PLC-六層電梯課程設計

1、科信學院課程設計說明書（2008/2009學年第一學期）課程名稱 ： 可編程序控制器應用 題 目 ： 六層電梯控制系統(tǒng)程序設計1 專業(yè)班級 ： 電氣工程及其自動化05-4班 學生姓名 ： 韓 明 朝 學 號： 050062414 指導教師 ： 劉增環(huán)、岑毅南、黃爾烈 等 設計周數(shù) ： 2周 設計成績 ： 2009年 1 月9日1、課程設計目的1.1、對PLC和變頻器等部件進行選型設計。1.2、繪制I/O地址分配表及相關圖紙。1.3、繪制PLC的程序，并利用實驗室設備進行模擬實驗。1.4、對課程設計進行總結，撰寫課程設計說明書。2、 設計內(nèi)容2.1、技術要求（1） 設計應符合國家的相關標準；（2

2、） 設計控制系統(tǒng)應符合故障安全原則；（3） 電梯具有維修控制功能；（4） 應有樓層和方向數(shù)碼顯示；（5） 電梯的運行應符合方向優(yōu)先等原則；（6） 應具有自動調(diào)整功能。2.2、系統(tǒng)結構和組成 采用TVT2000E組合式多層電梯控制模型由曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等組成。 曳引系統(tǒng)由曳引系統(tǒng)機（帶減速器三相異步電動機）或一相永磁同步機、曳引鋼絲繩、導向輪等組成，是電梯的動力源。 導向系統(tǒng)由導軌、導輪和導軌架等組成。它的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穩(wěn)定升降運動。 門系統(tǒng)由轎廂門、開門機、聯(lián)動機構等組成。

3、轎廂門設在轎廂入口、由門扇和門導軌架等組成。 轎廂的廂體由廂底、廂壁、廂頂?shù)冉M成，轎廂內(nèi)部設有轎廂控制器，其操縱按鈕設在轎廂外部。 電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、變頻器等構成，具有速度反饋的調(diào)速控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電梯的速度控制。 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、平層裝置、PLC（選用松下最新產(chǎn)品FP）、觸摸屏、傳感器、光電編碼器等組成。對電梯的運行方式實行操縱和控制。 電梯模型上設有機械緩沖器，具有撞底的保護作用。電氣上還設有平層限位的各種保護功能。 2.3、電梯程序設計2.3.1、控制要求1、開始時，電梯處于任意一層。（六層電梯為-15層）2、當有外呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該樓

4、層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，無人操作時，延時一定時間后自動關門。3、當有內(nèi)呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，到達該層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，無人操作時，延時一定時間后自動關門。4、在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信號均不響應，但如果反向外呼梯信號前方無其他內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應該呼梯信號。例如：電梯轎廂在一樓，將要運行到五樓，在此過程中可以響應二層、三層、四層的向上呼梯信號，但不響應二層、三層、四層的向下呼梯信號。同時，如果電梯到達五層，如果六層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應五層向下的信號。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運行至六樓，然后向下

5、運行響應五層的向下呼梯信號。5、電梯應具有最遠反向外呼梯響應功能。例如，電梯轎廂在一樓，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，五層向下外呼梯，六層向下外呼梯，則轎廂先去六樓響應六層向下外呼梯信號6、電梯未平層即運行時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂響應停止后，按開門按鈕轎廂門打開，按關門按鈕轎廂門關閉。2.3.2、PLC輸入I/O表 TVT2000E電梯模型S7-200主機的I/O表PLC輸入高速計數(shù)器輸入AI0.6高速計數(shù)器輸入BI0.7底層內(nèi)呼按鈕I3.0一層內(nèi)呼按鈕I3.1二層內(nèi)呼按鈕I3.2三層內(nèi)呼按鈕I3.3四層內(nèi)呼按鈕I3.4五層內(nèi)呼按鈕I3.5轎廂

6、開門按鈕I3.6轎廂關門按鈕I3.7底層外呼上I1.5一層外呼下I1.4一層外呼上I1.3二層外呼下I1.2二層外呼上I1.1三層外呼下I1.0三層外呼上I0.5四層外呼下I0.4四層外呼上I0.3五層外呼下I0.2下基準位限位I1.6下極限位限位I1.7上基準位限位I0.1上極限位限位I3.7開門限位開關I2.7關門限位開關I2.6轎廂安全開關I0.0手動控制開關I2.0手動開門按鈕I2.1手動關門按鈕I2.2手動上行按鈕I2.3手動下行按鈕I2.4緊急停車按鈕I2.5(2)PLC輸出I/O表PLC輸出底層內(nèi)呼指示燈Q3.0一層內(nèi)呼指示Q3.1二層內(nèi)呼指示Q3.2三層內(nèi)呼指示Q3.3四層內(nèi)呼

7、指示Q3.4五層內(nèi)呼指示Q3.5PWM輸出Q0.1開門驅(qū)動Q0.4關門驅(qū)動Q0.3底層向上指示Q1.6一層下指示Q1.5一層上指示Q1.4二層下指示Q1.3二層上指示Q1.2三層下指示Q1.1三層上指示Q1.0四層下指示Q0.7四層上指示Q0.6五層下指示Q0.5電梯上行驅(qū)動Q0.2電梯下行驅(qū)動Q0.0電梯上行指示Q2.5電梯下行指示Q2.4顯示驅(qū)動AQ2.0顯示驅(qū)動BQ2.1顯示驅(qū)動CQ2.2顯示驅(qū)動DQ2.32.3.3梯形圖程序主程序部分PWM設置部分樓層顯示部分電梯開關門部分高速計數(shù)器初始化PWM調(diào)速部分樓層部分2.4 電梯模型PLC控制系統(tǒng)構成，運行原理及設置2.4.1六層電梯實際模型

8、控制系統(tǒng)的硬件是由三相異步電動機、變頻器、傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、觸摸屏、FP（2臺）等組成。采用PCLINK網(wǎng)絡實現(xiàn)了PLC的遠程控制，其PLC控制系統(tǒng)結構框圖如圖1所示 樓層顯示電機變頻器西門子PLC35層呼叫裝置速度反饋CPU-226轎廂內(nèi)選（按鍵）-1 1 2 開3 4 5 關-12層呼叫裝置轎廂內(nèi)部控制器維修操縱盒圖1 PLC控制系統(tǒng)框圖2.4.2、變頻調(diào)速系統(tǒng)原理、接線及設置.變頻器的接線及設置 交流變頻調(diào)速電梯，采用速度反饋構成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)電梯的 無級調(diào)速及準確定位。其變頻器接線如圖5所示。 a）VFO變頻器主接線圖 b） 變頻器控制電路接線圖圖 5 變頻器的接線圖注：Y1所接的變

9、頻器功能為：正轉(zhuǎn)/停（由P08參數(shù)設置）Y2所接的變頻器功能為：反轉(zhuǎn)/停（由P08參數(shù)設置）Y0所接的變頻器功能為：PWM切換（由P1921、P2224參數(shù)設置）Y3所接的變頻器功能為：PWM輸入（由P1921、P2224參數(shù)設置）變頻器的設置如表1所示。表1變頻器設置名稱參數(shù)名稱參數(shù)P0100.5P13000P0200.5P1400P03FFP1575.0P040P1650.0P0505P171P062P181P072.4P190P083P200P090P210P100P221P110P2301P1200.5P2401.0設置以上參數(shù)的方法，詳見變頻器使用手冊。其它參數(shù)為默認值，用戶也可參照

10、手冊進行設置。PWM變頻調(diào)速方式方法及反饋系統(tǒng)的設計 （一）PWM變頻調(diào)速方法和調(diào)速方式六層電梯模型的變頻調(diào)速部分，采用松下FP、VF0小型變頻器和歐姆龍的旋轉(zhuǎn)碼盤組成高速計數(shù)單元。變頻器通過編程控制電梯，變頻電機按圖6所示的理想曲線運行，而電機何時啟動換速以及電機的轉(zhuǎn)向是由PLC根據(jù)電梯呼梯、減速等信號做出決定，發(fā)出控制信號給變頻器，變頻器按理想速度曲線控制電梯運行 v 0 t停車 加 速 勻 速 減 速 平 層圖6理想速度曲線傳統(tǒng)變頻器控制頻率一般采用模擬信號控制，這樣控制系統(tǒng)需要D/A轉(zhuǎn)換而增加成本，VF0變頻器保留原有的模擬控制還增加PWM信號進行控制。PLC的輸出端可以直接控制變頻器

11、的啟動、停止、多段速度運行等，它可以將變頻器的運行狀況從PLC輸送上位計算機，以便對生產(chǎn)過程進行集中控制。TVT2000E六層電梯模型中PLC的PWM信號（脈寬調(diào)制波）輸出端子直接接于變頻器的端子8、9、3組成輸入回路，如圖5 b)所示。松下VF0超小型變頻器可容許的PWM信號周期為0.9ms1100ms以內(nèi)。需要設置的參數(shù)P22：PWM頻率信號選擇，參數(shù)P23：PWM信號平均次數(shù)、參數(shù)P24：PWM 信號周期（具體設置請參閱VF0超小型變頻器的使用手冊）。 變頻器根據(jù)各類生產(chǎn)機械對升速過程的不同要求，為用戶提供了多種升速方式供用戶自行設定。加速方式的種類有如下三種：線性方式：在起動或升速過程

12、中，頻率與時間成線性關系，如圖7，a)中曲線a 所示。一般來說，在沒有什么特殊考慮的情況下大都選用線性方式。圖7 升速方式a) 線性和S型 b)半S型S型方式：對于如圖8所示的帶式輸送機一類的負載，因被輸送物體M的慣性力與加速度成正比（慣性力F=ma, m 是物體的質(zhì)量，a是加速度）加速度變化過大，會使被輸送物體滑動或跌倒。因此，在起動的初始階段（OP段）加速過程比較緩慢；中間的PQ段，為線性加速，加速度不變；Q點以后，加速度又逐漸下降為0。整個過程中，速度和時間的關系呈S形，如圖7，a)中曲線b所示。 同樣，人們在乘坐電梯的時候，會由于重力的作用有超重和失重的感覺，嚴重時會感覺不舒服。因此，

13、在電梯的設計時，就盡量使電梯按照圖6的理想速度曲線運行，即S型曲線。 圖 8 帶式輸送機半S型方式：即升速曲線的一半為S形，另一半為線性方式。這又有兩種情況：第一、對于鼓風機和泵類負載，低速時負載較輕，升速過程可以快一些：但隨著轉(zhuǎn)速的升高，其阻轉(zhuǎn)矩迅速增加，應逐漸減緩加速過程而成半S形升速方式，如圖7 b)中曲線a所示。第二、對于一些慣性較大的負載，在初始起動時加速過程應適當減緩，運行到一定轉(zhuǎn)速后再線性加速，成為另一種半S形，如圖7，b)中曲線b所示。另外各類變頻器設定加速方式的功能很不一致，大體有以下幾種：第一，只設定加速的方式 S形和半S形的具體形狀由變頻器內(nèi)定，用戶不能設定。第二、變頻器

14、為用戶提供了若干種S區(qū)（非線形區(qū)）的大?。ㄈ?.2s、0.5s、1.0s）供用戶設定，如圖9 a）所示.。第三，用戶可以在一定范圍（如05s）內(nèi)，任意設定非線性時間ts 的大小，如圖9 b)所示。圖 9 S形的設定a)設定S區(qū) b) 設定非線性時間電梯的降速方式、應用場合及設定方法與上述的電梯升速相同，這里不再贅述。（二）速度反饋系統(tǒng)設計在具有速度反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)閉環(huán)控制可以有兩種方法。一種是采用內(nèi)置PID的變頻器，可以用變頻器內(nèi)部PID的功能形成閉環(huán)。另一種是采用沒有內(nèi)置PID的變頻器，則可以使變頻器外部閉環(huán)，閉環(huán)接點放在變頻器的外部。在有上位機（計算機或PLC）存在的系統(tǒng)中，

15、閉環(huán)算法由上位機實現(xiàn)，然后將運算信號傳給變頻器。設計結構如圖10。六層電梯TVT2000E 中采用上位機作總閉環(huán)計算的控制，其優(yōu)點是采用上位機作各種PID的算法計算速度快，實現(xiàn)簡單（在FP0及FP PLC 就具備PID的專用指令）。其特點是所有的反饋信號都接到上位機，由上位機分別給出控制變頻器運行的信號。PID調(diào)節(jié)時比例、積分、微分運算的組合，PID過程可選擇微分、比例/微分控制等。需要設置的參數(shù)有比例增益、積分時間、微分時間、過程模式及周期等，由這些參數(shù)構成PID過程。3、課程設計總結緊張的兩周奮戰(zhàn)的兩周經(jīng)過和隊友的努力PLC課程設計終于完成了。經(jīng)過這兩周的設計使我受益匪淺，使我明白課程設計

16、不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。由此也使我清楚的認識到自己的知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多。在課設中我對樓宇監(jiān)控知識進行了更深入的學習，并且我明白了學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。 通過這次對電梯運行啟動檢修調(diào)速的PLC控制，讓我了解PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。 這兩周的課程設計，使我在以后的學習和生活上都受益匪淺?？偟谜f來：這次課程設計是一次所學知識與實踐相結合的體驗，讓我更進一步的了解了可編程控制器的應用是怎樣的一門課程，也進一步鞏固了這學期的學習的有關知識，同時也為以后的工作打下扎實的基礎。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱