电梯控制系统毕业论文

本科生毕业设计（论文）I摘 要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术也已经进入一个新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活日益紧密相关。随着人们对其要求的提高，电梯技术得到了快速发展，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 代替了原来的继电器控制。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。本文用 PLC 作控制器，完成对 7 层变频调速电梯的自动控制，从而提高了电梯控制的自动化程度。在采用 PLC 和通用变频器实现电梯常规控制的基础上，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC 程序设计实现电梯的安全保护功能、楼层信号自动检测、楼层选择、运行方向选择、开关门控制、运行控制及运行指示等功能。通过合理的选择与设计，提高了电梯的控制水平，并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。关键词：PLC 控制；变频调速；电梯；舒适感本科生毕业设计（论文）IIAbstractWith the rapid development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly. The AC variable frequency technology has been in a new state. Its application is becoming more and more widely .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technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and its logic control-relay control also has been replaced by PLC.The elevator electrical system is composed by the dragging system and the control system two parts.The traditional electricity control system uses because relay logic control electronic contact many, failure rate high, reliability bad, volume big and so on shortcomings, is being eliminated gradually.At present the elevator design uses programmable controller (PLC), the request function change is nimble, the programming is simple, the breakdown are few, the noise is low.The service maintenance is convenient, the energy conservation labor saving, antijamming ability, the control box area are few.The article using PLC to control elevator, has completed 8-frequency conversion governor lifts automatic, thereby enhancing the degree of automation of the elevator control. It is based on the use of PLC and the general frequency converter, using the pulse-coding devices issued a position feedback signals to achieve lift precision displacement control. Procedures designed to achieve the adoption of PLC lift security protection functions, automatic signal detection floors, floor selection, the direction of travel options, switches door control, operational control and operation instructions, and other functions. The reliability is improved and the feeling of comfort is better through the reasonable selection and design, so the effect of control is more ideal.Key words：PLC control；frequency conversion timing；elevator；feeling of comfort本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .1第 2 章 方案论证 .22.1 基本方案概述 .22.1.1. 电梯变频调速控制的特点 .32.1.2. PLC 控制电梯的特点 .32.2 变频器的选择 .42.2.1 安川 VS-616G5 型变频器特点 .42.2.2 安川 VS-616G5 型变频器配置 .52.3 可编程控制器（PLC ）选择 .5第 3 章 系统硬件设计 .73.1 概述 .73.1.1 电梯 PLC 控制系统基本结构 .73.1.2 电梯信号控制系统组成 .73.1.3 电梯控制系统原理框图 .83.2 电梯控制系统功能及速度曲线 .93.2.1 电梯控制系统功能 .93.2.2 电梯速度给定曲线 .93.3 PLC 输入输出信号及系统选型 .103.3.1 PLC 输入输出信号 .103.3.2 PLC 系统选型 .123.4 控制系统 I/O 地址分配 .133.5 PLC 及扩展模块外部接线设计 .143.5.1 PLC 主机外部接线设计 .143.5.2 扩展模块外部接线设计 .163.6 电梯 PLC 系统控制电气设计 .17第 4 章 系统软件设计 .184.1 程序中使用的通用继电器及功能 .184.2 计数脉冲的确定 .194.3 基于高速计数器的相关设计 .19本科生毕业设计（论文）IV4.3.1 高速计数器初始化 .194.3.2 轿厢所处楼层位置的确定 .224.3.3 门厅及轿厢处楼层显示 .234.3.4 减速信号的确定 .234.4 开关门控制 .264.4.1 开门控制 .264.4.2 关门控制 .284.5 内呼外唤及定向信号的获取 .294.5.1 内指令信号处理 .294.5.2 外召唤信号处理 .294.5.3 内呼外唤及定向信号获取梯形图 .294.6 选层定向及反向截梯 .324.7 呼梯铃控制与故障报警 .35第 5 章 结 论 .37参考文献 .38致 谢 .40附 录 .41附 录 .46本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。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一种数字运算操作的电子系统。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，从而使电梯控制由传统的继电器控制方式发展成为计算机控制的一个重要方向，成为当今电梯控制和技术改造的热点之一。通过 PLC 控制电梯，大大提高了电梯控制的自动化程度，给人们的生活带来便利。鉴于其种种优点，目前电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来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。本设计就是选用 PLC 控制技术加变频调速技术实现电梯的全集选控制的。本科生毕业设计（论文）2第 2 章 方案论证2.1 基本方案概述电气控制系统决定着电梯的性能，自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。在国产电梯中，在拖动方面，除速度 V0.63m/s 的低速电梯仍有部分产品采用交流双速电动机变极调速外，对于速度 V1.0m/s 的各类电梯，均已采用交流调压调速和交流变频调速拖动系统。在中间逻辑控制方面，已淘汰继电器控制，采用 PLC 和微机控制。新电气控制系统和拖动系统的出现，不但改善了电梯的性能，而且提高了电梯的运行可靠性，使我国电梯工业提高到一个新的水平，基本实现乘用安全、可靠、舒适的愿望。目前电梯的控制普遍采用两种方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程序控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高。虽然在智能控制方面微机控制系统有较强大的功能，但其存在抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠，使用维修方便，抗干扰性强等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本设计便是选用第二种方式实现电梯控制的。最终完成了电梯控制系统中变频器和可编程序控制器的选择。电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分两部分组成。电力拖动部分（即主电路）由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。通过合理设计完成电梯的拖动任务。电气控制部分又称为控制电路，它是电梯控制系统的核心。本设计中由PLC作控制器，完成电梯的逻辑控制。用PLC控制变频器调速，PLC 根据输入的轿内指令、响应信号、现行位置及其他相关信号，经运算后向变频器送去上行、下行、换速、平层等控制信号。最终实现电梯的信号全集选控制。本科生毕业设计（论文）32.1.1. 电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的高速发展，交流变频调速技术也有了十分迅速的发展。其已成为当今节电, 改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速凭借着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势，而被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。近年来，电梯调速系统很多采用变频调速控制。主要原因在于变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能。电梯属位能负载，并且要求频繁起停。随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机在四象限内运行。更重要的是要满足乘客的舒适感和保证平层精度(即准确停车)。这些要求是变频器在电梯中应用的特殊之处。变频调速电梯的特点如下:（1）变频调速电梯使用的是交流电动机，与同容量的直流电动机相比具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。（2）变频调速电源采用先进的SPWM技术和SVPWM 技术，使电梯运行质量和性能有了明显的改善；由于变频调速为无极调速，调速范围宽，因此电梯乘坐的舒适感也有了大大提高。（3）变频调速电梯控制精度高，且具有良好的动态响应、动态品质和抗负荷干扰能力，已逐渐取代直流电机调速。（4）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，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。2.1.2. PLC 控制电梯的特点PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样，以通用或专用CPU作为微处理器，实现通道的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械的生产过程。PLC具有抗干扰能力强，可靠性高；控制系统结构简单，通用性强；编程方便易于使用；功能完善；设计、施工、调试周期短；体积小，维护操作方便等特点。其在电梯控制中更具有如下特点：（1）采用PLC 控制电梯，用软件实现对电梯运行的自动控制，使系统的可靠性大大提高。本科生毕业设计（论文）4（2）去掉了选层器及大部分继电器，使得控制系统结构简单，外部线路简化。（3）采用PLC 控制电梯具有极强的灵活性，系统可方便地增加或改变控制功能，实现各种复杂的控制要求。（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，使运行安全性得以提高，并易于检修。（5）可用于群控调配和管理，提高了电梯的运行效率。（6）更改控制方案时系统硬件接线可不改动。2.2 变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到了广泛应用。1987年，上海三菱电梯有限公司首先从日本三菱引进技术，在国内电梯行业率先推出了全计算机控制交流变频变压（VVVF）调速电梯(专用变频器控制)，在电梯行业引起轰动。十几年来，VVVF控制技术的电梯已成为电梯行业的追求，并得到了普遍运用。目前国内VVVF电梯拖动系统主要有两种类型：专用变频器控制和通用变频器+PLC (可编程序控制器 )控制。专用变频器控制电梯，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用安川VS-616G5型全数字通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。本设计选用的安川VS-616G5型全数字通用变频器，具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。另外，VS-616G5型变频器的起动、制动具有可任意调节的S 曲线和零频仍可输出150% 力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0.01%0.02%，使得电梯运行舒适感更好，零速抱闸、平层精度更高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHz ，从而使变频器输出一个不失真的正弦波波形，使电机始终运行于静噪音状态。2.2.1 安川 VS-616G5 型变频器特点VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。是本科生毕业设计（论文）5一种“多控制方式”的通用变频器。具有：无PG(速度传感器)U/f控制；有PG U/f控制；无 PG矢量控制；有PG矢量控制等四种控制方式。这种变频器不仅考虑了U/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-616G5型变频器的特点如下：（1）包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。（2）有丰富的内存与选择功能。（3）由于采用了最新式的硬件，因此功能全、体积小。（4）保护功能完善、维修性能好。（5）通过LCD操作装置，可提高操作性能。2.2.2 安川 VS-616G5 型变频器配置VS-616G5型变频器用在电梯调速系统中，必须配PG卡及旋转编码器，以供电动机测速及反馈。VS-616G5用在电梯调速系统中，还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能。这时，同步转速下降，交- 直-交变额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，抑制直流电压升高。其基本配置如下：（1）616G5变频器。（2）PG卡。（3）旋转编码器。（4）制动电阻。（5）电梯运行曲线输入板（可选配）。2.3 可编程控制器（PLC）选择本设计轿厢位置检测利用旋转编码器实现。目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因此在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC 内置 24V直流电源，硬件连接简单方便。用旋转编码器检测轿厢位置，要求可编程序控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数功能。综合考虑后，本设计选择了德国西门子（SIEMENS）公司S7 系列SIMATIC S7-200 第二代产品C