畢業(yè)設計(論文）PLC電梯控制系統(tǒng)

1、摘要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：1，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；2，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；3，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

2、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 abstractelevator, developed with the construction of high architecture of vertical transportation tools. in the modern society, elevator, like cars, steamboats has become indispensable transportation tool for human beings. there are seve

3、ral control ways, such as relay and plc control, and so on. the features of plc control elevator are the following: first, high reliability. the mtbf of plc can generally reach 30000 to 50000 hours. and it can easily adapt to the environments. that it can work reliably under the industrial environme

4、nt. second, easily program. the commonly used programming language is ladder diagram language, which is imagic and can be easily mastered. when the working process need to be changed, the program can be changed on spot, which is convenient and flexible. third, small volume and compact structure and

5、it is easy to install and maintain this paper introduces the system structure of a vvvf (variable voltage variable frequency) elevator control system with plc, we can find the advantage of this control method by compared with others, we achieve its hardware and software design in detail with a idea

6、of module and clarifies that this control mode is feasible.keywords: plc; elevator; elevator control; transducer; ladder diagram摘要目錄目 錄摘要abstract第1章 緒論 11.1 電梯的地位和作用11.2 電梯的發(fā)展簡史11.3 電梯的分類21.4 本章小結3第2章 電梯系統(tǒng)綜述 42.1 電梯的基本結構42.2 電梯的控制方式82.3 本電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能92.4 本章小結10第3章 系統(tǒng)總體設計 113.1 系統(tǒng)總體要求113.2 系統(tǒng)總體方案的確定

7、113.3 系統(tǒng)基本原理123.4 本章小結12第4章 主要硬件的使用說明 134.1 可編程控制器（plc） 134.2 可編程控制器的基本原理134.3 變頻器164.4 本章小結19第5章 系統(tǒng)硬件設計 205.1 主電路設計205.2 門電路設計225.3 輔助電源設計245.4 照明回路設計255.5 安全抱閘回路設計275.6 滅弧電路設計285.7 本章小結28第6章 系統(tǒng)軟件設計 296.1 plc機型選擇296.2 i/o地址分配 326.3 門控程序設計366.4 司機狀態(tài)控制程序設計406.5 廳、轎內外上下呼叫及樓層顯示程序設計416.6 電梯定向及選擇控制程序設計47

8、6.7 曵引機控制程序設計506.8 平層程序設計536.9 消防、報警程序設計536.10 本章小結 54總結 55致謝 56附錄 57參考文獻 68個人簡歷 69第1章 緒論第1章 緒論1.1 電梯的地位和作用隨著科學技術日新月異地發(fā)展，人們物質文化水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速的發(fā)展，在高層建筑物里，電梯的作用在一定程度上比建筑物本身更為重要，現(xiàn)代的超高層建筑往往是多功能，多用途的綜合性大樓，如位于美國芝加哥的約翰漢考克中心大樓，共有100層，其中有商店，停車場，住宅，瞭望臺和餐廳。第1、2層是商店，第3-9層是停車場，第10-43層是辦公室，再上去直至第90都是住宅和商店等，頂層是瞭望

9、臺和餐廳以及電視播放室，大樓里共有電梯43臺，扶梯12臺，電梯最高運行速度為9m/s，進進出出上上下下工作、生活、購物和居住都十分方便，除了以上列舉的高層建筑需要多種電梯之外，對于服務性和生產性的部門同樣需要一定數(shù)量的服務電梯和載貨電梯；另外在建筑工地上還需要外用人貨電梯。完全可以想象隨著社會的發(fā)展，電梯產品在人們物質文化生活中的地位將會和汽車一樣，成為重要的運輸設備之一。1.2 電梯的發(fā)展簡史早期的電梯使用直流電機驅動。用改變接在電樞回路中的電阻值的方法來調節(jié)電梯運行速度。后來發(fā)明了交流感應電動機，在1900年開始用于驅動電梯。最初的交流電動機是單速的，電梯運行性能很不理想，直到發(fā)明了交流雙

10、速電機，才基本滿足了電梯運行要求。在20世紀前半葉，發(fā)明了發(fā)電機-電動機組調速系統(tǒng)，能較好地滿足電梯調速的高要求，因此在這期間，電梯的電力拖動，尤其是高層建筑的電梯速度調節(jié)，幾乎都是采用此類調速系統(tǒng)來實現(xiàn)。進入80年代，電梯控制技術又有了新的變化。由于固體功率器件的不斷發(fā)展，和微機技術的應用，出現(xiàn)了交流變頻調速（vvvf）系統(tǒng)。交流變頻調速技術被認為是電梯行業(yè)的當代技術。當前，在電梯電力拖動方面，除了大容量電梯還采用直流拖動以外，采用交流變頻調速方式取代直流調速方式已成為高速電梯的主流。應用微機全面取代繼電器控制，邏輯實現(xiàn)閉環(huán)控制，進一步提高電梯的性能和可靠性，并減少現(xiàn)場調試要求，是電梯控制技

11、術的方向?，F(xiàn)代電梯技術更加強了運行質量和降低噪聲。電梯控制趨向多微機和分散分層控制。電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代電梯技術的又一重要部分，它不但有完善的分區(qū)服務，運行監(jiān)控，客流交通統(tǒng)計分析，還具備故障診斷功能。此外，用電子位置傳感器取代機械運輸器，用更先進的裝置取代安全觸板，增設轎廂內外的通訊，語音提示功能也是電梯技術現(xiàn)代化的體現(xiàn)。1.3 電梯的分類1.3.1 按用途分類（1） 乘客電梯：為運送乘客而設計的電梯，主要用于賓館、飯店、辦公樓、大型商店等客流量較大的場合，這類電梯為了提高運送效率，其運行速度較快，自動化程度較高，轎廂的尺寸和結構形式多為寬度大于深度。而且安全設施齊全。（2） 載貨電梯：為運送貨

12、物而設計，運行速度較低，主要用于兩層樓上的車間和各類倉庫等場合。（3） 病床電梯：為運送病人而設計的電梯。（4） 雜物電梯：供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件、食品等，并不允許人員進入，這種電梯安全設施不齊全。（5） 住宅電梯：供住宅樓使用的電梯。（6） 客貨電梯：主要用作運送乘客，但也可運送貨物的電梯，它與乘客電梯的區(qū)別在于轎廂內部的裝飾結構不同。（7） 特種電梯：如船舶電梯，觀光電梯。1.3.2 按速度分類（1） 低速梯：速度v1.0m/s的電梯（2） 快速梯：速度1.0m/sv 控制柜 2 曳引機 3 曳引鋼絲繩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

13、門安全觸板 10導軌 11對重12 廳門 13 緩沖器2.1.1 曵引系統(tǒng)電梯曵引系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由曵引機、曵引鋼絲繩、導向輪組成。2.1.2 轎廂和門系統(tǒng)（1）轎廂主要由轎廂體和轎廂架組成，其中，轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂構成，在門處轎底前沿設有轎門低坎，為了出入安全，在轎門地坎下面設有安全防護板（2）電梯門分為廂門和廳門。轎廂門用來封住轎廂出入口，廳門用來封住進道出入口，客梯常采用中分式全封閉門，由裝在轎頂部的自動開門和關門。這種門稱為自動門，自動開門機構以調速直流電動機為動力，通過曲柄連桿和搖桿滑塊機構，將直流電動機的旋轉動轉換為開關門的直線運動，轎

14、門也可以在轎內和轎外手動開門。廳只能由轎門通過閉合裝置帶動開關門，它是被動門。（3） 重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)是由對重和補償裝置組成，如圖所示。1-轎廂 2-對重 3-平衡補償裝置 4-電纜fig2.2 the system of height and balance圖2-2重量平衡系統(tǒng)對重是平衡轎廂的平衡重和轎廂，分別懸掛在曵引鋼絲繩兩端。對重由以槽鋼為主體所構成的對重架和對重塊組成。轎廂側的重量為轎廂自重和負載之和，而負載的大小卻在空載與額定負載之間隨機變化。因此，只有當轎廂自重與負載這和與對重相等時，電梯處于完全平衡狀態(tài)。此時的電梯載重稱為電梯的平衡點。而電梯處于變化范圍內的相對平衡狀態(tài)

15、時，應使曵引繩兩端的強力的差值小于曵引繩與曵引輪之間的摩擦力所限定的最大值，以保證電梯曵引系統(tǒng)的正常工作。1-上端站開關 2-上限位開關 3-上極限開關 4-下端站開關 5-下限位開關 6-下極限開關（4） 導向系統(tǒng)fig2.3 switches of overfreight protection in terminal圖 2-3 終端超載保護開關導向系統(tǒng)是由導軌、導鞭和導軌架組成，它們相互配合以確定轎廂和對重的相對位置，并對它們運動起導向作用。（5） 安全保護系統(tǒng)對于現(xiàn)代電梯的運行必須保證安全，為此，設置了電氣安全保護裝置和機械安全保護裝置組成的電梯安全保護系統(tǒng)。a.氣安全保護裝置為了保證電

16、梯安全運行，在井道中設有終端超越保護裝置。實際上，這是一組防止發(fā)端站（即大樓中電梯的最低?？繉诱荆┗蛏隙苏荆创髽堑淖罡咄？空荆┑男谐涕_關。能在轎廂或對重在撞底、沖頂之前，通過轎廂的打板觸碰，這些開關來切斷電路或總電源，在電磁制動器的制動保閘作用下，迫使電梯停止運行。終端超越保護裝置，包括上、下端站強迫換速開關，上下限位開關，和上、下極限開關，它們在井道中的位置如圖所示。其中上下端站強迫換速開關較先，上下限位開關和上下極限開關。稍后動作。上下端站強迫換速開關設置在井道底部或頂部對應位置。當電梯由于失控而沖向井道的底部或頂部時，首先經(jīng)過并使其動作的是上下端站開關，強迫電梯換速、減速、并最后停止。

17、如果上下端站強迫換速開關不起作用，電梯繼續(xù)越出底層或頂層位置，則上下限位開關動作，迫使停止運行。如果上下限位開關失效，則電梯撞上上下極限開關，上下極限開關動作，切斷系統(tǒng)安全回路，強迫電梯停止運行。b.機械安全保護裝置為了防止由于電梯的電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而使電梯超速運行，出現(xiàn)重大事故，采用了機械安全保護裝置。具體地來說，就是限速器和安全鉗，這兩者總是相互配合使用。(1)限速器限速器是檢測轎廂超速的裝置，安裝于機房。當轎廂上下運行時，使帶動限速器繩同步移動，從而帶動限速器輪轉動。這樣，就可以通過限速器輪的旋轉運動所產生的離心力來檢測轎廂速度。(2)安全鉗安全鉗是在限速器的操縱下，利用自鎖夾緊原理

18、，將轎廂夾緊在軌道上，從而實現(xiàn)轎廂緊急制動的一種安全裝置，對電梯運行提供最后的保護。c.緩沖器緩沖器安裝于井道底坑，位于轎廂和對重正下方，為保護乘客和設備的安全，需要緩沖器來吸收和消耗電梯非正常運行的能量。（6）電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)是由曵引電動機，速度反饋裝置，電動機調速控制系統(tǒng)和拖動電源系統(tǒng)部分組成。（7）電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)是由控制裝置、操縱裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置部分是根據(jù)電梯的運行邏輯功能，控制電梯的運行，設置在機房的控制柜中。操縱裝置是轎廂內的按鈕和廳門口召喚按鈕。用來控制電梯的運行。平層裝置是用來發(fā)出平層信號，使電梯準確平層。位置顯示用來顯示轎廂所在

19、樓層位置的轎內和廳門指示燈。廳門指示燈還用箭頭顯示電梯運行方向。2.2 電梯的控制方式2.2.1 繼電器控制方式繼電器電梯控制系統(tǒng)是較早期的產品，這類系統(tǒng)主要由接觸器，繼電器和開關組成。由于繼電器使用較早，人們積累了大量的電器控制系統(tǒng)的知識和設計經(jīng)驗，比如，有成形的且被多年運用證明可靠的控制線路，設計較簡單，特別在交流調速系統(tǒng)被應用到電梯拖動以來，用繼電器控制系統(tǒng)控制電梯運行，也被實踐證明比較可靠。雖然化的調速性能并沒有直流電機調速系統(tǒng)好，但也能為大家所接受。由于該系統(tǒng)中大量使用接觸器，繼電器，各種開關，組成邏輯控制和一些保護線路，線路復雜維護困難，并且由于受繼電器觸點數(shù)量的限制，很難設計出高

20、性能控制系統(tǒng)。此外，繼電器控制系統(tǒng)另一個致命弱點是為了滿足不同的要求而改變線路困難，即系統(tǒng)的靈活性，可移植性差。2.2.2 可編程控制器式電梯控制系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)是一種電梯控制系統(tǒng)。它是利用可編程控制器為核心元件，通過化實現(xiàn)絕大部分邏輯控制功能，再附加一些接觸器，開關元件，保護電路而構成的控制系統(tǒng)。它將邏輯控制功能設計，從系統(tǒng)整體設計中劃分開來，即軟件，硬件分開進行設計是plc電梯控制系統(tǒng)的一大特點。系統(tǒng)控制過程為從plc的輸入模塊將必要的信號輸入，通過plc程序的執(zhí)行，再通過輸出模塊，從而達到控制系統(tǒng)的目的。由于plc實現(xiàn)了絕大部分邏輯控制功能，控制線路簡單，發(fā)生故障的可能性大為降低，這對

21、系統(tǒng)而言，大有好處。plc本身是工業(yè)用品，搞干擾能力強具有較高的可靠性，另外，可編程控制系統(tǒng)的控制功能通過軟件來實現(xiàn)，并且在設計過程中不需要考察觸點數(shù)目以及觸點容量。而且編程語言（即梯形圖）和繼電器方法類似，因而具有較高的靈活性，但是，plc電梯控制對電梯實現(xiàn)群控系統(tǒng)較困難。從總體來看，plc電梯控制是比較理想的電梯控制系統(tǒng)，現(xiàn)在這種控制方式大為采用。2.2.3 微機控制式電梯控制系統(tǒng)微機式電梯控制系統(tǒng)是另一種電梯控制系統(tǒng)方式。這種方式類似于plc控制方式，但兩者又不完全相同。這種控制系統(tǒng)控制功能更為強大，尤其是在電梯群控系統(tǒng)的應用上。在這種系統(tǒng)中，它將多臺電梯集中排列，共用廳外召喚信號，由計

22、算機根據(jù)客流情況和各梯所在樓層的位置，自動調度。微機控制系統(tǒng)理論上是全數(shù)字控制系統(tǒng)。但是由于微機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊是全數(shù)字，因此需要在微機的i/o接口之前，加上數(shù)據(jù)采樣，電平轉換。數(shù)模轉換裝置，此外，微機系統(tǒng)抗干擾能力較弱，對環(huán)境要求較高。從發(fā)展方向來看，它是電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。2.2.4 比較總結從以上分析，我們可以看出，繼電器控制系統(tǒng)是質量較差的控制系統(tǒng)，屬于需改造系列；可編程控制系統(tǒng)優(yōu)勢比較明顯，能滿足大多數(shù)控制的需要，是目前比較實用的控制系統(tǒng)，微機控制系統(tǒng)是性能更高，但成本也較高的控制系統(tǒng)，是電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。本次畢業(yè)設計的控制系統(tǒng)，是以系統(tǒng)實用為大前提，因此選用plc電梯控

23、制系統(tǒng)，這是本文對上述三種方案進行比較的原因。2.3 本電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能本電梯具有乘客操作（自動），專職司機操作兩種操作方式。電梯在底層和頂層分別設有一個向上，向下按鈕，中間各層分別有向上，向下召喚按鈕，轎內操縱廂上設有與?？空緮?shù)相等。當候梯的乘客按下目的層指令按鈕，指令信號位置決定電梯運行方向。向上行進的過程中，按指令信號和向上召喚信號逐一?？浚敝劣羞@些信號登記的最高層，或有向下召喚登記的最高層站為止，之后，反向向下，按指令信號和向下召喚信號逐一?？?，直至完成最后一個命令，?？空?，整個過程中，自動關門，啟動，運行，減速，平層，開門。在轎廂操縱廂內分設兩個開關：司機/自動，檢修?？?/p>

24、進行司機狀態(tài)及自動狀態(tài)，檢修狀態(tài)的變換。當司機/自動開關處于自動狀態(tài)，通過plc內部程序，召喚指令信號自動定向，按下關門按鈕，或自動關門后，隨后順向應答?？?。若按下“直駛”按鈕，則電梯只應答轎廂內指令，而不應答層站召喚信號。當處于司機操作態(tài)，通過plc內部程序，外層召喚指令失效，電梯受司機控制，同樣順向應答，?？?。當處于檢修狀態(tài)時，通過plc內部程序切除所有正常運行環(huán)節(jié)，當門關閉后，按下軸上點動按鈕，（sts）或下點動按鈕（sjx）時，plc輸出檢修速度指令。電梯運行檢修速度，松開按鈕，電梯停止。當需轎廂頂檢修時，轎頂檢修開關（szh1）置換到檢修狀態(tài)，轎頂檢修盒的頂上點動按鈕，（sds）和下

25、點動按鈕（skx），控制電梯的上下運行。轎頂檢修優(yōu)先于轎內檢修，轎內檢修優(yōu)先于機房檢修。當無任何信號，非檢修狀態(tài)，門未關閉前，具有轎內指令優(yōu)先定向功能。電梯的基站設有鑰匙開關，用以控制電梯的開關。電梯的每層廳外設有樓層指示燈，用于顯示轎廂的位置。電梯開門，關門，可手動又可自動，并具有消防開關，以防止意外情況發(fā)生。2.4 本章小結本章簡要介紹了電梯的基本結構，給出了電梯的結構圖。對電梯的構成系統(tǒng)做了簡要介紹，并對電梯的控制方式進行了分析和比較，得出了本次設計的控制方式可編程控制器式電梯控制系統(tǒng)。第3章 系統(tǒng)總體設計第三章 系統(tǒng)總體設計3.1 系統(tǒng)的總體要求本電梯系統(tǒng)為五層全集選（有/無）司機，乘

26、客電梯系統(tǒng)，由于本電梯是乘客電梯，電梯運行，伴隨頻繁的起動，加速和制動減速過程，因此，要求系統(tǒng)必須具備運行的高效率，即電梯必須具備快速性。因為電梯是垂直升降的運輸設備，與乘坐水平方向交通工具相比，人對電梯運行速度的變化較為敏感，要求電梯具有乘坐舒適感，無顯著搖擺和沖擊振動，即要求電梯運行平穩(wěn)，另外，系統(tǒng)必須運行可靠，能確保系統(tǒng)能正常運行，在異常情況下，必須具備完善應急保證措施。3.2 系統(tǒng)總體方案的確定系統(tǒng)總體方案包括硬件部分和軟件部分。系統(tǒng)的軟件部分，即邏輯功能控制部分，已經(jīng)選定用plc來實現(xiàn)，因此，系統(tǒng)總體方案確定實質就是硬件部分方案的確定。硬件部分確定主要指調速系統(tǒng)的確定。3.2.1 調

27、速方案的選擇現(xiàn)行的電梯的調速方案分為交流調速和直流調速兩種。直流調速多為大容量電梯，并且本電梯是頻繁啟停的乘客電梯，容易縮短電機的壽命，本人選擇交流調速系統(tǒng)在電梯系統(tǒng)中，交流調速也有兩種方式:交流調壓調速（acvv）和交流變頻調壓調速系統(tǒng)（vvvf）。下面就加以比較，選擇較適合調速方案。acvv電梯，就是利用交流調壓調速來調節(jié)曵引機運行速度，它是通過改變電動機定子電壓來實現(xiàn)調速，適用于中低速度電梯。這種系統(tǒng)的控制回路是采用模擬電路來實現(xiàn)，但模擬控制電路在靈活性，通用性方面存在不足，而且控制回路也較復雜。雖然acvv系統(tǒng)現(xiàn)在也可以采用計算機實現(xiàn)全數(shù)字化控制，這樣會造成電梯價格升高，這有背本次設計

28、以實用為目的而選擇plc控制的初衷，故不選擇它。vvvf調速系統(tǒng)在運行過程中，通過改變電機供電的電壓和頻率，達到平滑調節(jié)電梯速度的目的。變頻變壓調速的電梯系統(tǒng)，可獲得較好的乘坐舒適感，平層精度高，而且由于系統(tǒng)啟動時，采用降壓起動方式，具有明顯的節(jié)能效果，本次設計的電梯控制系統(tǒng)是以vvvf與調速方式的電梯控制系統(tǒng)。3.2.2 閉環(huán)及方案的選擇對電梯的調速系統(tǒng)是否采用閉環(huán)調速，現(xiàn)在并沒有一致意見，可閉環(huán)，也可開環(huán)。我采用閉環(huán)調速。因為電梯在實際運行時，曵引機的工作狀態(tài)不是理想的恒轉矩，或恒功率狀態(tài)。系統(tǒng)的負載在廂零負載與轎廂額定負載之間隨機變化，而要求運行速度在一定程度上恒定，并且開環(huán)系統(tǒng)的機械特

29、性曲線比閉環(huán)機械特性曲線軟，系統(tǒng)帶負載能力較弱。為了保證系統(tǒng)在輕載時速度不至于過快，而負載較重時，運行速度不至于太慢，影響運行效果，故采用閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)即采用速度反饋系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)的主要測速元件有測速電動機和光電編碼器兩種。如果采用測速發(fā)電機，將增加系統(tǒng)成本。為了降低系統(tǒng)成本，故選擇光電編碼器作為測速元件。3.3 系統(tǒng)基本原理該電梯系統(tǒng)是由拖動部分和控制部分組成。拖動部分由變頻器，曵引機，光電編碼器組成，它帶動電梯的上下運行，加速、減速而控制系統(tǒng)由功能接觸器，plc組成。位置信號，呼叫信號或其他信號被送入plc，通過內部程序執(zhí)行，實現(xiàn)對變頻器的通訊。以達到進行控制的效果，同時顯示輸出相關狀

30、態(tài)。電梯的plc控制系統(tǒng)框圖如下fig3.1 the principle of control system圖 3-1 控制系統(tǒng)原理框圖第4章 主要硬件的使用說明3.4 本章小結本章給出了設計要求，根據(jù)要求，分析并確定了閉環(huán)調速方案，為了明確電梯的控制原理，給出了控制系統(tǒng)原理框圖。第4章 主要硬件的使用說明4.1 可編程控制器（plc）plc(programmer logic controller),即可編程控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程控制器的存儲器，用來在其內部進行邏輯運算。順序控制、定時、計算和運算操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出

31、，控制機械的生產過程，plc及其有關外圍設備，都易于擴充功能原則設計。4.1.1 plc的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強工業(yè)生產一般對控制設備有很高的可靠性要求，應具有很強的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，平均無故障間隔（mtbf）高，故障修復時間短。（2）功能完善plc具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出，邏輯算術運算定時，計數(shù)，順序控制，功率驅動，通信，人機對話，自檢記錄和顯示功能，使控制水平大提高。（3）編程簡單，使用方便目前，大多數(shù)plc均采用繼電器式控制形式的“梯形圖”編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又易于接受，因此普遍受到歡迎。（4）控制程序可變，具有很好的靈活性plc只

32、需改變程序就可以滿足不同的要求，是plc較繼電器控制無可比擬的優(yōu)點。（5）擴充方便，組合靈活plc產品大多為模塊化設計，都有擴充插口，可以適應各種不同的工業(yè)控制需要。4.2 可編程控制器的基本原理4.2.1 基本組成形式plc基本部分有輸入部分，邏輯部分和輸出部分。輸入部分是指各種按鈕、行程開關，接近開關，轉換開關。邏輯部分是由各種繼電器及觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路。輸出部分是各種繼電器。接觸器和電磁閘以及信號燈等執(zhí)行電器。輸入邏輯輸出圖4.1基本組成形式fig 4.1 the format of basical structure各部分的主要功能作用：輸入部分：它收集并保存被控對象

33、實際運行的數(shù)據(jù)和信息。邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，并且按照被控對象的實際動作要求，做出邏輯反映。輸出部分：可提供正在被控制的許多裝置中的某些設備實時操作處理。（1）主要邏輯部件a. 繼電器邏輯：1 輸入繼電器 2輸出繼電器 3內部繼電器定時器邏輯：1定時條件,2定時語句,3定時器當前值,4定時繼電器;計數(shù)器邏輯：1計數(shù)器的復位信號,2計數(shù)器的計數(shù)信號,3計數(shù)器設定值的記憶單元,4計數(shù)器當前計數(shù)值單元,5計數(shù)器繼電器.b. 觸發(fā)器邏輯 c. 移位寄存器d. 數(shù)據(jù)寄存器可編程控制器內部存儲單元有“i”和“o”這兩種狀態(tài)，對應于繼電器的“on”“off”狀態(tài)，軟件為“軟繼電器”，它與通常的物

34、理繼電器相比有以下特點：e. 體積小，功耗低f. 無觸點，速度快，壽命長g. 有上千個常開、常閉觸點，供程序使用，在使用過程中不考慮觸點容量。（2）plc內部硬件組成a. cpu（centrol process unit）它是plc核心組成部分，功能與微機的cpu功能一致。b. 系統(tǒng)程序存儲器它用以存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序），模塊化應用功能子程序，命令解釋、功能子程序調用管理，存儲各種系統(tǒng)參數(shù)等功能。c. 用戶存儲器用以存放用戶程序，即存放通過編程器輸入的用戶程序d. 輸入輸出組件（i/o）模塊i/o模塊是cpu與現(xiàn)聲i/o裝置或其它外部設備之間的連接部件。e. 編程器編程器是用于用戶程序的

35、編制、編輯、調試檢查和監(jiān)視。f. 外部設備g. 電源其原理圖如下所示：圖 4-2 plc原理圖fig 4.2 the principle of plc（3）plc工作過程的特點plc工作過程是周期循環(huán)掃描的工作過程，如圖4-3所示：plc采用集中采樣，集中輸出的工作方式，減少了外界干擾的影響。plc工作過程分三階段進行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段.圖 4-3 plc掃描工作原理圖fig 4.3 the principle of plc scanning（4）plc對輸出的處理原則a. 輸入映像存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點的上一個刷新期間的接通/斷開狀態(tài)。b. 程序如何

36、執(zhí)行取決于用戶所編制的程序和輸入/輸出映像寄存器的內容及其它各元件映像寄存器的內容。c. 輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結果。d. 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。e. 輸出端子的接通/斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。4.3 變頻器4.3.1變頻調速的簡單原理及控制方式異步電動機的轉速n=(1-s),可見改變供電頻率f1,可以改變同步轉速而實現(xiàn)調速運行。而在調速時，希望電動機的主磁通保持額定值不變，磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣的轉子電流下，電磁轉矩小，電動機負載能力下降，磁通太強，則處于過磁狀態(tài)，使電流過大，就限制了定子電流的負載分量，電動機如不過熱

37、，負載能力也要下降。異步電動機的氣隙磁通是定轉子合成的，為保持其恒定又要變頻調速，有如下方法：電機理論：在三相異步電動機中，=4.44*=* :電勢常數(shù)。由此可知，值是由，共同決定的，只要保持一定的關系，即可使，不變或少變。a. 基頻以下的恒磁通變頻調速。（額定轉速以下調速）為保持不變，要求在以下，與成正比的變化，即/=const,這種控制又稱恒磁通變頻調速。但是，難于檢測和直接控制，當和 的值較高時，定子阻抗壓降相對較小，可忽略不計。則可以近似地保持定子電壓與頻率的比值為常數(shù)，即認為= ，保持（=const即可。）這就是恒壓比控制方式，是近似的恒磁通控制。當頻率較低的時候，和 都變小，定子漏

38、阻抗壓降（主要是定子電阻壓降）不能再忽略。這種情況下，可以人為地適當提高定子電壓以補償定子電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。b. 基頻以上的弱磁變頻調速頻率由增大，但電壓受額定電壓的限制不能再升高，必須使=v不變，那么主磁通會隨的上升而減小，相當于直流電動機弱磁調速的情況，屬于近似恒功率調速方式。這種情況下要求使用有弱磁調速能力的電機，因此本系統(tǒng)不工作在這種情況下，所以我們的最高頻率選為工頻50hz。綜上所述，兩種情況，異步電機變頻調速的兩種工作方式聯(lián)合工作，形成了變壓變頻（vvvf）的調速控制。4.3.2變頻器的工作原理變頻器實現(xiàn)vvvf變壓變頻調速有兩種方式：交-交變頻系統(tǒng),交-直-

39、交變頻系統(tǒng)，交-直-交系統(tǒng)是較常用的而且是系統(tǒng)是使用的型式，下面就以它為例說明變頻器工作原理。變頻器的主要組成部分有：整流器、濾波器、逆變器，控制部分，如圖4-4所示。整流器是晶閘管三相橋式電路，它的作用是將定頻定壓交流電變換為可調的直接電流電。然后作為逆變器的直流供電電源。逆變器也是晶閘管三相橋式電路，但它的作用與整流器相反，它將直流電變換為可調頻率的交流電。它是變頻器的關鍵所在。中間濾波環(huán)節(jié)由電容器或電抗器組成，它的作用是對整圖 4-4 變頻器原理圖fig4.4 the principle of transducer直后的電壓或電流進行濾波，根據(jù)中間的濾波方法不同，又可分為兩種形式：用電容

40、濾波為電壓型，其特點是電源阻抗小，類似于電壓源，逆變輸出的電壓波型為較平的矩形波；采用電感濾波為電流型，其特點是電源阻抗大，類似電流源，逆變輸出的電流波形為一較平直的矩形波，電壓波形為正弦波，控制部分提供一定的控制整流器和逆變器的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)f,v的協(xié)調變化。對于交-直-交系統(tǒng)，變頻是由變頻器完成的，而變壓有多種方式，如自耦變壓、直流調壓、斬波等，其中pwm脈寬調制型變壓，使變頻變壓都在變頻器上進行，使變頻器的功率變換級為兩個，控制級變?yōu)橐粋€，可提高功率因數(shù)，又可改善輸出波形，成為變頻器的重要發(fā)展方向。本系統(tǒng)使用的是安川公司的vs-616g5系列通用變頻器，使用的是正弦型pwm調制式，現(xiàn)將

41、其原理介紹如下：三相spwm逆變器采用雙極性脈寬調制，三相共用一個峰值一定的載波三角形三個相互差120度的正弦參考信號。（這些信號由控制電路部分提供給晶閘管控制極）。我們以直流電源電壓中間電位作參考，則輸出的三相pwm電壓。以a相為例說明其工作原理：當開關vt1導通電流ia正向流動時，電流從電源正端vt1管流入電機a相繞組，由b相繞組（當vt6管導通時）或c相繞組（當vt2管導通或者同時經(jīng)b、c）相繞組（當vt6和vt2同時導通時）流回電源負極，構成電流通路；當ia流向不變，vt1關斷時，由于感性負載電流不能突然中斷，ia將由逆變器a相下橋臂二極管續(xù)流，電流ia仍沿原方向流動，這時a相繞阻外加

42、負電壓，進行雙極性工作，使電流快速減小。ia反相流動及另兩相電流也是齒狀的交流波，這樣逆變器輸出的每相脈沖調制電壓流形對稱且脈寬成正弦分布，也就是說輸出電壓的正弦基波分量外，還有少數(shù)諧波含量，從而逆變了逆變。通過改變調制脈沖電壓的調制周期，就可以fig 4.5 the main circuit of three posture bridge in anti mutation machine 改變輸出電壓的頻率，改變電壓的脈沖寬度可以改變輸出基波電壓的大小。也就是說，載波的三角波峰值一定，改變參考信號vr的頻率和幅值，就可以控制逆變器輸出基波電壓頻率的高低和電壓的大小，也就是正弦式（參考信號是正

43、弦波）pwm變頻的原理。4.3.3 安川616g5的技術特性616g5通用變頻器可實現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機達到理想輸出，它有四種技術特性：a. 接控制交流異步電動機的電流，使電動機保持較高的輸出轉矩。b. vs-616g5適用于各種應用場合，在低速下實現(xiàn)平穩(wěn)起動，并且極精確的運行。c. 它的自動調整功能可使各種電機達到高性能的控制。d. vs-g5將u/f控制、矢量控制、閉環(huán)u/f控制，閉環(huán)矢量控制的四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制最適合電梯控制要求。4.4 本章小結本章介紹了電梯設計的主要硬件，可編程控制器和變頻器。對于可編程控制器，介紹了其特點，基本組成和工作過程。對于變頻器

44、，介紹了其原理和控制方式。了解了各主要硬件的功能和作用。第5章 系統(tǒng)硬件設計第5章 系統(tǒng)硬件設計5.1 主電路設計主電路是電梯系統(tǒng)硬件的核心部分，由它拖動電梯的上下運行，而且也是安全性、可靠性要求較高的部分，它主要由電源輸入部分，電源控制部分，異常保護部分。調速閉環(huán)部分、通訊部分組成，如圖5-1所示。（1）組成該部分主要由電源、安川616g5變頻器，旋轉編碼器和保護控制通訊電路組成。q1為主控開關?？刂普麄€系統(tǒng)的電源。l53為變頻器電源控制線，當開梯電鎖（skt）旋向開梯位置，kzk1,kzk2接觸器閉合。變頻器電源接通。l00是保閘控制線路，是為確保電梯停止時，電梯的位置和電梯本身的安全。通

45、訊部分是指plc與變頻器之間的通訊。plc控制的輸入，控制電梯的上、下運行方向，以及電梯的運行速度的狀態(tài)，即高速、低速（爬行）。檢修速度。光電石旋轉編參碼器，dgk用以供電動機m測速反饋。ra為制動電阻，當電梯減速運行時，曵引機處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，這時同步轉速下降，交-直-交變頻器的直流部分電壓升高，制動電阻的作用是消耗回饋電能。（2）速度閉環(huán)的實現(xiàn)vs-616g5變頻器在該系統(tǒng)中，需要配有pg卡和旋轉編碼器構成閉環(huán)系統(tǒng)。當曵引機帶動旋轉編碼器旋轉時，旋轉編碼器輸出a、b兩相脈沖，當a相脈沖超過b相脈沖，認為電動機處于正轉狀態(tài)，根據(jù)a、b脈沖相序，可判斷電動機轉動方向，并可根據(jù)

46、a、b脈沖的頻率測得電動機轉速。旋轉編碼器將此脈沖輸出給pg卡，pg卡再將此反饋信號送給616g5內部，以便進行運算調節(jié)。（3）調速系統(tǒng)電路原理電梯的一次完整的運行過程，就是曵引機從啟動，勻速運行到減停車的過程。當正轉（或反轉）及高速信號有效時，電動機開始從0hz到50hz開始啟動，啟動時間3s左右，然后維持50hz速度一直運行，完成起動及運行段的工作。當換速信號到來后，plc撤消高速信號，同時輸出爬行信號，此時爬fig 5.1 the design of main circuit圖 5-1 主電路設計行的輸出頻率為6hz。從50hz到6hz的減速過程在3s內完成，當?shù)竭_6hz的速度以后就以此

47、速度爬行。當平層信號到來時，plc撤掉正轉（反轉）信號，爬行信號，此時電動機從6hz減到變頻器的零輸出點，及異常輸出點，一直閉合，減至0hz之后，零速輸出點斷開。通過plc抱閘及自動開門，這就是一個完整的運行過程。5.2 門電路設計5.2.1 電梯的開關門過程現(xiàn)代電梯講究工作效率，門都有啟閉迅速的特點，但是為避免在起始端和終端發(fā)生沖擊，要求自動門電機應具有自動調速功能。為了達到啟閉迅速，而又不能在起始端發(fā)生沖擊，電梯的門在啟閉時應具有理想的速度變化。（1）門過程速度曲線其變化過程：低速啟動運行（t1）加速到全速運行（t2）減速運行（t3）停機慣速運行到門全開（t4）。開門時間t=t1+t2+t

48、3+t4；開門平均速度v=l/t m/s.在開門過程中，t2階段的主運動，一般占整個行程的60以上，其余均屬緩沖行程，目的是為了使啟動及停止時平穩(wěn)，不同規(guī)格的電梯，開門時間不相同，因此對t1,t2,t3,t4的所占比例，隨電梯規(guī)格而異。（2）門速度變化曲線其變化過程是：全速起動運行（t1）第一級減速運行（t2）第二級減速運行（t3）停機慣性運行至全閉（t4）對于關門過程，t1階段是主運動，常占整個行程的70左右。當廳門裝有自閉機構時，門具有自閉趨勢，這個趨勢使關門時門機全速起動而不會造成沖擊。一般來講，關門平均速度低于開門平均速度，這是為了安全起見，防止關門時將人夾住，客梯廳門設有安全觸板。5

49、.2.2 門電路設計門電路設計，即門電機運行控制電路設計，門電機通常采用直流電動機，因為它具有起動力矩大，調速性能好，并采用他勵方式。門電機拖動部分由電動機m2，以及減速機構構成，控制電路控制電動機的正反轉運行，及調節(jié)開關門速度。（1）調速原理電梯門電動機采用變壓調速方法，電動機的轉速與電樞電壓有如下關系式：n=,式中：n電動機轉速，r/min；u電樞端電壓，v；i電樞電流，a；電磁常數(shù)，勵磁磁通，wb；從上式可以看出，改變電樞端電壓u，即可改變電機轉速，改變電樞兩端電壓，采用電阻分壓線路。（2）門電氣線路如圖5-2所示：fig 5.2 the electrical circuit of th

50、e door圖5-2 門電氣線路（3）調速過程關門時，kgm吸合，kkm釋放，電流從ba，電阻rmd與rgm構成分壓電路，隨著門的運動，sg1被動作時，分壓減少，速降低，當sg2被動作時，速度再降低，門以更低的速度閉合，至最后碰撞關門極限開關，kgm釋放，電動機停止。開門時，kkm吸合，kgm釋放，電流反向ab流動，電阻rmd與rkm構成分壓電路，門電機開始加速起動，速度開始上升，隨著開門過程的進行，sk1被動作，開始減速，當sk2被動作時，速度再降低，直至門完全開碰撞開門極限開關，使kkm釋放，電動機停止運行。5.3 輔助電源的設計在電梯系統(tǒng)中，除需要主電源外，還需要輔助電源，例如控制電源，

51、照明電源，直流電源等，在本系統(tǒng)中，需要ac220v電源，供plc及擴展單元作電源使用；ac24v電源供顯示電路使用；ac110v電源供急停，門鎖電路使用；110v直流電源供門控電路使用。諸多電源，如果分別使獨立的調壓裝置，造成成本升高，也可造成故障多發(fā)，甚至電源互相短接，因此就嘗試能否找到元件盡可能少，而且外部連線較為簡單的電路滿足要求，控制變壓器，就能滿足這種要求?？刂谱儔浩骶褪悄芴峁┎煌N類，或同種類不同等級的電源，它可以根據(jù)用戶目的，而進行適當?shù)母淖儭１敬萎厴I(yè)設計所用的控制變壓器原理如圖5-5所示：圖 5-3 輔助控制變壓器fig 5-3 the aided control transformer控制變壓器本質與普通變壓器沒有區(qū)別，但它有多個輸出。由于其內部存在變壓線圈和整流電路，因此，可以輸出交流，直流兩種電源，并且輸出電壓可以由用戶改變。該臺控制變壓器對電壓輸入，有4對電壓輸出。輸入端為380v交流電源，在進入控制變壓器前端，有熔斷器和電源繼電器，利用繼電器的常開觸點，來控制變壓器的電源。tc1四對輸出，ac220v是對plc基及擴展單元進行供電。ac24v是狀態(tài)顯示電路電源。ac110v是對繼電器線圈供電；dc