基于PLC和變頻器控制的電梯設計畢業(yè)論文.docVIP

畢 業(yè) 論 文基于plc和變頻器控制的電梯設計論文作者：孟祥冬指導教師：張武坤專 業(yè)：機電一體化系 （院）：機電工程系答辯日期：年 月 日目 錄基于plc和變頻器控制的電梯設計摘 要 電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。在現(xiàn)代社會,電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。它有多種控制方式，如繼電器控制，plc控制等。plc控制電梯有如下的特點：可靠性高， plc的平均無故障時間（mtbf）一般可達35萬小時。而且能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；編程簡單，plc最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，當工作流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活；體積小、結構緊湊、安裝、維修方便。本文介紹了一種控制的vvvf的電梯控制系統(tǒng)，通過與其它電梯控制系統(tǒng)比較，得出了其控制的優(yōu)越性，并對其進行了較詳細的軟硬件設計，對于軟硬件設計采用了模塊化設計的思想，并說明了控制方式的可行性。關鍵詞：可編程控制器；電梯；電梯控制；變頻器；梯形圖目 錄摘 要i第1章 緒 論1 1.1 電梯技術概況11.1.1電梯技術前景展望11.1.2電梯的種類及組成21.2 電梯的主要參數(shù)41.3電梯的保護裝置7第2章 plc控制系統(tǒng)與變頻器82.1 plc控制系統(tǒng)設計82.2 變頻器的分類92.3 變頻器的選擇92.3.1 選擇變頻器的規(guī)格以及滿足條件102.3.2 vs-616g5變頻器102.3.3 vs-616g5變頻器多級調速的plc控制142.4變頻調速方案162.5變頻器容量及制動電阻參數(shù)的計算17第3章 硬件設計183.1變頻電梯電力傳動系統(tǒng)183.2 電梯的主電路203.3 機型選擇及i/o分配213.3.1輸入的模塊選擇213.3.2 輸出的模塊選擇213.4 電梯外部接線圖24第4章 軟件設計254.1開門環(huán)節(jié)梯形圖264.2關門環(huán)節(jié)梯形圖274.3層樓信號產生與消除環(huán)節(jié)梯形圖284.4停層信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖294.5外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖294.6定向環(huán)節(jié)梯形圖314.7起動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)梯形圖334.8停層信號梯形圖334.9制動過程環(huán)節(jié)梯形圖35第5章 故障報警及消防運行365.1電梯的報警的原因及處理方法365.1.1曳引電動機繞阻碰殼接地短路365.1.2曳引電動機拍軸375.2電梯的消防運行37結 論38參考文獻39致 謝40i第3章 硬件設計第1章 緒 論 1-1 電梯技術概況隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（plc）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規(guī)模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而plc可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。1-1-1電梯技術前景展望縱觀我國電梯行業(yè)的發(fā)展歷程，從改革開放到今天，電梯行業(yè)在不知不覺中走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發(fā)展歷程。隨著住宅市場的巨大變化，中國已經成為全球容量最大、增長最快的電梯市場。這就必然會使電梯技術不斷的發(fā)展更新。（1）結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結構簡單化、體積小巧化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在今后會有較大的發(fā)展。（2）技術含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，現(xiàn)如今具有先進性能，高舒適性的vvvf電梯，已是電梯行業(yè)的標準配置；然而，永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更清潔、更安靜、更安全、更經濟等特點。所以永磁同步無齒輪曳引機將逐步成為新型曳引機的主流，由于永磁技術的先進性，將來很可能取代vvvf技術。另外，網絡控制和智能群控制系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性也是電梯發(fā)展的潮流。（3）安裝更方便、快捷。高效、安全、可重復使用的無手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來了更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。1-1-2電梯的種類及組成本節(jié)介紹了電梯的分類、組成，通過學習應對電梯的定義和電梯的多種分類方法有一定的認識，并了解集選控制、并聯(lián)控制和群控電梯的操控方式。一、電梯分類電梯通常按用途、速度、拖動方式和控制方式等進行分類。目前電梯的基本分類方法如下表1-1所示：表1-1 電梯的分類分類方式種類按用途分類乘客電梯、載貨電梯、醫(yī)用電梯、雜物電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯、冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電梯操縱電站電梯及消防員用電梯等按驅動方式分類交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、螺桿式電梯及直線電機驅動的電梯等按電梯速度分類低速電梯（1.00m/s）、中速電梯（1.002.00m/s）、高速電梯（大于2.00m/s）、超高速電梯（超過5.00m/s）及特高速電梯（16.7m/s）按有無司機分類有司機電梯、無司機電梯及有/無司機電梯等按操縱控制方式分類手柄開關操縱、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯及群控電梯等按特殊用途分類冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯及消防員用電梯等現(xiàn)代物業(yè)建筑使用的電梯主要有信號控制、集選控制、并聯(lián)控制及群控制電梯四種操控方式，其控制特點如下所述。（1）信號控制電梯特點除具有自動平層，自動開門功能外，尚具有轎廂命令登記，層站召喚登記，自動停層，順向截停和自動換向等功能。（2）集選控制電梯是一種在信號控制基礎上發(fā)展起來的全自動控制電梯，與信號控制的區(qū)別在于能實現(xiàn)無司機操縱。主要特點是:把轎廂內選層信號和各層外呼信號集合起來,自動決定上、下運行方向順序應答。（3）并聯(lián)控制電梯是把23臺電梯的控制線路并聯(lián)起來進行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。（4）群控電梯特點是用微機控制和統(tǒng)一調度多臺集中并列的電梯?？刂品绞接幸韵聝煞N?？刂葡到y(tǒng)按預先編制好的交通模式程序，集中調度和控制梯群的運行，稱為梯群程序控制。 能實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)的采集、交換及存儲功能，還有進行分析、篩選及報告的功能，稱為梯群智能控制。二、電梯的組成曳引式電梯是垂直交通運輸工具中最普遍的一種電梯，其結構主要由機械部分和電氣部分組成；機械裝置部分分為：（1）曳引系統(tǒng)作用是提供電梯運行動力的設備，把曳引機的旋轉運動，轉換為電梯的垂直運動。（2）轎廂在曳引鋼絲繩的牽引下沿電梯井道內的導軌作快速平穩(wěn)的運行。（3）門系統(tǒng)作用就是打開或關閉轎廂與層站廳門的出入口。 （4）導向系統(tǒng)作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。（5）重量平衡系統(tǒng)由對重及重量補償裝置組成。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補償裝置，是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡設計影響的裝置。（6）機械安全保護裝置由機械限速裝置、緩沖器和端站保護裝置組成。起到防止電梯超速行駛、終端越位、沖頂或蹲底等保護。電氣裝置部分分為：（1）電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、調速裝置和速度反饋裝置構成。對電梯實行速度控。（2）操作控制系統(tǒng)由操縱裝置、平層裝置與選層器等構成。對電梯實施操縱、監(jiān)控的系統(tǒng)。（3）電氣安全系統(tǒng)指在電梯控制系統(tǒng)中用于實現(xiàn)安全保護作用的電路及電氣元件。1-2 電梯的主要參數(shù)載重量(kg)， 轎廂尺寸(mm)，轎廂形式，轎門形式，開門寬度(mm)，開門方向，曳引方式，額定速度(m/s)，電氣控制系統(tǒng)，停層站數(shù)(站)，提升高度(mm)，頂層高度(mm)，（底坑深度(mm)，井道尺寸(mm)，井道高度(mm)。電梯的主要參數(shù)是設計和制造電梯的主要依據(jù)。用戶選擇電梯時，必須根據(jù)電梯的安裝使用地點、運載對象等，正確的選擇電梯類別和有關參數(shù)和尺寸。并根據(jù)所選擇參數(shù)和規(guī)格尺寸，設計和建造安裝電梯的建筑物，否則會影響電梯的使用效果。具體見表1-2。表1-2 電梯參數(shù)類電梯的參數(shù)、尺寸主要用途非住宅電梯（辦公室、寫字樓等）額定載重量/kg630800100012501600可乘人數(shù)/人810131621轎廂寬度a/mm1100135016001950深度b/mm14001750高度/mm2200（2300）2300轎和層門寬度e/mm8001100深度f/mm2000（2100）2100形式中分門井道寬度c/mm1800190024002600深度d/mm210023002600低坑深度p/mmv=0.63m/s14001600v=1.00m/sv=1.60m/s1600v=2.50m/s2200頂層高度q/mmv=0.63m/s380042004400v=1.00m/sv=1.60m/s40042004400v=2.50m/s50005200540039續(xù)表 1-2 電梯參數(shù)類電梯的參數(shù)、尺寸機房v=0.63m/s面積s/15202225寬度r/mm25003200深度t/mm370049005500高度h/mm220024002800v=1.00m/s面積s/15202225寬度r/mm25003200深度t/mm370049005500高度h/mm220024002800v=1.60m/s面積s/15202225寬度r/mm25003700深度t/mm370049005500高度h/mm220024002800v=2.50m/s面積s/18202225寬度r/mm28003200深度t/mm49005500高度h/mm28001-3電梯的保護裝置（1）電磁制動器：裝于曳引機柱上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層時斷電制動。（2）強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站還未減速時，轎廂上撞塊就啟動此開關，通過電氣傳動裝置，使電動機強迫減速。（3）限位開關：當電梯轎廂開到頂或底,就會碰到此開關不能繼續(xù)向前運行,只能反方向運行。（4）行程極限保護開關：當限位開關不起作用時，轎廂經過端站時，此開關動作。（5）急停按鈕：裝于轎廂司機控制操縱盤上，當發(fā)生異常情況時按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。（6）廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關；僅當廳門關閉時電梯才動作，在運行中如廳門開關斷開，電梯立即停車。（7）關門安全開關：常見的是裝在轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門。（8）超載開關：當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。（9）其他開關：安全窗開關、鋼帶輪的斷帶開關等。（10）報警和救援裝置：電梯發(fā)生人員被困在轎廂內時，通過報警或通信裝置應能將情況及時通知管理人員并通過救援裝置將人員安全救出轎廂。第2章 plc控制系統(tǒng)與變頻器2-1 plc控制系統(tǒng)設計一、plc控制系統(tǒng)設計的基本原則如下：（1）選用的plc必須滿足被控對象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，保證plc控制系統(tǒng)安全、可靠。（3）plc控制系統(tǒng)盡可能簡單。（4）具有高的性價比。二、plc控制系統(tǒng)設計步驟圖2-1是plc控制系統(tǒng)設計步驟的流程圖。詳細步驟如下：（1）了解和分析被控對象的控制要求，確定輸入、輸出設備的類型和數(shù)量。（2）根據(jù)輸入、輸出設備的類型和數(shù)量，確定plc的i/o點數(shù)，并選擇相應點數(shù)的plc機型。（3）合理分配i/o點數(shù)，繪制plc控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。（4）根據(jù)控制要求繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖。（5）根據(jù)工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖編寫梯形圖、指令語句、匯編語言或計算機高級語言等形式的用戶程序。（6）用編程器將用戶程序輸入到plc內部存儲器中，進行程序調試。（7）程序調試。先進行模擬調試，再進行現(xiàn)場聯(lián)機調試；先進行局部、分段調試，再進行整體、系統(tǒng)調試。（8）調試過程結束，整理技術資料，投入使用。三、采用plc控制系統(tǒng)控制具有的優(yōu)點為：在電梯控制系統(tǒng)中采用plc，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，提高了可靠性。去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結構簡單，外部接線簡化。plc可以實現(xiàn)復雜的系統(tǒng)控制，方便的增加或改變控制功能。plc可進行故障的自檢和報警顯示，提高了系統(tǒng)的安全性。并便于檢修。用于群控調配和管理，提高了電梯的運行效率。改變控制方案時不需要改動硬件接線。分控對象、明確控制要求選擇plc機型硬件設計軟件設計模擬調試修改修改符合設計要求？現(xiàn)場聯(lián)機調試符合設計要求？投入運行否否否否是圖2-1 plc控制系統(tǒng)設計步驟流程2-2 變頻器的分類變頻器的種類有很多，根據(jù)不同的分類方法將變頻器分為：按交換環(huán)節(jié)方法分：交-直-交變頻器；交-交變頻器。按主電路工作方式分：電壓型變頻器；電流型變頻器。按電壓的調制方式分：pam變頻器；pwm變頻器。按工作原理分：v/f控制變頻器；轉差頻率控制變頻器；矢量控制變頻器；直接轉矩控制變頻器。按用途分：通用變頻器；高性能變頻器；具有電源再生功能的變頻器；風機、水泵用變頻器；其他專業(yè)變頻器。2-3 變頻器的選擇變頻器是變頻調速系統(tǒng)的核心設備，它的質量對系統(tǒng)的可靠性有很大的影響，選擇品牌時，質量品質，是選擇時重要考慮的因素。在同一品牌中選擇時，則依據(jù)已確定的調速方案、負載類型以及應用時所需的附加功能來確定。2-3-1 選擇變頻器的規(guī)格以及滿足條件按照變頻器標稱功率進行選擇，在實際中常?？赡軙胁煌?。根據(jù)具體的工程情況，可以有以下的幾種選擇方式：（1）按照標稱功率選擇：一般做為初步投資估算依據(jù)。（2）按照電動機額定電流選擇：多用于恒轉矩負載的新設計項目。（3）按照電動機實際運行電流選擇：多用于改造工程。（4）照轉矩過載能力選擇。且選擇的變頻器應滿足以下條件：（1）根據(jù)被控設備的負載特性選用通用變頻器的類型。（2）所選用通用變頻器的類型與被控異步電動機的參數(shù)匹配。（3）為降低電梯成本，選用通用變頻器。（4）電梯的啟動和停車都要平穩(wěn)。（5）變頻器帶有防止失速功能。（6）變頻器具有優(yōu)良的轉矩特性。2-3-2 vs-616g5變頻器vs-616g5變頻器屬于電壓型變頻器，包括4種控制方式：v/f控制、帶pg反饋的v/f控制、無傳感器的磁通矢量控制和帶pg反饋的磁通矢量控制。vs-616g5只需簡單的參數(shù)設置就可以用于廣泛的應用領域。其主要參數(shù)設置如表2-1所示。表2-2示出了控制電路端子的功能說明。變頻器的輸入信號包括對運行/停止、正轉/反轉、點動等運行狀態(tài)進行操作的數(shù)字操作信號。變頻器通常利用繼電器觸點或晶體管集電極開路形式得到這些運行信號plc的輸出端口可以和變頻器的上述信號端子直接相連接，從而實現(xiàn)plc對變頻器的控制。變頻器的監(jiān)測輸出信號分為開關量檢測信號和模擬量檢測信號兩種，用來和其他設備配合以組成控制系統(tǒng)。模擬量檢測輸出信號既可根據(jù)需要送給電流表或頻率表，也可以送給plc的模擬量輸入模塊。對于開關量檢測信號，由于是通過繼電器觸點或晶體管集電極開路的形式輸出，額定值均在24v/50ma之上，符合fx系列plc對輸入信號的要求，所以將變頻器的開關量檢測信號fx系列plc的輸入端直接相連接，從而實現(xiàn)信號的反饋控制。表2-1 vs-616g5變頻器主要參數(shù)設置種類端子符號端子名稱功能說明數(shù)字輸入信號1正轉停止閉，正轉；開，停止多功能輸入端2反轉停止閉，反轉；開，停止3外部故障閉，故障；開，正常4故障復位閉時復位5主速/輔助切換閉輔助頻率指令6調速指令2閉多段速設定2有效7點動指令閉時點動運行8外部封鎖指令閉時變頻器停止輸出11順序公共端子數(shù)字輸出信號9運行信號運行時閉多功能輸出端1025零速信號零速值(b2-01)以下時閉26速度一致信號在設定頻率2hz以內閉27多功能輸出公共端18故障輸出故障時18-20之間閉合故障時19-20之間斷開1920模擬輸出信號21頻率表輸出010v/100頻率22公共端23電流監(jiān)視5v/變頻器額定電流表2-2 控制電路端子的功能說明2-3-3 vs-616g5變頻器多級調速的plc控制利用plc的開關量輸入輸出模塊對變頻器的多功能輸入端進行控制,實現(xiàn)三相異步電動機的正反轉、多速控制。這種控制方式滿足其工藝要求，且接線簡單，抗干擾能力強，使用方便，成本低，并且不存在由于噪聲和漂移帶來的各種問題。表2-2中多功能輸入端子和多功能輸出端子的功能為出場時所設定，用戶也可以根據(jù)需要利用變頻器的數(shù)字操作器對這些端口重新進行功能設定。用數(shù)字操作器對參數(shù)h1-01h1-06進行設定，最多可達9段速運行，設定情況如表2-3所示。表2-3 多段速參數(shù)的設定端子對應參數(shù)設定值內容5h1-033多段速指令16h1-044多段速指令27h1-055多段速指令38h1-066點動頻率選擇然后通過端子5、6、7、8和公共端子11之間的接通/斷開的組合，可得9段速頻率的選擇。端子接通/斷開的組合與被選擇頻率的對應關系如表2-4所示。表中1表示接通，0表示斷開。其中，點動運轉是一種與所設置的加減速時間無關的、單步的、以點動頻率運轉的驅動功能。變頻器的5、6、7端子經過功能設定后再通過通斷組合，可控制8檔頻率，連同端子8對應的點東頻率，共可實現(xiàn)9段速的控制。每檔相應額頻率可以通過數(shù)字操作器對參數(shù)d1-01d1-09的設置而定（范圍0400hz）。如表2-4所示。表2-4 多段頻率的選擇5-11（段速1）6-11（段速2）7-11（段速3）8-11（點動頻）被選擇的頻率0000頻率指令1d1-01主速頻率數(shù)1000頻率指令2d1-02輔助頻率數(shù)0100頻率指令3d1-031100頻率指令4d1-040010頻率指令5d1-051010頻率指令6d1-060110頻率指令7d1-071110頻率指令8d1-081點動頻率d1-09圖2-2是利用fx系列plc和vs-616g5變頻器實現(xiàn)9段速的硬件接線圖。由上述變頻器端口的重新設定和通斷可知，y6、y7、y10和 y11全為off時，電動機以頻率指令1對應的頻率運行（d1-01設定值）；y6為on,而y7、y10和y11全為off時，電動機以頻率指令2對應的頻率運行（d1-02設定值）；依次類推，可知電動機以其他頻率指令運行時y6y11的on/off情況。變頻器的數(shù)字量檢測信號直接和plc的輸入端相連。圖2-2 多速段運行硬件接線圖2-4變頻調速方案一、控制要點控制模式。為了保證在低速時能有足夠大的轉矩，最好采用帶轉速反饋的矢量控制方式。起動方式。為滿足吊鉤從“床面”上升時，需要消除傳動間隙，將鋼絲繩拉緊的要求，應采用s型起動方式。制動方式。采用再生制動、直流制動和電磁機械制動相結合的方法。點動制動。點動制動是用來調整被吊物體空間位置的，應能單獨控制。點動頻率不宜過高。二、調速方案變頻器的選型?？紤]到起升機構對運行的可靠性要求較高，應選用具有帶速度反饋矢量控制功能的變頻器。調速機構。雖然變頻器調速是無級的，可以用外接電位器來進行調速，希望調速時的基本操作方法能夠和原拖動系統(tǒng)的操作方法相同。因此，采用左、右各若干擋轉速的控制方式。 2-5變頻器容量及制動電阻參數(shù)的計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、載重與配重進行計算。設電梯曳引機電機功率為p1，運行速度為v，自重為m1，載重為m2，配重為m3，重力加速度為g，變頻器功率為p，在最大載重下，電梯上升的最大曳引功率為p2；則：p2=(m1+m2+m3)g+fv其中f=(m1+m2+m3)g+為摩擦力，可忽略不計。變頻器的允許過載倍數(shù)為1.31.5。變頻器功率p應接近電機功率p1，相對于p2留有安全浴量，可取p=1.5p2。由于電梯為位能負載，在運行過程中會產生能量，所以變頻調速裝置應具有制動功能。根據(jù)成本和使用效果方面考慮采用能耗制動方式，但制動電阻r值的大小應使通過制動電阻i1的值不超過變頻器額定電流i的一半，即：i1=u/ri第3章 硬件設計電梯的硬件系統(tǒng)由操縱盤、門廳信號、plc、變頻器、調速系統(tǒng)構成，系統(tǒng)結構圖如圖3-1所示。圖中變頻器只完成調速功能，而邏輯控制部分由plc完成。plc負責處理各種信號的邏輯關系，從而向變頻器發(fā)出起停信號，同時變頻器也將自身的工作狀態(tài)發(fā)plc形成雙向聯(lián)絡關系。系統(tǒng)還配置了與電動機同軸連接旋轉譯碼器及pg卡，完成速度檢測及反饋，形成速度閉環(huán)和位置閉環(huán)。此系統(tǒng)還必須配置制動電阻，當電梯減速運行時，電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。3-1變頻電梯電力傳動系統(tǒng)如圖3-2所示為電梯驅動機構原理圖，動力來自電動機，一般選11kw或15kw的異步電動機。曳引機的作用有三個：一是調速，二是驅動曳引鋼絲繩，三是在電梯停車時實施制動。為了加大載重能力，鋼絲繩的一端是轎廂，另一端加裝了配重裝置，配重的重量隨電梯載重的大小而變化。計算公式如下： 配重的重量=（載重量/2+轎箱自重）45%式中的45%是平衡系數(shù)，一般要求平衡系數(shù)在45%50%之間這種驅動機構可使電梯的載重能力大為提高，在電梯空載上行或空載下行時，電動機額負載最大，處在驅動狀態(tài)，這就要求電動機在四象限內運行。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動機在各種負載下都有良好的調速性能和準確停車性能。為滿足這些要求采用變頻器控制電動機是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調速性能，并能節(jié)約大量電能，這是目前電梯大量采用變頻器控制的主要原因。下面以目前正弦輸入和正弦輸出電壓源變頻驅動系統(tǒng)為例并結合圖3-3說明vvvf變頻電梯電力傳動系統(tǒng)的工作原理。圖3-3 變頻電梯電力傳動系統(tǒng)該系統(tǒng)的特點有：（1）使用交流感應電動機結構簡單，制造容易，維護方便，適于高速運行。（2）電力傳動效率高，節(jié)約電能。電梯屬于一種位能負載，在運行時具有動能，因此在制動時，將其回饋電網具有很大意義。（3）結構緊湊，體積小，重量輕，占地面積大為減少。3-2 電梯的主電路圖3-4是電梯的主電路圖。圖中m1為ytd系列電梯專用雙速籠型異步電動機；km1、km2為電動機正反轉接觸器，用以實現(xiàn)電梯上下行控制；km3、km4為電梯高低速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的高速與低速運行；km5為啟動加速接觸器；km6、km7、km8為減速制動接觸器，用以調整電梯制動時的加速度；l1、l2與r1、r2為串入電動機定子電路的電抗與電阻，與km5km8配合實現(xiàn)電動機的加減速控制。當km1或km2與km3通電吸合時，電梯將上行或下行啟動，延時后km5通電吸合，切除r1、l1，電梯將轉為上行或下行的穩(wěn)速運行；當電梯解說到停層指令后，km3斷電釋放，km4通電吸合，電動機轉為低速接法，串入阻抗制動，實現(xiàn)上升與下降的低速運行，且km5km8依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高停車制動時的舒適感；至平層位置時，接觸器全部斷電釋放，電梯抱閘抱死，電梯停止運行。在檢修狀態(tài)時，電梯只能在低速接法下點動運行 圖3-4 電梯主電路圖3-3 機型選擇及i/o分配由于市面上電梯型號較多，種類齊全，技術先進，所以我選擇較前沿的產品。首先列出被控制對象輸入輸出的設備名稱，并根據(jù)所需要的輸入輸出點數(shù)進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，增加10%20%的可擴展余量后就得到了輸入輸出點數(shù)的估計數(shù)據(jù)。3-3-1輸入的模塊選擇plc輸入模塊的功能主要是檢測來自現(xiàn)場設備的輸入信號，并將其轉換成plc內部可處理的電平信號。輸入信號及地址分配如表3-1所示。 1、輸入信號的類型選擇常用的開關量輸入模塊按信號類型分為三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。選擇時一般根據(jù)現(xiàn)場輸入信號及周圍環(huán)境來考慮。交流輸入模塊觸點接觸可靠，適合于有油污、粉塵的惡劣環(huán)境下使用；直流輸入模塊的延遲時間較短，可以直接接近開關、光電開關等電子設備連接。2、輸入信號電壓等級選擇直流中有分為5v、12v、24v、60v、和68v，交流又分為115v和220v兩種。對于傳輸距離比較近的，可以選用低電平，如5v、12v和24v。一般24v以下屬于低電平，用于傳輸距離較近的場合。如5v模塊最遠不超過10m3、輸入接線方式的選擇。plc的i/o模塊外部接線方式分為隔離式、分組式和匯點式。匯點式模塊的所用點共用一個公共端（com）；分組式模塊是將i/o點分成若干組，每一組共用一個公共端，各組之間是隔離的；分隔式的每一點一個公共端，各點之間相互隔離，每一個點可使用不同的電源。隔離式每點平均價格較高，如果信號之間不需要隔離，應選用前兩種。3-3-2 輸出的模塊選擇plc輸出模塊的功能主要是將內部的輸出電平，在輸出前轉換可匹配外部負載設備的控制信號。輸出信號及地址分配如表3-2所示。1、輸出方式選擇輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出型、晶閘管輸出型和晶體管輸出型。晶閘管輸出模塊比較適合于開關頻率高、電感性和低功率因數(shù)的負載設備，其缺點是價格高，過載能力較差。晶體管輸出型只能用于直流負載，它和晶閘管屬于無觸點元件，可靠性高、響應速度快、壽命長，適用于通斷頻繁的負載，但過載能力稍差。而繼電器輸出模塊的優(yōu)點是使用電壓范圍寬，導通壓降損失少，并且價格較低，但使用壽命不長，而且響應速度較慢。2、輸出接線方式的選擇。與輸入接線方式的選擇相同。3、輸出電流的選擇輸出模塊同時接通電數(shù)的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值。輸出模塊的輸出電流大小要大于負載電流的額定值。表3-1 輸入信號及地址分配 表3-2 輸出信號及地址分配名稱符號輸入點開門按鈕sb1x003關門按鈕sb2x004門鎖開關ka1x000自動開關sa1-1x001檢修開關sa1-2x002基站開關sq5x007一樓感應器1krx021二樓感應器2krx022三樓感應器3krx023安全運行開關ka2run開門到位開關sq6x010關門到位開關sq7x011上行限位開關sq17x012下行限位開關sq18x013上平層感應器6krx036下平層感應器7krx037上行起動按鈕sb3x005下行起動按鈕sb4x006一樓轎內選層鈕sb5x014二樓轎內選層鈕sb6x015三樓轎內選層鈕sb7x016一樓上行外呼鈕1sb1x026二樓上行外呼鈕2sb1x027二樓下行外呼鈕2sb2x030三樓下行外呼鈕3sb2x032名稱符號輸出點上行接觸器km1y000下行接觸器km2y001高速接觸器km3y002低速接觸器km4y003加速接觸器km5y004制動接觸器km6-km8y005-y007開門接觸器km9y010關門接觸器km10y011上行指示燈hl6y021下行指示燈hl7y022一層指示燈1hly014二層指示燈2hly015三層指示燈3hly016一層內選記憶燈hl1y023二層內選記憶燈hl2y024三層內選記憶燈hl3y025一樓向上召喚燈hl8y030二樓向上召喚燈hl9y031二樓向下召喚燈hl10y032三樓向下召喚燈hl12y034 由上面可知三層電梯有25個輸入信號，22個輸出信號，考慮到留有余量，選擇fx2n64mrd（32點輸入，32點輸出）的plc。3-4 電梯外部接線圖見表3-3表3-3 電梯外部接線圖ka2runfx2n-64mry000km1kaix000y001km2sa1-1x001y002km3sa1-2x002y003km4sb1x003y004km5sb2x004y005km6sb3x005y006km7sb4x006y007km8sq5x007y010km9sq6x010y011km10sq7x011y0141hlsq17x012y0152hlsq18x013y0163hlsb5x014y0216hlsb6x015y0227hlsb7x016y023hl11krx021y024hl22krx022y025hl33krx023y030hl81sb1x026y031hl92sb1x027y032hl102sb2x030y034hl123sb2x032com6krx0367krx037ncoml第4章 軟件設計第4章 軟件設計電梯控制程序的設計需按照4-1所示的程序流程圖來編輯。圖4-1 程序流程圖設計梯形圖一般要遵循以下規(guī)則：（1）i/o點和內部各軟繼電器等的常開和常閉觸點可多次重復使用。（2）軟繼電器的線圈不能直接與左母線相連，應有過渡點。（3）軟繼電器的右端不能再有接點。（4）在同一套梯形圖中，相同代號的線圈不能重復出現(xiàn)（set、rst除外）。（5）plc的輸入輸出點可當軟繼電器來用。根據(jù)三層電梯控制的功能要求以及輸入/輸出點的地址分配表，來設計plc控的梯形圖。為方便起見，把程序分成以下幾段來討論第4章 軟件設計第4章 軟件設計4-1開門環(huán)節(jié)梯形圖電梯的開門存在以下幾種情況：梯形圖如圖4-2所示。1、電梯投入運行前的開門。此時電梯位于基站，將開關梯鑰匙插入sa2內，旋轉至開梯位置，則電梯自動開門，乘客或司機進入轎廂，選層后電梯自動運行。2、電梯檢修時的開門。在檢修狀態(tài)下，開關門均為手動狀態(tài)，由開關門按鈕sb1、sb2實施開門與關門3、電梯自動運行停層時的開門。電梯在停層時，到平層位置，m140接通，電梯應開始關門。4、電梯關門過程中的重新開門。電梯關門的過程中，若有人或物夾在兩門的中間，需重新開門，本設計通過開門按鈕實施重新開門5、呼梯開門。電梯到達某層后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶哟粲腥嗽谠搶雍籼?，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。圖4-2開門環(huán)節(jié)梯形圖4-2關門環(huán)節(jié)梯形圖電梯關門存在以下幾種情況：梯形圖如圖4-3所示。1.電梯停用后的關門。此時電梯到達基站，司機或乘客離開轎廂，電梯自動關門，司機將開關梯鑰匙插入sa2，旋轉到關梯位置，電梯的安全回路被切斷，plc 停止運行，電梯被關閉。2.電梯自動運行時的關門。停站時間繼電器t50延時結束時，電梯應自動關門。3.電梯檢修狀態(tài)時的關門。圖4-3 關門環(huán)節(jié)梯形圖4-3層樓信號產生與消除環(huán)節(jié)梯形圖當電梯位于某一層時，指層感應器1kr3kr產生該樓層的信號，以控制指層燈的狀態(tài)，離開該層時，該樓層信號應被新的樓層信號所代替。其梯形圖如圖4-4所示，圖中當層的層樓輔助繼電器是用上層或下層的層樓信號關斷的。圖4-4 層樓信號產生與消除環(huán)節(jié)梯形圖4-4停層信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖乘客或司機通過對轎廂內操縱盤上選層按鈕的操作，可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮，當電梯到達所選的樓層后，停層信號即被消除，指示燈也應熄滅。其梯形圖4-5所示，圖中各內選層輔助繼電器梯形圖支路中串入了層樓輔助繼電器的動斷觸點。圖4-5 停層信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖4-5外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖乘客或司機在廳門外呼梯是，呼梯信號應被接收和記憶。當電梯到達該樓層，且定向方向與目的方向一致時，呼梯要求已滿足，呼梯信號應被消除。故其梯形圖如圖4-6所示。圖4-6中，按下外呼按鈕時，相對應的外呼輔助繼電器接通，外呼按鈕下的時候，表示呼梯要求已被電梯接受并記憶，而該信號的消除環(huán)節(jié)由當層層信號的動斷觸點與都勻行方向信號的動斷并聯(lián)構成的（m03為上行輔助繼電器，m104為下行輔助繼電器）。這樣安排是前邊提到過的電梯運行中只應同向呼梯的原則決定的。即電梯將停止，呼梯要求已滿足呼梯信號被取消。電梯運行方向與呼梯目的地方向相反時，如電梯從一樓向上運行（上行），而呼梯要求從二樓向下，若由區(qū)三樓以上的內選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時（無二樓上行要求，電梯到達二樓時）不停梯，呼梯要求沒有滿足，呼梯不能消除；待乘客進入轎廂，選層（去一樓），電梯定向下，則二樓下呼梯信號滿足，呼梯信號被消除。圖4-6 外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖4-6定向環(huán)節(jié)梯形圖在自動運行狀態(tài)下，電梯首先應確定運行方向，也即定此阿向。電梯的定向只有兩種情況，即殺過農行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接受到內選和為呼信號時，應將電梯所處的位置與內選和外呼信號進行比較，定是上行和下行。一旦電定向后，內選和外呼對電梯進行順向運行的要求，沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態(tài)下運行方向直接由上行下行氣動按鈕確定，不需定向，故其梯形圖如圖4-7所示。途中m103及m104分別為定上行及向行輔助繼電器，它們線圈的工作條件出頂塊由內呼信號和電梯位置信號著稱，前文中所說的“比較”是通過電梯位置信號對呼梯信號的“屏蔽”實現(xiàn)的，比如當電梯上行且位于2層時，m111的動斷觸點斷開，1層的內呼外呼都不再能影響上行狀態(tài)。圖4-7定向環(huán)節(jié)梯形圖4-7起動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)梯形圖其梯形圖如圖4-8所示。圖4-8 起動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)梯形圖4-8停層信號梯形圖電梯在停車制動前,應首先確定其停層信號,即確定要?？康臉菍?應根據(jù)電梯的運行方向與外呼信號的位置和轎內選層信號比較后得出。其梯形圖如圖4-9所示。圖中，各層的停車觸發(fā)信號在下行下呼，上行上呼及內選層信號存在時產生，這些都是符合前邊所談到的停車原則的。當存在觸發(fā)信號電梯又運行到當層時產生停車信號。停車信號m105梯形圖支路中m103、m104動斷觸點的作用是為了解決呼梯方向與電梯運行方向相反時的停車問題（如二樓向下的外呼信號，使電梯從一樓向上運行時，m151不會觸發(fā)，至二樓位置，靠m103、m104的動斷觸點使m105接通）而設置的。而停車信號的消除是停車時間到，t50為停車時間定時器。圖4-9停層信號梯形圖4-9制動過程環(huán)節(jié)梯形圖為解決電梯進入平層區(qū)間后才出現(xiàn)停車信號致使電梯過急停車的問題，采用微分指令將x36及x37變成短信號。其梯形圖如圖4-10所示。4-10 制動過程梯形圖第5章 故障報警及消防運行第5章 故障報警及消防運行5-1電梯的報警的原因及處理方法5-1-1曳引電動機繞阻碰殼接地短路現(xiàn)象：電流劇增，電源總開關保險絲熔斷或自動跳扣，控制線