PLC十層電梯樓層控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(一)

1、PLC十層電梯樓層控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(一)一 、電梯的概述11電梯的構(gòu)造隨著城市建立的不斷開(kāi)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。電梯是機(jī)、電一體化產(chǎn)品。其機(jī)械部分好比是人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，控制部分相當(dāng)于人的大腦。各部分通過(guò)控制部分調(diào)度，親密協(xié)同，使電梯可靠運(yùn)行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動(dòng)、鋼絲繩曳引式構(gòu)造，圖11所示是電梯的根本構(gòu)造剖視直觀圖。圖11 電梯的根本構(gòu)造剖視直觀圖從電梯空間位置使用看，由四個(gè)部分組成：依附建筑物的機(jī)房、井道；運(yùn)載乘客或貨物的空間轎廂；乘客或貨物出入轎廂的地點(diǎn)層站。即機(jī)房、井道、轎

2、廂、層站。從電梯各構(gòu)件部分的功能上看，可分為八個(gè)部分：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門(mén)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和平安保護(hù)系統(tǒng)，自1889年美國(guó)奧梯斯升降機(jī)公司推出世界第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)以來(lái)，電梯在驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動(dòng)、牽引式驅(qū)動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機(jī)拖動(dòng)和交流電機(jī)拖動(dòng)兩種不同的拖動(dòng)方式。如今電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們?cè)谶\(yùn)行的平滑性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動(dòng)態(tài)性能方面對(duì)它提出了更高的要求。由于早期的電梯繼電器控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、一旦接收完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開(kāi)發(fā)一種平安、高效

3、的控制方式。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式：1采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制那么由變頻器來(lái)完成；2控制方式用可編程控制器PLC取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制?？删幊炭刂破鱌LC既保存了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深化的應(yīng)用。通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)樓層計(jì)數(shù)、換速信號(hào)、門(mén)區(qū)和平層信號(hào)的數(shù)字控制，取代井道位置檢測(cè)裝置，進(jìn)步了系統(tǒng)的可靠性和平層精度。而在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組

4、合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC控制變頻器的方法，這些方法具有抗干擾才能強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸間隔 遠(yuǎn)且造價(jià)低廉。它們廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域，也在電梯控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。13 電梯的控制要求當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下樓層按鈕，電梯門(mén)自動(dòng)關(guān)閉后控制系統(tǒng)進(jìn)展以下運(yùn)作：1根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)，斷定轎廂運(yùn)行方向，保證轎廂平層時(shí)減速。2轎廂停在選定的樓層上，同時(shí)根據(jù)樓層的呼叫，順路停車(chē)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)。3在轎廂內(nèi)外均要有信號(hào)燈顯示電梯運(yùn)行方向及樓層數(shù)。二、 PLC的開(kāi)展與應(yīng)用變頻器種類(lèi)21 PLC的定義和特點(diǎn)PLC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)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序

5、的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或消費(fèi)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。PLC具有很多優(yōu)良的特性：可靠性高，抗干擾才能強(qiáng)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造體積小，重量輕，能耗低22 PLC的主要功能及其應(yīng)用目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。1、

6、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝消費(fèi)線、電鍍流水線等。2、模擬量控制 在工業(yè)消費(fèi)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量Analog和數(shù)字量Digital之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都消費(fèi)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器可用于模擬量控制。3、運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于

7、開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如今一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。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。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(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、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)

8、算含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(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)。6、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的開(kāi)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展得很快，各PLC廠商都非常重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近消費(fèi)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。23 PLC的開(kāi)展

9、歷史作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化開(kāi)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能和極高的性價(jià)比奠定了它在現(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

10、進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器開(kāi)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上消費(fèi)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的開(kāi)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期開(kāi)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制才能上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套才能來(lái)說(shuō)，消費(fèi)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。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

11、了長(zhǎng)足的開(kāi)展。24 主要的PLC供應(yīng)商及選擇原那么隨著PLC在工業(yè)控制中的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)越來(lái)越多，其構(gòu)造型號(hào)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法等各不一樣，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于進(jìn)步PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用有著重要作用。我國(guó)市場(chǎng)上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品：1施耐德公司，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品2羅克韋爾公司PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等3西門(mén)子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品4GE公司的產(chǎn)品5日本歐姆龍、三菱、富士、松下等PLC機(jī)型選擇的

12、根本原那么是：1在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，建議選用整體式構(gòu)造的PLC；其他情況那么最好選用模塊式構(gòu)造的 PLC2對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程工程中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶 A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求；3在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程工程中如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。三

13、、變頻器的介紹31 變頻器的分類(lèi)變頻器的種類(lèi)繁多，最常見(jiàn)的變頻器品牌有：西門(mén)子，ABB，三菱，富士等。根據(jù)有無(wú)直流環(huán)節(jié)而將高壓變頻器分為兩大類(lèi)：1無(wú)直流環(huán)節(jié)的變頻器，即交交變頻器；2有直流環(huán)節(jié)的變頻器稱為交直交變頻器，其中直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動(dòng)的變頻器稱為電流源型變頻器；直流環(huán)節(jié)采用大電容以抑制電壓波動(dòng)的變頻器那么稱為電壓源型變頻器。電流源型變頻器又可以分為：負(fù)載換向式晶閘管變頻器LCI和采用自關(guān)斷器件GTO或SGCT的變頻器。電壓源型變頻器那么可以分為：功率器件串聯(lián)二電平直接高壓變頻器；采用IGCT或HVIGBT的三電平變頻器；采用LVIGBT的單元串聯(lián)多電平變頻器。32 電梯中變

14、頻器的組成和作用電梯用變頻器主要由以下幾部分構(gòu)成：整流器、直流中間電路、逆變器、制動(dòng)電路以及中央控制單元構(gòu)成。變頻器的主要功能主要是將交流50HZ 380V的電壓根據(jù)電梯運(yùn)行速度的需要轉(zhuǎn)化為可變頻率并可調(diào)節(jié)電流/電壓的電能輸出給電機(jī)，從而控制電機(jī)按速度指令準(zhǔn)確地運(yùn)行。它是電梯系統(tǒng)中能量傳遞的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)化的電能占到整個(gè)電梯系統(tǒng)的80%以上。四、課題設(shè)想41 電梯控制系統(tǒng)主電路圖主電路由三相交流輸入、變頻驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元幾部分組成。由于采用交-直-交電壓型變頻器，在電梯位勢(shì)負(fù)載作用下，制動(dòng)時(shí)回饋的能量不能饋送回電網(wǎng)，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動(dòng)方式。圖4-1電梯控制系統(tǒng)主電路

15、圖42 PLC控制電路PLC接收來(lái)自操縱盤(pán)和每層呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門(mén)系統(tǒng)的功能信號(hào)以及井道和變頻器的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。PLC所采集信號(hào)關(guān)系如以下列圖4-2所示：圖4-2 PLC采集信號(hào)關(guān)系圖PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向、啟動(dòng)、加/減速運(yùn)行和制動(dòng)停梯等信號(hào)。PLC的人機(jī)界面如圖4-3所示：圖4-3 PLC的人機(jī)界面43 電流、速度雙閉環(huán)電路變頻器本身設(shè)有電流檢測(cè)裝置，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過(guò)和電機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器，產(chǎn)生兩相脈沖進(jìn)入變頻器，在確認(rèn)方向的同時(shí)，利用脈沖計(jì)數(shù)構(gòu)成速度閉環(huán)。44 位移控制電路電梯作為一種載人工具，在位勢(shì)負(fù)載下，

16、除要求平安可還必須運(yùn)行平 穩(wěn)、乘坐舒適、停靠準(zhǔn)確。采用變頻調(diào)速雙閉環(huán)系統(tǒng)控制根本滿足要求。圖4-4為電梯運(yùn)行理想速度曲線，可通過(guò)選擇適宜的變頻器調(diào)整參數(shù)獲得。圖4-4 電梯運(yùn)行理想速度曲線起動(dòng)段的S字曲線由以下三個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)P1：起動(dòng)開(kāi)始段增加速度，其意義為曲線的加速度變化率，該值越小，起動(dòng)開(kāi)始段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。b1：起動(dòng)段加速度，其意義為曲線的速度變化率，該值越小 ，起動(dòng)加速段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。P2：起動(dòng)結(jié)速段減加速度。其意義為曲線的加速度變化率，該值越小，起動(dòng)完畢段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。制動(dòng)段的S字曲線由以下三個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)P3：制動(dòng)開(kāi)始段增減速度：其意義為曲線的減速度變化率，該值越小，減速

17、開(kāi)始段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。b2：減速段加速度：其意義為曲線的速度變化率，該值越小，制動(dòng)減速段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。P4：制動(dòng)結(jié)速段減減速度，其意義為曲線減速度的變化率，其值越小，制動(dòng)完畢段越緩慢，感覺(jué)越平穩(wěn)。適當(dāng)調(diào)節(jié)以上6個(gè)參數(shù)，即獲得最正確電梯運(yùn)行曲線。五 軟件設(shè)計(jì)電梯在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)位置信號(hào)檢測(cè)，軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下位置信號(hào)：電梯所在樓層位置、目的層、中速換速點(diǎn)、平層位置信號(hào)等。設(shè)計(jì)思路如圖5-1所示。六、課題的難點(diǎn)和重點(diǎn)該課題的重點(diǎn)在于安排好系統(tǒng)相應(yīng)懇求，使電梯使用者能準(zhǔn)確、迅速地到達(dá)目的樓層，且就其運(yùn)行形式而言又能給使用者帶來(lái)舒適感。但是對(duì)于一個(gè)小高層中使用的電梯，轎廂內(nèi)的選層信號(hào)和門(mén)廳旁

18、的向上向下按鈕眾多，由此產(chǎn)生的信號(hào)也就更多。因此要分析好對(duì)于眾多上下懇求時(shí)電梯如何相應(yīng)也是非常復(fù)雜的。本課題的難點(diǎn)就在于要設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的程序構(gòu)造，使這套程序既能完成各項(xiàng)命令任務(wù)，又不顯復(fù)雜，并可靈敏地適用于一定范圍的樓層內(nèi)，使電梯能做好調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。七、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間安排序 號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文各階段名稱 日 期 備 注1 撰寫(xiě)調(diào)研報(bào)告方案論證確定 3月4日 3月10日2 英文資料翻譯 3月11日 3月13日3 熟悉PLC和變頻器的工作原理 3月14日 3月18日4 電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3月19日 4月10日5 電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4月11日 4月30日6 系統(tǒng)調(diào)試 5月8日 5月31日7 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文及準(zhǔn)備辯論 6月1日 6月16日八、參考文獻(xiàn)【2】賈德勝 編著PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)用子程序 人民郵電出版社，2006【3】胡學(xué)林 主編 可編程控制器教程實(shí)訓(xùn)篇 電子工業(yè)出版社，2004【4】常路德、張曉