本科畢業(yè)論文基于plc的電梯控制系統(tǒng)設計

1、摘要 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣。而電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由可編程邏輯控制器(PLC)代替原來的繼電器控制。本文在原有的控制系統(tǒng)基礎上介紹了一種采用PLC和變頻器控制的電梯控制系統(tǒng)，主要闡述了該系統(tǒng)中硬件和軟件設計方法，用PLC控制變頻器對繼電器控制方式的電梯進行改造，采用PLC和變頻器實現(xiàn)電梯常規(guī)控制的基礎上。利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)生的脈沖信號通過電梯專用變頻器的分頻輸

2、出構(gòu)成位置反饋，實現(xiàn)電梯的數(shù)字位移控制。通過PLC程序設計實現(xiàn)樓層記數(shù)、停車平層的精確控制及減速距離的任意設定，提高了系統(tǒng)的可靠性和平層精度，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。關(guān)鍵詞:可編程邏輯控制器(PLC) 變頻器 電梯控制系統(tǒng)AbstractAlong with the rapid development of economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology to rapid development, communication f

3、requency control technology has come to a new era, the used more and more widely. And the lift, as the modern high-rise building vertical transportation, closely related with peoples life, along with the requirements of the people to improve, the elevator are growing rapidly, the technology has to d

4、rag FM pressure regulating speed regulation, the logic control also by PLC replace relay control. Based on the original control system is introduced based on a kind of adopting PLC and inverter control of elevator control system, mainly elaborated the system hardware and software design method, with

5、 programmable logic controller (PLC) to relay control frequency converter control mode of elevator transformed, adopting PLC and inverter realization of elevator conventional control basis. Use of rotary encoder happen pulse signal through the elevator inverter frequency output of points a position

6、feedback, realize the displacement of the digital control. Through the PLC program design realize floor count, parking smooth layer is the precise control and slow down the distance of the set arbitrary, improve the reliability of system of peace precision, and improve the elevator running intimacy,

7、 make the elevator to the ideal control effect. Keywords: Programmable logic controller，Inverter， Elevator control system 目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1課題的研究背景及意義11.2電梯的簡介2電梯的定義及分類2電梯的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3 PLC在電梯中的應用及發(fā)展前景51.4本課題主要研究的內(nèi)容7第二章 電梯的控制系統(tǒng)92.1控制系統(tǒng)的組成92.2電梯控制系統(tǒng)的調(diào)速部分92.3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施10硬件抗干擾措施10 軟件抗干擾措施12第三章

8、電梯控制系統(tǒng)硬件設計133.1電動機控制電路圖133.2變頻器的選擇13變頻器的容量選擇13變頻器的接線及功能14變頻器的調(diào)速143.3 PLC的選型163.4 PLC外部接線圖18第四章 電梯控制系統(tǒng)軟件設計204.1設計要求204.2 流程圖214.3梯形圖及注釋25電梯初始控制25報警器及超重控制26內(nèi)指令信號的登記與消除27電梯選層定向輔助28外召喚信號的登記與消除29電梯開關(guān)門32電梯指層控制344.4 程序仿真與調(diào)試36第五章 結(jié)論38致謝39參考文獻40第一章 緒論1.1課題的研究背景及意義 隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展及人們物質(zhì)生活的提高，電梯不但成為高層賓館、商店、住宅等高層建筑不

9、可缺少的垂直方向的交通工具，也已成為低層建筑的代步工具。電梯控制系統(tǒng)主要采用以下三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)4。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，控制方式不靈活及功率消耗大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強大的功能，但也存在一定的不足之處，即抗干擾性差，系統(tǒng)設計較復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)，這些都限制了微機控制系統(tǒng)應用的廣泛性。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠、使用維修方便、抗干擾性強等優(yōu)越性，成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。 隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了

10、更高的要求。然而我國目前正在使用的電梯中有相當一部分是20世紀80年代安裝的，它們大都采用繼電器、選層器控制，交流雙速或可控硅調(diào)壓調(diào)速，這類電梯起動電流大，調(diào)速性能差，結(jié)構(gòu)復雜，舒適感差，耗電量大，運行效率低下5。隨著時間的推移，繼電器的觸點和選層器的觸頭會磨損造成接觸不良，插接口會氧化導致故障頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)困人、亂層、沖頂、蹲底等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了不少人身傷亡和設備事故。此外，由于年限較長，配件缺乏，維修和保養(yǎng)難，許多此類電梯已處于閑置狀態(tài)。這類電梯雖然控制系統(tǒng)不行，但大多數(shù)電梯的機械部分仍然狀態(tài)較好。因此，本文提出了采用變頻調(diào)速器和可編程邏輯控制器(PLC)對這些舊梯的控制系統(tǒng)進行改造。目前

11、，由可編程序控制器(PLC)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發(fā)展方向2?？傊娞莸目刂剖潜容^復雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著PLC應用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結(jié)合在一個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已經(jīng)成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。1.2電梯的簡介電梯的

12、定義及分類2003年2月19日國務院頒布了特種設備安全監(jiān)察條例，明確規(guī)定電梯是特種設備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅(qū)動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯級(踏板)進行升降或者平行運送人、貨物的機電設備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道(英語Passenger Conveyor)和自動扶梯(英語Escalator) 10?，F(xiàn)代電梯主要由曳引機（絞車）、導軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和機房中。通常采用鋼

13、絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載荷、額定速度、可乘人數(shù)、轎廂外廓尺寸和井道型式等9。1-減速箱；2-曳引輪；3-曳引機；4-導向輪；5-限速器；6-機座；7-導軌支架；8-曳引鋼絲繩；9-開關(guān)碰鐵；10-緊急終端開關(guān)；11-導靴；12-轎架；13-轎門；14-安全鉗；15-導軌；16-繩頭組合；17-對重；18-補償鏈；19-補償鏈導輪；20-張緊裝置；21-緩沖器；22-底坑；23-層門；24-呼梯盒；25-層樓指示燈；26-隨行電纜；27-轎壁；28-轎內(nèi)操縱

14、箱；29-開門機；30-井道傳感器；31-電源開關(guān)；32-控制柜；33-曳引電機；34-制動器圖1 電梯的基本結(jié)構(gòu)剖視圖目前，電梯行業(yè)及社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分類： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。(2)按額定速度分類： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。(3)按驅(qū)動方式分類：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺桿式電梯。(4)按操縱控制方式分類：手柄操縱控制電梯、按鈕控

15、制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。（5）按電梯專職司機分類：有司機電梯，電梯的運行方式由專職司機操縱來完成。無司機電梯，乘客進入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運行到達目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。（6）其他分類方式：按機房位置分類，則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側(cè)的（下機房）電梯，以及有機房在井道內(nèi)部的（無機房）電梯。按轎廂尺寸分類，則經(jīng)常使用“小型”、“超大型”等抽象詞匯表示。此外，還有雙層轎廂電梯等。電梯的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國作為全球最大的電梯市場，電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生產(chǎn)能力。先進

16、技術(shù)和先進管理的引進對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。自1985年我國參加了國際標準化組織ISOTCl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標準和先進國家的標準。標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術(shù)、遠程監(jiān)控技術(shù)等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以自己生產(chǎn)了。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，

17、低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進入國際市場創(chuàng)造了有利條件。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士訊達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的51。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。1.3 PLC在電梯中的應用及發(fā)展前景PLC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作2。又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實

18、際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，既無線圈又無觸點，使用次數(shù)不受限制，因此，它運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高。PLC控制是最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進行研究改進。電梯是載人的機電設備，最終要實現(xiàn)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧，也就是強調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)

19、代電梯行業(yè)的一個熱點。PLC電梯控制系統(tǒng)應能夠達到如下要求：（1）安全性電梯是運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人伴隨，因此對電梯的第一要求便是安全。電梯中設置有必要的安全措施，它們主要有：超速保護裝置轎廂超越上、下極限工作位置時，切斷控制電路的裝置，交流電梯（除雜物電梯）還應有切斷主電路電源的裝置，直流電梯在井道上、下端站前，應有強迫減速裝置。撞底緩沖裝置對三相交流電源應設斷相保護的裝置和相序保護裝置應設置廳門、轎門電氣聯(lián)鎖裝置電梯因中途停電或電氣系統(tǒng)有故障不能運行時，應有轎廂慢速移動措施（2）可靠性電梯的可靠性也很重要，如果一部電梯工作起來經(jīng)常出故障，就會影響人們正常的生產(chǎn)、生活，給人們造成

20、很大的不便。不可靠也是事故的隱患，是不安全的起因。要想提高電梯的可靠性，首先應提高構(gòu)成電梯的各個零、部件的可靠性，只有每個零、部件都是可靠的，整部電梯才可能是可靠的。（3）乘坐舒適感根據(jù)人們生活中的經(jīng)驗證明，在運動速度不變的情況下，速度值的大小對人們的器官基本上沒有什么影響，這只是指人們沿地面或空中的沿與地面平行的任意方向運動的情況而言的。高速的升降運動就和上述運動有所不同。這是由于在升降運動中，人體周圍氣壓的迅速變化，對人們的器官產(chǎn)生影響。例如耳膜會感到壓力而嗡嗡響等等。只要采取一定措施，這些影響是可以消除的。所以目前電梯的運行速度雖已高達10m/s。仍能使乘客無大的不適感。（4）快速性 電

21、梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的。快速可以節(jié)省時間，這對于在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會中的乘客是很重要的?？焖傩灾饕ㄟ^以下方法得到： 提高電梯額定速度 集中布置多臺電梯，通過電梯臺數(shù)的增加來節(jié)省乘客候梯時間 見面可能減少電梯起、停過程中加、減速所用的時間（5） 停站準確性變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變頻器依據(jù)設定的速度及加速度值，啟動電動機。達到最大速度后，勻速運行，在到達目的層的減速點時，控制器發(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設定的減速度將最大速度減至爬行速度。在減速運行過程中，變頻器能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)

22、化曲線運行，使低速爬行時間縮短至0.3s,在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動斜坡來調(diào)整平層精度20。即當電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置410cm時，有平層開關(guān)自動斷開低速信號，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層，從而達到平層的準確可靠。1.4本課題主要研究的內(nèi)容課題所研究的內(nèi)容主要是用PLC改造電梯自動控制系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的

23、意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的PLC來控制電梯。論文的主要內(nèi)容如下：首先對電梯系統(tǒng)及PLC作了比較全面的總結(jié)和介紹，接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類及特點。電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號控制兩大部分，確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，由變頻器實現(xiàn)調(diào)速，完成了變頻器和PLC的選擇。其次是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選型、I/O 點數(shù)分配與 PLC的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設計方法基礎上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了系統(tǒng)的軟件開發(fā)。最后對改造后的電梯系統(tǒng)進行模擬調(diào)

24、試。本文主要針對四層樓電梯控制系統(tǒng)進行了設計，并在學校實驗室里完成了相應的模擬調(diào)試工作。第二章 電梯的控制系統(tǒng)2.1控制系統(tǒng)的組成本控制系統(tǒng)是采用變頻器和PLC組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)，電氣控制硬件框圖如圖2所示： 變頻器PG曳引機 PLC電源呼梯信號層顯 門機 圖2 電氣控制硬件框圖該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：PLC、變頻器、曳引機、門機等。PLC是控制系統(tǒng)的核心。PLC根據(jù)輸入的呼梯信號和目前電梯所處的位置自動確定電梯的運行方向及速度，變頻器根據(jù)PLC的速度指令控制曳引電動機的轉(zhuǎn)速。到達目的層后，自動平層、停車、開關(guān)門，在運行過程中輸出電梯的樓層位置和運行方向，同時完成對呼梯信號的登記、

25、保存和消除等工作，對電梯運行中的一些特殊情況(如急停、超載、沖頂、蹲底等)自動進行處理和報警。該硬件電路具有設計簡單、工作可靠等優(yōu)點。2.2電梯控制系統(tǒng)的調(diào)速部分電梯調(diào)速控制部分對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行、制動減速、平層精度、乘坐舒適感等起著決定性作用。在拖動系統(tǒng)中，現(xiàn)在國內(nèi)多采用電梯專用變頻電動機和與之相配套的專用變頻器21。專用變頻器是為了滿足電梯的靈活調(diào)速、控制及高精度平層等要求而專門設計的。變頻器控制電動機按理想速度曲線運行。電動機起動、換速以及轉(zhuǎn)向是，由PLC根據(jù)電梯呼梯、減速等信號做出決策，發(fā)出信號給變頻器。系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層，從而達到平層的準確可靠。2.3 PLC控制

26、系統(tǒng)抗干擾措施PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用1。但是由于它直接和現(xiàn)場的I/O設備相連，外來干擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。在實際的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部

27、干擾。 硬件抗干擾措施1 PLC控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC使用環(huán)境溫度通常在0 55范圍內(nèi)，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離發(fā)熱量大的器件，同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環(huán)境濕度一般應小于85%，以保證PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將PLC封閉安裝。此外，如果PLC安裝位置有強烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。2 PLC的電源與接地 通常將PLC的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分開配線，特殊情況時可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性13。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給PLC接

28、專用地線，并且接地點要與其它設備分開，如圖3（a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖3（b）。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，如圖3（c），因為它會使各設備間產(chǎn)生電位差而引入干擾3。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應盡可能靠近PLC。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。 PLC其它設備 PLC PLC其它設備其它設備(a)(b)(c)圖3 PLC的接地3 PLC的輸入、輸出設備 設計時，應盡量選用可靠性高的元器件及開關(guān)，而在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷并做相應的處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性

29、。若PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護PLC的輸出觸點。 為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制側(cè)接地，其處理方式如圖4：輸入控制器輸出 圖4 屏蔽電纜的處理 軟件抗干擾措施 1 利用“看門狗”方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進行監(jiān)控 在設計應用程序時，可以利用看門狗方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用PLC控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作“看門狗”用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視6。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動

30、看門狗定時器。若運動部件在規(guī)定時間內(nèi)達到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或停止工作信號。2 消抖 在振動環(huán)境中，行程開關(guān)或按鈕常常會因為抖動而發(fā)出誤信號，但抖動時間相對較短，可用PLC內(nèi)部計時器延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。 第三章 電梯控制系統(tǒng)硬件設計3.1電動機控制電路圖根據(jù)設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖5所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，

31、用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。 曳引電機 門電機圖5電動機控制電路圖3.2變頻器的選擇變頻器的容量選擇變頻器的容量可根據(jù)曳引電動機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行選取18。設電梯曳引電動機功率為P1,電梯運行速度為v,電梯自重為W1,電梯載重為W2,配重為W3,重力加速度為g,則Pl=v(W1+W2-W3)g+F1 (1)式中，F(xiàn)1=K(W1+W2+W3)g，K=0.04。W1=2000kg，W2=1000kg，W3=2400kg，g=98ms2，t，=1.6ms。則 Pl=1.6(6009.8+2116.8)W=12.79kW，確定曳引電動機功率后，則

32、可選定變頻器的容量。 拖動電動機采用國產(chǎn)CVF-160L-4電梯專用變頻電動機，其功率15kW，額定電壓380V，Y形接法，轉(zhuǎn)速1450rmin15。與變頻電動機配套，選用華為TD3100-4T0150E電梯專用變頻器。變頻器額定容量21kW，額定電壓380 V，三相交流供電，額定輸出電流32A，適配電動機15 kW。該變頻器綜合了國內(nèi)外多種電梯專用變頻器的特點。該變頻器用于電梯拖動的接線圖如圖6所示。F 華為 TD3100- 4T0150E 變頻器PGX45 故障報警速度反饋FRQS上行 Y4下行 Y5快速Y6慢速Y7電源M3圖6 變頻器接線圖 變頻器的接線及功能變頻器的上下行駛信號及高低速

33、信號由PLC的輸出觸點進行控制。當Y4閉合時，電梯上行，Y5閉合時電梯下行；利用Y6，Y7的通斷狀態(tài)控制電梯的運行速度。另外在變頻器內(nèi)部可通過參數(shù)設置，決定電梯的加減速曲線、加減速時間、各種運行速度、過流過載保護和電流、速度、頻率顯示功能。變頻器的調(diào)速采用雙DSP+MCU結(jié)構(gòu)和先進的模塊化設計，調(diào)速范圍為1.504.00m/s，可實現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機達到理想輸出。它除了具備一般電梯專用變頻器所具有的基本功能外，還增加了電機參數(shù)自學習功能、自動力矩補償和高起動力矩。獨特的距離控制，可通過變頻器的樓層自學習功能，自動測定各層樓距離，采用速度曲線(如圖4所示)計算控制變頻器運行，實現(xiàn)直接

34、?？浚哂懈咂綄泳?、高運行效率。自動力矩補償能保證電梯在各種負載狀態(tài)下速度穩(wěn)定，例如，電梯正常速度為50Hz(以頻率表示)，空載上行時，速度較平衡時快，自動力矩補償一05Hz；滿載上行時，速度較平衡時慢，轉(zhuǎn)差補償+05Hz。最大200的高速起動力矩可安全有效地實現(xiàn)電梯運轉(zhuǎn)，對滿載起動時轉(zhuǎn)矩提升非常有效。為滿足電梯的要求，變頻器要通過與電動機同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和速度檢出器（PG）卡，完成速度檢測及反饋，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機同軸連接，對電動機進行測速。旋轉(zhuǎn)編碼器軸轉(zhuǎn)動時輸出A、B二相脈沖，根據(jù)A、B脈沖的相序，可判斷電動機轉(zhuǎn)動方向；并可根據(jù)A、B脈沖的頻率測得電動機的轉(zhuǎn)速2

35、2。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號送至變頻器內(nèi)部，以便進行運算調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)編碼器與PG卡實現(xiàn)了閉環(huán)運行。 圖7變頻電梯速度曲線 由于控制系統(tǒng)采用了脈沖編碼控制技術(shù)，故井道內(nèi)省略了減速感應器，只在轎頂留下了一套平層感應裝置，并具有再平層功能。3.3 PLC的選型本系統(tǒng)控制四層電梯,采用集選控制方式。為了完成設定的控制任務,主要根據(jù)電梯輸入/輸出點數(shù)確定PLC的機型。根據(jù)電梯控制的要求，電梯應具有內(nèi)呼和外呼按鈕、行程開關(guān)、開關(guān)門按鈕，以及相應的指示燈，估算所需I/O口的數(shù)量，并繪制I/O口分配表如下，故可選德國西門子公司研制的一種新型可編程控制器S7200。S7-200系列小型

36、PLC(Micro PLC)可應用于各種自動化系統(tǒng)。它工作可靠，功能強，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接驅(qū)動2A的繼電器或接觸器的線圈，抗干擾能力強7。低廉的成本，功能強大的指令集使得S7200 PLC成為各種小型控制任務理想的解決方案。因此，本文利用西門子S7200可編程序控制器編寫一個四層電梯的控制系統(tǒng)。分別完成轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平層換速控制、開門控制等控制任務。 STEP 7-MicroWIN 32是S7-200系列的PLC的編程軟件,可以對S7200的所有功能進行編程。該軟件在windows平臺上運行，簡單易學，其基本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件任務12。例如創(chuàng)建用

37、戶程序、修改和編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能，還可以直接用軟件設置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控。所以本文用該軟件完成梯形圖及指令表的制作。表1 I/O口分配表序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層內(nèi)呼I0.00一層內(nèi)呼指示Q0.01二層內(nèi)呼I0.11二層內(nèi)呼指示Q0.12三層內(nèi)呼I0.22三層內(nèi)呼指示Q0.23四層內(nèi)呼I0.33四層內(nèi)呼指示Q0.34一層外呼上I0.44一層外呼上指示Q0.45二層外呼下I0.55二層外呼下指示Q0.56二層外呼上I0.66二層外呼上指示Q0.67三層外呼下I0.77三層外呼下指示Q0.78三層外呼上I1.08三層外呼上指示Q1.09四層外呼下I1.1

38、9四層外聽下指示Q1.110開門開關(guān)I1.210電梯上行門Q2.011關(guān)門開關(guān)I1.311電梯下行門Q2.112一層平層I1.412門電機開Q2.213二層平層I1.513門電機關(guān)Q2.314三層平層I2.014電梯上行指示Q2.415四層平層I2.115電梯下行指示Q2.516開門限位I2.216超重指示Q2.617關(guān)門限位I2.317警報器Q2.718電梯上升極限位I2.418一層指示Q3.019電梯下降極限位I2.519二層指示Q3.120超重I2.620三層指示Q3.221警報器按鈕I2.721四層指示Q3.322激光傳感器I3.022根據(jù)電梯控制的要求，為能實現(xiàn)電梯各種功能，構(gòu)思PL

39、C控制的程序，粗略估算肯能用到的編程元件,編程元件明細表見表2：表2 編程元件明細表PLC編程元件明細表輸入繼電器II0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0輸出繼電器QQ0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 01.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 Q3.0 Q.31 Q3.2 Q3.3位存儲器MM1.1 M0.

40、0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M3.3 M2.0 M2.1 M2.2 計時器TT33（設定值1000） T34(設定值500)特殊位存儲器SM0.03.4 PLC外部接線圖PLC外部接線圖見下圖8，其中包含主控制器CPU224CN及擴展模塊EM223。接線圖分為DC輸入端和DC輸出端。輸入端DC24V的負極接公共端1M和2M。輸入開關(guān)的一端接到DC24V的正極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU224或EM223各輸入端。輸出端DC24V的正極接L+端。輸出負載的一端接到DC24V的負極，輸入開關(guān)的另一端連接到CPU224或EM223各輸出端。圖8 PLC外部接線圖第四章 電

41、梯控制系統(tǒng)軟件設計4.1設計要求四層電梯模擬實驗結(jié)構(gòu)示意圖如圖9： 圖9電梯控制示意圖操作原理簡要說明：電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內(nèi)容為電梯運行方向。電梯轎箱內(nèi)設有樓層內(nèi)選按鈕S1S4，用以選擇需停靠的樓層。L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示、L4為四層指示，SQ1SQ4為到位行程開關(guān)。具體如下：1、開始時，電梯處于任意一層。2、當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時5s后自動關(guān)門。3、當有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時5s后自動關(guān)門。4、在電梯

42、運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。5、電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。6、電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。4.2 流程圖 主流程：剛開始初始化自檢狀態(tài)，如果檢測到總電源接通了則執(zhí)行呼叫處理，否則重新初始化檢測。呼叫處理后到達相應樓層則執(zhí)行到站處理，同時樓層對其進行計數(shù)，最后根據(jù)開關(guān)門請求執(zhí)行

43、相應的開關(guān)門處理。主流程圖如圖10所示： 圖10 主流程圖呼叫處理:在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。電梯響應流程圖見圖11： 圖11電梯響應流程圖圖11 響應流程圖到站處理：電梯運行過程中，如果當前到達的樓層等于呼叫的目標樓層，則進行選向處理，決定下一運行動作是上升還是下降，然后執(zhí)行開關(guān)門指令。如果當前到達的樓層與目標樓層不相等，

44、則繼續(xù)運行，不執(zhí)行開關(guān)門指令。其流程圖見圖12：圖12 到站處理開關(guān)門處理：到站后則應執(zhí)行相應的開關(guān)門處理，首先檢測開門觸發(fā)信號，如果有此信號則開門，開門到位后延時5s關(guān)門。如果未檢測到開門觸發(fā)信號，則繼續(xù)檢測，不執(zhí)行開門動作。如果開門后5s內(nèi)有人乘坐，則人乘梯后延時5s關(guān)門，關(guān)門到位后才能運行，否則繼續(xù)執(zhí)行關(guān)門指令直至關(guān)門到位。其流程圖見圖13：圖13 開關(guān)門處理4.3梯形圖及注釋 電梯初始控制由于斷電或故障等原因，會使PLC停止運行。當PLC重新運行時，假如電梯門未完全打開或關(guān)閉時，Q2.3置位有信號，產(chǎn)生關(guān)門動作，直到電梯門完全關(guān)閉，Q2.3復位。當電梯未在任意平層時，利用輔助繼電器M1

45、.1,電梯會下降，直到電梯碰觸行程開關(guān)后停止。 報警器及超重控制按下警報器按鈕(I2.7)，警報器響(Q2.7)，計時10秒鐘(T33)，警報器關(guān)門。此系統(tǒng)由電梯載重控制儀控制電梯載重。當電梯超重時(I2.6)，電梯禁止上下運行，并且超重指示燈亮起（Q2.6）。 內(nèi)指令信號的登記與消除以2層內(nèi)呼為例：當按下2層內(nèi)呼時(I0.1)，若電梯未在2樓平層時(I1.5)，2層指示燈亮(Q0.1)，電梯運行至2樓平層，門打開，2層指示燈滅；若電梯在2樓平層時，指示燈不亮。電梯選層定向輔助在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方向無其

46、它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。電梯應具有最遠反向外梯響應功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應四層向下外呼梯信號。外召喚信號的登記與消除以2層外呼下指示燈為例：按下2層外呼下按鈕（I0.5），若電梯未在2樓平層時(I1.5)，指示燈亮(Q0.5)，當電梯運行至二樓平層，并且該外呼信號得以響應時，門打開(Q2.2)，指示燈滅；若電梯停在2樓平層且門未處于打開動作時，按下2層外呼下按鈕，指示燈亮，電梯門打開，指示燈滅。 電梯開關(guān)門當電梯達目標樓層時，電梯門打開。以2層外呼下為例，當按下2層外呼下指示燈亮時（Q0.5），并且外呼作得

47、到響應（M0.0），即M0.0有信號，當電梯運行至2樓平層時（I1.5），電梯門打開(Q2.2)。電梯開門到位后，計時5秒(T34)，電梯門關(guān)閉(Q2.3)。電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。此外當門關(guān)閉時，若門間來人，光電傳感器會產(chǎn)生信號，控制電梯門打開。 電梯指層控制電梯樓層位置由行程開關(guān)控制。以2層指示燈為例：若電梯在2樓平層時(I1.5)，2層指示燈亮(Q3.1)，當電梯向上運行(Q2.0)，指示燈依然亮著，直到電梯到達3層平層位置(I2.0)；若電梯在3樓層時，3層指示燈亮(Q3.2)，輔助繼電器M2.1置

48、位，電梯下行時（Q2.1），3層指示燈滅，2層指示燈亮，當電梯到達2樓平層時，M2.1復位。4.4 程序仿真與調(diào)試 STEP 7-MicroWIN 32編程軟件編好的程序用S7-200仿真軟件進行了仿真，步驟如下：第一步，把程序?qū)С霰４鏋椤八膶与娞菘刂葡到y(tǒng).awl”文件。第二步，打開仿真軟件，選擇CPU224及擴展模塊EM223。第三步，裝載“四層電梯控制系統(tǒng).awl”文件。第四步，監(jiān)控梯形圖，運行PLC。第五步，點擊輸入點，使相應輸入點閉合，查看梯形圖輸出情況，見圖14第六步，根據(jù)仿真情況對程序進行相應的修改和調(diào)試。 通過仿真與調(diào)試，最終得到的程序符合電梯控制的各項要求。第五章 結(jié)論本次設計利用S7-200可編程控制器實現(xiàn)對四層樓電