plc控制电梯论文

plc控制电梯论文plc控制电梯论文摘 要随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。与此同时，人们对电梯的性能要求也越来越高，比如可靠性，操作方便，舒适性，低噪音，低能耗等等。随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动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。采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，能够有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感，使电梯的控制达到了比较理想的控制效果。本文在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序，研究并提出了基于PLC和变频器的电梯控制系统的实现方案，针对这些问题对电梯系统进行了新的设计.设计出了新的采用PLC进行逻辑控制，用变频器调速的电梯控制系统。利用三菱PLCFX2N-64来设计5层电梯控制系统。关键词：电梯；控制系统；PLC；变频器ABSTRACT With scientific and technological and socio-economic development, high-rise buildings have become the hallmark of modern cities. As vertical lift equipment, a lot of people bear the transportation and logistics, its role in building essential. At the same time, it has to lift the performance requirements are also increasing, such as reliability, easy to operate, comfortable nature, low noise, consumption, and so on. But the elevator as an important traffic in skyscraper，it also has developed quickly with the improving requirement of the People. Its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and Its logic control-relay control also has been replaced by PLC. using PLC to control the elevator，the reliability is improved and the feeling of comfort 15 better through the reasonable selection and design，so the effect of control is more ideal. In order to meet the comfort, improve transporting efficiency and reach the right floor, the given curve of an elevator is a key point. Most of peoples sensitivity on changing speed is about acceleration movement. Comfort means acceleration and deceleration on smoothness. To acquire favorable comfort, the starting and braking curves design of the elevator is composed of two s-curves and one beeline. Through adjusting the acceleration time and that of the s-curves, ideal starting and braking curves are gained.This paper, based on the introduction of the elevators basic structure, expatiates the drive and control principle of elevator, and analyzes how to use the PLC to program controlling process. The implementation project of elevators VVVF control system based on PLC and transducer is studied and proposed. This article was precisely has carried on the improvement design in view of these questions to the existing elevator system. Uses PLC to carry on the logical control modulates velocity the elevator control system with the frequency changer.KEY WORDS: elevator；control system；PLC；inverter目 录摘 要IABSTRACTII1前言11.1 电梯的起源和发展11.2 电梯信号控制系统发展的现状21.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题31.2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点41.2.3 PLC控制电梯的优点51.3 本文的工作52电梯的概述62.1 电梯的结构62.2 电梯的控制要求83硬件选择103.1 PLC的选择103.1.1 PLC的定义和特点103.1.2 PLC的主要功能和应用133.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较143.1.4 PLC的系统硬件设计163.1.5可编程控制器机型的选择173.2 变频器选择193.2.1 变频器的分类193.2.2变频器的控制方式193.2.3变频器的选型213.2.4变频器的相关计算及其规格224五层电梯总体设计254.1 电机调速系统的设计254.2 电力调速系统的应用与发展264.3 异步电机的调速方法及经济技术比较274.4 井道信号系统的设计314.4.1干簧感应器的工作原理314.4.2井道信号系统的设计324.5 电梯控制系统的设计335软件设计355.1 正常运行控制软件设计355.2 流程图355.3 电梯的工艺流程38结束语41参考文献42致谢43附 录44附录一 外文文献及其译文44附录二 符号说明47附录三 电梯I/O接线图49附录四 五层五站电梯电气元件表50附录五 PLC梯形图51541前言1.1 电梯的起源和发展随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。是现代城市生活中必不可少，且应用最广泛的垂直交通运输工具。它起源于公元前236年的古希腊。当时阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，共造出三台，安装在妮罗宫殿里。人们把这三台卷扬机看作是现代电梯的鼻祖。事实上，早在公元前，我们的祖先和古埃及也都曾经使用了这种人力卷扬机。在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年，在美国纽约市出现了世界第一台由亨利沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。随着水压梯的发展，蒸汽梯也被淘汰了。后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯。直到今天液压梯仍在使用。1889年，美国奥的斯公司制造的由直流电动机通过蜗杆蜗轮减速器带动卷筒卷绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降机，构成了现代电梯的鼻祖。为了解决乘客乘坐电梯的安全性和舒适感方面的问题，1892年，美国亨利华特列昂那得发明了用调节电动机励磁场来调速的电动机发电机电力驱动系统，使直流升降机的电力拖动构造有了重大发展。1900年，交流感应电动机被使用到电梯驱动以后，进一步简化了电梯的传动设备。以后由交流单速电动机发展到交流双速感应电动机。1903年，美国奥的斯在电梯传动机构中采用了曳引驱动代替卷筒方式，提高了电梯传动机械的通用性，同时也制造了有齿轮曳引高速电梯。这种电梯减少了传动设备，增强了安全性能，成为目前电梯曳引传动的基本构造形式。在电梯控制技术方面，1949年开始应用电子技术，以后出现了电子器件与信息处理的分区控制系统以后发展到大规模集成电路。由于电梯拖动技术从直流电动机驱动到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速(ACVV)控制，交流调压调频调速(VVVF)控制，使得电梯控制技术不断成熟，加上电子技术、电子计算机技术、自动控制技术在电梯中的广泛应用，使电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、减少噪声等方面都有了极大改善。70年代，特别是1973年以来，电梯控制柜的控制电路逐渐从模拟电路向数字化电路发展，数字技术显著提高了电梯的可靠性和运性精度。70年代末到80年代初，高速无齿轮和有齿轮快速电梯都应用微机作为控制的主要部件，而且每部电梯使用的微机不止一部。80年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟，人们利用PWM(脉宽调节)技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频(VVVF)，达到线性调速的目的。自80年代中期，VVVF控制的电梯先后由美国奥的斯、日本三菱等电梯公司相继开发并逐步推向市场。90年代，VVVF拖动系统得到较快发展，其许多技术、经济指标，明显优于其它电梯控制系统。1.2 电梯信号控制系统发展的现状近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，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。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题一、电梯继电器控制系统的优点(l)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。二、电梯继电器控制系统存在的问题(l)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点PLC控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，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。P LC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三大支柱之一。1.2.3 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。1.3本文的工作综上所述，由于PLC作为新一代电梯控制工具具有以上优点，本次毕业设计就以五层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，对五层电梯的硬件部分作分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，根据需要画出控制面板图，再根据控制面板图计算出I/O点数，确定所选PLC机型，选定变频器型号，画出连线图，然后在进行软件设计，写出控制系统的流程图，梯形图。2电梯的概述2.1电梯的结构电梯是机、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。电梯的基本结构如图21所示。图21电梯的基本结构1控制柜(屏);2一拽引机;3拽引钢丝绳;4限速器;5限速器钢绳;6限速器张紧装置;7轿厢;8安全钳;9轿厢门安全触板;10导轨;11对重;12厅门；13缓冲器（1）拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（3）门系统门系统有轿厢门、层门、开门、连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和门的动力源。（4）轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件，由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底、轿厢壁、轿厢顶以及照明通风装置、轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。（5）重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。（6）电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。（7）电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平层装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到用平面的操作。位置显示装置.是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。（8）安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.2 电梯的控制要求人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。但是由于本次设计工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。(1)一台电机控制上升和下降。(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。(4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键。(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。(7)自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。(12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。(13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门。(14)自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。3硬件选择3.1 PLC的选择3.1.1 PLC的定义和特点1、PLC的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。1980年PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association NEMA)对PLC下过如下的定义:PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。2、PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：一、可靠性对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC的可靠性高，表现在下列几方面。（1）与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:1) PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。2) PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。3) PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。（2）与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:1) PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高.2) 在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。3) 在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93%。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是PLC的主要特点。二、易操作性PLC的易操作性表现在下列三个方面:(1) 操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。(2) 编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。(3) 维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。三、灵活性PLC的灵活性表现在下列三方面：(1) 编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。(2) 扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。(3) 操作的灵活性操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。四、机电一体化。为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备。3.1.2 PLC的主要功能和应用PLC的主要功能和应用如下:(1) 开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。(2) 模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。(3)定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。(4)数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。(5)信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。(6)通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。3.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较1、 PLC与继电器控制系统的比较几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中大量地应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别，表31给出了PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。表31 PLC与继电器控制功能与特点比较比较项目继电器控制PLC控制功能的实现通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对进行编程实现所需控制要求对生产工艺化的适应性需进行重新设计与接线，适应性差只需对程序进行修改，适应性强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障采用大规模集成电路，绝大部分是软继电器，可靠性高柔韧性与灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差微处理控制，实时性非常好占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安较施工工作量大体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命议损、寿命短寿命长复杂控创能力极差很强价格较低较高维护复杂、工作量大工作量小2 、PLC与计算机控制系统的比较通用计算机具有十分强大的计算与数据处理能力，同时数据的处理速度已经达到极高的水平，但是应用通用计算机进行工业控制，在很多方面远远没有PLC功能强大，表32给出了它们的对比。表32 PLC与计算机控制系统功能与特点比较比较项目通用计算机PLC工作方式中断方式扫描方式编程语言汇编语言、高级语言助记符语句表、梯形图等工作环境要求较高可在较差的环境下工作对使用者的要求需进行专门的学习培训才能掌握语言易学，稍加培训即可使用可靠性商业级要求工业级，且有多种特殊设计，包括监视计时器功能系统软件功能强大，但占用存储空间过大功能专用，占用存储空间小适用领域办公、管理，科学计算、家庭工业控制从上边的论述和比较可以看出。由PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展所以在本设计中采用PLC来进行逻辑控制。3.1.4 PLC的系统硬件设计1、 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：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。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，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。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，而且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。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/O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。3.1.5可编程控制器机型的选择表33 FX0S,FX0N.FX2N性能比较型号I/O数用户程序步数功能指令通信功能基本指令执行时间模拟量模块FX0S10-30800 步EEPROM50无1.6-3.6微秒无FX0N24-1282k 步EEPROM55较强1.6-3.6微秒有FX2N16-2568k步RAM298强0.08微秒有FX2，FX1,FX2C系列是三菱公司今年来推出的高性能小型可编程控制器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可编程控制器。它们都体积都比较小，但功能强大，内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大的差别。如表33所示。FX0S的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统，FX0N可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。根据输入/输出点数与内存容量的要求，再留出一定的I/O节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的FX2N系列的FX2N-64MR。它的输入继电器X000-X031共32个，输出继电器Y000-Y031共32个，程序容量为8K字节,完全满足要求。也给以后功能扩展留了足够的空间。3.输入/输出模块的选择根据系统控制的要求,本系统的输入选用直流24V的输入模块。输出模块选用继电器输出形式。开关量输出单元的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。按照现场执行机构使用的电源的不同，可分为直流输出单元（晶体管输出方式，或者继电器触点输出方式）和交流输出单元（晶闸管输出方式或者继电器触点输出方式）。在继电器输出方式中，继电器作为开关元件，同时又是隔离器件。发光二极管（LED）构成输出状态显示器，当PLC输出一个接通信号时候，内部电路使继电器线圈K通电。继电器触点闭合使得负载回路的的负载L接通得电，VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势，同时状态指示发光二极管（LED）导通点亮。根据负载的需要，负载回路的电源既可以选用交流电源，也可以选用直流电源。特别也指出的是，继电器模式具有断点确切，可以实际切断所控制的回路电器连接的作用，同时这种模式既适合于直流又适合于交流的情况，因此这种模式在开关频率不是太高的情况下是首先选择的输出控制方案。下图给出了这种输出方案的原理图。PLC内部电路KKLEDVDK交流电源图32继电器模式输出单元3.2变频器选择3.2.1 变频器的分类（1）按照主电路工作方式分类可以分为电压型变频器和电流型变频器。（2）按照开关方式分类可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器。（3）按照工作原理分类可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器。（4）按照用途分类可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 3.2.2变频器的控制方式低压通用变频输出电压为380到650伏，输出功率为0.75到400千瓦，工作频率为0到400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下几代。(1) 1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。(2)电压空间矢量(SVPWM)控制方式它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。(3)矢量控制（VC）方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1，Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。(4)直接转矩控制(DTC)方式1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。（5）矩阵式交-交控制方式VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。3.2.3变频器的选型确定变频器的品牌和型号，以及确定变频器的规格，就完成了变频器的选择。变频器，实现电动机调速。高速电梯(1.6m/s以上的速度)一般都采用专用变频器。而低速电梯采用低价格的通用变频器也可以满足要求。容量选择最好是采用大一数量级选配，电梯电动机一般选llkW或15kW的异步电动机。即11kW的电动机选15kW的变频器，15kW的电动机选18kW的变频器。变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大，选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。同时，设备的平均寿命的长短是一个重要的参数，所以根据预期使用寿命来选择品牌，经验和口碑仍然是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，则主要依据已经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定。为了满足以上的条件，本设计选择通用变频器。采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的是：（1）为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求。（2）为了节约能源、降低生产成本。本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器3.2.4变频器的相关计算及其规格（1）变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为P;，电梯运行速度为v，电梯自重为WI电梯载重为W:，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:P2=(W1+W2一W3)g+F1 v其中F1=K(Wl+W2十W3)g+为摩擦力，可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P=l.5P2。因为:K=0.02，Wl=1800Kg，W3=1200Kg，W3=2400Kg，g=9.8m/S2，V=1.5m/s代入以上各参数，得P210.4KW。变频器的功率P应接近于电机功率Pl，相对于P2留有较大裕量，可取P= l.5P215KW。根据以上的分析，选取变频器的额定功率为15KW。(2)变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。能耗制动电阻Rz的大小应使制动电流12的值不超过变频器额定电流的一半，即Iz=U0/RzIN/2其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压。由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。VS-616G5变频器电梯控制系统中采用速度闭环控制方式。因此必须配接PGB2测速脉冲卡（安川公司生产）用于检测电动机转速，旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速,旋转编码器输出A、B、两相脉冲，当A相脉冲超前B相脉冲90时，可认为电动机处于正转状态。当A相脉冲滞后于B相脉冲90时可认为电动机处于反转状态，旋转编码器根据AB相脉冲的相序，可判断电动机旋转方向，并根据AB脉冲的频率（或周期）测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PGB2卡，PGB2卡再将此反馈信号送给616G5内部，以便进行运算调节。VS-616G5用在电梯调速系统中时，还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动机处于发电状态，向变频器回馈电能。这时同步转速下降，交-直-交变频器的直流部分电压升高，制动电阻的作用就是消耗回馈电能。除PGB2卡和制动电阻外。VS-616G5还需要配置600脉冲旋转编码器和G5PCB型曲线卡利用变频器模拟给定输入端口，在电梯起动段发出S型时间原则的起动曲线，在电梯制动阶段根据PGB2卡脉冲分频输出信号产生电梯位置原则的制动曲线。本设计采用24V增量式旋转编码器，它与主电动机同轴相连，编码器产生的脉冲输入PLC的高速脉冲计数输入端I0.0，在PLC中通过对此脉冲的计数，可以计算出电梯走过的距离及当前的速度，从而完成调速系统的位置和速度反馈。4五层电梯总体设计4.1电机调速系统的设计在电梯拖动控制系统中速度曲线图形直接影响着电梯的舒适感和平层准确度。如果电梯在启动加速和减速制动时，速度曲线图性的加、减交界处不圆滑，乘客会感觉很不舒服，为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线(S曲线)及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒2所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图4.1所示，图中a为加速度，v为速度。图4-1速度运行曲线4.2电力调速系统的应用与发展随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电力调速系统在工农业生产、交通运输、国防军事设施以及日常生活中越来越得到了广泛的应用。根据转速是否变化，可以将各类生产机械分为恒速拖动与变速拖动机械两大类，而在现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求，使得对变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。长期以来，直流电机调速系统一直在调速领域占主导地位，这主要是因为直流电动机调速方便。而且在磁场一定的条件下，它的转速和电枢电压成正比，使其转动矩容易控制。因此直流电动机调速比较容易得到良好的动态特性，但是直流电动机的结构复杂、制造费时、价格昂贵、可靠性差、运行出现火花等缺点使得直流电动机远远不能适应现代化生产向高速、大容量发展的要求。交流电动机特别是鼠笼型异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐用，运行可靠，维护量少，可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了极其广泛的应用。但由于交流电动机平滑调速比较困难，在早期采用的主要是绕线式异步电动机转子外串电阻和鼠笼型异步电动机变极调速。在30年代提出了串级调速的方法，但是带来调速系统复杂，不容易控制的矛盾。直到本世纪50年代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代，使交流电机调速技术得以应用。在印年代初期，几位著名的专家提出了实用和高效的静止变压变频器。虽然交流电动机有许多优点，但由于变频器的成本高，以及需要比较复杂的控制系统，在与直流传动的竞争中受到了阻碍，在70年代中期，在全世界范围内出现能源危机，节约能源的问题世界瞩目。作为节约能源的一个重要手段，电机的调速问题得到了重视，许多过去一般不调速的装置也采用了调由此对交流电动机调速技术的发展起了很大的推动作用。由此可见，研究电力传动系统，特别是交流调速的