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1、 電機參數及配重的選擇

電梯曳引機選用江蘇西德電梯有限公司生產的無齒輪永磁同步電梯曳引機。
        主要電機參數：曳引輪直徑 400mm          額定電流  25.7A
                      額定速度   1.5m/s         額定功率  11.5Kw
                      額定負載   1150Kg         額定扭矩  765N
                      額定電壓   380V           懸掛方式  2/1
                      額定頻率   24Hz           工作制  S5  40%
注： S5工作制 包括電制動的斷續(xù)周期工作制：按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段起動時間、一段恒定負載運行時間、一段快速電制動時間和一段斷能停轉時間。
電梯配重的計算，配重是一種平衡體，其質量應選擇大約跟電梯廂(包括平均塔載的乘客)的質量相等。當起動電動機時，它只需要供給提升多搭載的乘客上升或少搭載的乘客下降的動力。其余的重力由配重來平衡。按照國家標，出現電梯里面坐滿40%-50%額定載荷的人的概率大，這樣經濟的情況下應該是對重的重量等于轎廂的重量加上它額定載荷40%-50%的重量好。減去轎廂重量的有效配重占額定載荷的比例也叫電梯的平衡系數。本樣機中的動平衡系數約為45%，且懸掛方式為2/1，則：
正常運行時的大扭矩M按照超載10%來計算，
 M = (1.1-ψ) × QD1g/2r
               = (1.1-0.45) × 1150 × 0.4 × 9.8/4
               = 732N
式中，曳引比 r="2," Q為轎廂載重量，D1為曳引輪直徑，D1=400mm， ψ為平衡系數，
ψ=0.45。

2、 電力拖動系統(tǒng)方案

曳引機驅動系統(tǒng)的要求：
1、驅動永磁同步電機，實現閉環(huán)矢量控制。
2、西德電梯永磁同步電機的編碼器為海德漢 ERN 1387，增量式編碼器 SIN/COS (1 Vpp) 。
3、要求變頻器帶Encoder Simulation TTL差分 5V 輸出信號，此信號輸出到電梯控制主板監(jiān)控電梯實際速度。
4、為保證電梯乘坐舒適性，速度環(huán)比例積分根據實際速度切換。
5、變頻器脈寬調制頻率需要8KHz,達到降低電機運行噪音的目的。

基于西門子S120可以提供以下兩個方案，

方案1：S120 CU320-2DP+CUA31+PM340+TM41+SMC20

方案2：S120 CU310-2DP+SMC20+PM340+編碼器信號轉換器

方案1中，西門子提供了整個電力拖動系統(tǒng)，S120為了實現變頻器TTL模擬信號的輸出，選擇了TM41選件，且需要選配CU320-2DP做為變頻器的控制單元。相對于方案1，方案2的優(yōu)點是曳引機驅動變頻器結構簡單，在實現拖動功能的同時，大大節(jié)省了曳引同步電機驅動的成本。選用了可靠的第三方編碼器轉換器，變頻器只負責驅動永磁同步電機實現閉環(huán)矢量速度控制，TTL差分5V信號通過編碼器信號轉換器直接輸出到電梯控制主板，調試簡單。

3、電力拖動系統(tǒng)選型

因為在電梯提升系統(tǒng)中，用于電梯的永磁無齒同步曳引機根據電梯行業(yè)經驗直接提供負載重量和運行線速度。關于變頻器，需要對應同步電機功率的選擇重載功率，客戶通過計算提供了變頻器功率和制動電阻功率。但是為了達到降低電機運行噪音的目，變頻器的脈寬調制頻率需要增加到8KHz，因此需要考慮實際變頻器因脈寬調制頻率增大而造成的輸出電流降容。當變頻器的脈寬調制頻率需要增加到8KHz時，變頻器允許的持續(xù)輸出電流降容到額定的70%。

PM340模塊型功率模塊的降額特性曲線

客戶主要選擇第三方制動電阻，在S120功率單元PM340有對制動電阻阻值的要求，即客戶選擇的制動單元阻值不能小于PM340功率單元允許的小阻值要求，如果選擇的制動單元阻值小于功率單元允許的阻值，會導致PM340內置的制動單元損壞。

4、第三方永磁同步電機的調試及優(yōu)化

磁極位置識別：

S120驅動永磁同步電機需要進行磁極位置識別功能來確定同步電機的電氣磁極位置，在磁場定向控制中需要該位置。所以對于帶未校準編碼器的電機，只需要進行一次性磁極位置識別，相比較客戶原先使用施耐德ATV71L, 因為ATV71L不能接入編碼器C, D信號，每次變頻器上電*次運行會自動執(zhí)行磁極位置識別，從而引起電梯產生較大的震動，降低了電梯的舒適性，而本樣機中S120驅動沈陽藍光永磁同步電機，編碼器為海德漢ERN1387， 帶有C，D 信號，所以只需在電梯調試時執(zhí)行一次磁極位置識別，之后運行不會出現ATV71L的情況，保證了電梯運行的舒適性。
磁極位置識別主要步驟：
1.通過 p1980 選擇一個識別方法
2.設置 p1990 = 1，啟動一次性磁極位置識別
實際的磁極位置識別過程，電機至少旋轉360゜
實際磁極位置識別方法應滿足以下補充條件：
轉速設定值 = 0 或靜止狀態(tài)
電機能夠自由旋轉，垂直負載脫開

抱閘設置：

電機抱閘參數設置

P1215=3: 電機抱閘同順序控制，通過 BICO 連接。P1216 電機抱閘打開時間，抱閘通電后（打開抱閘），轉速/ 速度設定值在該時間內保持為零，之后使能轉速/ 速度設定值。P1217 電機抱閘閉合時間, 在執(zhí)行 OFF1 或 OFF3、給抱閘斷電（閉合抱閘）后，驅動在該時間仍處于閉環(huán)控制中，轉速/速度設定值為零，在該時間屆滿后刪除脈沖。如果設置的閉合時間比實際閉合時間短，則可能會使負載滑落；而如果閉合時間設得太大，控制閉環(huán)會施加反作用在抱閘上，縮短抱閘使用壽命。

抱閘控制時序

轉矩限制：

轉矩限值是允許的大轉矩，針對電機電動運行和回饋運行設置不同的轉矩限值，且由轉矩限制，電流設置和功率限制共同決定。需要確認設定的回饋功率是否滿足電機回饋運行。

轉矩限制

變頻器控制信號設定：

本樣機中變頻器速度給定值通過二進制選擇的固定頻率給定實現。

固定頻率給定二進制選擇

變頻器的故障信號輸出信號連接到電梯控制主板，因為在系統(tǒng)上電時，電梯的控制主板啟動時間比變頻器時間要短，當變頻器沒有準備好，電梯控制主板提前啟動變頻器，有可能會導致意外發(fā)生，所以需要故障信號輸出信號取反后發(fā)送到電梯控制主板。當變頻器控制單元正常運行后才能把故障信號取反發(fā)送出去，所以變頻器在正常運行的情況才會發(fā)出常1信號，當變頻器斷電或者變頻器故障時，電梯控制主板不能接收到這個常1信號，就認為變頻器不具備啟動條件，整個電梯系統(tǒng)無法正常運行。

電梯運行舒適性設置：

為了滿足乘客乘坐電梯時舒適性的要求，需要通過擴展斜坡函數發(fā)生器和轉速控制器適配來實現。
擴展的斜波函數發(fā)生器提供電機啟動加速過程中的起始圓弧和結束圓弧，實現了速度的平穩(wěn)過渡，在電梯整個加減速過程中實現變加速度的功能，在電梯啟動瞬間和快加速到達給定速度時，減小了電梯運行加速度，提高了電梯乘坐的舒適性,避免了電梯從靜止狀態(tài)突然啟動和電梯加速到設定速度時的沖擊。

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帶初始和結束圓弧的斜波發(fā)生器

速度控制器Kp_n/ Tn_n適配，首先電梯啟動時，因為電梯是垂直軸，需要較大的Kp_n和較小的Tn_n，當電梯速度變大時，為了保證電梯的舒適性，需要調小電機運行的動態(tài)響應，讓速度環(huán)特性變軟，即調小Kp_n和增大Tn_n。速度控制器Kp_n/ Tn_n適配實現了根據電梯運行速度切換速度控制器Kp_n/ Tn_n的功能。相對于基于電梯運行速度切換速度控制器KP_n/ Tn_n，S120速度控制器KP_n/ Tn_n適配功能更加靈活，實現了Kp_n/ Tn_n的平滑調整。

速度控制器Kp_n/ Tn_n適配

電梯提升的優(yōu)化：

對于IPMSM具有明顯的凸極效應，即直軸電感與交軸電感不相等（一般）Ld < Lq
對于SPMSM沒有凸極效應，即Ld = Lq
在永磁同步曳引機在電梯主提升的應用過程中，發(fā)現隱級式同步電機在停車時會發(fā)出有別于抱閘閉合的響聲，影響了電梯乘坐的舒適感。
由下圖發(fā)現現場監(jiān)控電電機停車S120去使能瞬，由在電機零速停車時，發(fā)現有3rpm的速度震蕩，這個速度震蕩導致了停車噪音的出現。

電機零速停車速度曲線

根據永磁同步電機根據轉子結構一般可分為凸極式（IPMSM）和隱級式(SPMSM)的主要不同點是Ld 和 Lq不相等，懷疑是否因為去使能時電流突然變?yōu)榱?，導致了電機的震動。
所以為了驗證電流突變是否震蕩的直接原因，所以了通過DCC編程減緩了電機去使能時的電流突變。

DCC功能圖

實現的主要原理是在電梯控制主板不發(fā)啟動命令給變頻器時，激活DCC斜坡函數。通過扭矩限幅的方式實現電機電流按照斜坡緩慢下降，達到消除電機停車震動的問題。由下圖可以看到，當電流按照斜坡下降時，電機速度沒有出現抖動。

帶去電流功能的零速停車曲線

說明
擴展模塊 EM 231、 EM 232  和 EM 235模擬量的輸入輸出和 CPU224XP 一樣以 word 格式的整數顯示,這就需要做轉換來確保正確的顯示和過程中的應用 。這些轉換可通過附件中的下載功能塊來完成。下載中包括 轉換功能塊的 "Scale" 庫 和易于理解的例程"Tip038" 。

1. 比例換算
下列圖表顯示輸入輸出值的比例換算。

這里對術語 "單極性", "雙極性" 和 "20% 偏移" 有解釋。這些術語在其他 里非常重要。如STEP 7 Micro/Win - PID 向導（工具 > 指令向導 > PID 控制器）
單極性比例換算只有正的或負的值范圍 (圖 01 顯示了一個模擬量輸入值 0到32000的例子)。

圖 01

在帶有20%偏移的單極性的例子中, 低限值是大限值的 20% 。 (圖 02 顯示了一個模擬量輸入值6400到  32000的例子)。

圖 02

雙極性比例換算有正的和負的值范圍 (圖 03 顯示了一個 模擬量輸入值 -32000 到 32000的例子)。

圖 03

下表是對一些縮寫地解釋:

表 01

2. 公式
以下公式由計算換算值的圖表中得出:

Ov = (Osh - Osl) / (Ish - Isl) * (Iv - Isl) + Osl

3. 庫

3.1 "Scale" 庫地描述
"scale.mwl" 庫包括從  INTEGER 到 REAL (S_ITR)、從REAL to REAL (S_RTR)及從REAL 到 INTEGER (S_RTI)類型數據的比例換算。

圖 04

3.2 模擬量輸入換算為REAL數據格式的輸出值 (S_ITR)
S_ITR 功能塊可用來將模擬量輸入信號轉換成0.0到1.0之間的標么值(  類型 REAL )。

圖 05

3.3 REAL格式數據比例換算 (S_RTR)
S_RTR 功能塊可用來轉換在范圍內的REAL 格式的值 (例如 將0.0 到 1.0輸入值轉化為百分數輸出)。

圖 06

3.4轉換為 INTEGER格式數據的模擬量輸出(S_RTI)
S_RTI 功能塊可用來 將 REAL 數 轉換為 INTEGER數據類型的模擬量輸出。

圖 07

4. 例子程序

4.1 例子程序 "Tip038"的描述
這里有一個裝液體的密閉容器。

壓差傳感器為模擬量輸入模塊提供一個 (4 - 20 mA)電流輸入 。 電流值的大小與容器內的液面高度成正比。

EM 235  必須進行校準，因此在液面高度為 10m 時模擬量為20mA 的值可轉換為 3200 數字值。在液面為 0 m 時模擬量為4mA的值可轉換為數字值6400。此程序可將數字值按比例轉換為液面高度的米數。

顯示液面高度的電壓必須通過模擬量輸出模塊產生。這個電壓值是對模擬量輸出word (AQW) 寫入相應的數字值產生的。

模擬量輸出模塊將液面高度（從0 m 到10 m)  以從0 V到10V的電壓形式傳輸給測量裝置。測量裝置獲得電壓后以指針的偏移量來指顯示液面的高度。

換算公式將每一個值按比例換算為大與小換算值之間的值。這個程序將接收的模擬量輸入值 (AIW) 按比例換算后作為模擬量模塊輸出。首先程序讀在 4 mA 到 20 mA (6400 與 32000)之間的AIW 值, 接著按比例轉換為一個  0.0 到 1.0 (看圖 05)之間的標么值。 然后按比例轉換為0.0 to 100.0 (看圖 06)的范圍對應的0 到 32000 (看圖 07)之間的值。

4.2  STEP 7 Micro/WIN 庫可見 zip 文件
拷貝 "scale.zip" 文件到到一個單獨的目錄，然后打開?？杉蔀?scale.mwl" 庫和例子程序 "Tip038_D.mwp"到 S7-200 項目中, 要求使用 STEP 7 Micro/WIN V4.0.7.10 及以上版本。 "scale.zip" 文件包括 德語版的庫和例子程序("Tip038_D.mwp") 和英語版的("Tip038_E.mwp").

注意

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