基于PLC的電梯速度控制畢業(yè)論文設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 題 目 基于plc的電梯速度控制 機(jī)電工程 院（系）電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué) 號(hào) 110617045 學(xué)生姓名 李文雅 指導(dǎo)教師 鄒杰慧 起訖日期 2015/01/022015/04/30 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 井岡山大學(xué) 井 岡 山 大 學(xué) 學(xué) 位 論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得井岡山大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文作者簽名： 日期： 年 月 日井 岡 山 大 學(xué) 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)井岡山大學(xué)教務(wù)處辦理。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年月 日 23 摘 要近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，電梯應(yīng)運(yùn)而生，在人們的生活中和工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，同時(shí)也使得傳統(tǒng)控制檢測(cè)不斷革新。但是電梯作為一種和人們的生活密切有關(guān)的當(dāng)代高層建筑的垂直交通工具，在人們對(duì)電梯運(yùn)轉(zhuǎn)安全性、高效率性、安逸性等要求的不斷完善的過(guò)程中，也得到了迅速成長(zhǎng)?，F(xiàn)今，有兩種方式電梯的控制形式被大多數(shù)人們采納了，常用的繼電器組成的電氣控制系統(tǒng)便是其中的一種；另一種控制形式選用可編程控制器取代繼電器構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)。 在現(xiàn)有的通變頻器的根基上，經(jīng)過(guò)比較選取通用的繼電器組成電氣控制系統(tǒng)與plc控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，于是本設(shè)計(jì)選用可編程控制器對(duì)電梯實(shí)行支配。為了達(dá)到對(duì)電梯運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制功效，采用軟件控制來(lái)使得控制系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提升?？刂葡到y(tǒng)它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，工作的穩(wěn)定度又很高，功能和操作都是比較完善。也容易和其他設(shè)備配套使用，一旦進(jìn)入配套使用中，控制系統(tǒng)的功能就更加完善，也能很好的提升自己的控制能力，更有效的實(shí)行自己我監(jiān)督和管理功能，使得設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)更加的安全，更加的便捷。所策劃的控制系統(tǒng)針對(duì)的是四層電梯。取代古板的繼電控制系統(tǒng)，由變頻調(diào)速器完成對(duì)電梯的拖動(dòng)調(diào)速，使plc與調(diào)速拖動(dòng)裝備相結(jié)合，組成plc集選控制系統(tǒng)，達(dá)成了電梯的各種控制功能，抬高了電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性能與可靠性能，使得故障幾率下降了。關(guān)鍵詞： 可編程控制器 plc 變頻調(diào)速 電梯abstract in recent years, the rapid economic development of our country, the elevator arises at the historic moment, in peoples life and has important role in the industrial production, at the same time also makes the traditional control detection constantly innovation. but as a kind of elevator and the life of people closely related to the modern high-rise building of vertical transport, in people of elevator running safety, efficient and willfulness, comfort requirements in the process of constantly improve, also got rapid growth. nowadays, there are two ways of elevator control form adopted by most of the people, electric control system composed of common relay is one of them; control form to choose another kind of programmable controller to replace relay electric control system. on the foundation of the existing general frequency converter, through comparison of relay selection of general electric control system and plc control system, the advantages and disadvantages of and this design chooses programmable controller of the elevator control. in order to achieve automatic control of elevator running effect, the software control to make to further improve the reliability of the control system. control system of its structure is simple and clear, and the stability of the work is very high, functions and operations are relatively perfect. also easy and other equipment, use once in supporting the use of the function of the control system is more perfect, also can improve their ability to control, more effective exercise myself i supervision and management function, make the equipment operation more safe, more convenient. by the elevator control system is aimed at four layer. replace stodgy relay control system, completed by frequency conversion governor of elevator drag speed regulation, plc combined with control equipment, collection of plc control system, to achieve the various control functions of the elevator, raise the stability of the elevator running performance and reliable performance, makes the decline in the probability of failure. key words: programmable controller plc frequency control of motor speed elevator 目錄第一章 設(shè)計(jì)背景及電梯的定義51.1 設(shè)計(jì)背景51.2 電梯的定義5第二章 plc控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)6 3.1 plc的定義6 3.2 plc在電梯控制中的應(yīng)用和發(fā)展6第三 章 總體方案設(shè)計(jì)7 3.1 電梯的理想運(yùn)行曲線73.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及其選擇73.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖7第四章 梯形圖及其注釋8 4.1 電梯初始控制8 4.2 電梯運(yùn)行過(guò)程8第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試9第六章 總結(jié) 10 致謝 11參考文獻(xiàn) 12第一章 設(shè)計(jì)背景及功能1.1設(shè)計(jì)背景 近年來(lái)，可編程控制器技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)器件、各種特殊功能模塊和許多功能強(qiáng)大的新型plc，使可編程控制器成為集通訊技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、和自動(dòng)化技術(shù)于一身的通用工業(yè)控制裝置，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的一種強(qiáng)有力的工具，在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 隨著高層建筑不斷增多，城市建設(shè)的不斷發(fā)展，電梯在生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具，電梯已與人們的日常生活密不可分。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)。 所以，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)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(jī)作為信號(hào)控制單元，完成運(yùn)行狀態(tài)、電梯信號(hào)的采集和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的集選運(yùn)行和自動(dòng)調(diào)度功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用plc（可編程控制器）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。從性能和控制方式上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高，生產(chǎn)規(guī)模較??；而plc程序設(shè)計(jì)方便靈活、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。文中分析了電梯的負(fù)載特性，闡述了采用梯形加速曲線的電梯理想速度曲線，結(jié)合plc和變頻器的性能，論述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作特性。闡述了電梯速度曲線產(chǎn)生的方法，歸納了由plc構(gòu)成的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。 1.2電梯的定義與簡(jiǎn)介 電梯是一種垂直升降機(jī)，以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，裝有箱狀吊艙用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。也有臺(tái)階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運(yùn)行的裝置。 固定式升降設(shè)備具有一個(gè)轎廂，運(yùn)行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15的剛性導(dǎo)軌之間服務(wù)于規(guī)定樓層的。為了便于乘客出入或裝卸貨物,轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式應(yīng)符合要求。通常來(lái)說(shuō)，不管電梯的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)方式怎樣，都將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸工具的總稱。電梯分類按運(yùn)行速度可分為：低速電梯（1米/秒以下）、快速電梯(12米/秒)和高速電梯(2米/秒以上)。19世紀(jì)中期，開(kāi)始出現(xiàn)液壓電梯，至今仍在低層建筑物上應(yīng)用。美國(guó)的e.g.奧蒂斯在1852年研制出鋼絲繩提升的安全升降機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置在80年代具有著進(jìn)一步的改進(jìn)，如電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)纏繞卷筒、采用平衡重等。19世紀(jì)末，人們?cè)陔娞萆咸砑恿四Σ凛啠捎昧四Σ凛唫鲃?dòng)，大大增加電梯的提升高度。20世紀(jì)末，電梯引用永磁同步曳引機(jī)作為運(yùn)行動(dòng)力，不僅大大縮小了機(jī)房占地，并且具有能耗低、提升速度、節(jié)能高效快等優(yōu)點(diǎn)，快速地推動(dòng)了房地產(chǎn)向超高層方向的發(fā)展。 1.3 電梯的結(jié)構(gòu)電梯的結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 電梯的基本結(jié)構(gòu)1-控制柜(屏);2-拽引機(jī);3-拽引鋼絲繩;4-限速器;5-限速器鋼繩;6-限速器張緊裝置;7-轎廂;8-安全鉗;9-轎廂門(mén)安全觸板;10-導(dǎo)軌;11-對(duì)重;12-廳門(mén)；13-緩沖器。電梯的結(jié)構(gòu)包括：四大空間，八大系統(tǒng)四大空間：機(jī)房部分、井道及地坑部分、轎廂部分、層站部分八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、轎廂、門(mén)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)代電梯主要由導(dǎo)軌、對(duì)重裝置、曳引機(jī)（絞車(chē)）、信號(hào)操縱系統(tǒng)、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、轎廂與廳門(mén)等組成。這些裝置分別安裝在建筑物的井道和機(jī)房中。這些裝置一般采用鋼絲繩摩擦傳動(dòng)，鋼絲繩繞過(guò)曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪使轎廂升降。電梯的首要條件就是：安全可靠、輸送效率高、平層準(zhǔn)確和乘坐舒適。電梯的主要參數(shù)是：額定載重量、額定速度、可乘人數(shù)、轎廂外廓尺寸和井道型式等。電梯的組成：曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)主要組成部分是曳引機(jī)、導(dǎo)向輪、曳引鋼絲繩和反繩輪。 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行。 橋廂 轎廂主要組成部分是轎廂架和轎廂體。 運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件便是橋廂，是電梯的工作部分。 門(mén)系統(tǒng) 門(mén)系統(tǒng)主要組成部分是轎廂門(mén)、開(kāi)門(mén)機(jī)、層門(mén)、門(mén)鎖裝置。 門(mén)系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。 導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)主要組成部分是導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架。 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要組成部分是曳引電動(dòng)機(jī)、速度反饋裝置、供電系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置等。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能是提供動(dòng)力，實(shí)行電梯速度控制。 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要組成部分是操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等。 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。 重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)主要組成部分是對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置。 重量平衡系統(tǒng)的主要功能是相對(duì)平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對(duì)重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動(dòng)正常。 安全保護(hù)系統(tǒng) 安全保護(hù)系統(tǒng)主要組成部分是安全鉗、緩沖器、電梯限速器、安全觸板、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、層門(mén)門(mén)鎖、限位開(kāi)關(guān)裝置。 安全保護(hù)系統(tǒng)的主要功能是保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。1.4電梯的工作原理 曳引繩兩個(gè)端頭分別連接著轎廂和對(duì)重，它們分別繞在在曳引輪和導(dǎo)向輪上，減速器變速后曳引電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力來(lái)達(dá)到轎廂和對(duì)重的升降往返運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)哪康?。另一方面，固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌進(jìn)行往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，讓轎廂不可以在運(yùn)行中偏斜或擺動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)松閘，常閉塊式制動(dòng)器使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在沒(méi)有電的情況下制動(dòng)，轎廂升降的停止，使其并在指定層站上維持靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是用來(lái)運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重是用來(lái)平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率的部件。通常引用補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使得曳引電動(dòng)機(jī)的負(fù)載更加穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確地?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)達(dá)到對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，并且完成選層、平層、測(cè)速、照明工作等。指示呼叫系統(tǒng)可以隨時(shí)顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)方向和所在樓層位置。安全裝置（各方面的安全，比如電梯門(mén)的關(guān)閉與否）的作用則是保證電梯運(yùn)行安全。 第二章 plc控制系統(tǒng)的定義及發(fā)展趨勢(shì)2.1 plc的定義 在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通?？梢钥闯杏奢斎腚娐罚刂齐娐?，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)這4個(gè)部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號(hào)。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對(duì)象，如電動(dòng)機(jī)，電爐，閥門(mén)等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過(guò)導(dǎo)線將各個(gè)分立的繼電器，電子元器件連接起來(lái)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是指被控制的對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)等）或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骱?jiǎn)稱pc。個(gè)人計(jì)算機(jī)也稱pc。為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做plc（programmble logic controller）。國(guó)際電工委員會(huì)（international electrical committee）在1987年頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中隊(duì)plc做了如下定義：“plc是一種專門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)模擬式或數(shù)字式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！倍x中有以下幾點(diǎn)應(yīng)值得注意。（1） 可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置”，其中帶有“可以編制程序的存儲(chǔ)器”，可以進(jìn)行“順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算”工作，可以認(rèn)為可編程控制器具有計(jì)算機(jī)的基本特征。事實(shí)上，可編程控制器無(wú)論從內(nèi)部構(gòu)造、工作原理及功能上看都是不折不扣的計(jì)算機(jī)。（2） 可編程控制器是“為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用”而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。功能工業(yè)環(huán)境和一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別，plc的特殊構(gòu)造讓它可以在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制“機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程”，它滿足“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體”這些條件是個(gè)人計(jì)算機(jī)滿足不了的。所以可編程控制器不是普通的計(jì)算機(jī)，它是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的計(jì)算機(jī)。（3） 可編程控制器能控制“各種類型”的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程。它的特性“易于擴(kuò)展其功能”，它的程序能根據(jù)控制對(duì)象的不同要求，讓使用者“可以編制程序”。換句話而言，可編程控制器跟以前的單片機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合，是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 通過(guò)以上定義還可以了解到，可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)（編制符合控制要求的程序）能夠控制“各種類型”的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程，是各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一。2.2 plc的特點(diǎn) （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) plc具有硬件故障的自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。在應(yīng)用軟件中，用戶還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)就具有了極高的可靠性。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)在大規(guī)模集成電路技術(shù)，嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。加上plc通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)見(jiàn)面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路圖非常接近，只用plc的少量開(kāi)關(guān)邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電接觸器電路的功能，plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，其編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。 （4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，改造容易，維護(hù)方便 plc的完善自診斷、履歷情報(bào)存儲(chǔ)和監(jiān)視顯示功能，使得維護(hù)變得十分容易，便于故障的迅速查找和處理。plc使用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期大大縮短。 （5）體積小，重量輕，能耗少 超小型的plc，其體積和重量只有通用的接觸器大小，功耗很低，易于安裝在機(jī)械內(nèi)部控制運(yùn)動(dòng)物體，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。當(dāng)前的可編程控制器在產(chǎn)品規(guī)模上，正在向超大型和超小型連個(gè)方向發(fā)展?？删幊炭刂破鞯母鞣N控制模塊和品種十分豐富，規(guī)格齊全，控制更加多樣化、人性化，并在向更快、更高智能化方向發(fā)展?？删幊炭刂破饔芍醒胩幚砥?、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、外設(shè)和電源等部分組成，它的工作過(guò)程是串行分時(shí)掃描方式。可編程控制器的結(jié)構(gòu)有單元（箱體）式、模塊式和疊裝式三種?？删幊炭刂破鞯能浖杏脩魬?yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩部分。最常用的應(yīng)用軟件編程語(yǔ)言是梯形圖。 2.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、電力、石油、建材、汽車(chē)、輕紡、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況基本上可以歸納為以下幾類： （1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、印刷機(jī)、注塑機(jī)、高爐上料、磨床、組合機(jī)床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。 （2） 模擬量控制 模擬量有溫度、壓力、流量、液位和速度等許多連續(xù)變化的量，為了讓可編程控制器可用處理模擬量信號(hào)，plc廠家生產(chǎn)有配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，是可編程控制器可用于模擬量控制。 （3） 運(yùn)動(dòng)控制 就控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，plc可用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。在世界上廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （4） 過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量的模擬量的閉環(huán)控制。plc作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，能夠編制各種各樣的控制算法程序來(lái)完成閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法是pid控制。一般運(yùn)行專用的pid子程序是pid處理。十分廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。 （5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含邏輯運(yùn)算、矩陣運(yùn)算）、排序、查表、位操作、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。通過(guò)與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通訊功能傳送到別的智能裝置上面，或者將它們打印制表。數(shù)據(jù)一般用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)；也可用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)。 （6） 隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，加快了工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，各個(gè)plc廠商都非常重視plc的通訊功能，紛紛推出了各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。plc通信包含了plc之間的通信以及plc與其他智能設(shè)備間的通信。最新生產(chǎn)的plc都具有通訊接口，實(shí)現(xiàn)通訊非常方便。 可編程控制系統(tǒng)（programmable logic controller），是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它通常采用一種可編程的存儲(chǔ)器，通過(guò)模擬式或數(shù)字式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的生產(chǎn)過(guò)程或機(jī)械設(shè)備。由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小、可靠性高、組裝維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化的進(jìn)程。 目前plc在電梯行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。電梯用于垂直運(yùn)送乘客和貨物，是高層建筑不可缺少的運(yùn)輸工具，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多、可靠性差、故障率高、維修工作量大等，而采用plc組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問(wèn)題，使電梯運(yùn)行更加安全、方便、舒適。plc控制的采用使得在層數(shù)和控制功能較少的場(chǎng)合更為方便。2.4 plc的發(fā)展前景 世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器，引入了微處理器的可編程控制器增加了運(yùn)算。數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了讓繼電接觸控制系統(tǒng)的電氣工程技術(shù)人員的方便使用，人們?cè)诳删幊炭刂破髦胁捎昧撕屠^電接觸器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。所以可編程控制器被人們稱為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用可編程控制器中，使它的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：超小型的體積、更高的運(yùn)算速度、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、pid功能、模擬量運(yùn)算以及極高的性價(jià)比。這些實(shí)用功能奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破鞯膽?yīng)用數(shù)量已位于絕大多數(shù)的工業(yè)自控設(shè)備之首。大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化是這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家以聞名于全世界。如日本的三菱公司和立石公司，美國(guó)rock-well自動(dòng)化公司所屬的a-b（allen-bradley）公司，ge-fanuc公司，德國(guó)的西門(mén)子（siemens）公司等。 20世界末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 預(yù)計(jì)21世紀(jì)可編程控制器將會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)及制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。從市場(chǎng)上看，各國(guó)生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)金通用的編程語(yǔ)言，這將是有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品普及的。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型兩個(gè)方向發(fā)展。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的集散控制系統(tǒng)（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格會(huì)更齊備。完美的人機(jī)界面、完美的通訊設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)或國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 第三章 總體方案設(shè)計(jì)3.1電梯運(yùn)行的理想曲線 運(yùn)行線路是電梯控制系統(tǒng)的核心，電梯運(yùn)行的舒適性取決于其運(yùn)行過(guò)程中加速度a和加速度變化率p的大小。過(guò)大的加速度或加速度變化率會(huì)造成乘客的不適感。同時(shí)，為保證電梯的運(yùn)行效率a、p的值不宜過(guò)小，根據(jù)大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明：人可接受的最大加速度為am15ms2，最大加速度變化率pm3ms3，電梯的理想運(yùn)行曲線梯形加速度曲線如圖3所示，電梯是由曳引電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)（主回路），主回路的工作受運(yùn)行線路的控制，為保證電梯運(yùn)行曲線中最佳的a、p取值，以形成圖3所示的速度曲線，決定了電梯何時(shí)啟動(dòng)加速，何時(shí)運(yùn)行，何時(shí)減速，何時(shí)平層停車(chē)。所以電梯的主要性能指標(biāo)（額定速度、舒適感、平層精度等）由運(yùn)行線路決定。啟動(dòng)：電梯的啟動(dòng)，方向是首要條件，門(mén)鎖（廳門(mén)轎門(mén)是否關(guān)好）等安全因素也是必要的。減速：當(dāng)電梯選中某層，意味著將在該層停車(chē)，達(dá)到換速點(diǎn)就應(yīng)減速，為平層停車(chē)做準(zhǔn)備。平層停車(chē);當(dāng)減速運(yùn)行到平層點(diǎn)時(shí),說(shuō)明轎門(mén)門(mén)檻與廳門(mén)門(mén)檻基本平齊,可以停車(chē).即將主回路曳引電動(dòng)機(jī)電源斷開(kāi),并實(shí)施電磁抱閘.一般在轎廂側(cè)面裝有3只永磁感應(yīng)器分別為上平層感應(yīng)器spg、門(mén)區(qū)感應(yīng)器mqg、下平層感應(yīng)器xpg，在井道中每層都裝有一塊隔磁鐵板，在平層位置時(shí)，這三只感應(yīng)器應(yīng)正好全部插入隔磁鐵板中，表示已到平層點(diǎn)了。 圖2 電梯運(yùn)行速度曲線3.2 電梯的基本工作原理 當(dāng)曳引機(jī)組的曳引輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，依靠嵌在曳引輪槽中的鋼絲繩與曳引槽之間的摩擦力，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩來(lái)升降轎廂，曳引鋼絲繩一端掛著轎廂，另一端懸掛對(duì)重，產(chǎn)生拉力分別為s1和s2。當(dāng)s1和s2的差值等于或小于繩槽之間摩擦力時(shí)，電梯正常運(yùn)行，繩槽之間無(wú)打滑現(xiàn)象。具體圖形見(jiàn)圖 3 。 圖3電梯的傳動(dòng)方式原理示意圖3.3 電梯控制主回路 井道中安裝有導(dǎo)軌， 轎廂和對(duì)重由曳引鋼絲繩連接， 如圖 1所示，曳引鋼絲繩掛在曳引輪上，曳引輪由曳引電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 轎廂和對(duì)重都裝有各自的導(dǎo)靴， 導(dǎo)靴卡在導(dǎo)軌上。 曳引輪運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)轎廂和對(duì)重沿各自導(dǎo)軌做上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轎廂上升，對(duì)重下降。 這樣可通過(guò)控制曳引電動(dòng)機(jī)來(lái)控制轎廂的啟動(dòng)、加速、運(yùn)行、減速、平層停車(chē)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的控制。 曳引電動(dòng)機(jī)選交流雙速電動(dòng)機(jī)，其控制主回路如圖 2 所示。 當(dāng)電梯下運(yùn)行，jxk、xc、kc 吸合，380v 交流電源通過(guò)電抗器 dz、電阻 mqr 接通電動(dòng)機(jī)快車(chē)?yán)@阻，使電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)運(yùn)行。經(jīng)過(guò) 15s，kjc 吸合，短接 dz 和mqr，電梯全壓快速穩(wěn)定運(yùn)行。 當(dāng)電梯接近某層，需停車(chē)時(shí)也就是到了換速點(diǎn)，需減速，此時(shí) kc、kjc 斷開(kāi)，mc 吸合，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。 為了提高舒適性，使制動(dòng)力矩逐級(jí)增大，我們采用了分級(jí)減速，第一級(jí)線路為 380vxcdzmqrmc；第二級(jí)線路 380vxcdz1mjcmc（短接了部分 mqr 電阻）；第三級(jí)線路 380vxcdz2mjcmc（短接 mqr 電阻）；第四級(jí)線路 380vxc3mjcmc（短接電抗 dz 和 mqr 電阻）。 通過(guò)這樣四級(jí)減速，使電梯平穩(wěn)地過(guò)渡到慢車(chē)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)減速運(yùn)行到平層點(diǎn)時(shí)，xc、mc、1mjc、2mjc、3mjc 同時(shí)釋放，電動(dòng)機(jī)失電，制動(dòng)器抱閘，使電梯停止運(yùn)行。 圖4 電梯控制主回路3.4 電梯運(yùn)行線路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）plc機(jī)型的選擇plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類，按cpu字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型plc的i/o點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型plc提供多種i/o卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)?？煽毓栎敵瞿K適用于12 開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。通過(guò)上述分析，對(duì)plc機(jī)型的選擇做了詳細(xì)分析可得出對(duì)于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型plc來(lái)實(shí)現(xiàn)，如日本三菱fx系列的plc。三菱fx系列plc擁有無(wú)以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)； fx2n是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；fx2n系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于fx系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入/輸出16-256點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的plc。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。因此本次設(shè)計(jì)所選擇的plc為：fx2n48mr，如圖5所示。 圖5 電梯速度控制連接圖梯形圖如圖6所示:注釋：x1:上終端限位 m5：上方向繼電器 m11：強(qiáng)迫向上繼電器 x2:下終端限位 m6：下方向繼電器 m12：強(qiáng)迫向上繼電器 y0：換速輸出繼電器 圖6 電梯運(yùn)行路線控制梯形圖3.5 電梯控制系統(tǒng)特性 在電梯運(yùn)行曲線中的啟動(dòng)段是關(guān)系到電梯運(yùn)行舒適感指標(biāo)的主要環(huán)節(jié)，而舒適感又與加速度直接相關(guān)，根據(jù)控制理論，要使某個(gè)量按預(yù)定規(guī)律變化必須對(duì)其進(jìn)行直接控制，對(duì)于電梯控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要使加速度按理想曲線變化就必須采用加速度反饋，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的力矩方程式:mmz=m=j（dn/dt），可見(jiàn)加速度的變化率反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)距的變化，控制加速度就控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)距m=mmz。故在此段采用加速度的時(shí)間控制原則，當(dāng)啟動(dòng)上升段速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的90%時(shí)，將系統(tǒng)由加速度控制切換到速度控制，因?yàn)樵诜€(wěn)速段，速度為恒值控制波動(dòng)較小，加速度變化不大，且采用速度閉環(huán)控制可以使穩(wěn)態(tài)速度保持一定的精度，為制動(dòng)段的精確平層創(chuàng)造條件。在系統(tǒng)的速度上升段和穩(wěn)速段雖都采用pi調(diào)節(jié)器控制，但兩段的pi參數(shù)是不同的，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。在系統(tǒng)的制動(dòng)段，即要對(duì)減速度進(jìn)行必要的控制，以保證舒適感，又要嚴(yán)格地按電梯運(yùn)行的速度和距離的關(guān)系來(lái)控制，以保證平層的精度。在系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降至120r/min之前，為了使兩