PLC毕业论文--14层电梯控制系统.doc

中文摘要 摘摘 要要 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。 本文介绍以 FX2N 系列 PLC 为主控制器,并结合安川 616G5 变频器，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 14 层电梯控制系统具有：定向和平层控制，门控制，内呼 信号和外召唤信号的数字控制，故障检测，楼层显示等功能。 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 的变频调速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：关键词：FX2N；变频调速；PLC；616G5 变频器； 14 层电梯； 英文摘要 Abstract In the modern society and economic activity, computer technology, automatic control technology and power electronic technology obtained a rapid development and elevator has become a city a symbol of the material civilization. Especially in high-rise buildings, the elevator is indispensable in the vertical transportation equipment. With the rapid development of the high-rise building today, elevator industry also subsequently entered the new developing period, elevator control technology has developed to FM, its logic control pressure regulating speed by PLC and replace original relay control, many of its function is the traditional relay control system cant achieve. This paper mainly introduced to FX2N series, combining PLC controller 616G5 transducer, AnChuan logic control. Through the reasonable choice and design, not only increased to elevator reliability, maintainability and flexibility, and prolong the life, shorten the development cycle, the elevator and raise the level of elevator control, improved the elevator running intimacy, make elevator reached the ideal control effect. This paper designed by 14 elevator control system has: directional peace layer control, door control within and outside, call summoning the signal digital control signal, fault detection, floors display function. In this elevator on the foundation of basic structure, deeply analyzes the working principle of the elevator, expounds the advantages and characteristics of PLC, analyzes the elevator hardware design and software design, research and put forward based on PLC, frequency control of elevator control system design scheme, the research content of this paper finally summarized and prospect. Keywords: FX2N; Frequency conversion; PLC; 616G5 inverter; 14 elevator; 目录 目录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1课题研究的背景和意义.1 1.2PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 .2 1.3课题研究的内容.3 第二章第二章 电梯综述电梯综述5 2.1电梯的历史发展.5 2.2电梯的种类.6 2.3电梯的主要参数及性能指标.7 2.4电梯的结构及组成部件.8 第三章第三章 总体方案设计总体方案设计11 3.1总体方案的确定11 3.2设计思想12 第四章第四章 电梯控制系统设计电梯控制系统设计14 4.1控制系统硬件设计14 4.1.1PLC 的选型.14 4.1.2变频器的选择 15 4.2VS 一 616G5 型变频器简介 .16 第五章第五章 硬件设计及计算硬件设计及计算18 5.1电梯曳引电机及门电机电路图18 5.2PLC 的系统硬件设计 19 5.2.1PLC 控制系统设计的基本原则.19 5.2.2输入/输出点分配 .20 5.2.3PLC 外部接线图.24 5.3变频器参数设置及计算24 5.3.1变频器容量计算 25 5.3.2变频器制动电阻参数的计算 25 第六章第六章 软件设计软件设计.26 6.1PLC 的编程语言 26 目录 6.2程序设计常用方法26 6.3系统流程图28 6.4梯形图编写设计29 6.4.1楼层显示模块 29 6.4.2指令信号的登记与清除 30 6.4.3开关门控制模块 31 6.4.4电梯信号的响应与保持 33 6.4.5本章小结 35 总结与展望总结与展望.36 附录附录37 参考文献参考文献.90 致谢致谢91 吉林工程技术师范学院毕业论文 1 第一章绪论 从 1857 年美国人 OTIS 发明出真正意义上的电梯以来，电梯控制技术就 越来越显示出其重要性。电梯控制技术先进与否，主要体现在电梯控制系统 的设计上。所以对电梯控制系统进行研究和设计，有利于促进我国电梯控制 技术的发展。 1.11.1课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等 工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应 具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设 计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系 数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量， 才能全面保证电梯的最终高质量。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认 真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。据资料统计， 在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑 控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方 便、开发周期短，电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为 复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 PLC 现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBOT)之一， 以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联 网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高 性能模块等优异性能，同时取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电 器等组成的传统的继电接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、 电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC 的应用深度和广度已经 成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提 第一章 绪论 2 供了广阔的空间。PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 PLC 应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控 制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件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，它已经成为电梯运行 中的关键技术。 1.21.2PLCPLC 在电梯控制中的应用以及发展前景在电梯控制中的应用以及发展前景 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC 控制和微型计算 机控制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时 处理各项任务，而且只有保证正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又 由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作 单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比 继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化 水平更高。电控制系统目前多采两种方式，一是 PLC 控制系统，二是微机控 制系统。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定 的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维 修技术，这些都限制了微机控制系统应用的广泛性。PLC 控制是三种控制方 式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技 术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就 此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是 和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色” ，也就是强调电梯更舒适、更 安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 目前意义上的“绿色” ，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调 与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能 小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发 展方向。 1.智能化。我们所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。真 正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而 吉林工程技术师范学院毕业论文 3 且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能 力。诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运 动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音 提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智 能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在， 并及时报警予以排除。 2. 安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作 都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电 梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的 视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时， 电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟 通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产 生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人 般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。 电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同 时，使电梯能最大限度地得到休眠。 3. 与环境的协调和平衡，包括以下几个方面： 视觉协调。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一 种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。 消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电 器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最 小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。 舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及 电压。以 CPU 控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用 计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。 1.31.3课题研究的内容课题研究的内容 课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控 制系统并以 14 层电梯为例进行研究。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性 第一章 绪论 4 欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。进而提高国产电 梯的技术水平和质量。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、 故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠 性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。 论文的主要内容如下： 首先阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信 号控制两大部分。确定了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制， 由变频器实现调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。然后是 系统硬件设计，完成了 PLC 的 I/O 点数分配与 PLC 的电气控制线路设计。 在分析了电梯系统的控制方式的基础上，设计出了软件流程图，提出了模块 化编程思想，完成了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统进行了模拟 调试。 吉林工程技术师范学院毕业论文 5 第二章电梯综述 一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人 或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服 务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的 或倾斜角小于 15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装 卸货物。 习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工 具的总称。 2.12.1电梯的历史发展电梯的历史发展 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。他站在装满货物的升降梯平台上， 命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利 斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢 地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。 “一切安 全，先生们。 ”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。 谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。奥的斯先生的发明彻 底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者 的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889 年 12 月，美国奥的 斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮 减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892 年，美国奥的斯公司 开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方 式现代化开了先河。 生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150 年来，电梯的材质由黑 白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关 操纵、按钮控制、信号控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制， 智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速 式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角 第二章 电梯综述 6 形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封 闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍 在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、 智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保等，一款款集 纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷 冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。 2.22.2电梯的种类电梯的种类 根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型 的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下： 1、按用途分类 乘客电梯、载货电梯、医用电梯、杂物电梯、观光电梯、车辆电梯、船 舶电梯、建筑施工电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库 电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 2、按驱动方式分类 交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电 机驱动的电梯。 3、按速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 低速梯：常指低于 1.00m/s 速度的电梯。 中速梯：常指速度在 1.002.00m/s 的电梯。 高速梯：常指速度大于 2.00m/s 的电梯。 超高速梯：速度超过 5.00m/s 的电梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯 的速度限值也在相应地提高。 4、按电梯有无司机分类 有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。 5、按操纵控制方式分类 吉林工程技术师范学院毕业论文 7 手柄开关操纵、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控 制电梯、群控电梯。 6、其它分类方式 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道 底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、 “超大型”等抽象词汇表示。 2.32.3电梯的主要参数及性能指标电梯的主要参数及性能指标 1. 性能指标： 1）安全性。电梯是运送乘客的，电梯的安全与设计、制造、安装调试及 检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐 患，以致造成事故。 2）可靠性。电梯的可靠性很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障， 就会影响人们正常的生产与生活，给人们造成很大的不便，不可靠也是事故 的隐患，常常是不安全的起因。 3）停站的准确性。停站准确性又称平层准确度，平层精度。 GB/T10058-1997电梯技术条件对轿厢的平层准确度规定如下表 2-1： 表表 2-1 GB/T10058-1997 对轿厢的平层准确度规定对轿厢的平层准确度规定 电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s） 0.25 或 0.515 交流双速电梯 0.75 或 1.030 交直流快速电梯1.52.015 交直流高速电梯2.05 4）振动、噪声及电磁干扰。现代电梯为乘客创造舒适的生活和工作环境。 因此要求电梯运行平稳，安静，无电磁干扰。 5）舒适感和快速感。电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不 可少的，快速可以节省时间，这处于快节奏现代生活中的乘客是很重要的。 6）节能。现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的 第二章 电梯综述 8 2. 主要参数： 1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。 2）轿厢尺寸（mm）：宽深高。 3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、 轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。 4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中 分门等。 5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向 开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启的为中开门，也称为中分门。 7）曳引方式：常用的有半绕 1：1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的 运行速度。半绕 2：1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全 绕 1：1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。 9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动 或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。 10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为 站。 11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距 离。 12）顶层高度（mm）：由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最 突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。 13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。 电梯的运行速度越快，底坑一般越深。 14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突 出构件之间的垂直距离。 15）井道尺寸（mm）：宽深。 2.42.4电梯的结构及组成部件电梯的结构及组成部件 吉林工程技术师范学院毕业论文 9 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 2-1 所示。每个部分所组成的系统作如 下叙述： 1.拽引系统 电梯拽引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。 2.导向系统 导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。 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。 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的。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。 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。 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。由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， 第二章 电梯综述 10 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。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 坎与厅门地坎达到同一平面的操作。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。 吉林工程技术师范学院毕业论文 11 图图 2-12-1 电梯的基本结构电梯的基本结构 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 第三章 总体方案设计 12 第三章总体方案设计 本设计题目拟在电梯的变频调速控制方面进行研究，利用 PLC 技术和变 频调速控制技术实现对电梯运行的最优控制。 3.13.1总体方案的确定总体方案的确定 PLC 电梯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 3-1 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、指层 器、门机、调速装置与主拖动系统等。 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，存储在存储器，由 PLC 控制召唤指示灯等发出显示 信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。 图图 3-1 电梯电梯 PLC 控制系统的基本结构图控制系统的基本结构图 在分析现代常用电梯控制系统的控制方案的基础上，结合课题要求控制 系统的高性价比，本文采用的控制方案：由三菱 FX2N128MRPLC 控制器和 轿厢操纵盘厅外呼叫 指层器 调整器 拖动控制 安全装置 井道装置 门机控制 输 入 接 口 输 出 接 口 PC 主机 CPU 存储器 吉林工程技术师范学院毕业论文 13 安川 VS_616G5 型全数字变频器组成速度控制闭环来实现电梯的速度调节， 相应开关量并联接入 PLC 的 I/O 接点来完成电梯信号的逻辑控制。具体的硬 件选型与设计详见文中控制系统硬件设计部分。控制系统的软件设计通过下 位机 PLC 软件设计，实现了 PLC 控制系统开关量的逻辑处理，从而保证电 梯正确响应呼叫和处理故障，下位机软件中最重要的组成部分是速度控制器 控制程序，速度控制程序采用成熟的 PID 控制算法控制 PLC 的输出从而控制 变频器的变频，实现电梯速度的闭环控制。 3.23.2设计思想设计思想 1. 信号控制系统 电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。电梯信号控制系统结构图如图 3-2 所示，输入到 PLC 的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检 修、消防运行方式等） 、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、光 电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 图图 3-23-2 电梯信号控制系统结构图电梯信号控制系统结构图 2. 电梯控制系统实现的功能 电梯的控制系统实现如下功能： 运行方式选择运行控制信号安全保护信号 内指令信号 外指令信号 光电脉冲 呼梯信号显示 楼层显示 运行方式指示 呼梯铃 开关门控制 开关门信号门区或平层信号拖动控制系统 输 入 接 口 输 出 接 口 PLC 第三章 总体方案设计 14 1)行车方向由内选信号决定，顺向优先执行； 2)行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车； 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除； 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示； 5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门； 6)有内选信号时延时自动关门，关门后延时自动行车； 7)无内选时延时 5s 自动关门，但不能自动行车； 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车； 3. 拟实现功能 1)当电梯轿厢或者厅门呼叫按钮按下时，根据检测到的上行或下行指令 给出相应的信号，从而控制电梯的驱动电机进行相应的动作。当有多个呼叫 信号到达时，执行方式为优先响应电梯运行方向上的信号，再响应另一方向 上的信号。对未及时响应的信号进行保留。 2)电梯正常状态下以快速启动，当要达到需要停止的楼层时，给出换速 信号控制拖动电机转为慢速运行，以确保电梯平稳停止在目标位置。 3)轿厢内各层门厅控制按钮，轿厢内楼层选择数字键 114，各层门厅 按钮，除一层只设置上升按钮，十四层只设置下降按钮外，其他楼层设置上 升和下降按钮。 4)楼层显示用 7 段 LED 显示器实现显示。 5)电梯的升降由交流异步电动机实现。 吉林工程技术师范学院毕业论文 15 第四章电梯控制系统设计 电梯控制系统主要包括电梯拖动系统的控制和电梯逻辑系统的控制。电 梯拖动控制部分主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路，其性能 对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响。电梯逻辑控制部分则是由控制部 分的核心器件 PLC、呼叫按钮、传感器、控制继电器、指示灯组成。PLC 是 电梯可靠运行的关键，是电梯控制系统自动化程度的重要标志。电梯的拖动 系统控制主要以电梯运行速度为控制目标，针对曳引电动机的不同调速方式 构成闭环或开环的速度控制系统，实现电梯运动状态的控制。电梯的逻辑系 统控制主要以电梯调度为控制目标,以电梯空间距离和时间间隔的严密配合的 依据，利用直接或间接控制手段,完成电梯运行过程的协调实现电梯服务运行 的安全、高效和舒适。 本设计针对十四层电梯装置,高 30m,每层高 2.8m,其电气控制系统由 PLC、变频器、曳引电动机、门电动机、安全装置、井道装置、轿箱操纵盘、 厅外操作盒、层楼指示器等组成。系统主要控制要求如下：1.自动开关门；2. 内指令和外召唤信号的登记、消除及显示；3.定向；4.自动选层；5. 轿箱到 达层楼位置指示；6.停车开门。通过分析电梯的控制要求，首先选择合适的 PLC 和变频器。PLC 是整个控制系统的核心部件，它对保证系统的技术指标 和质量是至关重要的。变频器是电梯拖动系统电梯调速的核心部件，对系统 的调速性能影响很大。 4.14.1控制系统硬件设计控制系统硬件设计 4.1.14.1.1 PLCPLC 的选型的选型 为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用 内存的多少来确定 PLC 的机型。本系统为十四层楼的电梯,采用集选控制方 式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下： 1输入/输出点的估算： 第四章 电梯控制系统设计 16 采用 PLC 构成十四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电 动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮和指 示灯，二层到十三层有上升呼叫按钮和指示灯以及下降呼叫按钮和指示灯， 十四层有下降呼叫按钮和指示灯。一至十四层有到位行程开关。电梯内有一 至十四层呼叫按钮和指示灯；电梯开门和关门按钮；电梯开门和关门分别通 过电磁铁 KM3 和 KM4 控制；关门到位由行程开关 ST1 检测；开门到位由行 程开关 ST2 检测。轿厢上行和下行由接触器 KM1 和 KM2 控制，并有上行记 忆和下行记忆两路指示灯。进而估算出输入点共有 58 点，输出点共有 64 点, 总共 122 点。 2. 内存容量的估算 用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序 编写水平等因素有关。因此在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制 系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量 I/O 总点数有 122 点，模拟量 I/O 数为 0 个。利用估算 PLC 内存总容量的计算公式： 所需总内存字数=开关量 I/O 总点数(1015)+模拟量 I/O 总点数(150250) 再按 30%左右预留余量。估算本系统需要约 1K 字节的内存容量。 综合 I/O 点数以及内存容量，选择 FX2N128MR CPU 足以满足要求。 4.1.24.1.2 变频器的选择变频器的选择 电梯的调速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见图 4-1 所示，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，本设计选用安川 VS_616G5 型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、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，同时降低了电 机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。 另外，616G5 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好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机， 吉林工程技术师范学院毕业论文 17 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流波形，使 电机始终运行于静噪音状态。 4.24.2VSVS 一一 616G5616G5 型变频器简介型变频器简介 一、616G5 型变频器的特点 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。这种变频器不仅考虑了 V/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 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)有丰富的内藏与选择功能。 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。 VS_61665 变频器的参数 图图 4-14-1 电梯运行曲线电梯运行曲线 a/v v a 0 t1 t2 t3t4 t5 t6t 第四章 电梯控制系统设计 18 616G5 变频器共有 9 组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。 表表 4-34-3 变频器参数变频器参数 参数功用 A 组确定控制模式 B 组选择运动功能 C 组确定加减时间及转矩补偿时间 D 组选择频率 E 组确定运行压频曲线 F 组保护设置 H 组确定偏压标准 表表 4-44-4 616G5616G5 型变频器的标准规格型变频器的标准规格 最大输出电压3 相,200/208/220/230V(对应于输入电压) 额定输出频率最大 400Hz 输出 特性 额定输入电压和 频率 3 相，200/208/220V 50Hz 200/208/220/230V 60Hz 允许电压波动+10%，-15% 220V 级 电源 允许频率波动 5% 最大输出电压3 相,380/400/415/440/460V(对应于输入电压) 额定输出频率最大 400Hz 输出 特性 额定输入电压和 频率 3 相,380/400/415/440/460V 50-60Hz 允许电压波动+10%，-15% 400V 级 电源 允许频率波动 5% 控制方式正弦波 PWM (V/f 控制、带 PG 反馈的 V/F 控制、 开环矢量、闭环矢量控制 4 种控制方式任选性) 启动力矩150%/1Hz(带 PG, 150%/Ormin) 速度控制范围1:100(带 PG, 1:1000) 速度控制精度0. 2%(带 PG，0. 02%) 速度响应5Hz(带 PG, 30Hz) 力矩限制可采用(参数设定：4 级可变) 力矩精度 5% 力矩响应20Hz(带 PG, 40Hz) 控制 特性 频率控制范围0. 1400Hz 吉林工程技术师范学院毕业论文 19 数字指令:0. 01% ( -10 0C+40 )频率控制精度 模拟指令:0.1% (25010 ) 第五章 硬件设计及计算 20 第五章硬件设计及计算 5.15.1电梯曳引电机及门电机电路图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 5-1 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。 图图 5-15-1 电气控制系统主回路原理图电气控制系统主回路原理图 吉林工程技术师范学院毕业论文 21 5.25.2PLCPLC 的系统硬件设计的系统硬件设计 5.2.15.2.1 PLCPLC 控制系统设计的基本原则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。 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。 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/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。 第五章 硬件设计及计算 22 5.2.25.2.2 输入输入/ /输出点分配输出点分配 该系统占用 PLC 的 122 个 I/O 口， 58 个输入点，64 个输出点，具体的 I/O 分配如表 5-1 所示。 表表 5-1 I/O 分配表分配表 输入点 输出点 X001外呼按钮 1 上升SB1Y000KM1 电动机正转 X002外呼按钮 2 上升SB2Y001KM2 电动机反转 X003外呼按钮 2 下降SB3Y002KV 线圈及故障 X004外呼按钮 3 上升SB4Y003上行指示 X005外呼按钮 3 下降SB5Y004下行指示 X006外呼按钮 4 上升SB6Y005开门指示 X007外呼按钮 4 下降SB7Y006关门指示 X010外呼按钮 5 上升SB8Y0071 楼上升外呼指示 X011外呼按钮 5 下降SB9Y0102 楼上升外呼指示 X012外呼按钮 6 上升SB10Y0112 楼下降外呼指示 X013外呼按钮 6 下降SB11Y0123 楼上升外呼指示 X014外呼按钮 7 上升SB12Y0133 楼下降外呼指示 X015外呼按钮 7 下降SB13Y0144 楼上升外呼指示 X016外呼按钮 8 上升SB14Y0154 楼下降外呼指示 X017外呼按钮 8 下降SB15Y0165 楼上升外呼指示 X020外呼按钮 9 上升SB16Y0175 楼下降外呼指示 X021外呼按钮 9 下降SB17Y0206 楼上升外呼指示 X022外呼按钮 10 上升SB18Y0216 楼下降外呼指示 X023外呼按钮 10 下降SB19Y0227 楼上升外呼指示 X024外呼按钮 11 上升SB20Y0237 楼下降外呼指示 X025外呼按钮 11 下降SB21Y0248 楼上升外呼指示 X026外呼按钮 12 上升SB22Y0258 楼下降外呼指示 X027外呼按钮 12 下降SB23Y0269 楼上升外呼指示 X030外呼按钮 13 上升SB24Y0279 楼下降外呼指示 X031外呼按钮 13 下降SB25Y03010 楼上升外呼指示 X032外呼按钮 14 下降SB26Y03110 楼下降外呼指示 X033内呼按钮去 1 楼SB27Y03211 楼上升外呼指示 X034内呼按钮去 2 楼SB28Y03311 楼下降外呼指示 X035内呼按钮去 3 楼SB29Y03412 楼上升外呼指示 X036内呼按钮去 4 楼SB30Y03512 楼下降外呼指示 X037内呼按钮去 5 楼SB31Y03613 楼上升外呼指示 X040内呼按钮去 6 楼SB32Y03713 楼下降外呼指示 X041内呼按钮去 7 楼SB33Y04014 楼下降外呼指示 吉林工程技术师范学院毕业论文 23 X042内呼按钮去 8 楼SB34Y041内呼按钮去 1 楼指示 X043内呼按钮去 9 楼SB35Y042内呼按钮去 2 楼指示 续表续表 5-1 I/O 分配表分配表 X044 内呼按钮去 10 楼 SB36 Y043 内呼按钮去 3 楼指示 X045内呼按钮去 11 楼SB37Y044内呼按钮去 4 楼指示 X046内呼按钮去 12 楼SB38Y045内呼按钮去 5 楼指示 X047内呼按钮去 13 楼SB39Y046内呼按钮去 6 楼指示 X050内呼按钮去 14 楼SB40Y047内呼按钮去 7 楼指示 X0511 楼平层信号SQ1Y050内呼按钮去 8 楼指示 X0522 楼平层信号SQ2Y051内呼按钮去 9 楼指示 X0533 楼平层信号SQ3Y052内呼按钮去 10 楼指示 X0544 楼平层信号SQ4Y053内呼按钮去 11 楼指示 X0555 楼平层信号SQ5Y054内呼按钮去 12 楼指示 X0566 楼平层信号SQ6Y055内呼按钮去 13 楼指示 X0577 楼平层信号SQ7Y056内呼按钮去 14 楼指示 X0608 楼平层信号SQ8Y057LED1 显示 A 段 X0619 楼平层信号SQ9Y060LED1 显示 B 段 X06210 楼平层信号SQ10Y061LED1 显示 C 段 X06311 楼平层信号SQ11Y062LED1 显示 D 段 X06412 楼平层信号SQ12Y063LED1 显示 E 段 X06513 楼平层信号SQ13Y064LED1 显示 F 段 X06614 楼平层信号SQ14Y065LED1 显示 G 段 X067上下限位SQ15Y066LED2 显示 A 段 X070轿厢内开门按钮SB41Y067LED2 显示 B 段 X071轿厢内关门按钮SB42Y070LED2 显示 C 段 X072热继电器Y071LED2 显示 D 段 X073光电脉冲输入Y072LED2 显示 E 段 X074超重Y073LED2 显示 F 段 X075安全回路Y074LED2 显示 G 段 Y075 KM3 门电机正转 Y076 KM4 门电机反转 Y077 快速 Y080 慢速 Y081 检修速度 程序中使用的内部继电器说明见表 5-2 所示 第五章 硬件设计及计算 24 表表 5-25-2 内部继电器说明内部继电器说明 M101 1 楼上升 M127 M102 2 楼上升 M128 M103 2 楼下降 M129 M104