畢業(yè)設計論文基于PLC的六層電梯控制系統(tǒng)

1、前言近期我國的經(jīng)濟發(fā)展越來越快，人民的生活水平迅速提高，住房工作條件越來越好。電梯作為建筑內(nèi)重要的垂直交通工具，與我們的生活有著越來越緊密的關系。傳統(tǒng)的電梯采用接觸器來實現(xiàn)電動機狀態(tài)的改變，此外控制系統(tǒng)由繼電器接觸器控制邏輯組成，因此存在元件多、功能弱、故障頻繁、可靠性差及工作壽命短等諸多缺點。為了提高電梯系統(tǒng)的性能，保證其運行的可靠安全，電梯控制系統(tǒng)越來越多的采用plc控制。plc控制較繼電器控制有著許多的優(yōu)點，同時，鑒于電機交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展，電梯的拖動方式已漸漸過渡到了交流變頻調(diào)速，滿足乘客的舒適感，保證平穩(wěn)的精度，降低能耗，節(jié)省運行開支，節(jié)約能源。本次設計的研究題目是“基于plc的

2、六層電梯控制系統(tǒng)”，主要是利用plc及其軟件來實現(xiàn)電梯信號的控制，其控制系統(tǒng)的核心為plc。課題開發(fā)的主要任務和內(nèi)容是：（1）電梯運行指定位置后具有手動或自動開/關門的功能。（2）利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內(nèi)的指令信號和電梯的到達信號。（3）能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出響應的指示信號。（4）電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉(zhuǎn)，電梯下降。（5）電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅(qū)動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉(zhuǎn)，轎廂門關閉。（6）每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂內(nèi)設有開關轎廂門按鈕；轎廂內(nèi)的層面指令按（7）電梯啟動、運行、到站實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。（8）行車

3、時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護。平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。達到的要求是：通過深入的研究和編程實踐，全面認真的完成上述內(nèi)容。本次課題的核心問題有兩個：一是運行效率和安全性的要求；二是利用plc實現(xiàn)電梯信號的控制。對于第一個的問題，我采用的是三菱公司的fx2n型可編程控制器。第二個問題，根據(jù)這次設計所需要達到的要求以及plc順序執(zhí)行程序的特點來編寫plc程序。第一章 緒論1.1 電梯的概述1.1.1 電梯的發(fā)展史據(jù)有關資料表明，早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)。1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力

4、的起重機，結束了用人力運送重物的歷史。1765年瓦特發(fā)明蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯，淘汰了蒸汽梯。后又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結構的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。電梯發(fā)展興盛的根本原因在于采用了電力作為動力來源。18世紀末發(fā)明了電機，隨著電機技術的發(fā)展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，尤其是交流雙速電動機的出現(xiàn)，改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程

5、電梯的發(fā)展奠定了基礎。20世紀30年代，美國奧的斯電梯公司為紐約市的102層摩天大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此電梯一直日新月異地發(fā)展著。隨著電子工業(yè)的發(fā)展， plc和電子計算機成功地應用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果顯著提高。1.1.2 電梯的運行工作情況電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜箱、導軌等主要部件組成。電梯在運行的過程中有起點站也有終點站。起點站設在一樓，終點站設在最高樓。各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，只是電梯的自動化程度比較高，一般電梯的乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電

6、氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_門。乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務為一次性的，乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在執(zhí)行任務的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本設計主要研究單臺六層電梯的plc控制方法，分述其電氣設計和軟件設計過程。1.

7、1.3 電梯控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。1）電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流發(fā)電機電動機組供電（gm）拖動、晶閘管供電（scrm）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（avcc）拖動、交流變頻調(diào)速（vvvf）等。為得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(zhuǎn)矩還應有一定的裕度。2）電氣控制部分電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關電梯部件中的電器元件構

8、成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。plc以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用。1.2 電梯繼電器控制的特點及存在的問題1.2.1 電梯繼電器控制的特點（1）所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合一般技術人員和技術

9、工人。（2）系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。（3）大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格便宜。（4）多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術成熟，熟悉掌握的人員較多。1.2.2 電梯繼電器控制存在的問題（1）系統(tǒng)觸點多，接線復雜，且觸點易燒壞磨損，造成接觸不良，故障率較高。（2）普通控制電器及硬件接線方法難以滿足較復雜的控制功能（3）電磁機構及觸點動作緩慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。（4）系統(tǒng)結構龐大，能耗高，機械動作噪音大。（5）線路復雜，易出現(xiàn)故障，保養(yǎng)維修工作量大，費用高；且檢查故障困難，費時費工。電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，

10、還可能出現(xiàn)人身事故 。1.3 plc及其電梯plc控制的特點1.3.1 plc的特點plc實質(zhì)上屬于計算機控制方式，與普通微機一樣。以通用或?qū)Ｓ?cpu 作為字處理器，實現(xiàn)字運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器（布爾處理器），進行點（位）運算與控制。plc控制一般具有可靠性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點。1、可靠性：對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。（1）plc無需大量的活動元件和接線電子元件（2）plc采用了一系列可靠性設計的方法進行設計（3）plc有較高的易操作性，編程簡單，操作方便，維修容易（4）plc是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，具有比通用計算機更簡

11、單的編程語言和更可靠的硬件，采用精簡化的編程語言（5）在plc的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。（6）在plc的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。2、易操作性:plc 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面：（1）操作方便（2）編程方便（3）維修方便3、靈活性:plc的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）編程的靈活性。（2）擴展的靈活性。（3）操作的靈活性。1.3.2 plc在電梯控制中的特點（1）采用plc控制電梯，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。（2）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結構簡單，外部線路簡化。（3）plc可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制

12、功能。（4）plc可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。（5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。（6）更改控制方案時不需改動硬件接線。此外，plc控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設計和調(diào)試周期短等優(yōu)點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。1.4 課題的提出以前的電梯控制都采用的是繼電器控制，線路復雜，故障率高，系統(tǒng)龐大，能耗較高，噪聲大，嚴重影響電梯運行的質(zhì)量。而且對于電梯的更新需要大量的資金，對于單一的單位來說還是比較困難的。所以只能對電梯的控制方式加以改進。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（plc）來控

13、制電梯，取得了良好效果。利用 plc 和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。1.5 課題的主要討論內(nèi)容這次課題所討論的內(nèi)容主要是利用plc編程來控制電梯的運行。由于老式的電梯大部分控制可靠性欠佳，用戶希望對電梯進行改進以節(jié)約資金。因此找出一種合適的改進方法，提高電梯運行的可靠性和安全性，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用繼電器控制時所出現(xiàn)的功能弱、故障多、可靠性差及使用壽命短等缺點，采用具有功能強、故障少、可靠性高及使用壽命長等優(yōu)點的plc進行控制。論文的主要內(nèi)容如下：首先對電梯做一個大體的介紹，了解電梯的發(fā)展歷史、工作情

14、況及控制系統(tǒng)組成；接著闡述plc的特點，并將其與繼電器進行比較；然后全面介紹可編程控制器fx2n；在了解了這些之后選擇交流雙速電機進行調(diào)速，畫出主電路圖；利用plc編程實現(xiàn)電梯信號控制；對于硬件的開發(fā)，對plc進行選型，完成i/o接口的分配和連接，畫出軟件流程圖和梯形圖；最后進行調(diào)試以達到預期的效果。1.6 電梯的功能要求1）電梯運行指定位置后具有手動或自動開/關門的功能。2）利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內(nèi)的指令信號和電梯的到達信號。3）能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出響應的指示信號。4）電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉(zhuǎn)，電梯下降。5）電梯轎廂

15、門由另一臺小功率電機驅(qū)動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉(zhuǎn)，轎廂門關閉。6）每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂內(nèi)設有開關轎廂門按鈕；轎廂內(nèi)的層面指令按7）電梯啟動、運行、到站實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。8）行車時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護。平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。第二章 三菱fx2n可編程控制器介紹2.1 可編程控制器的基礎認識1. 三菱fx2n的plc主要特點：1)集成型高性能。cpu、電源、輸入輸出三為一體。 2)高速運算 基本指令：0.08s指令 應用指令：1.52幾百s指令 3)安全、寬裕的存儲器規(guī)格 內(nèi)置8000步ram存貯器 安裝存儲盒后，最大可以擴展到1

16、6000步。 4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)：235點 數(shù)據(jù)寄存器；8000點 5)除了具有輸入輸出16256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格2. plc的性能指標和分類1) plc的主要性能指標l (1)輸入輸出點數(shù)（io點數(shù)）io點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。l (2)存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。l (3)掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間

17、來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用µs/步。l (4)功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如ad模塊、da模塊、位置控制模塊等。l (5)指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2) plc的分類plc產(chǎn)品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。按結構形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小，則可分為小型、中型和大型plc三種類型。3. plc系統(tǒng)的組成plc是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結構與微型計算機控制系

18、統(tǒng)相似。plc也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。1) plc的硬件結構一套plc系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、內(nèi)部電源）、io擴展單元及外部設備組成。2)plc的軟件plc的軟件系統(tǒng)指plc所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用plc的編程語言（如梯形圖）編制的應用程序。2.2 可編程控制器的工作方式1、plc的掃描工作方式：可編程序控制器在進入run狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲

19、的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-1所示，包括五個階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。plc完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。yn開始內(nèi)部處理通信處理輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理run方式？圖2-1 plc的掃描過程2. plc的程序執(zhí)行過程plc的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-2所示。輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 .輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣

20、階段輸出刷新階段x001y001y001m1讀讀 圖2-2 plc的程序執(zhí)行過程3. plc的掃描周期在plc的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。4. plc的io響應時間plc采用集中io刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產(chǎn)生了plc的輸入輸出響應滯后現(xiàn)象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。2.3 可編程控制器的編程

21、語言plc的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。2.4 可編程控制器與繼電器在電梯控制中的應用比較在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有：1. 繼電器接觸器控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保

22、養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不高的電梯中。2. plc控制系統(tǒng)plc充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果?？傊?，plc是采用微機技術制造的通用自動控制設備，它能控制開關量、模擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。第三章 plc控制系統(tǒng)與變頻器3.1 plc控制系統(tǒng)設計圖3-1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

23、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(nèi)部存儲器中，進行程序調(diào)試。（7）程序調(diào)試。先進行模擬調(diào)試，再進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試；先進行局部、分段調(diào)試，再進行整體、系統(tǒng)調(diào)試。（8）調(diào)試過程結束，整理技術資料，投入使用。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(diào)試修改修改

24、符合設計要求？現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試符合設計要求？投入運行否否否否是圖3-1 plc控制系統(tǒng)設計步驟流程3.2 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(diào)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(zhuǎn)差頻率控制變頻器；矢量控制變頻器；直接轉(zhuǎn)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。3.3 變頻器的選擇3.3.1 選擇變頻器的規(guī)格及滿足條件按照變頻器標稱功率進行選擇，在實際中常?？赡?/p>

25、會行不通。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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩特性。3.3.2 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

26、：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3-1所示。表3-1 vs-616g5變頻器主要參數(shù)設置表3-2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(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、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

27、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3-2 控制電路端子的功能說明種類端子符號端子名稱功能說明數(shù)字輸入信號1正轉(zhuǎn)停止閉，正轉(zhuǎn)；開，停止多功能輸入端2反轉(zhuǎn)停止閉，反轉(zhuǎn)；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(diào)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

28、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(nèi)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3.3.3 vs-616g5變頻器多級調(diào)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(zhuǎn)、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2-3中多功

29、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3-3所示。表3-3 多段速參數(shù)的設定端子對應參數(shù)設定值內(nèi)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(zhuǎn)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

30、轉(zhuǎn)的驅(qū)動功能。變頻器的5、6、7端子經(jīng)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3-4所示。表3-4 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d

31、1-093.4 變頻調(diào)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(zhuǎn)矩，最好采用帶轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)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(diào)速機構。雖然變頻器調(diào)速是無級的，可以用外接電位器來進行調(diào)速，希望調(diào)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

32、擋轉(zhuǎn)速的控制方式。3.5 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+f×v （公式3-5-1）其中f=(m1+m2+m3)g+µ為摩擦力，µ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(chǎn)生能量，所以變頻調(diào)速裝置

33、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 （公式3-5-2）第四章 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(diào)速系統(tǒng)構成，系統(tǒng)結構圖如圖4-1所示。圖4-1 控制系統(tǒng)結構圖中變頻器只完成調(diào)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(zhuǎn)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

34、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。4.1 變頻電梯電力傳動系統(tǒng)如圖4-2所示為電梯驅(qū)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(diào)速，二是驅(qū)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% （公式4-1-1）式中的45%是平衡系數(shù)，一般要求平衡系數(shù)在45%50%之間4-2 電梯驅(qū)動機構原理圖這種驅(qū)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

35、額負載最大，處在驅(qū)動狀態(tài)，這就要求電動機在四象限內(nèi)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(diào)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(diào)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(qū)動系統(tǒng)為例并結合圖4-3說明vvvf變頻電梯電力傳動系統(tǒng)的工作原理。圖4-3 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

36、網(wǎng)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。4.2 電梯的主電路圖4-4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(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速

37、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(zhuǎn)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4-4 電梯主電路圖4.3 機型選擇及i/o分配4.3.1 輸入模塊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(zhuǎn)換成plc內(nèi)部可處理的電平信號。輸入信號及地址分配如表4-1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

38、。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最遠不超過10m。3、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

39、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。表4-1 輸入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3krx023四樓感應器4krx024五樓感應器5krx025六樓感應器6krx026安全運行開關ka2run(x020)開門到位開關sq6x010關門到位開關sq7x011上行限位開關sq17x012下

40、行限位開關sq18x013上平層感應器7krx008下平層感應器8krx009上行起動按鈕sb3x005下行起動按鈕sb4x006一樓轎內(nèi)選層鈕sb5x014二樓轎內(nèi)選層鈕sb6x015三樓轎內(nèi)選層鈕sb7x016四樓轎內(nèi)選層鈕sb8x017五樓轎內(nèi)選層鈕sb9x018六樓轎內(nèi)選層鈕sb10x019一樓上行外呼鈕1sb1x027二樓上行外呼鈕2sb1x028二樓下行外呼鈕2sb2x029三樓上行外呼鈕3sb1x030三樓下行外呼鈕3sb2x031四樓上行外呼鈕4sb1x032四樓下行外呼鈕4sb2x033五樓上行外呼鈕5sb1x034五樓下行外呼鈕5sb2x035六樓下行外呼鈕6sb2x036

41、4.3.2 輸出模塊plc輸出模塊的功能主要是將內(nèi)部的輸出電平，在輸出前轉(zhuǎn)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4-2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、

42、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4-2 輸出信號及地址分配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-km11y005-y010開門接觸器km12y011關門接觸器km13y012上行指示燈hl7y019下行指示燈hl8y020一層指示燈1hly013二層指示燈2hly014三層指示燈3hly015四層指示燈4hly016五層指示燈5hly017六層指示燈6hly018一層內(nèi)選記憶燈hl1y0

43、21二層內(nèi)選記憶燈hl2y022三層內(nèi)選記憶燈hl3y023四層內(nèi)選記憶燈hl4y024五層內(nèi)選記憶燈hl5y025六層內(nèi)選記憶燈hl6y026一樓向上召喚燈hl9y027二樓向上召喚燈hl10y028二樓向下召喚燈hl11y029三樓向上召喚燈hl12y030 三樓向下召喚燈hl13y031 四樓向上召喚燈hl14y032 四樓向下召喚燈hl15y033 五樓向上召喚燈hl16y034 五樓向下召喚燈hl17y035 六樓向下召喚燈hl18y036 由上面可知三層電梯有37個輸入信號，37個輸出信號，考慮到留有余量，選擇fx2n80mrd（40點輸入，40點輸出）的plc。4.4 電梯外部接

44、線圖見附錄第五章 軟件設計梯控制程序的設計需按照5-1所示的程序流程圖來編輯。yyyynnyn上電初始化確認本層與目標層等待目標層與本層是否同層電梯啟動電梯選向電梯運行樓層信號是否目標層平層信號電梯制動開門延時是否停止運行停止是否廳外呼叫是否轎廂呼叫關門圖5-1 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(nèi)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。5.1 開門環(huán)節(jié)設計電梯的開

45、門存在以下幾種情況：梯形圖如圖5-2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(nèi)，旋轉(zhuǎn)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。電梯停層時，到平層位置，m140接通，電梯應開始開門。4、電梯關門過程中的重新開門。關門過程中，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?，若有人在該層呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的

46、要求。圖5-2 開門環(huán)節(jié)梯形圖5.2 關門環(huán)節(jié)設計電梯關門存在以下幾種情況：梯形圖如圖5-3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(zhuǎn)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5-3 關門環(huán)節(jié)梯形圖5.3 層樓信號產(chǎn)生與消除環(huán)節(jié)設計當電梯位于某一層時，指層感應器1kr6kr產(chǎn)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5-4所示，圖中當層的層樓輔助繼電器是

47、用上層或下層的層樓信號關斷的。圖5-4 層樓信號產(chǎn)生與消除環(huán)節(jié)梯形圖5.4 停層信號登記與消除環(huán)節(jié)設計乘客或司機通過對轎廂內(nèi)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5-5所示，圖中各內(nèi)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5-5 停層信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖5.5 外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)設計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5-6中，按下外呼按

48、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(nèi)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

49、號被消除。圖5-6 外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖5.6 定向環(huán)節(jié)設計在自動運行狀態(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(nóng)行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接受到內(nèi)選和為呼信號時，應將電梯所處的位置與內(nèi)選和外呼信號進行比較，定是上行和下行。一旦電定向后，內(nèi)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5-7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(nèi)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”

50、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(nèi)呼外呼都不再能影響上行狀態(tài)。圖5-7定向環(huán)節(jié)梯形圖5.7 起動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)設計其梯形圖如圖5-8所示。圖5-8 起動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)梯形圖5.8 停層信號設計電梯在停車制動前,應首先確定其停層信號,即確定要停靠的樓層,應根據(jù)電梯的運行方向與外呼信號的位置和轎內(nèi)選層信號比較后得出。其梯形圖如圖5-9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(nèi)選層信號存在時產(chǎn)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(chǎn)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

51、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5-9停層信號梯形圖5.9 制動過程環(huán)節(jié)設計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5-10所示。5-10 制動過程梯形圖第六章 總結經(jīng)過近三個月的研究工作，通過在圖書館、互聯(lián)網(wǎng)上查閱相關資料，了解了電梯的起源和發(fā)展過程，并加深了對電梯運行過程、控制系統(tǒng)的認識。熟悉了可編程控制器在電梯控制系統(tǒng)中的

52、運用。由于當初學習plc課程時接觸過關于電梯plc控制方面的指示，所以這次的設計在是在原有課程的基礎之上加深研究，相對來說還是比較簡單的。這次的設計使我鞏固了以前所學的知識，并且對plc的編程技術有了更深的了解，使我將原來所學的知識系統(tǒng)化、理論化、實用化，對如何使用已有知識及獲取相關資料方面的能力又有了提高。這次的設計使我認識到無論做什么都需要踏實、勤奮、嚴謹?shù)膽B(tài)度。這點對我以后的工作有很大的影響。設計達到了預定的設計目的，利用可編程控制器（plc）控制技術改造舊電梯，充分利用了現(xiàn)代電力電子技術、計算機原理和檢測技術，達到了對電梯的可靠控制。通過合理的設備選型、參數(shù)設置和軟件設計，提高了電梯的運行可靠性。采用plc改造后的電梯結構緊湊、維修簡單、故障率低。如果plc與交流變頻調(diào)速（vvvf）控制技術結合將提升電梯的的效率和舒適感，有利于電梯的節(jié)能。具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。致謝電梯控制技術是一門專業(yè)技術，它涉及了我們學過的很多課程。通過這次的設計，我鞏固了以前學過的很