电气工程及其自动化毕业设计.doc

基于三菱FX2N的PLC电梯控制系统设计 学校代码：11517 学 号：201050712240 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 毕业设计（论文） 题 目 基于FX-2N型P LC电梯控制 系统设计 学生姓名 王丽 专业班级 电气工程及其自动化1022班 学 号 201050712240 系 （部） 电气信息工程系 指导教师(职称) 查蔓莉 完成时间 年 月 日 29基于三菱FX2N的PLC电梯控制系统设计 摘 要在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于三层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词：电梯；变频器；PLC控制；变频调速Mitsubishi FX2N PLC elevator control system designAbstractIn the modern social and economic activities, computer technology, automatic control technology and power electronic technology has been rapid development, the lift has become a symbol of urban material. Especially in the high-rise building, the elevator is not a lack of vertical transportation equipment. With the rapid development of high-rise buildings of today, the lift industry also has entered a new period of development, elevator control technology has been developed to the FM speed regulator, the logic control by the PLC to replace the original relay control, many of its functions traditional relay control system can not be achieved. The design for the status quo of Chinas elevator industry will be a programmable logic controller (PLC) used for three-storey elevator control logic, through the rational selection and design, not only to improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, while extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. In this paper, the design of the elevator by the elevator when compared with the traditional, in the run with good comfort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features to control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects. Key words：Elevator，PLC control，VVVF，Inverter目录摘 要IAbstractII1 绪论11.1. 课题研究的背景及意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义32 系统总体概述32.1 电梯控制系统设计要求32.2 电梯设备42.2.1 电梯的分类42.2.2 电梯的主要组成部分52.2.3 PLC控制系统设计的基本原则62.2.4电梯曳引电机及门电机电路图72.2.5电梯的安全保护环节72.2.6 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯102.2.7电梯开关门的设计102.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点132.3.1 PLC的特点132.3.2 PLC控制电梯的优点132.4 PLC的选择142.5 变频调速控制电梯的特点142.6 变频器的选择142.6.4 变频器的参数设置152.6.5 变频器的控制端子163 系统的硬件设计173.1 I/O点数的估算与分配173.1.1 I/O端口分配173.2 PLC外部接线图：183.3 变频器参数的确定与设置183.3.1电梯升降的变频器参数：183.3.2轿厢开关门的变频器参数：194 系统软件设计194.1 电梯的工作状态194.1.2 电梯的正常工作状态194.2 软件设计流程图204.3 软件程序编程及仿真214.3.1梯形图：214.3.1梯形图仿真：24结 束 语27致 谢281 绪论1.1. 课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景在现代社会和经济活动中，电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。每幢大型高楼都可以说是一座垂直的城市。电梯不仅是代步的工具，也是人类物质文明的标志。电梯问世不过100多年，但发展神速。作为升降设备，据说它起源于公元前236年古希腊阿基米德设计的一种人力驱动的卷筒卷扬机。事实上，早在公元前1115年至1079年之间我国劳动人民就已经开始使用“桔棒”、“辘护”等人力升降机。18世纪末瓦特发明了蒸汽机后，人们尝试用蒸汽机来驱动。1852年，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯（Elisha Gravies Otis）发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。这是世界上第一台具有安全装置的电梯，在电梯历史上具有划时代的意义。1889年，奥的斯公司推出了第一台电力驱动齿轮直接传动电梯。1903年，奥的斯公司设计出了槽轮式驱动电梯。槽轮式驱动也称为曳引式驱动，是在曳引绳的一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳与开有绳槽的曳引轮之间的磨擦来驱动重物作垂直运动。其设计思想为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。电梯曳引传动控制技术也经历了由简单到复杂的发展阶段。从19世纪末电梯问世开始，对于调速性能要求较高的电梯，都是采用直流电机控制。直流电机控制系统具有调速范围宽、可连续平衡地调速以及控制方便、灵活、快捷、准确等优点。然而，早期的直流电机控制系统往往是直流发电机一电动机组调速系统，其体积、重量、能耗和噪声都很大。由于交流单速控制和交流双速控制电梯的结构简单、价格较低、使用维护方便，所以从电梯问世至今，交流单速控制和交流双速控制一直广泛地应用于调速性能要求不高的场合。交流双速电梯是靠改变定子绕组接线以变换电动机极对数P的方法进行调速。变极调速转速是成倍地变化，因此调速的平滑性差，但它在每个转速等级运转时，都具有较硬的机械特性，稳定性好，但乘坐舒适感差，普遍应用于货梯。 1967年，由于电子技术及半导体器件的发展，出现了交流调压调速(ACVV)控制。交流调压调速是通过控制电动机定子绕组电压来改变转差率s的方法实现调速。交流调压调速系统采用调节器调节晶闸管交流调压电路中晶闸管的触发脉冲相位，即调节电动机的端电压，达到改变转速的目的。交流调压调速控制电梯在起动、稳速及制动的全过程中实现了闭环控制，将速度给定曲线以模拟量或数字量的形式送入电梯传动系统，在反馈控制的作用下，使电机转速跟踪给曲线变化。其制动减速可采用能耗制动、反接制动等方式，乘坐舒适感、平层精度均优于变极调速双速电梯，其缺点是电动机转子的发热较大、能量消耗较大。1976年，微处理器应用于电梯控制。在1980年，出现了将微机用于速度控制和运行管理控制的全电子化交流反馈控制的电梯，其精确的控制使电梯的舒适感和群控性能得到进一步提高。应用微机取代继电器控制逻辑实现闭环控制，进一步提高电梯的性能和可靠性，并减少现场调试要求，是电梯控制技术的方向。1984年，由于固态功率器件的不断发展及微机技术的应用，出现了交流变频调速(VVVF)电梯控制系统。交流变频调速是通过调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率来调速的。它通过电压、电流和速度的信号反馈，由计算机对交流电动机进行精确调节控制，使电梯运行效率大大提高，运行性能更加完善。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层、准确、低噪音、安全等目标。由于其具有优越的调速性能、显著的节能效果，已取代交流调压调速电梯成为电梯控制方式的主流。在电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。并已经开始淘汰16位以下微机控制系统。利用微机对电梯的控制不仅能使系统的动态品质的提高，也将大大提高电梯运行效率。它们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，使电梯从超低速到高速无级调速高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。在交流电机变频调速控制系统中通常采用矢量控制技术，这种控制方式能使得电机在各种速度运行时具有良好的机械特性，特别是在低速控制性能尤为突出。在电梯反馈系统方面，采用绝对值位置编码器从电梯轿厢上反馈轿厢绝对位置信号，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，来达到优越的电梯运行效果。1.1.2 课题研究的意义目前电梯的控制方式主要有继电气控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。随着人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越来高，继电器控制的弱点就越来越明显，继电气控制系统具有故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等特点；微机控制具有控制系统体积减小、节能可靠等特点，但其抗干扰能力弱；可编程控制器具有控制灵活，抗干扰能力强、运行稳定、实现多种运行状态故障显示等特点。因此，可编程控制器控制得到广泛，采用PLC组成的控制系统可使电梯运行更加安全、方便、舒适，尤其在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。2 系统总体概述2.1 电梯控制系统设计要求电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图2.1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指示器、门机、调速装置与拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，由PLC作出正确的控制决策，向拖动和门机系统发出控制信号，完成电梯门的开关动作。 图2.1 电梯PLC控制系统的基本结构图 (1) 电梯控制系统实现的功能1)每一楼层均设有呼叫按钮SB及位置开关SQ；2)当电梯停于某层时，若有一高层呼叫，则电梯上升至呼叫层停止；3)当电梯停于某层时，若有一低层呼叫，则电梯下降至呼叫层停止；4)响应呼叫信号后，呼叫指示灯亮，直至电梯到达该层时熄灭；5)当有多个呼叫信号，能自动根据呼叫楼层停靠，经过延时后，继续上升或下降运行，直到所有的信号响应完毕；6)电梯运行途中，任何反方向呼叫无效，且呼叫指示灯不亮；7)轿厢位置用7段数码管显示，上行、下行用上、下箭头指示。2.2 电梯设备 2.2.1 电梯的分类电梯的分类有各式各样：(1) 按用途分类有客梯、货梯、医用梯、观光电梯等。(2) 按速度分类 低速电梯 1m/s以下 中速电梯 12m/s 高速电梯 2m/s以上 超高速电梯 4m/s以上(3) 按驱动电源分类 交流电梯 速度一般小于2m/s 直流电梯 速度一般大于2m/s(4) 按控制方式分类 有层间控制，简易集选控制，集选控制，有/无司机控制，群控等。2.2.2 电梯的主要组成部分(1) 电梯轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(2) 曳引机曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(3) 电梯井道及导轨电梯井道是用以供电梯轿厢运行的通道。电梯导轨就是在轿厢和墙壁之间的轨道，上面有轮子在滑动，表面很光滑，用矫厢导轨支架来支撑。它可以用来防止轿相晃动。货梯和客梯上都装有。(4) 导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(5) 门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(6) 重量平衡系统平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(7) 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实现电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成 (8) 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成;而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。2.2.3 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。(2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等)，也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.2.4电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图3.4所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图2.2 电梯曳引电机及门电机电路图2.2.5电梯的安全保护环节在前述中已述及，电梯运行的充分与必要条件中的第三点就是电梯的各种安全保护必须可靠有效。这是为了保证电梯最安全，最可靠的运行。我们国家近几年来电梯的安全标准已向国际上的电梯安全标准靠近，且基本上相等效。并在1987年颁布了GB7588-87的电梯制造与安装安全规范。这一新标准与国际上正在执行的EN81-1(或英国的BS5655)电梯制造与安装安全规范相等效。并于1995年进行了修订。根据电梯安全标准的要求，不论何种电梯均要符合标准中的安全保护要求。现就一般电梯常用的且必不可少的安全保护环节简介如下。(1) 超速断绳保护有关这部分已在前面的第一章的第二节和第五节中有较详细的叙述，因此有关这一保护的机械作用原理不再赘述，而只就电气部分作简要说明如下。按GB7588-95标准的规定，当电梯下降速度达到额定速度的115时，限速器上的第一个开关动作，使电梯自动减速；而当达到140时，限速器上的第二个开关动作，切断控制回路使电梯停止运行；而此同时，限速器通过机械结构使限速器钢丝绳卡死不动，而电梯轿厢仍在向下，这样被卡住的限速器钢丝绳产生一个向上提拉力，从而把它与之相关的轿厢安全钳向上提起，使仍在下行的轿厢被安全钳楔块紧紧的卡在电梯导轨上，这样使下行的电梯轿厢被掣停于某一位置而不再下降；同时把与之相对应的安全钳开关断开，进一步使电气控制电路切断，强令电梯停止。这一保护是很重要的，凡是在有可能使各类人员进入电梯轿厢内的电梯，必须设置这一保护，是极为重要的保护环节，绝不能等闲视之，但只有在不允许，也不能进入各类人员的小型杂物电梯上才可不设置这一保护环节。(2) 层门锁保护前面我们曾述及：电梯运行的三个充分与必要条件中之一是，电梯必须关闭好门后方可运行。因此电梯门(包括轿厢门和各层楼的所有层门)必须闭锁；若没有闭锁好，是不允许电梯运行的!并且还要求不可能随意强制拨开各个层楼的层门。所以各楼层的层门必须要有机械和电气的联锁保护，即只有当各个层门确实关闭好后，机械的钩子锁锁紧后电气触点才能接通，这样电梯就可安全地运行。由上述可知，层门闭锁保护是机械和电气不可分割的环节。因此在电梯安装竣工验收时必须提供某一类型的层门闭锁保护装置的型式试验报告和性能检测报告。(3) 电梯门的安全保护环节这一保护环节主要是指在关门过程中防止夹伤乘客等人员的保护装置。一般有：安全触板，光电保护或电子光幕保护装置和关门力限制保护等。这些保护装置可任选一种或两种以上均可。这些保护装置是在电梯关门过程中才起作用的。当有乘客或其他人员在电梯关门过程中碰撞(或接近)电梯门扇时使电梯门停止关闭，并立即开启，从而使乘客不致被门扇夹痛(伤)。(4) 上、下端站的强迫减速保护为了防止电梯在两端站的永磁感应器或选层器触点等失效而产生不了减速信号所导致的快速冲顶或蹲底，根据电梯安全标准规定，必须在电梯井道内的两端设置强迫减速装置。(5) 上、下方向限位保护及终端保护对于速度l m/s的交流双速电梯，应另设置终端极限开关。当方向限位保护不起作用时，则最后通过碰铁使极限开关动作，切断电梯的动力电源，迫使电梯强行停止。(6) 缺相、错相保护如当供给电梯用电的电网系统，由于检修人员检修时不慎而造成三相动力线的相序与原相序有所不同时，就可使电梯原定的运行方向变更为相反的方向，这样就会给电梯运行造成极大的危险性，带来不堪设想的后果。因此要求在电梯控制系统中必须设置：缺相、错相的保护继电器。当输入交流曳引电动机(或直流电梯中的交流原动机，或主变压器)接线端子前的任一部分(例如热保护继电器、接触器的主触头、熔断器、总电源开关等等)发生问题而导致的缺相，均应通过缺相、错相保护继电器的动作而切断控制电路中的安全保护回路。(7) 电梯电气控制系统中的短路保护一般的电气设备均应有短路保护，在电梯的电气控制系统中也与其他电气设备一样，均用不同容量的熔断器进行短路保护。(8) 曳引电动机(或直流电梯中的交流原动机或主变压器)的过载保护一般最常用的过载保护是热继电器保护，当电梯长期过载(即电动机中的电流大于额定电流)，热继电器中的双金属片经过一定时间(该时间将随电动机中电流大小而变化)后变形而断开串接在安全保护回路中的热继电器触点，从而切断全部控制电路，强令电梯停止运行，从而保护电动机(或主变压器)不因长期过载而烧损。2.2.6 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯(1) 运行方向灯在电梯确定了运行方向后，其方向指，示灯即被点亮，方向指示灯一般与层楼位置指示灯放在一起，这一方向灯是表明电梯向上(或向下)运行。只有在消失运行方向后，此灯才熄灭。(2) 预报运行方向指示灯随着电梯的无司机状态使用状况增多，预报电梯下一次准备运行的方向灯也将得到日益推广使用。而这种预报运行方向灯常与电梯到站钟常用层楼指示器正面图 一起使用。当电梯按轿厢内指令或楼层的召唤信号而制动减速停车前，可使预报方向灯点亮，并同时发出到站钟声，以告知乘客：电梯即将到达，告知下一次电梯即将运行的方向。因此电梯在某一层不准备停车时，该层的预报方向灯也不点亮，到站钟也不响。只有电梯在该层准备停车，发出减速信号，即将到达该层时，才会点亮该层的准备下一次运行方向灯，同时发出到站钟声以引起乘客注意。(3) 轿内指令记忆灯及层楼厅外召唤信号记忆灯这种信号灯通常装于指令按钮内和厅外召唤按钮内，它们是由揿按按钮后使继电器吸合的该继电器中的一对触点接通而点亮的。当该继电器被消号释放后，该记忆灯也熄灭。2.2.7电梯开关门的设计多段调速是变频器的一种特殊的组合运行方式，其运行频率由PU单元的参数来设置，启动和停止由外部输入端子来控制。其中Pr.4、Pr.5、Pr.6为三段速度设定，至于变频器实际运行的参数设定频率，则分别由外部控制端子RH、RM、 RL的闭合来决定。如图2-3所示：图2-3速度对应段子按下开门按钮SB1，电梯轿箱门即打开，开门的速度曲线如图所示，按下开门按钮即起动（20Hz），2s后即加速（40Hz），6s后即减速（10Hz），10s后开始停止。关门方式同开门方式相同。如下图：图2-4开门速度曲线图2-5关门速度曲线2.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点 2.3.1 PLC的特点 PLC控制制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用十传统继电器控制系统的技术改造。 PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。可编程控制器(Programmable Logic controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的二大支柱之一。2.3.2 PLC控制电梯的优点(1) 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。(2) 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。(3) PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4) PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5) 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。2.4 PLC的选择 在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如OMRON公司的C系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。本设计根据电梯的层数确定其I/O口数，最后选择三菱FX2N-48MR。2.5 变频调速控制电梯的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式3。(1) 变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。(2) 变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。(3) 变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。2.6 变频器的选择电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用三菱FR-A540变频器，三菱变频器有FR-A500变频器和FR-700变频器两大系列，这两大系列在外观、结构、性能上大同小异。例如FR-A540变频器，它包括操作面板、前盖板和主机。变频器中间中间有按键和显示窗的部件是DU04操作面板，也叫操作单元或参数单元或PU单元；变频器的左上角有两个指示灯，上面是电源指示灯，下面是报警指示灯，电源进线和出线孔在变频器的下部。而FR-A740变频器，其结构与FR-A540相似。本设计采用三菱FR-A540变频器。该变频器有频率给定功能、频率控制功能、运行控制功能、电子过流保护、等其他功能。2.6.4 变频器的参数设置 （1）变频器的程序运行功能必须在Pr.79=5时才有效，且对于FR-A500系列变频器不能配置FR-A500选件，否则无程序运行功能。程序运行时，由Pr.200Pr.231来设定程序运行参数。其中Pr.200设定程序运行时使用的时间单位，可选择min/s和h/min中的任意一种；Pr.200用来设定开始程序运行的基准时钟，这两个参数的设定如表1-1所示，Pr.201Pr.230为运行参数，每10个参数为一组，即Pr.201Pr.210为第一组，Pr.211Pr.220为第二组，Pr.221Pr.230为第三组，每个参数必须设定旋转方向（0表示停止，1表示正转，2表示反转）、运行频率（0400,9999）、开始时间（0099:0059）。 Pr.200的设定值Pr.200的功能Pr.231的设定范围0选择min/s时间单位，电压监视最大99min59s1选择h/min时间单位，电压监视最大99h59min2选择min/s时间单位，基准时间监视最大99min59s3选择h/min时间单位，基准时间监视最大99h59min2-6 Pr.200和Pr.231的设定 （2）Pr.76为报警代码输出选择。当报警发生时，变频器可以借助集电极开路输出端子将其内容用四位数字信号输出。当变频器工作在程序运行时，可以设定为输出运行组信号。Pr.76的设定优先于Pr.190Pr.195的设定。Pr.76的设定值SUIPFOLFU0报警代码不输出，由Pr.190Pr.195决定1报警代码第3位报警代码第2位报警代码第1位报警代码第0位2当报警发生时，输出报警代码，当正常运行时，输出运行状态信号3到时输出第3组输出第2组输出第1组输出 2-7 Pr.的设定2.6.5 变频器的控制端子 变频器程序运行时，除了设定上述参数外，还必须通过变频器的外部控制端子来进行控制，变频器程序运行时，所用到的输入信号端子功能如下：RH用于选择第一组程序运行参数；RM用于选择第二组程序运行参数；RL用于选择第三组程序运行参数；STR用于复位基准时钟，即基准时钟置0；STF用于选择程序运行开始信号。变频器程序运行时，所用到的输出信号端子有4个，它们只有当Pr.76=3时才有效，其功能如下：SU为选择的程序运行组运行完成时输出信号；IPF为第三组运行时输出信号；OL为第二组运行时输出信号；FU为第一组运行时输出信号。图2-8为变频器部分段子图：信号端子名称说明输入信号RH第一组用于选择第一组程序运行RM第二组用于选择第二组程序运行RL第三组用于选择第三组程序运行STR定时器复位信号将日期的参考时间置0STF程序运行开始信号接通则开始运行预定程序输出信号SU时间到达信号选择的组运行完成时输出定时器复位清零FU第一组输出信号运行第一组的过程中输出OL第二组输出信号运行第二组的过程中输出IPF第三组输出信号运行第三组的过程中输出2-7 输入输出控制端子功能图2-8 变频器部分外部接线3 系统的硬件设计3.1 I/O点数的估算与分配3.1.1 I/O端口分配该控制系统共有输入信号10个，输出信号19个，其I/O口端口分配如下所示：输入输出输入设备输入端口输出设备 输出端口1层呼叫按钮SB1X01-3层呼叫指示灯Y1-Y32层上呼按钮SB2X1上行指示Y42层下呼按钮SB3X2下行指示Y53层呼叫按钮SB4X3变频器1 STF信号（上行）Y101层位置开关SQ1X11变频器1 STR信号（下行）Y112层位置开关SQ2X127段数码管Y20-Y263层位置开关SQ3X13变频器2 STF信号Y12关门按钮SB5X5变频器2 RH信号Y13热继电器FRX6变频器2 RM信号Y14变频器2 RL信号Y15变频器2 STR信号Y16图3-1 I/O分配3.2 PLC外部接线图：图3-2外部接线图3.3 变频器参数的确定与设置3.3.1电梯升降的变频器参数：1） 操作模式选择Pr.79=22） 电子过电流保护Pr.9设定电动机额定电流，通常设定在50Hz的额定电流3） 上限频率Pr.1=50Hz4） 下限频率Pr.2=5 Hz5） 加速时间Pr.7=2s6） 减速时间Pr.8=3s7） 启动频率Pr.13=0hz对于实际运行中的电梯，可根据实际情况调试和设定其他参数。3.3.2轿厢开关门的变频器参数：1）PU操作模式Pr.79=12）上限频率Pr.1=50Hz3）下限频率Pr.2=0Hz4) 加速时间Pr.7=1s5）减速时间Pr.8=1s6）电子过电流保护Pr.9=电动机的额定电流7）组合操作模式Pr.79=3，即频率由PU单元设定，启动停止由外部信号控制。8）多段速度设定（1速）Pr.4=20Hz9）多段速度设定（2速）Pr.5=40Hz10）多段速度设定（3速）Pr.6=10Hz4 系统软件设计4.1 电梯的工作状态4.1.2 电梯的正常工作状态 电梯完成一个呼叫响应的步骤如下: (1) 电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比较，通过选向模块进行选向。 (2) 电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。 (3) 当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速度变为低速，并以低速运行到平层点停止。 (4) 平层后，经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关;再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。4.2 软件设计流程图4.3 软件程序编程及仿真4.3.1梯形图：电梯各楼层单独呼叫程序电梯各楼层同时呼叫信号电梯升降运行及轿厢位置显示程序轿厢开关门4.3.1梯形图仿真：单独呼叫：假如电梯停在一楼，如下所示：如果要让电梯上至三楼，即先按下三层呼叫按钮，此时，三层呼叫指示灯Y3亮。即：上升指示灯Y4亮，变频器STF有上行信号。即：当到达三楼时，即x13闭合时，七段数码管显示如下：多信号呼叫：假如电梯停在一楼，如图所示：当二楼上呼按钮x1和三楼呼叫x3按钮都闭合时，二、三层指示灯Y2、y3亮，上行指示灯Y4亮，变频器STF有上行信号，如图所示：当到达二楼时，电梯停止八秒。然后继续上行行至三楼：电梯继续上行行至三楼：开门按钮x4闭合时，变频器STF(“Y12”)得电，电动机正转起动（20Hz），2秒后加速（40Hz）6秒后减速（10Hz），10秒后开始停止。2秒后：6秒后10秒后程序结束。闭门按钮x5闭合同开门仿真一样。结 束 语在本设计中。利用通用变频器和PLC实现了对电梯的控制，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。利用可编程控制器（PLC）控制技术改造旧电梯，充分利用了现代电力电子技术、计算机原理和检测技术，达到了对电梯的可靠控制。通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯的运行可靠性。采用PLC改造后的电梯结构紧凑、维修简单、故障率低。如果PLC与交流变频调速控制技术结合将提升电梯的的效率和舒适感，有利于电梯的节能。具有一定的经济效益和社会效益。当然，本次设计还存在一些不足之处， 但由于时间有限，以及实际条件的限制，自己未能做的更好，设计中有其他不足和纰漏之处，请各位老师指正。致 谢时至今日，几个月的毕业设计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过乐趣尽在其中！尤其是在查阅大量资料的同时，不仅让我对PLC和软件仿真有的更深一步的了解，同时也增加了自己的学习能力，为以后的工作打下了基础。可以说毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己未来能力的提高进行了铺垫。本次毕业设计是在查蔓莉老师悉心指导下完成的。从论文的选题到论文的完成，无不倾注着查老师辛勤的汗水和心血。查老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我受益匪浅，从尊敬的指导老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的指导老师致以最衷心的感谢和深深的敬意!同时我在这里还要感谢在这次毕业设计中帮助过我的同学，他们也在毕业设计方面给予了我很多帮助和关心，尤其是在编写程序、利用软件仿真等方面。最后，向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示由衷的谢意!参考文献1 王阿根 电气可编程控制原理与应用（第2版） 清华大学出版社 20102 李华 PLC在电梯设计中的重要作用 内蒙古科技与经济3 刘载文 电梯控制技术 电子工业出版社4 孟红军 三菱变频调速器FR-500手册 20045 高丽丽 PLC控制交流变频调速系统在电梯中的应用 山东科技大学出版社6 龚中华 三菱FX系列PLC应用技术 人民邮电出版社7 曹 卫、张 巍 PLC控制系统的可靠性设计 甘肃科技2010年1月 第26卷第1期8 孙晋、张万众 可编程控制器入门级应用 中国电力出版社9 黄文宇 变频调速器的功能和应用 广东建材 2001年第8期10丁红剑 变频器调试要点 煤矿现代化 2006年第2期11 孙小智 电梯控制的PLC编程技术 起重运输机械 2010年第1期12 潘江虎 电梯呼梯控制器的设计和实现 毕业论文13 黄桂梅 PLC电梯控制系统的设计与试验 制照业自动化 2007年第4期14阮友德 PLC、变频器、触摸屏综合应用实例 中国电力出版社15陈国呈、吴春华 变频驱动技术与应用 科学出版社 16 John.R Hackworth Frederick D.Hackworth.Jr. The programmable logic controller. 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