PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 緒 論電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來(lái)的一種垂直運(yùn)輸工具。多層廠房和多層倉(cāng)庫(kù)需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,自動(dòng)扶梯在現(xiàn)代社會(huì),電梯已像汽車(chē)、輪船一樣,成為人類(lèi)不可缺少的交通運(yùn)輸工具。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。當(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史,據(jù)說(shuō)它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時(shí)有個(gè)叫阿基米德的人設(shè)計(jì)出-人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷?yè)P(yáng)機(jī)。1858年以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的客梯，在美國(guó)出現(xiàn),繼而又在英國(guó)出現(xiàn)水壓梯。1889年美國(guó)的奧梯斯電梯公司首先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)力,這才出現(xiàn)

2、名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于實(shí)用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批46臺(tái)群控電梯在紐約的聯(lián)合國(guó)大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)控制電梯。1962年美國(guó)出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)只成了無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開(kāi)始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。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，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控

3、制或邏輯控制是不能滿足要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)應(yīng)采用隨機(jī)邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯的信號(hào)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)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種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。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方式并沒(méi)有太大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多采用答二種方式，其原因在于用PLC控制有許多優(yōu)點(diǎn)： 1，可靠性高，由于采取了一系類(lèi)的PLC高可靠性的措施，PLC的平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）一般可達(dá)35萬(wàn)小時(shí)。而且PLC的環(huán)境適應(yīng)性也很強(qiáng)，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作；2，編程簡(jiǎn)

4、單，PLC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言。這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)工作流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活；3，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。PLC的體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)警、故障種類(lèi)顯示等功能。可編程控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，自1969年針對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制的特點(diǎn)和需要而開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)PLC問(wèn)世以來(lái)，迄今30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但

5、又不同于順序控制器和通用的微機(jī)控制裝置，它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)、調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。用戶買(mǎi)到所需要的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試都不需要具有專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動(dòng)了計(jì)算術(shù)的普遍應(yīng)用?？删幊炭刂破鱌LC在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制

6、中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。PLC現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代有大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電-接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用?？傊娞莸目刂剖潜容^復(fù)雜的，在計(jì)算機(jī)誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無(wú)法滿足與適應(yīng)電梯控制的要求和發(fā)展，與PLC

7、相比較，存在質(zhì)的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時(shí)代，很難設(shè)計(jì)出質(zhì)量?jī)?yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過(guò)程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被機(jī)結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 第1章 方案的確定1.1 方案的選擇進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來(lái)越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來(lái)越明顯。可編程控制器（PLC）就是根據(jù)

8、順序邏輯控制要求而發(fā)展起來(lái)的，是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式也有原來(lái)直流調(diào)速逐漸過(guò)渡到了交流調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。1.1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 電梯繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)：(1) 所有控制功能及信號(hào)處理均有硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。(2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)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(jià)格較便宜。(4)

9、多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類(lèi)電梯，技術(shù)成熟，已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。電梯繼電器控制的缺點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。(2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。(3)電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。(5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大。費(fèi)用高；而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工?？傊?，電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成

10、停梯，給乘客人員帶來(lái)不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。所以目前電梯的繼電器控制已經(jīng)很少使用了。1.1.2 PLC的特點(diǎn)及其控制電梯的優(yōu)點(diǎn)PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用和專(zhuān)用CPU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道（字）的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器（布爾處理器）。進(jìn)行點(diǎn)（位）運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。(1) 可靠性：對(duì)維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。a.PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與次同

11、時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。b.PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)、斷電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)與恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR，是可靠性提高。c.PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。dPLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大的提高。e在PLC的硬件方面。采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造；對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等；

12、對(duì)電源的斷電保護(hù)；對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。fPLC的軟件方面，也采用了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施，例如。采用軟件濾波；軟件自診斷；簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等。(2) 易操作性, PLC的易操作性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a操作方便 對(duì)PLC的操作包括程序輸入和更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。b編程方便 PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形

13、圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語(yǔ)言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。c維修方便 PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的位置，以便維修。(3) 靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a編程的靈活性。PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖，布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。b擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。c操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和

14、控制變得十分容易。PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)：(1) 在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。(3) PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(4) PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)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(yùn)行效果。(6) 更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。從上一節(jié)與本節(jié)的論述，我們可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，可編程控制器PLC控制電梯相比于傳統(tǒng)的繼電器控制來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在硬件接線方面，還是在軟件編程方面；無(wú)論是在設(shè)計(jì)安裝方面，還是在故障維修方面；無(wú)

15、論是在控制精度方面，還是在安全可靠方面都要好的多，為了更直觀的進(jìn)行比較，現(xiàn)在將繼電器和PLC控制的特點(diǎn)和功能歸納如表1-1所示：表1-1 繼電器控制與PLC控制與功能的比較比較項(xiàng)目繼電器控制PLC控制控制功能的實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)繼電器進(jìn)行硬接線完成相應(yīng)的控制功能對(duì)PLC進(jìn)行編程完成所需控制要求對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性需進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與接線，適應(yīng)性差只需對(duì)程序進(jìn)行修改，適應(yīng)性強(qiáng)可靠性元器件多、觸點(diǎn)多、容易出現(xiàn)故障采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高柔韌性與靈活性差具有種類(lèi)齊全的擴(kuò)展單元，擴(kuò)展靈活控制的實(shí)時(shí)性機(jī)械動(dòng)作時(shí)間常數(shù)大，實(shí)時(shí)性差微處理器控制，實(shí)時(shí)性非常好占用空間與安裝控制柜體積大、笨重、安

16、裝施工工作量大體積小，重量輕，安裝工作量小使用壽命易損，壽命短壽命長(zhǎng)復(fù)雜控制能力極差很強(qiáng)價(jià)格較低較高維護(hù)復(fù)雜、工作量大工作量小1.1.3 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn)隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最具有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻調(diào)速電梯的特點(diǎn)：（1）電梯使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占用空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性

17、高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。（2）變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。變頻調(diào)速電梯使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能；調(diào)速范圍廣，控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適，安靜，幾乎可與直流調(diào)速相媲美。同時(shí)明顯改善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能顯著。從上面的分析我們可以看出，用可編程控制器PLC控制電梯、用變頻器拖動(dòng)電梯是有很多優(yōu)點(diǎn)的，所以本次設(shè)計(jì)的八層PLC控制電梯系統(tǒng)就是采用了PLC作為電梯的信號(hào)控制單元，采用變頻器作為電機(jī)拖動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元。下面將介紹一下可編程控制器PL

18、C和變頻器的選擇。1.2 PLC的選擇 由于PLC的型號(hào)種類(lèi)都很多，要選擇合適的PLC的型號(hào)就顯得尤為重要 ，在選擇PLC的型號(hào)時(shí)，我們應(yīng)考慮到以下的問(wèn)題：（1）PLC的硬件功能 開(kāi)關(guān)量控制是PLC的基本功能，對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)主要需要考慮PLC的最大開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)是否能滿足系統(tǒng)的要求。某些系統(tǒng)對(duì)PLC的功能有特殊要求，例如通信聯(lián)網(wǎng)、PID閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)和運(yùn)動(dòng)控制等。模塊式PLC應(yīng)考慮是否有相應(yīng)的特殊功能模塊。整體式PLC一般集成有高速計(jì)數(shù)器、高速脈沖輸出、模擬量電位器、脈沖捕捉、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能和中斷功能。對(duì)于要求模擬量控制的系統(tǒng)，需要考慮最大模擬量I/0點(diǎn)數(shù)是否能滿足系統(tǒng)的要

19、求，每個(gè)模塊的點(diǎn)數(shù)和平均每點(diǎn)的價(jià)格。某些小型系統(tǒng)可能選用一塊既有模擬量輸入又有模擬量輸出的模塊就可以滿足要求，這種方案可以節(jié)約硬件費(fèi)用。有的PLC（如S7-200的CPU 224XP）自帶有少量的模擬量輸入點(diǎn)和模擬量輸出點(diǎn)。（2）PLC指令系統(tǒng)的功能 對(duì)于小型單臺(tái)僅需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備，一般的小型PLC 便可以滿足要求。如果系統(tǒng)要求PLC完成某些特殊功能，應(yīng)考慮PLC的指令系統(tǒng)是否有相應(yīng)的指令來(lái)支持。此外應(yīng)考慮PLC的編程元件（例如輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等）是否夠用，不過(guò)一般情況下它們是夠用的。（3）PLC的用戶存儲(chǔ)器容量 對(duì)于一般的系統(tǒng)，用戶存儲(chǔ)器的容量是足夠的，某些特殊情況

20、可能需要考慮這個(gè)問(wèn)題，存儲(chǔ)器容量與CPU模塊的型號(hào)有關(guān)，有的PLC允許用存儲(chǔ)卡來(lái)增加用戶存儲(chǔ)器的容量。（4）PLC的響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間是指將相應(yīng)的外部輸入轉(zhuǎn)換為給定的輸出的總時(shí)間，它包括以下部分：輸入濾波器的延遲時(shí)間、I/O服務(wù)延遲時(shí)間、邏輯解算時(shí)間和輸出元件的延遲時(shí)間。由于掃描工作方式引起的延遲可達(dá)2-3個(gè)掃描周期。PLC廠家一般給出了輸入電路和輸出電路的延遲時(shí)間，以及執(zhí)行基本邏輯指令的平均速度（以ms/K字為單位），有的廠家還給出了執(zhí)行每一條指令多需要的時(shí)間。在運(yùn)行用戶程序時(shí)可以用編程軟件讀取掃描周期。（5）PLC物理結(jié)構(gòu)的選擇 整體式PLC每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制

21、系統(tǒng)中一般采用整體式PLC。但是模塊式PLC的功能擴(kuò)展方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類(lèi)和塊數(shù)、特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式的PLC。（6）確定輸入輸出點(diǎn)數(shù) 為了選擇I/O模塊的型號(hào)和塊數(shù)，應(yīng)確定哪些信號(hào)需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，是開(kāi)關(guān)量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓的等級(jí)；是否有特殊要求，例如快速響應(yīng)等，應(yīng)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)。如果系統(tǒng)中不同的部分相距很遠(yuǎn)，可以考慮使用遠(yuǎn)程I/O。（7）對(duì)PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的要求 如果PLC需要與

22、別的設(shè)備通信，或者要求將PLC納入工廠控制網(wǎng)絡(luò)，需要考慮PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能，例如PLC有什么樣的通信接口，最多可以配置多少個(gè)接口，可以使用什么通信協(xié)議，通信的速率與最大通信距離等。（8）系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求 對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮PLC是否有冗余功能，是否能組成冗余控制系統(tǒng)。在選擇PLC型號(hào)時(shí)不應(yīng)盲目追求過(guò)高的性能指標(biāo)，在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面應(yīng)留有一定的裕量，I/O點(diǎn)數(shù)一般應(yīng)留10%的裕量。電梯PLC控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運(yùn)動(dòng)的機(jī)械選層器。電梯運(yùn)行過(guò)程中，轎廂所處摟層位置如何檢測(cè)，PLC軟件如何根據(jù)給定輸入信號(hào)及運(yùn)行條件判斷或計(jì)算樓層數(shù)，是電梯正常運(yùn)行的首要問(wèn)題

23、，是正確定向和選層換速的必要前提。轎廂樓層位置檢測(cè)主要方法有以下幾種：（1）用干簧管磁感應(yīng)器或是其他位置開(kāi)關(guān)。這種方法直觀、簡(jiǎn)單、但由于每層使用一個(gè)磁感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時(shí)，會(huì)占用PLC太多的輸入點(diǎn)。（2）利用穩(wěn)態(tài)磁保開(kāi)關(guān)。這種方法需對(duì)磁保開(kāi)關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但是它是無(wú)權(quán)代碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也是程序變的龐大。（3）利用旋轉(zhuǎn)編碼器。目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或是專(zhuān)用計(jì)數(shù)單元，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測(cè)取電梯運(yùn)行過(guò)程中的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源

24、也可以利用PLC內(nèi)置的24V直流電源，硬件連接可謂簡(jiǎn)單方便。根據(jù)以上的分析，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的八層電梯層數(shù)不算太高，所以沒(méi)有必要使用旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行位置檢測(cè)，所以采用了干簧管感應(yīng)器作為本次設(shè)計(jì)的電梯位置檢測(cè)，所以系統(tǒng)的PLC輸入點(diǎn)要相對(duì)多點(diǎn)。我選擇了三菱的FX2N-48MR型號(hào)的PLC，并且需要有兩個(gè)FX-16EX型號(hào)的輸入擴(kuò)展模塊進(jìn)行輸入點(diǎn)的擴(kuò)展。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的八層PLC控制電梯系統(tǒng)共需要有55個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端口，22個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出端口。而FX2N-48MR只有24個(gè)輸入端口和24個(gè)輸出端口，對(duì)于輸出點(diǎn)來(lái)說(shuō)，考慮到10%的安全裕量也是足夠的，對(duì)于輸入點(diǎn)來(lái)說(shuō)，加上兩個(gè)輸入擴(kuò)展模塊，共可以提供56個(gè)輸入點(diǎn)

25、，也還是適合的。1.3 變頻器的選擇變頻器自80年代進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用以來(lái)，主要以交流電動(dòng)機(jī)的節(jié)能應(yīng)用外主。但是進(jìn)入90年代后，變頻器得到了迅猛發(fā)展。變頻器的應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：一方面是為了節(jié)能需要而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用；另一方面是為了滿足生產(chǎn)工藝調(diào)速的要求而進(jìn)行的變頻器的應(yīng)用。目前通用變頻器已經(jīng)在機(jī)械、冶金、石化、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)的到了廣泛的應(yīng)用。隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，變頻器調(diào)速已應(yīng)用到了許多領(lǐng)域。由于變頻器調(diào)速具有諸多優(yōu)點(diǎn)，使得其在電梯行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。目前有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用變頻器，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格昂貴。因此本設(shè)計(jì)沒(méi)有采用專(zhuān)用變頻器。而是選用了通用變頻器，通過(guò)合理的

26、配置、設(shè)計(jì)和編程。同樣可以達(dá)到專(zhuān)用變頻器的控制效果。上個(gè)世紀(jì)80年代初，通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近20年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT兩個(gè)大發(fā)展過(guò)程。a 量不斷擴(kuò)大80年代初采用的BJT的PWM變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化，到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達(dá)到了600KVA以下的已經(jīng)系列化，前幾年主開(kāi)關(guān)器件開(kāi)始采用IBJT，僅三、四年時(shí)間，IBJT變頻器的單機(jī)容量已達(dá)1800KVA，隨著IBJT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也隨之?dāng)U大。b 構(gòu)的小型化變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路（LSI）和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用“平面安裝技術(shù)

27、”等一系列措施。促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”（Intelligent Module, IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強(qiáng)，保護(hù)電路和檢測(cè)電路與功率開(kāi)關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護(hù)迅速且可靠，傳感信號(hào)也十分迅速。c 多功能和智能化電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能和高性能化方向發(fā)展，特別是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動(dòng)控制的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并不斷融入軟件功能，日益豐富的軟件功

28、能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機(jī)械的工藝水平“升級(jí)”，達(dá)到以往無(wú)法達(dá)到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)種。8位、16位及32位CPU奠定了通用變頻器全數(shù)字控制的基礎(chǔ)，32位數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Process-DSP）的應(yīng)用將通用變頻器的性能提高一大步，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無(wú)跳閘功能”，目前，新一代變頻器可是采用新的“精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)”（Reduced Instruction Set Computer-RISC），將指令執(zhí)行時(shí)間縮短到納秒級(jí)。它是一種矢量（超標(biāo)量）微處理器，其功能著重點(diǎn)放在常用基本指令的執(zhí)行效率

29、上，舍棄了某些運(yùn)算復(fù)雜而使用率不高的指令，省下所占用的硬件資源用于提高基本的運(yùn)算速度，達(dá)到了以“每秒上億條指令”為單位來(lái)衡量運(yùn)算速度的程度，有文獻(xiàn)報(bào)道，RISC的運(yùn)算速度可達(dá)1000MIPS，即10億次/秒。相當(dāng)于巨型計(jì)算機(jī)水平。指令計(jì)算時(shí)間為1ns量級(jí)，是一般微處理器所無(wú)法比擬的。有的變頻器廠家聲稱(chēng)，以RISC為核心的數(shù)字控制，可以支持無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器的矢量控制算法，轉(zhuǎn)速估計(jì)計(jì)算。PID調(diào)節(jié)器在線實(shí)時(shí)運(yùn)算。d 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械，各類(lèi)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。

30、最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載是節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車(chē)輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)、立體停車(chē)廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機(jī)械，從各類(lèi)切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床，加工中心超高速伺服機(jī)的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器；在其他方面，如農(nóng)用機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、各類(lèi)空調(diào)、各類(lèi)家用電器甚至街心公園噴水池，可以說(shuō)其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴(kuò)大。目前，市場(chǎng)上流行的通用變頻器的種類(lèi)很多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但是其總的控制思想

31、卻是大同小異。電梯的控制要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本設(shè)計(jì)中拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行，以改善電梯運(yùn)行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯的節(jié)約用電日益受到重視。又因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用了三菱的FX2N系列，所以根據(jù)以上種種因素，我選擇三菱的FP-A500系列變頻器。采用先進(jìn)磁通失量控制的A500系列,由于大RISC處理器中采用了新的在線自動(dòng)調(diào)整功能使電機(jī)在不影響啟動(dòng)速度的情況下，迅速得到調(diào)整，從而在不用PLG而低速運(yùn)行時(shí)，達(dá)到高精度運(yùn)行和高轉(zhuǎn)矩輸出。 調(diào)速范圍達(dá)到1:120 (

32、0.5HZ-60HZ運(yùn)行時(shí))采用自動(dòng)調(diào)整后,可以在不同品牌的電機(jī)上實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行。矢量控制方式是將定子電流分解成規(guī)定的磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進(jìn)行控制，同時(shí)將二者合成的定子電流供電動(dòng)機(jī)使用。矢量控制的有以下一些特點(diǎn)： （1）矢量控制特性比其他控制特性優(yōu)越，可實(shí)現(xiàn)與電動(dòng)機(jī)相同的控制特性。（2）矢量控制變頻調(diào)速響應(yīng)快，調(diào)速范圍廣，特別是低速段的調(diào)速性能優(yōu)越，可滿足頻繁急加、減速度運(yùn)轉(zhuǎn)和連續(xù)四象限運(yùn)轉(zhuǎn)等場(chǎng)合。（3）可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，在電動(dòng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)，能控制產(chǎn)生靜止轉(zhuǎn)矩。（4）控制運(yùn)算中一般需要使用電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，需要電動(dòng)機(jī)的速度反饋，一般要求電動(dòng)機(jī)為專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)。因?yàn)槭噶靠刂品绞酵昝赖目刂铺匦?，可以很好?/p>

33、滿足低頻力矩指標(biāo)和靜態(tài)動(dòng)性能，所以本次選擇采用矢量控制方式的FR-A500系列的變頻器。以上即為本次設(shè)計(jì)的PLC控制電梯的方案選擇，具體的電梯控制原理將在下面一章做詳細(xì)的介紹。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 從上一章的方案確定中，我們已經(jīng)確定使用可編程控制器PLC作為本次所設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)的信號(hào)控制方式；使用變頻器作為電梯拖動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元。本章將詳細(xì)的論述其控制原理。2.1 電梯系統(tǒng)控制功能本次設(shè)計(jì)的八層PLC電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行可分為正常運(yùn)行狀態(tài)、消防運(yùn)行狀態(tài)和慢行檢修狀態(tài)，這三個(gè)狀態(tài)為并行可以用一個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電梯到達(dá)目的地時(shí)具有手動(dòng)和自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)功能，即廂內(nèi)裝有開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕，當(dāng)電梯到位后，可以通過(guò)轎

34、廂內(nèi)的開(kāi)門(mén)按鈕開(kāi)門(mén)，也可以讓其自動(dòng)開(kāi)門(mén)；當(dāng)人員進(jìn)出結(jié)束時(shí)，可以通過(guò)關(guān)門(mén)按鈕關(guān)門(mén)，也可以讓其自動(dòng)關(guān)門(mén)。此外，在轎廂門(mén)上還裝有人員進(jìn)出紅外感應(yīng)器，這樣可以防止關(guān)門(mén)時(shí)夾住乘客。電梯轎廂內(nèi)和門(mén)廳外都設(shè)有樓層顯示和運(yùn)行方式顯示，無(wú)論是在廂內(nèi)還是廳外都可以看到電梯當(dāng)前的狀態(tài)。下面將電梯安全運(yùn)行的一些主要功能介紹如下：1 電梯位置的確定與顯示轎廂中的乘客及門(mén)廳中等待電梯的人都需要知道電梯的位置，因而轎廂內(nèi)及門(mén)廳中都應(yīng)設(shè)有摟層顯示標(biāo)志電梯的位置。但這還不夠，電梯的運(yùn)行還需要更加準(zhǔn)確的電梯位置信號(hào)，以滿足制動(dòng)停車(chē)等控制的需要。傳統(tǒng)電梯的位置信號(hào)一般由設(shè)在井道中的位置開(kāi)關(guān)，如磁感應(yīng)器提供，當(dāng)轎廂上設(shè)置的隔磁板感應(yīng)

35、器時(shí)，發(fā)出位置信號(hào)，并啟動(dòng)樓層指示燈。2轎廂內(nèi)的運(yùn)行命令和門(mén)廳的召喚信號(hào)司機(jī)及乘客可按下轎廂內(nèi)操作盤(pán)上的選層按鈕選定電梯運(yùn)行的目的樓層，此為內(nèi)選信號(hào)。按鈕按下后，該信號(hào)被記憶并使相應(yīng)的指示燈亮。在門(mén)廳等候電梯的乘客可以按下門(mén)廳的上行或下行召喚信號(hào)，此為外喚信號(hào)。該信號(hào)也需記憶并點(diǎn)亮門(mén)廳的上行或下行信號(hào)，這些保持信號(hào)在要求得到滿足時(shí)自動(dòng)消失。3 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的信號(hào)響應(yīng)電梯自動(dòng)運(yùn)行是應(yīng)根據(jù)內(nèi)選及外喚信號(hào)，決定電梯的運(yùn)行方向及在哪些站點(diǎn)停站。本次設(shè)計(jì)的電梯是按照電梯在下行過(guò)程中只響應(yīng)比電梯當(dāng)前層低的下行召喚，而在上行過(guò)程中只響應(yīng)比電梯當(dāng)前層高的上行召喚的原則安排運(yùn)送乘客的次序。4 轎廂的啟動(dòng)與運(yùn)行轎廂

36、在運(yùn)行方向確定，轎廂門(mén)已關(guān)好時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行的初始階段是加速運(yùn)行階段，其后是穩(wěn)定運(yùn)行階段。5 轎廂的平層與停車(chē)轎廂運(yùn)行后需確定在哪一站停車(chē)，平層即是指停車(chē)是，轎廂的底與門(mén)廳“地平面”應(yīng)相平齊，一般有具體的平層誤差規(guī)定，如平層時(shí)相差不得超過(guò)5毫米，平層停車(chē)過(guò)程需在轎廂底面與停車(chē)樓面相平之前開(kāi)始，先是減速，再是制動(dòng)，以滿足平層的準(zhǔn)確性及乘客的舒適感。平層開(kāi)始信號(hào)是由平層感應(yīng)器發(fā)出的，上行時(shí)是由每層的上行平層感應(yīng)器發(fā)出的，下行時(shí)是由每層的下行平層感應(yīng)器發(fā)出的。6 安全保護(hù)電梯的安全保護(hù)很多，有沖頂和蹲底、斷鋼絲繩、轎廂內(nèi)人員的跌落、逃生等保護(hù)，還有消防運(yùn)等。2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框

37、圖所示，系統(tǒng)主要由轎廂、開(kāi)關(guān)門(mén)機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。曳引機(jī)門(mén)機(jī)顯示現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)變 頻 器電源PLC 圖2-1 電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 從圖中我們可以看到，當(dāng)PLC接收到來(lái)自轎廂或是門(mén)廳的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)后，通過(guò)內(nèi)部軟件的自動(dòng)處理，會(huì)將處理后的信號(hào)輸出給變頻器、門(mén)機(jī)和顯示單元。PLC將電梯的上行還是下行、快速還是慢速、全速還是停止等控制曳引機(jī)的信號(hào)輸出給變頻器，再通過(guò)變頻器的內(nèi)部處理，驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)、加速或是減速、穩(wěn)速或是停止，達(dá)到控制效果。當(dāng)然還需要一個(gè)小型電動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)控制，當(dāng)電梯停止或是運(yùn)行時(shí)，變頻器將信號(hào)回饋給PLC，由PLC來(lái)控制轎廂門(mén)的開(kāi)關(guān)。只要是電梯在正常工作，就一直會(huì)有顯示

38、信號(hào)，不管是空閑還是工作狀態(tài)，如果是空閑狀態(tài)，則顯示電梯所停靠的樓層，這時(shí)可以響應(yīng)任意呼叫；如果是工作狀態(tài)，則顯示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，是上行還是下行 ，顯示所在樓層。2.3 控制系統(tǒng)原理圖本次設(shè)計(jì)的八層電梯控制系統(tǒng)的原理圖如圖2-2所示：PLC的輸出直接接在了變頻器的輸入側(cè)，給變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、起動(dòng)、全速、中速和快速運(yùn)行等各種控制信號(hào)。因?yàn)楸敬尾庞玫氖怯肞LC的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)有級(jí)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。PLC控制變頻器轉(zhuǎn)速有四種方式： （1）用模擬量輸出模塊提供變頻器的頻率給定信號(hào)。PLC的模擬輸出模塊的直流電壓或電流送給變頻器的模擬電壓/電流轉(zhuǎn)速給定輸入端，用模擬量輸出控制變頻器的輸出頻率。這

39、種控制方式的硬件接線簡(jiǎn)單，但PLC的模擬量輸出模塊價(jià)格較高。（2）用高速脈沖輸出信號(hào)作為頻率給定信號(hào)。某些變頻器有高速脈沖輸入功能，可以用PLC輸出的縞素脈沖的頻率作為變頻器的臨了給定信號(hào)。（3）用PLC的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)有級(jí)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。PLC的開(kāi)關(guān)量輸出/輸入點(diǎn)一般可以與變頻器的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)直接相連，這種控制方式的接線簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。PLC的開(kāi)關(guān)量輸出模塊可以只變頻器的正/反轉(zhuǎn)，有級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和加/減速時(shí)間。雖然只能有級(jí)調(diào)速，但對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)是足夠的。（4）用串行通信提供頻率給定信號(hào)。除了上述的方法外，通過(guò)通信，PLC和變頻器之間還可以傳送大量的參數(shù)設(shè)置信息和狀態(tài)信息。

40、如果PLC和變頻器都自帶串行通信接口，并且可以使用相同的通信協(xié)議，硬件上不需要增加額外的開(kāi)銷(xiāo)。如果不能滿足這一要求，需要增加通信用的接口模塊，熟悉通信協(xié)議和設(shè)計(jì)通信程序需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，可能要花較多的時(shí)間。通過(guò)比較上述幾種方式，所以在本次的設(shè)計(jì)中我采用了第三種方式。在對(duì)電機(jī)的保護(hù)方面，只需在通用變頻器電源輸入端配上合適規(guī)格的低壓斷路器或帶漏電保護(hù)的斷路器作為通用變頻器電源開(kāi)關(guān)即可，在通用變頻器輸出端與電動(dòng)機(jī)之間除非十分必要，一般不要再加裝開(kāi)關(guān)電器，因?yàn)橥ㄓ米冾l器本身對(duì)電動(dòng)機(jī)有著非常強(qiáng)的保護(hù)功能，在線路短路、電機(jī)過(guò)載、缺相等故障出現(xiàn)時(shí)，他能自動(dòng)斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)回路，從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)及其本身，同時(shí)給出故

41、障指示，根據(jù)故障編碼可以查找和排除故障。通用變頻器的輸出側(cè)應(yīng)直接與電動(dòng)機(jī)，一般不允許接入交流接觸器，因?yàn)檠b設(shè)于變頻器與電動(dòng)機(jī)之間是接觸器在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)通斷，將產(chǎn)生操作過(guò)電壓，對(duì)變頻器造成損害，另外，絕對(duì)禁止在通用變頻器的輸出側(cè)接入補(bǔ)償電容或用電容器濾波，也不允許接入電容式單相電動(dòng)機(jī)，否則將使通用變頻器損壞。當(dāng)變頻器選用外部熱繼電器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)時(shí)，熱繼電器應(yīng)裝設(shè)于變頻器輸出側(cè)，如果裝在輸入側(cè)，起不到保護(hù)作用，因?yàn)樽冾l器的變壓特性使其低頻時(shí)輸入電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸出電流，過(guò)載保護(hù)應(yīng)根據(jù)設(shè)備工藝要求情況，采用變頻器停止命令（斷開(kāi)CM）或空轉(zhuǎn)停車(chē)（斷開(kāi)BX）命令實(shí)現(xiàn)停車(chē)，不應(yīng)通過(guò)電源接觸器實(shí)現(xiàn)。在本次

42、的設(shè)計(jì)中，在變頻器與電動(dòng)機(jī)之間接了一個(gè)熱繼電器作為過(guò)載保護(hù)，其他的保護(hù)都由變頻器自身的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)反饋給PLC，再由PLC來(lái)進(jìn)行控制。 FX2N L COM3N Y023 Y024 Y012 Y013 Y014X066 Y015COM Y020 Y022 STFSTRSTOPRH RM ARL CU RV SW T M AC 220VAC 220V KM 電源 變頻器故障 FR-A500正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 起動(dòng)全速 中速 X066變頻器 慢速 COM故 障 KM FR 圖2-2 電梯控制系統(tǒng)原理圖 2.4 PLC的硬件設(shè)計(jì)前面我們?cè)赑LC的選擇時(shí)曾說(shuō)過(guò)本次設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)選用的是三菱的

43、FX2N系列的，并且共需要I/O點(diǎn)數(shù)為55/20個(gè)，下面我將本次設(shè)計(jì)的PLC控制電梯系統(tǒng)的I/O地址分配列表如表2-1所示。本次設(shè)計(jì)的PLC控制電梯系統(tǒng)的所有輸入和輸出點(diǎn)的地址分配表，包括有輸入繼電器、輔助繼電器（中間繼電器）和輸出繼電器。這些繼電器都是“軟繼電器”，都有一個(gè)線圈和無(wú)數(shù)個(gè)“常開(kāi)接點(diǎn)”和“常閉接點(diǎn)”供我們使用。輸入繼電器與PLC的輸入端子相連，是PLC接收外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的接口；PLC內(nèi)部有許多輔助繼電器，作為中間繼電器用于狀態(tài)暫存、移位等運(yùn)算，其常開(kāi)接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)可以無(wú)限次使用，但是，它不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，負(fù)載必須由輸出繼電器驅(qū)動(dòng)；輸出繼電器的外部接點(diǎn)接到PLC的輸出端子上，是PLC

44、用來(lái)傳送信號(hào)到外部負(fù)載的元件。表2-1 電梯控制I/O地址分配表（1）X000 | | | | |X00718層上行樓層感應(yīng)干簧管觸點(diǎn)X010 | | | | |X01718層上行樓層感應(yīng)干簧管觸點(diǎn)X020 | | | | |X027轎廂內(nèi)18層按鈕指令X030 | | | | |X03617層上行召喚按鈕X000 | | | | |X00728層下行召喚按鈕X053開(kāi)門(mén)按鈕X054關(guān)門(mén)按鈕X055人員進(jìn)出紅外感應(yīng)器X056門(mén)樞感應(yīng)器X057門(mén)鎖觸點(diǎn)X037上行平層感應(yīng)器X060超重輸入觸點(diǎn)X047下行平層感應(yīng)器X061開(kāi)門(mén)行程開(kāi)關(guān)X050有/無(wú)司機(jī)選擇開(kāi)關(guān)X062關(guān)門(mén)行程開(kāi)關(guān)X051司機(jī)上行

45、選擇開(kāi)關(guān)X063上行強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X052司機(jī)下行選擇開(kāi)關(guān)X064下行強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X065開(kāi)關(guān)電梯觸點(diǎn)X066變頻器故障觸點(diǎn) 表2-1 電梯控制I/O地址分配表（2）M0 | | | | |M7樓層指示中間繼電器M10 | | | | |M17樓層指示感應(yīng)繼電器M20 | | | | |M2617層上行召喚中間繼電器M30 | | | | |M3628層下行召喚中間繼電器M40 | | | | |M47轎廂內(nèi)按鈕中間繼電器M27運(yùn)行中間繼電器M28換速中間繼電器M29消除換速中間繼電器M37司機(jī)上行中間繼電器M8上行中間繼電器M38司機(jī)下行中間繼電器M9下行中間繼電器M39紅外之間繼電器M18上

46、平層中間繼電器M48門(mén)樞感應(yīng)中間繼電器M19下平層中間繼電器M49開(kāi)門(mén)允許中間繼電器表2-1 電梯控制I/O地址分配表（3）Y000 | | | | |Y007樓層指示燈Y014 起動(dòng)運(yùn)行接觸器Y015全速運(yùn)行接觸器Y016 開(kāi)門(mén)繼電器Y017 關(guān)門(mén)繼電器Y020中速運(yùn)行接觸器Y010上行指示燈Y021 超重指示報(bào)警Y011下行指示燈Y022 慢速運(yùn)行接觸器Y012上行接觸器Y023 短路器觸點(diǎn)Y013下行接觸器Y024 變頻器故障檢測(cè) 輸入輸出單元為PLC的I/O接口部分，如圖2-3所示，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開(kāi)關(guān)門(mén)、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)、門(mén)鎖、安全保護(hù)繼

47、電器、檢修、消防、泊梯、稱(chēng)重等單元構(gòu)成。輸入單元為：（1）廳外呼叫單元，用來(lái)對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除，而且兼有無(wú)司機(jī)狀態(tài)的“本層廳外開(kāi)門(mén)”功能，全集選方式的呼梯信號(hào)為2N-2個(gè)（N為層站數(shù)），下集選方式的呼梯信號(hào)為N個(gè)，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的八層電梯采用的是全集選方式，所以有14個(gè)廳外指令信號(hào)；（2）轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示，呼梯信號(hào)數(shù)為電梯停站層數(shù)N，所以本次設(shè)計(jì)廂內(nèi)有8個(gè)廂內(nèi)指令信號(hào)；（3）開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕，輸入PLC控制轎門(mén)的開(kāi)閉（廳門(mén)也同時(shí)動(dòng)作）；（4）上下平層裝置，用來(lái)保證電梯轎箱在各層?？繒r(shí)準(zhǔn)確平層，通常設(shè)置在轎頂，電梯轎箱上行接近預(yù)選層站時(shí)，上平層

48、感應(yīng)器限進(jìn)入遮磁板，電梯仍繼續(xù)慢速運(yùn)行，當(dāng)下平層感應(yīng)器再進(jìn)入遮磁板時(shí)，上行接觸器線圈失電，制動(dòng)器抱閘停車(chē)；（5）上下限強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)打板，信號(hào)輸入PLC，PLC發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；（6）轎門(mén)和廳門(mén)聯(lián)鎖保護(hù)裝置，轎門(mén)閉合和各廳門(mén)閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；（7）安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開(kāi)關(guān)、轎頂內(nèi)急停開(kāi)關(guān)、安全鉗開(kāi)關(guān)、限速器斷繩開(kāi)關(guān)、限速器超速開(kāi)關(guān)、底坑急停開(kāi)關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開(kāi)關(guān)等；（8）檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修

49、運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專(zhuān)用兩種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門(mén)并斷電；（9）稱(chēng)重單元，用來(lái)檢測(cè)轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號(hào)給PLC，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。輸出單元為：（1）樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；（2）開(kāi)關(guān)門(mén)單元，用于控制電梯的廳門(mén)和轎門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)?？亢螅琍LC給出相關(guān)指令，由變頻門(mén)機(jī)完成開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。PLC單元為電梯控

50、制系統(tǒng)的核心部分，由PLC提供變頻器的運(yùn)行方向和速度指令，使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運(yùn)行方向和速度。通過(guò)PLC的合理編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)、自動(dòng)掌握停站時(shí)間、內(nèi)外呼信號(hào)的登記與消除、順向截梯及自動(dòng)換向等集選控制功能。運(yùn)行方式選擇運(yùn)行控制信號(hào)安全保護(hù)信號(hào)廂內(nèi)指令信號(hào)廳外指令信號(hào)PLC輸入接口輸出接口呼梯信號(hào)指示樓層顯示運(yùn)行方式指示開(kāi)關(guān)門(mén)控制開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)門(mén)區(qū)或平層信號(hào)拖動(dòng)控制系統(tǒng) 圖2-3電梯PLC信號(hào)控制系統(tǒng)框圖 2.5 變頻器的硬件設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的變頻器是三菱的FR-A500系列多功能通用型變頻器，它采用的是磁通矢量開(kāi)展方式，調(diào)速比1：120（0.560HZ），具有在線自動(dòng)

51、調(diào)整功能，從而可在無(wú)速度傳感器低速運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)行和高轉(zhuǎn)矩輸出。隨機(jī)附帶一個(gè)簡(jiǎn)易操作面板（RF-DU04），也可選用具有LCD顯示帶菜單功能的選件操作面板FR-PU04，具有參數(shù)拷貝功能、參數(shù)組自選功能，我們可以根據(jù)需要自己選擇讀寫(xiě)的參數(shù)組，并保存在參數(shù)單元中。內(nèi)置PID控制等多種控制功能，如高速頻率控制和位置控制功能可用于立體停車(chē)廠；順序控制功能可用于搬運(yùn)機(jī)械等。251 FR-A500系列性能指標(biāo) FR-A500系列多功能通用型通用變頻器的功率范圍為三相380V級(jí)0.4-800KW，其主要性能指標(biāo)如表2-2所示。表2-2 FRA500系列多功能通用變頻器的主要性能指標(biāo)控制特性控 制 方 式柔性PWM控制/高頻載波PWM控制、可選U/f控制或磁通矢量控制輸出頻率范圍0.2400HZ頻率設(shè)定分辨率模擬輸入0.015HZ/60HZ; 端子2輸入：12位/010V，11位/05V