯运行停靠在召唤层站的装置。 2.1.2电梯的安全保护装置 1.电磁制动器 装于曳引机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。 2.强迫减速开关 其分别装于井道的顶部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时,轿厢上的撞块就触动此开关,通过电器传动控制装置,使电动机强迫减速。 3.限位开关 当轿厢经过端站平层位置后仍未停车,此限位开关立即动作,切断电源并制动,强迫停车。 4.行程极限保护开关 当限位开关不起作用,轿厢经过端站时,此开关动作。 5.急停按钮 装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。 6.厅门开关 每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开,电梯立即停车。 7.关门安全开关 常见的是装于轿厢门边的安全触板,在关门过程中如安全触板碰到乘客时,发出信号,门电机停止关门,反向开门,延时重新开门,此外还有红外线.超载开关 当超载时轿底下降开关动作,电梯不能关门和运行。 9.其它的开关 安全窗开关,钢带轮的断带开关等。 2.2 电梯拖动 2.2.1电梯参数的计算 1.电梯拖动系统设计方案的比较 变频调速系统具有转速开环恒压频比(V/F=C)的控制方式,又具有转速闭环的转差频率控制方式。因此电梯拖动部分具有两种变频控制方式。 方案一:采用开环控制 采用开环控制具优点是结构简单,成本低,容易实现,普通的变频器就具有这种功能,具缺点是当负载发生变化时,电梯的梯速将不能完全按照设计曲线运行,这时电梯的运行十分不利,从电梯的平稳性和舒适性将大大下降。采用开环控制还有一个缺点,平层的精确度不高,当电梯制动停车时,轿厢将走过一段距离,而这段距离又因电梯的负载情况、运行方向等原因而差距很大,这样就会造成平层精度差,因此采用开环控制的变频调速系统不适合电梯的拖动系统。 方案二:采用闭环控制 档次高的变频器本身具有速度检测器,能实现闭环控制。闭环控制能实现零速平层停车,平层精确度高。闭环控制系统能使电梯速度按预定曲线运行,提高系统的稳定性和乘坐的舒适性。因而本设计采用此方案。我们选用日本安川公司生产的VS-616G5型通用变频器。它具有以下四种技术特性: (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-616G5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。 二、电梯速度曲线、电梯速度曲线 电梯速度曲线控制 电梯速度曲线的起始点、终了点和转弯处是圆滑过渡的,这也是由人的生理特点所决定的。人体不但对加速度敏感,对加速率的变化率也很敏感。加速度的变化率在电梯技术中称之为生理系数。国家规定标准,加速度最大值不得大于;平均速度应不小于~;生理系数的数值应尽量限制在内。电梯运行时,需要选择恰当的加速度和加速度变化率的数值,使其既能满足乘坐合适感的要求,又能使电梯的运行时间尽可能缩短,从而提高运行效率,这样,电梯在启动时,应该是逐渐加速的过程,并要逐渐地过度到稳定运行阶段。因此,电梯的理想运行曲线所示,该曲线在启动阶段(AB间)分成AE、EF、FB三段,其中AE段是一个抛物线,其方程可写作: = (2—1) v=kt2 EF段是与AE段相切的直线,其方程式为: =+-=+ (2—2) 式中为——AE段在E点的末速度,即E点的速度;——是AE段在E点的加速度,也是EF段的加速度。 FB段与EA段对称,EF段的中点是它们的对称点。由(2—1)式可以求得AE段的加速度和生理系数: (2—3) (2—4) 由(2—2)式可以求得EF段的加速度和生理系数: (2—5) (2—6) 由于FB段与EA段对称,其有关方程不再列写。BC段为恒速运行阶段,此时速度为额定速度: 所以: CD与BA对称,MN是它们的对称线。 从上面分析可以看出,只要适当地选取(2—1)式中的K值和抛物线AE段的时间,就可以保证电梯的最大加速度不超过标准规定的最大加速度,保证电梯的最大生理系数ρm 不超过规定的最大生理系数ρmb。 由于没有直线段的起动速度曲线适合于低速电梯的起动速度曲线,所以本设计采用没有直线段的起动曲线。 从前面的分析知道,这种速度曲线的最大加速度出现在E点及EF段,其值由(2—5)式表示,最大生理系数出现在AE段的FB段,其值由(2—4)式可得: (2—7) 由(2—5)式和(2—7)式可得: (2—8) 由(2—1)式求E点的速度: (2—9) 2、电梯起动段速度曲线的计算 已知:电机转速=930转/分,滚筒直径D=0.8米,减速器的减速比为1:40。 解: 滚筒转速为: n1==920/40=23.25转/分 则电梯的额定转速为: VN=πDn/60=3.14×0.8×23.25/60 =1.0 此时 VE=1/2VN=1/2×1.0=0.5米/秒 取 ρm=1.0米/秒3 根据(2-9)式可得最大加速度 : 此时,,满足标准要求。 ===1秒 == 起动段平均加速度: 由于,满足快速性要求。 起动段的速度曲线方程为: AE段:V=kt2=ρmt2/2=1/2t2 0t1秒 EB段:V=VN-k(t-1)2=1.5-1/2(t-1)2 1t2秒 起动过程所走过的距离: HQ=1/2VB× tB=VN× tE=1×1=1 根据对称可知,该电梯制动阶段也是1米。 2.2.2变频器的工作原理 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,静态稳定性好,运行效率高,采用通用变频器对鼠笼型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,所以得到推广。 一、变频调速的基本控制方式 异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为: n1= 式中 n1——同步转速() f1 ——定子频率 (Hz) np——磁极对数 而异步电动机的轴转速为: n=n1(1-s)= 式中s——异步电动机的转差率, 改变异步电动机的供电频率,可以改变其同步转速,实现调速运行。改变其同步转速,实现调速运行。 对异步电机进行调速控制时,希望电动机的主磁通保持额定不变。磁通太弱,铁心利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降;磁通太强,则处于过励磁状态,使励磁电流过大,这就限制了定子电流的负载分量,为使电动机不过热,负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通(主磁通)是定、转子合成磁势产生的,下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。 由电机理论知道,三相异步电动机定子每相电动势的有效值为: =Φm 式中——定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值() ——定子频率(); ——定子相绕组有效匝数; Φm——每极磁场通量()。 由上式可见,Φm的值是由和共同决定的,对和进行适当的控制,就可以使气隙磁场通Φm保持额定不变。下面分两种情况说明: 1.基频以下的恒磁通变频调速 这是考虑从基频向下调速的情况。为了保持电动机的负载能力,应保持气隙主磁通Φm不变,这就要求降低供电频率的向下降低感应电动势,保持E1/f1=常数。这种控制又称为恒磁通变频调速,属于恒转矩调速方式。 但是,难于直接检测和直接控制。当和的值较高时,定子漏阻抗压降相对比较小,如忽略不计,则可以近似地保持定子相电压和频率的比值为常数,即认为=,保持=常数即可。这就是恒压频比控制方式,是近似的恒磁通控制。 当频率较低时,和都变小,定子阻抗压降(主要是定子电阻压降)不能忽略。这种情况下,可以适当提高电压补偿定子电阻压降的影响,使气隙磁通基本保持不变。如图2-2所示,其中1为=时的电压、频率关系,2为有电压补偿时(近似的=)的电压、频率关系。实际装置中与的函数关系并不简单的如曲线所示。通用变频器中与之间函数关系有很多种,可以根据负载性质和运行状况加以选择。 图2-2 U/f关系 2.基频以上的弱磁变频调速 这是考虑由基频开始向上调速的情况。频率由额定值向上增大,但电压受额定电压的限制不能再升高,只能保持=不变。必然会使主磁通随着的上升而减小,相当于直流电动机弱磁调速的情况,属于近似的恒功率调速方式。 上述两种情况综合起来,异步电动机变频调速的基本控制原则: 当频率低于额定频率时,即,而保持= = 当频率高于额定频率时,既时,保持不变 由上面的讨论可知,异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率,即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源,实现所谓的VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)调速控制。通用变频器可适应这种异步机变频调速的基本要求。 二、变频器的基本构成 变频器分为交—交和交—直—交两种形式。交—交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流,又称直接式变频器。而交—直—交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电,然后再把直流变换成频率、电压均可能控制的交流电,又称间接式变频器。我们的目的是研究通用变频器,所以主要研究交—直—交变频器,以下简称变频器。 变频器的基本构成如图2-3所示,由主回路(包括整流器,中间直流环节,逆变器)和控制回路组成。 图2-3 变频器的基本构成 主回路:是因为异步电动机提供调压、调频电源的电力变换部分。由四部分组成,包括变流器、平滑回路、逆变器和制动回路,其中制动回路主要用于异步电动机再生制动,当电机快速制动时,需要处理从电机向逆变器反馈的能量,由制动回路把再生功率消耗掉,以免直流电压上升。 控制回路:为主回路提供V/F协调控制指令信号的回路,由频率、电压的运算回路、主回路的电压/电流检测回路、控制信号放大的驱动电路以及逆变器和电动机的保护回路组成。有的变频器还具有速度检测回路。 根据控制回路有无电动机速度检测回路,可以组成速度的开环控制和闭环控制变频调速系统。 对于恒负载的调速系统且如果生产机构对调速系统的静、动态性能要求不高,可以采用转速开环恒压频比(V/F=C)的控制系统,其结构简单、成本低,且容易控制。 2.2.3 电机与变频器配置及容量的选择 将交流调速技术应用于电梯之中,于是开发了异步电机交流调压(即ACVV)调速电梯、异步电机交流变压变频调速电梯和同步电机变频调速三种。前者系统有:分立元件和继电器组成的控制系统;后两种为微型计算机为主的控制系统。继电器控制或单片机控制的交流调速电梯输送能力强、效率高、运行周期短、耗能少、运行平稳、舒适感好、噪声低、操作可靠、停层精度高,它是更新陈旧电梯设备的理想系统。交流调速电梯的驱动系统采用一种可调式的三相驱动装置。其工作原理:利用数字测距装置,并经数模转换器等储存控制曲线(已给定运行参数)于存贮器中,而实现按距离起动和制动,并可根据与实际反馈信息比较后的参数(即电梯的负载和运行方向等因素),通过调节印制板和功率放大装置进行晶闸管调压调速或在慢速绕组中的直流能耗制动或两者同时并存。这样保证电梯的起动、制动运行有良好、舒适的运行特性。 为了克服电梯在起动瞬间的静摩擦和在最高(或最低)层时的“倒拉”现象,该系统还设置了“起动阀”环节,以保证在乘客毫无知觉的情况下极舒适地起动和停车。由于系统的优良性能和高分辨的测距,不公使运行舒适,且具有十分高的平层精度。 交流变频调速电梯的特点如下: 能源消耗低 异步电动机的速度与供电频率有关。在起动期间电动机电流随频率和速度的增加而增加,并以最小转差运行,对每种速度都可获得最佳效率,能够节约能量达45%,因电动机产生的热量相当小,故在机房内不需要专用的通风降温系统,没有额外的能量损耗。 电路负载低,所需紧急供电装置小 在加速阶段,所需起动电流小于2.5倍的额定电流,且起动电流峰值时间短,由于起动电流大幅度减小,故功耗和供电电缆线径可减小很多,所需的紧急供电装置的尺寸也比较小。 (3) 可靠性高,使用寿命长 具有先进的半导体变频器把交流变换成直流,再把直流逆变成电压幅度和频率可变的交流,由于元器件性能可靠、工艺先进、经久耐用,在系统中电动机转速的调节不会增加电机的发热,而且还能减小电动机的应力,使电梯运行性能非常可靠,延长使用寿命。 (4) 舒适感好 在整个运行过程中,其驱动系统具有良好的调节性能,故乘客乘坐电梯合适感极好。电梯运行是跟随最佳给定的速度曲线运行的,其特性可适应人体的感受,并保证运行噪声小、制动平稳。 (5) 平层精度高 采用现代传感技术和数字软件控制系统,在整个运行期间准确地给位置信号加上精确地按楼层距离直接停靠 调节系统。在VVVF控制系统中,其直接停靠由PC机、变频器、曲线卡三个方面组成。曲线卡的输入信号有起动信号、转换信号;输出信号有运行信号、总控信号、转换应答信号。曲线卡在接收到起动信号时,给变频器一条运行曲线,输出运行信号,电梯开始运行;在收到换速信号时,给变频器调节装置一条减速曲线;当到达停车位置时,曲线卡撤消运行信号,电梯即直接停靠楼层平面,f66永乐国际完成一次运行,故使电梯在每个楼层都能准确平层,便于乘客进出不会绊倒。 (6) 运行平稳无噪声 在轿厢内、机房内及邻近区域内确保噪声小。因为,其系统采用了高时钟频率,始终产生一个不失真的正弦波供电电流,电动机不会出现转矩脉动,因此,消除了振动和噪声。 参照电梯的参数:电机选择不变,依旧是原交流异步电动机(参数见第一章) VS-616G5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90o时,认为电动机处于正转状态,当A相脉冲滞后B相脉冲90o时,认为电动机处于反转状态。旋转编码器根据AB脉冲的相序,可判断电动机转动方向,并可根据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。 VS-616G5用在电梯调速系统中,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 VS-616G5型400V系列变频器简介 型 号 4015 最大可用的电动机输出 /kW 15 输出特性 变频器容量 /kW 26 额定输出电流 /A 34 最大输出电压 3相,380、400、415、440、460(正比于输入电压) 额定输出频率 通过参数设定获得,最大到400Hz 电 源 电压和频率 3相,50/60Hz, 380/400/415/440/460V 允许电压波动 +10%,-15% 允许频率波动 ±5% 控 制 特 性 控制方法 正弦波PWM 起动转矩 150%/1Hz(有PG为150%/0r·min-1) 速度控制范围 1:100 (有PG为1:1000) 速度控制精度 ±0.2% (有PG为±0.02%) 速度响应 5Hz(有PG为30Hz) 转矩限值 可得到(参数设定,4级可定) 转矩精度 ±5% 转矩响应 20Hz(有PG为40Hz) 频率控制范围 0.1~400Hz 频率精度 (温度范围) 数字指令: ±0.01%(-10~+400C) 续表 模拟指令: ±0.1%(250C±100C) 频率分辨力 数字指令:0.01Hz(100Hz以下),0.1Hz(100Hz以上) 模拟指令:0.03Hz/60Hz(11位+符号位) 输出频率分辨力 0.001Hz 过载能力 150%额定输出电流,1min 频率设定信号 -10~10V,0~10V,4~20mA 加/减速时间 0.01~6000.00s(单独设定加/减速时间,4种转换) 制动力矩 约20% 保 护 功 能 电动机保护 电子型热过载继电保护 瞬时过流 约200%变频器额定输出电流时电动机停止 熔断器熔断保护 熔断器熔断使电动机停止 过载 150%额定输出电流1min后,电动机滑行停止 过电压 主电路直流电压超过820V时,电动机停止 欠电压 主电路电压降时电动机停止 散热器过热 热散电阻保护 失速保护 加/减速运转期间的失速保护 接地保护 由电子电路保护 环 境 周围温度 -10~+40 湿度 90%RH或更小 存放温度 -20~+60 使用场所 室内 海拔 1000米以下 直流部分电压升高,制动电阻的作用就消耗回馈电能,抑制直流电压升高。 (1)基本配置如下: 1)616G5变频器。 2)PG卡。 3)600脉冲旋转编码器。(选用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器容量相等。最好是采用大一数是级选配,即11kW电动机选用15kW的变频器,15kW电动机选用18kW的变频器。选用日本安川公司生产的VS-616G5型号400V系列变频器。 2.3 电梯门控制系统 2.3.1 开关门过程 现代电梯讲究工作效率,门都具有启闭迅速的特点,其开门过程的变化为:低速启动运行→加速至全速运行→减速运行→停机,惯性运行至门全开。关门变化过程:全速启动运行→第一级减速运行→第二级减速运行→停机,惯性运行至全门闭。 一般关门平均速度低于开门平均速度,这是为安全起见,防止关门时将人夹住。厅门设有安全触板,考虑到关闭中的对人体有冲击,有必要对门速实行限制。我国的《电梯制造与安全规范》中规定,当门的动能超过10J时,最快门扇的平均关闭速度要限制在0.3m/s 2.3.2 门的拖动系统 电梯自动门的拖动部分由电动机及其拖动控制线路构成。控制电机的正、反转及调节开关门的速度。 电梯门可用交流电动机或直流电动机,通常用直流电动机,因为它具有启动力矩大,调速性能好等特点,并采用他励方式。 拖动线所示,图中KMC为开门继电器触点;GMC是关门继电器触点,OMQ是电动机DM的励磁绕组。 1、调速原理 电梯门电动机采用的是调压调速方法。电动机转速与电枢端电压有如下关系式: 式中: —电动机转速, —电枢端电压,V —电枢电流,A —电机常数 —励磁磁通(Wb),与I无关 由上式可见,改变电枢电压U,可使电动机转速改变,所以此设计采用电阻分压的方法来改变电枢端电压。 2、调速过程 关门时,关门继电器GMC吸合,电阻MR与减速电阻GMR构成了分压电路,电动机DM并联GMR启动,随着门的运动,当1GM被动作使之闭合时,分压减少,速度降低,当2GM被动作并使之闭合时,分压再度减少,门以更低的速度闭合,至最后碰撞门极限开关GXK时,通过PLC使GMC释放,电动机停止。 开门时,KMC吸合,电动机转向与关门相反,MR与KMR构成分压电路,门运行至调定位置时,使KM闭合,门速降低,至门碰撞开门极限开关时,通过PLC使KMC释放,电机停止。 第3章 控制系统软件控制回路 随着电子工业的发展,新技术、新产品不断用于电梯控制系统,如无触点半导体逻辑控制晶闸管(俗称可控硅)的应用;继承电路和数字控制、电脑和机群控制及调频调压技术的应用;拖动系统建华、性能提高等。微电脑(或称微处理机)在电梯控制系统中得到广泛的应用,从而代替了数量众多的继电器、接触器控制系统。微电脑电梯的特点:运行可靠、故障率低、耗能;控制屏(柜)体积少,从而机房的面积可相应见小;设备投资费减少;维修方便。采用VerilogHDL硬件语言进行电子电路的设计,其特点是以软件工具为核心,通过这些软件完成产品开发的设计、电路分析(逻辑功能仿真)、纠错和验证、自动布局布线、时序仿真(布线延迟分析)等各项测试工作,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件,从而实现电子电路的自动化设计。 3.1 控制系统比较 在电梯的电气自动控制系统中,逻辑判定起着主要的作用。无论何种电梯,无论其运行速度有多大,自动化程度有多高,电梯的电气自动控制系统所要达到的目标是相类同的。也就是要求电器自动控制系统根据轿内指令信号和各层厅外召唤信号而自动进行逻辑判定,决定出哪一台电梯接受信号,自动定出那一台电梯的运行方向,并按内外信号要求通过电器自动控制系统而完成预定的控制目标。 在所谓的逻辑判定中,逻辑运算的支配是十分重要的,而电梯的电气控制系统必须启动各种控制信号元件,如:接触器、继电器、发光指示器、电动机等。众所周知,就电梯的运行工艺而言,要实现这类控制目的的方法有如下几种: 1.继电器—接触器控制系统 这种控制系统是当前国内许多电梯厂家还在使用的一种电梯电气控制系统。该系统与其他控制系统相比,结构比较简单,易于理解和掌握。但从使用观点来看,该系统有以下缺点:(1)接点容易磨损,电接触不好;(2)接点逼和缓慢;(3)体积大,控制屏(柜)占机房面积大;(4)控制系统的能量消耗大;(5)维修保养工作量大、费用高。 由于该系统有上述诸多弊病,继电器—接触器系统仅仅应用于电梯速度不高(v≤1.0m/s)和要求不十分高的场合。 2.半导体逻辑控制系统 20世纪60年代末随半导体技术机器期间的发展和广泛应用,晶体三极管、二极管等电子期间代替了继电器—接触器的有接触点系统。这种控制技术避免了赏识继电器—接触器系统存在的缺点,从其可靠性来说可谓“半永久性”的,因其没有接点的磨损或接触不良的问题,也不存在接点是使用寿命问题。 但是该系统是以所谓的“硬件”逻辑运算为基础的,即根据控制算法和要求进行布线,而个控制云件的布线均必须单独进行。以后若需对园丁的控制要求(算法)有更改是,往往必须改变布线年代开始,随着大规模集成电路的出现和发展,尤其自70年代末和80年代初开始,微机处理在各个领域内的广泛应用,国外先进的工业国家已经成功的把微机技术应用于电梯控制系统,并取得了相当惊人的成就。国内的几家电梯的合资企业也已经推出或即将推出不同的类型的微机控制电梯。 电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由“硬件”逻辑所固定,而是通过一种所谓“程序存储器”中的程序指令——“软件”即可。而无须变更或减少“硬件”系统的布线。因而十分便于使用、管理和改变功能要求。另一方面也减少了控制系统的体积,降低能耗和降低维修保养费用。 3.2 电梯控制回路设计 3.2.1 Verilog HDL及其特点 1.一般概念 电子系统的设计主要有原理图输入法和硬件描述语言设计两种方式。图形输入法是设计规模较小的电路是经常采用的方法,这种方法直接把设计的系统用原理图的方式表现出来,具有直观、形象的优点,尤其对表现层次结构、模块化结构更为方便。但图形设计方式要求设计工具提供必要的元件库,以供调用。它适于描述连接关系和接口关系,不适合描述逻辑功能。同时,如果所设计的系统的规模比较大,或设计软件不能提供设计者所需要的库单元时,这种方法就显得很受限制了。而且用原理图表示的设计,通用性、可移植性也弱一些,所以在现代的设计中,越来越多地采用基于硬件描述语言的设计方式。 硬件描述语言(HDL,Hardware Description Language)是一种用文本形式来描述和设计电路的语言。设计者可利用HDL来描述自己的设计,然后EDA工具进行综合和仿真,最后变为某种目标文件,再利用ASIC或FPGA来具体实现。这种设计方法已经被普遍采用。 硬件描述语言的发展至今不过20年左右的历史,已成功用于系统开发的各个阶段:设计、综合、仿线种硬件描述语言,他们对设计自动化起了促进和推动的作用。但是,这些语言一般面向特定的设计领域与层次,而且众多的语言使用拥护无所适从,因此急需一种面向多领域、多层次、并得到普遍认同的HDL语言。进入80年代后期,硬件描述远向着标准化、集成化的方向发展。最终,VHDL和Verilog HDL 适应了这种趋势的要求,先后成为IEEE标准。 3.2.2 Verilog HDL的 特 点 Verilog HDL语言最初是于1983年由Gateway Design Automation公司为其模拟器产品开发的硬件建模语言,那时它只是一种专用语言,由于他们的模拟、仿真器的产品应用广泛使用Verilog HDL作为一种便于使用的且实用的语言逐渐为众多设计者所接受。Verilog HDL语言是应用最为广泛的硬件语言之一,可用来进行各种层次的逻辑设计,也可以进行仿真、严整、时序分析等。Verilog HDL适合算法级、寄存器传输级、门级和版图级等各个层次的设计和描述。 在采用Verilog HDL进行设计的时候,由于Verilog 语言的标准化 ,可以很容易地把完成的设计移植到不同厂家的不同中去。用Verilog HDL进行设计还具有工艺无关性,这使得工程师在功能设计、逻辑验证阶段可以不必过多考虑门级及工艺实现的具体细节,而只需根据系统设计的要求,施加不同的约束条件,即可设计出实际电路。 图3-1 控制系统框图 3.2.3控制系统 实现各个模块的设计是通过MAX+Plus II来完成的,它是VerilogHDL描述语言的工作环境,只有在MAX+Plus II下才能完成VerilogHDL语言的编译与仿真工作,通过波形图能更直观的表达出程序的工作情况。MAX+Plus II是一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境,它可以在多平台上运行,其图形界面丰富,加上完整的、可即使访问的在线文档,是设计人员可以轻松的掌握软件的使用。其开发系统有许多特点:1.界面开放;2.与结构无关;3.丰富的设计库;4.模块化工具;5.硬件描述语言MAX+Plus II软件支持各种HDL设计输入选项,包括VHDL、Verilog HDL和Altera公司的AHDL。这次的设计应用的为Verilog HDL。 其程序流程图如下: 下面就来介绍一下MAX+Plus II的操作: 基于MAX+Plus II软件的Verilog设计步骤大致如下所示。 (1)建立设计项目,创建设计文件; (2)输入设计文本并保存; (3)对HDL文件进行编译,检查句法错误并修改; (4)进行功能仿真,如有错误,则修改源文件; (5)对设计指定器件并适配; (6)进行时序仿真,如有错误,修改源文件; (7)若以上步骤全通过的话,可进行下载或其他操作。 先打来MAX+Plus II软件,然后在菜单栏中,选择“File”,接着点“New”会出现一个对话框,该对话框中有四个选项,分别是原理图形式、编辑文件形式、文本形式、波形形式,编程是在文本形式下完成的,所以选中文本形式,点击“OK”键,如图3-2所示: 图3-2 选择第三个Text Editor file进行文本输入,建立文本形式后,就可以进行编程了,编程时要注意避免错误。 VerilogHDL的程序如下: 3.2.4紧急停靠模块 Module jinji(clk,xf,fl,door,o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8); input clk,xf; output o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8,door; output[3:0] fl; reg o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8,door,nf; reg[3:0] fl; always@(posedge clk) begin if(xf) nf=1; if(nf) begin if(fl==4b0001) begin door=1; nf=0; end else begin fl=fl-1; door=0; {o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8}={o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8}1; end end end endmodule 紧急停靠装置,装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。属于电梯安全工作范围的要求控制范围,f66永乐国际。当在轿外按按下此按钮,控制系统给出高电平,此控制模块的优先级高于其他控制模块,此按钮按下程序直接执行该程序,关闭轿门,电梯直接运行到第一层,期间的任何呼叫都不响应。 完成文本输入之后,选择菜单“File”→“Save As”保存文件与程序中Module后的文件名相同,文件名为“jinji”,如图3-3。然后选择菜单“File”→“Project”→“Set Project to Current File”将该文本设为当前项目,如图3-4。 图3-3 图3-4 通过上述操作完成了文本输入,以下是对设计文本的处理过程。 编译设定: HDL文件输入后,即可启动编译程序来编译项目。编译器将进行错误检查、网表提取、逻辑综合、器件适配、编程文件产生等操作。在编译前应完成以下操作: (1)为设计指定器件,并锁定引脚; (2)选择设计规则检查; (3)设定全局逻辑综合有关选项; (4)设置全局定时要求; (5)打开功能仿真器或定时模拟器、网表文件提取器; (6)指定在.rpt文件中报告内容。 需注意的是,在设置以下一些编辑项目时,应先进入编译界面,选择菜单命令“MAX+Plus II”→“Compiler”,打开文件编译窗口,如图3-5所示,即出现了与编译设置相关的菜单。 图3-5 点击“Start”启动编译,如无错误,会显示如图3-6所示。 图3-6 在编译过程中所有信息、错误和警告都会在自动打开的信息处理窗口中显示出来。如果有错误产生,选中该错误信息,然后按下Locate按钮可自动定位错误,也可双击该错误信息来实现。 图3-7 按照所提示的信息将程序中的错误一一修改后,再次进行编译,直到没有错误为止。 编译完成后,那些由编译起产生的代表输出文件的图标将会出现在各模块框的下面,可通过双击适当的文件图标来打开这些文件。编译完成后会产生如下一些重要文件: (1)适配报告:包括芯片内部资源的利用情况、设计的方程描述情况等。 (2)面向其他EDA工具的输出文本,如EDIF文件等。 (3)延时信息:以便于进行精确的时序仿线)器件编程文件:如用于CPLD编程的.pof文件、用于FPGA培植的.sof文件等。 程序编译完成后,接下来就是波形的仿真了,单击菜单栏中的“”图标,会弹出一个对话框,选择“Waveform Editor file”后点击“OK”键,就进入波形仿真的界面了。 建立波形图时,要将程序中所涉及到的各个结点都导入到波形图中,才能使仿真正常进行,点击菜单栏中的“Node”中的“Eeter Nodes from CNF……”会出现图3-8所示,点击对话框中的“List”,在左边的框中会出现程序中所有涉及到的结点,然后点击对话框中的“=”,将所有的结点都移右边的框中,再点击“OK”,所有的结点就都移至波形仿线 当所有的结点都导入后,根据程序中的要求,将输入结点进行赋值,点击下图所示中的“”可以对输入结点进行时钟赋值,起始值可以自己设定;“”是进行任意赋值,还有其他的图标,可根据需要来选择。所有输入结点都赋值后,点击“MAX+Plus II”中的“Simulator”进行仿线所示。点击“Start”进行仿线 点击“Open SCF”,就会出现仿线 当紧急按钮按下,电梯门立即关闭楼层显示信号一直从当前楼层依次降到一楼,程序直到电梯运行到一楼为止,在此期间其他的呼叫均不响应。 完成上述过程后进行器件创建,点击菜单“File”→“Create Default Symbol”,如图3-13所示。 图3-13 生成如下: 3.2.4 主控模块的设计 此部分模块包括请求输入模块、主控模块、移位寄存显示模块和楼层显示几部分。其控制器系统框图如图3-14所示。 图3-14 此部分的Verilog HDL的程序如下所示: module lift(clk,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8,door,f1); input clk,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8; output o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8,door,f1; reg o1,o2,o3,o4,o5,o6,o7,o8,door,up,down; reg[8:1] des; reg[2:0] count; reg[3:0] low,high,f1; clk:时钟信号; d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8:楼层请求信号; o1;o2;o3;o4;o5;o6;o7;o8:楼层及请求信号状态显示; door:开门指示信号; f1:送数码管显示的当前楼层数 以上为定义此模块的输入、输出以及内部传递信号。 (1)请求模块 在请求信号输入模块中,设置8个开关电平信号,d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8表示8个楼层的请求信号,每次最多允许两个信号同时请求。并实现呼叫信号记忆。 if(d1)begin des[1]=1;if(low1low==4b0000)low=1;end if(d2)begin des[2]=1;if(high2&&{d3,d4,d5,d6,d7,d8}==6b000000)high=2;if(low2low==4b0000&&!d1)low=3;end if(d3)begin des[3]=1;if(high3&&{d4,d5,d6,d7,d8}==5b00000)high=3;if((low3low==4b0000)&&{d1,d2}==2b00)low=3;end if(d4)begin des[4]=1;if(high4&&{d5,d6,d7,d8}==4b0000)high=4;if((low4low==4b0000)&&{d1,d2,d3}==3b000)low=4;en

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