新型电梯曳引机驱动与控制系统设计与实现

摘要

电梯是日常生活中常见的一种电气设备，出现在商场、机场和住宅楼等众多场所，是现代建筑的重要组成部分。随着半导体和电机制造技术的不断发展，电梯技术也经历了多次跨越式的发展。本文根据当前电梯技术的最新进展以及对特种设备安全性的全面分析，基于永磁同步电机技术，设计了一种新型的曳引机驱动与控制系统。
　　 本文从电梯的基本原理出发，将电梯驱动控制系统分为控制系统、曳引系统、驱动系统和电气安全保护系统四个模块。根据各个模块的不同需求，细致分析其在整个系统中的作用，提出完整的设计方案，并根据设计方案对其中关键部件的技术参数进行理论计算，以期完成诸如曳引机、控制芯片及传感器等部件的选型。
　　 其中，控制系统采用DSP TMS320F28335作为核心控制芯片，通过其分析各个传感器信号，控制驱动系统，使曳引机按照设定程序进行工作。曳引系统采用的是永磁同步电机。永磁同步电机具有体积小、控制性能优良且效率较高等诸多优点，目前得到了广泛应用。驱动系统采用智能功率模块作为核心器件，按照控制系统的输出信号驱动曳引机系统，并且将故障信号反馈至电气安全保护系统，保证电梯运行的稳定可靠。电气安全保护系统采用CPLD EPM3128A作为核心控制器，由其综合控制电梯的电气保护系统，实时分析电梯系统各个模块反馈的故障信息，及时对故障做出反应，防止出现意外。
　　 在完成各个模块设计的基础上，按照器件的选型结果及电磁兼容要求设计并制作各个模块的电路板，在电气设备的标准安装规范指导下进行整体安装。
　　 最后，全面分析系统整体的实际需求，设计核心控制电路和安全保护电路的基本软件架构:根据电梯的实际运行模式，对永磁同步电机采用空间矢量脉宽调制的控制方法，编写DSP程序;针对系统的安全保护需求，编写CPLD控制程序。
　　 测试结果表明，电梯控制系统、驱动系统及电气安全保护系统均能正常运行，达到设计的预期要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 电梯驱动与控制技术国内外发展概况

1．1．1 国外发展概况

1．1．2 国内发展概况

1．2 课题意义与应用前景

1．3 本文的主要工作内容与章节安排

2 系统总体设计

2．1 电梯系统整体结构简介

2．2 硬件系统总体结构设计

2．3 核心器件的参数计算及选型

2．3．1 主控芯片

2．3．2 电气安全保护系统控制芯片

2．3．3 永磁同步曳引机

2．3．4 编码器

2．3．5 功率驱动模块

2．3．6 相序保护继电器

2．3．7 安全回路继电器

3 系统硬件设计

3．1 硬件总体设计

3．2 控制系统电路

3．2．1 控制系统电源电路

3．2．2 主控制电路

3．2．3 通讯电路

3．2．4 传感器信号调理电路

3．2．5 控制系统电路板电磁兼容分析

3．3 驱动系统电路

3．3．1 整流电路

3．3．2 IPM电路

3．3．3 能耗制动电路

3．3．4 驱动系统电路板电磁干扰分析

3．4 电气安全保护系统

3．4．1 CPLD核心控制电路

3．4．2 电气安全保护系统外围电气部件电源电路

3．4．3 低压断路器保护电路

3．4．4 相序保护电路

3．4．5 电机启动接触器电路

3．4．6 安全制动系统

3．4．7 同步封星电路

3．4．8 安全保护电路

3．4．9 继电器及接触器触点保护

4 控制算法与软件设计

4．1 永磁同步电机控制主程序

4．1．1 空间矢量脉宽调制

4．1．2 空间矢量脉宽调制程序设计

4．1．3 SVPWM的软件实现

4．2 CPLD控制程序设计

5 电梯控制与驱动系统的安装与调试

5．1 电源系统调试

5．2 DSP核心功能电路调试

5．2．1 PWM输出

5．2．2 串口通讯调试

5．2．3 AD转换模块调试

5．3 曳引机系统相关模块调试

5．3．1 编码器调试

5．3．2 制动器调试

5．4 系统的安装与运行调试

5．4．1 系统安装

5．4．2 系统调试

总结与展望

致谢

参考文献

附录A

附录B