机电一体化毕业设计（论文）-电梯的PLC控制.doc

武 威 职 业 学 院机电一体化技术专业（专科）毕业设计（论文）题 目 电梯的plc控制姓 名 学 号 指 导 老 师 完 成 日 期 教 学 系 机械工程系 摘要随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活 中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制plc（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。 plc在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于plc具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与plc很好的结合，很好的实现了对升降的控制。 本文介绍了电梯的发展以及plc在电梯控制中的应用。具体的阐述了利用plc技术对电梯进行速度的控制以及用plc控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。关键字：plc；电梯；变频器目 录摘要i关键字i前言11概述21.1 plc的概述21.1.1 plc的基本概念21.1.2 plc的特点21.1.3 plc的分类31.2 电梯的发展、分类31.2.1电梯的定义及现状31.2.2电梯的分类41.2.3电梯的基本结构41.2.4电梯定性分析82变频技术在电梯控制中的应用82.1变频拖动系统82.2变频电梯系统运行原理92.3电梯拖动调速系统103 plc电梯控制系统的组成123.1可编程序逻辑控制器（plc）123.2输入、输出部分133.3电梯控制过程134 plc电梯位移控制应用134.1硬件电路134.1.1主电路144.1.2 plc控制电路144.1.3电流、速度双闭环电路154.1.4位移控制电路154.2程序设计154.2.1楼层计数164.2.2快速换速及原理164.2.3门区信号184.2.4脉冲信号故障检测185 fx2n系列plc在电梯变频调速控制系统中的应用195.1系统总体构成195.2电梯驱动系统介绍195.3控制系统介绍205.3.1硬件系统组成205.3.2软件部分说明215.4电梯逻辑控制系统245.5控制系统特点24结论26谢词27参考文献28附录29iv28前言可编程序控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有可靠性高、抗干扰能力强；设计、安装容易，维护工作量少；功能强、通用性好、开发周期短，成功率高；体积小，重量轻，功耗低等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行电梯的plc控制系统的设计，可以推动电梯行业的发展，扩大plc在自动化控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、微型计算机控制和plc控制三种。从控制方式和性能上来说，这三种方法并没有太大的区别，国内外厂家大多选择第三种方式，其原因在于如果生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；传统的继电器控制系统其主要缺点是触点多，故障率高，可靠性差，维修工作量大等；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，而且依靠程序运行，这就保证只有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，既无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，可靠性高，程序设计方便灵活，研制周期短，因此，它比继电器控制和微机控制有着更明显的优越性，运行寿命更长，工作更安全可靠，自动化水平更高。1概述1.1 plc的概述1.1.1 plc的基本概念可编程序控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制设备。它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，目前被广泛应用于自动化控制的各个领域中。国际电工委员会（iec）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一中数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。他采用可编程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”事实上，plc就是配置了输入/输出模块的工控计算机。1.1.2 plc的特点 可编程控制器是面向用户的专业工业控制计算机，具有许多明显特点。（1）可靠性高由于制造plc时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如评比、滤波、隔离、故障诊断等，使plc具有很强的抗干扰能力，其平均无故障运行时间可达到5万10万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。（2）编程简单plc是面向工控现场设计的，考虑到大多数电气工程技术人员熟悉电气控制电路的特点，他经常采用的是一种面向控制过程的梯形图语言，梯形图语言与继电器原理图相类似，具有形象直观，易学易懂的优点，熟悉电气原理图的工程技术人员只需要几天的时间就可熟悉梯形图的语言（3）使用方便使用plc时只需进行和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制要求发生改变时梯形图程序修改非常容易。plc的功能强大，目前的plc一般优游逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理等基本功能，有的plc还有a/d、d/a转换，通信联网的功能。1.1.3 plc的分类plc通常可按输入/输出点数多少及结构特征两种方法分类。按输入/输出点数多少plc可分为微型、小型、中型及大型机。微型plc输入/输出点数小于128点，以上两种机型通常为低档plc；中型plc输入/输出点数为128512点；大型plc输入/输出点数在512点以上。按结构特征plc可人整体式、模块式、整体模块混合式三种类型。整体plc一般都是小型或微型机，集中cpu、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集成到一个机壳内。模块式plc是将cpu、输入/输出单元、电源、通信接口等分别制成模块，在应用中可以按照需要进行模块组装，大、中型plc一般都是模块式结构，整体模块混合式plc将cpu、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内，当其中的输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。1.2电梯的发展、分类1.2.1 电梯的定义及现状随着现代化城市高速发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来。电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。和汽车一样，电梯已成为人们频繁使用的交通运输设备。在高层建筑中，电梯的作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，设计上稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。因此，在现代建筑物中，电梯和扶梯的设计、使用和监控管理有着举足轻重的地位。电梯的安装、使用和控制方式的好坏，直接影响着整个建筑的使用效率。生活中，人们经常在使用电梯和自动扶梯，而很多人对电梯和自动扶梯没有正确的概念，甚至将电梯和自动扶梯都称为电梯。这是不对的，那究竟什么是电梯，什么是自动扶梯呢？正确的定义如下：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。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入或装卸货物。自动扶梯带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道带有循环运行（板式或带式）走道，用于水平或倾斜不大于12输送乘客的固定电力驱动设备。由此可见，自动扶梯和自动人行道是电梯家族的一个分支或近亲，但不同与电梯。1.2.2 电梯的分类电梯的分类有多种方式，可按以下几种形式分类。（1）按用途分类：乘客电梯（客梯）、载货电梯（货梯）、客货两用梯、住宅电梯、 杂物梯（服务电梯）、病床电梯、特种电梯。（2）按速度分类：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯。（3）按驱动方式分类：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯。（4）按有无减速器分类：有减速器的电梯、无减速器的电梯。（5）按曳引机房的位置分类：机房位于井道上部的电梯、机房位于井道下部分的无机房电梯。（6）按控制方式分类：轿内手柄开关控制的电梯、轿内按钮控制的电梯、轿内或外按钮控制的电梯、信号控制的电梯、集选控制的电梯、2台或3台并联控制的电梯、梯群控制的电梯。（7）按拖动形式分类：交流异步单速电动机拖动的电梯、交流异步双速电动机变极调速拖动的电梯、交流异步双绕组双速电动机调压调速拖动电的电梯、交流异步单速电动机调频调压调速拖动的电梯、直流电动机调压调速拖动的电梯。1.2.3 电梯的基本结构 曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，现将其基本结构介绍如下。（1）曳引系统曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。 （2）导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用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。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。 （3）门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。（4）轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。 （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的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。 （6）电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈装置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，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。 （7）电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。 （8）安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。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等。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴；12-轿架；13-轿门； 14-安全钳；15-导轨 16-绳头组合；17-对重，18-补偿链；19-补偿链导轮； 20-张紧装置；21-缓冲器； 22-底坑；23-层门； 24-呼梯盒；25-层楼指示灯；26-随行电缆；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；29-开门机； 30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器图1.1 电梯的基本结构剖视图1.2.4 电梯定性分析根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am1.5m/s2,加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m跳变到-m或由-m跳变到+m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置410cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。2变频技术在电梯控制中的应用2.1变频拖动系统（1）电梯变压变频（vvvf）拖动控制系统的原理交流电动机的转速公式为：n=60f(1-s)/p；其中：f为定子的供电频率，p为电动机极对数，s为电动机转差率。电梯是恒转矩拖动系统，为了获得最佳的舒适感，在电梯的拖动中一般采用恒转矩调速方式。而电动机转矩m=k（u/f）2，k为常数，由此可知，为了获得恒定转矩的调速特点，获得最佳的舒适感，必须保证u/f不变，在变频的同时按比例供给电动机电压。这种控制即为变频（vvvf）控制。变压变频（vvvf）拖动控制在调速过程中从高速到低速都可以保证有限的转差，电磁损耗小，因此全部调速范围内效率高，具有宽范围和高精度的调速性能。并且在vvvf电梯的启动和只动过程中，通过均匀地改变电动机供电的频率和电压，达到平滑调节电梯速度的目的，可以获得良好的乘坐舒适感。vvvf电梯与其他拖动控制方式电梯比较，应用在位能负载条件下，节能约40%，可以最佳地利用电网能量。同时vvvf系统还可以提高功率因素，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量20%以上。（2）电梯变频矢量控制原理变频器内部带有自动电流调节器即电流反馈系统，保证输出的力矩；通过编码器采样的脉冲作为速度反馈，变频器组成自动速度调节器，asr，通过带编码器的矢量控制，逆变器能控制满量程电机的转矩脉动量，包括0hz，是电梯乘坐舒适，平层精度好。目前这是电梯高性能变频控制的主要采用的方式。2.2变频电梯系统运行原理电力电网送来的380v动力电源变为空控的支流电，经微电脑全数字化正弦spwn的脉冲调制，转变为可调的，频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。当电梯检修时，是点动运行方式电梯主板或plc向变频器发出方向和检修运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般点动频率为10 hz），变频器再驱动机上作上、下慢速运行。当电梯正常运行时，电梯主板或plc向变频器发出方向或快速运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般满速频率为45 hz）运行。当需要减速时，断开高速指令，输出沿理想曲线下降至停止。在降速过程中，由于系统的惯性作用将动能通过能量回馈装置消耗在制动电阻上，因此牵引电机不会发热，可以不用强迫冷却风机变频器内部带电流反馈或速度反馈。电梯的速度通过编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压（电流）和频率，使两者想等。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。由于vvvf调速具备优异的调速性能和节能潜力，目前国内外均已研制生产出电梯专用变频器。所以，电梯拖动调速方式以调频调速为主流，plc+变频器的电梯控制系统应用非常广泛。控制系统中，plc主要完成逻辑控制，变频器主要完成曳引拖动的调速控制。这种控制形式在旧电梯的改造中也得到广泛应用。2.3电梯拖动调速系统拖动电动机采用国产cvf-160l-4电梯专用变频电动机，其功率15kw，额定电压330v，y形接法，转速1450r/min。与变频电动机配套，选用华为td3100-4t0150e电梯专用变频器。变频器额定容量21kva,额定电压380v，三相交流供电，额定输出电流32a，适配电动机15kw。该变频器综合了国内外多种电梯专用变频器的特点，采用双dsp+mcu结构和先进的模块化设计，最高速为4.0m/s,最高楼层50层。图2.1所示为该变频器用于电梯拖动的典型结构。td3100具有理想的电梯控制方式。 （1）精确的距离控制 可运用其智能井道自学习功能，通过运行井道自学习程序，准确地测出每层的层高（脉冲数），并将其记忆在变频器当中。这样虽然不在井道中置减速感应器，却能准确地确定每层的减速点，提高运行控制精度。（2）优化的速度控制功能 在传统的速度控制基础上，增加了灵活的s字曲线设定计算功能，具有加加速度、减减速度设置及加减速度s字设置。在保证电梯舒适感的同时，大大简化了逻辑控制系统中对电梯速度的控制任务。s字曲线如图2.2所示。图2.1 变频用于电梯拖动的典型结构图2.2 加速s字曲线（3）强迫减速控制 为防止轿厢冲顶和墩底，当上、下强迫减速开关动作时，如果检测到电梯的实际速度大于设定的强迫减速值，表明电梯未正常减速，变频器会立即按强迫减速曲线减速至爬行速度，停车。（4）特殊运行方式控制 设有专门用于电梯检修的运行方式，一旦检修输入有效，立即将速度设定在检修速度（低速）；设有停电应急运行方式，当停电时，变频器会依靠蓄电池供电，自动、控制电梯在就近层停靠、放人。（5）完善的保护功能 除变频器自己的保护外，td3100在电梯运行的安全性方面设置了保护功能。有超速、输入输出故障、强迫减速信号故障、接触器抱闸故障、平层信号错等保护功能。在设计中，充分利用td3100的功能特点，一方面提高电梯拖动系统乃至整个控制系统的性能，另一方面大大简化逻辑控制系统的设计任务。设计时，只需将plc的有关信号与变频器进行对接，便可完成plc与变频器的连接。如运行方向、强迫减速、平层信号、检修信号、变频器保护动作信号、安全保护信号等。由于变频器具有485通信接口，使得变频器与plc的数据通信更加方便。 3 plc电梯控制系统的组成主拖动控制电磁制动器自动开关门控制召唤指示指令指示层楼指示报警器输出（o）端子plc cpu输入（i）端子召唤按钮指令按钮层楼平层感应器运行方式安全开关检修开关plc电梯控制系统的组成如图3.1所示。图3.1 plc电梯控制系统的组成3.1可编程序逻辑控制器（plc）plc采用8为或16位微处理器为核心，配置有可编程序存储器对指令存储，具备逻辑、顺序、计数、计时、算术运算、数据比较、数据传送等功能。工作原理是：采用循环扫描方式，对输入信号（来自按钮、传感器和行程开关等输入部件）不断地进行采样，根据检测到的信号状态，通过根据控制系统的要求设计和存储的程序随即作出反应，并将这些反应以输出信号的形式，由输出部件输出，输出信号控制系统的外部负载，如继电器、电动机、指示灯和报警器等，产生相应的动作。通过以上过程完成对电梯的控制。3. 2输入、输出部分 输入、输出部分涵盖了控制系统与电梯各个部位及与部件有联系的所有信号，将电梯中发出指令或检测信号的按钮、开关、传感器（如基站总电源钥匙开关、轿内指令选层按钮、厅门呼梯按钮、安全钳开关、超速开关、安全触板开关、限位开关、厅轿门连锁开关、安全窗开关、换速感应器、平层感应器、门区感应器等）作为plc的输入，同时在系统中设有有/无司机操作的转换开关及检修慢车开关，以实现有/无司机转换和检修状态下的要求。这些信号通过plc的输入端子进入plc内部，作为控制、系统分析判断的第一手资料。将控制系统经过分析判断后产生的输出信号（控制命令）送到相应的执行部件，如拖动控制部分（包括速度、方向和电磁制动器）、轿内和厅外层楼指示灯、指令和召唤指示、运行方向指示、门机的开关门、开关门减速控制、报警器等。3.3电梯控制过程（1）有司机操作（2）无司机操作（3）检修慢车状态（4）停电保持（5）应急处理4 plc电梯位移控制应用本章采用plc和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程序设计实现楼层计数、换速信号、门区和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。4.1硬件电路系统硬件结构图如图4.1 所示，其各部分功能说明如下。图4.1 电路原理图 q1三相电源断路图 k1电源控制接触器 k2负载电机通断控制接触器 vs变频器 bu制动单元 rb能耗制动电阻 m主拖动曳引电机4.1.1主电路 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。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能馈送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。4.1.2 plc控制电路选用omron（欧姆龙）公司c系列60p型plc。plc接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。plc在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号。4.1.3电流、速度双闭环电路采用yasakwa公司的vs-616g5 cimrg5a 4022变频器。变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生a、b两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。4.1.4位移控制电路电梯作为一种载人工具，在位势负载状态下，除要求安全可靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的pg卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入plc的高速计数输入端口0000，通过累计脉冲数，经世式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移： h=si 式中 i累计脉冲数 s脉冲当量 s = lpd / (pr) （1） 本系统采用的减速机，其减速比l = 1/32，曳引轮直径d = 580mm，电机额定转速ned = 1450r/min，旋转编码器每转对应的脉冲数p = 1024，pg卡分频比r = 1/18，代入式（1）得 ： s = 1.0mm / 脉冲4.2程序设计利用变频器pg卡输出端（ta2.1）将脉冲信号引入plc的高速计数输入端0000，构成位置反馈。高速计数器（cnt47）累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离、换速点、平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在1个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达5mm内，大大低于国标15mm的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求。电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连线，降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5个子程序进行介绍。4.2.1楼层计数本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应4层电梯分别存入3个内存单元dm06 dm08。 楼层计数器（cnt46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1或减1计数。楼层计数程序流程图如图4.2 所示。图4.2 楼层计数子程序4.2.2 快速换速及原理当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。程序流程图如图4.3所示。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。图4.3 快速换速子程序快速换速工作原理介绍，梯形图如图4.4所示图4.4 快速换速梯形图图中数据存储单元dm01为快速换速距离脉冲数，dm30为楼层间距脉冲数，dm31为快速换速点对应的脉冲数，dm34为高速换速比较区间下限，dm35为高速换速比较区间上限，hr01为快速换速点开始信号，1507为快速运行信号，1700为选层信号，0010为零速信号，0503为快速换速输出信号。以上行为例，dm31快速换速点对应的脉冲数是楼层间距dm30与快速换速举例dm01之差；dm31和dm30的值分别赋给dm34和dm35。运行时高速计数器不断累加脉冲数，每个扫描周期计数器的值与dm34 dm35区段进行比较。当其值进入dm34与dm35区段时，hr01置位，表示进入快速换速区间；若此时有选层信号且电梯为快速运行，则发快速换速信号（0503置on）。4.2.3门区信号当高速计数器cnt47数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。程序流程图如图4.5所示。平层信号与区信号判断方法类似，不再重复。图4.5 门区信号子程序4.2.4脉冲信号故障检测脉冲信号的准确采集和传输在本系统中显得尤为重要，为检测旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入plc高速计数器cnt47的复位端0001。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加1，下行减1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。5 fx2n系列plc在电梯变频调速控制系统中的应用5.1系统总体构成电梯的电气控制系统分为拖动调速部分和逻辑控制部分。拖动调速系统用电梯专用变频器，采用vvvf调速方式。逻辑控制系统采用plc，充分发挥plc控制系统接线简单、可靠性高、维护方便的特点。井道信号的采集，可充分利用专用变频器功能，采用直接距离控制，除保留平层感应器、上下终端强迫减速开关极限开关外，省去井道中的感应器。各厅门几轿厢与主控机房的电气连接。为简化接线，减少故障可能，在各厅门及轿厢设置通信板，采用rs-485通信总线，完成各厅门及轿厢与主机的信号通信。电梯电气控制系统的结构如图5.1所示。召唤盒厅门通信板召唤盒厅门通信板plc变频器曳引机光电编码器轿厢通信板操纵箱轿厢操纵箱图5.1 电梯电气控制系统的结构图5.2电梯驱动系统介绍优点，电梯的电力驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度、乘座的舒适感等指标。由于目前电器电子元件的高速发展，使得变频变压技术逐步成熟，因此使用变频变压(vvvf)调速系统控制的电梯也投入使用。自1984年日本三菱电机公司第一台变频变压控制的电梯问世以来，这种系统驱动的电梯其额定速度已越来越高，而利用矢量变换控制的变频变压系统的电梯的额定速度可达14m/s。它们的调速性能都已达到了直流电动机驱动电梯的水平，并具有驱动控制设备体积小、重量轻、效率高、节省能源等成为当前最新的电梯驱动系统5.3控制系统介绍控制系统主要由plc、变频器及旋转编码器组成。可编程控制器（plc）负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起、停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给plc，形成双向联络关系，它是系统的核心。变频器实现电机的调速。本章所选用的安川vs-616g5通用变频器可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出。为满足电梯的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和pg卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统。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，旋转编码器根据a、b脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据a、b脉冲的频率测得电动机的转速旋转编码器将此脉冲输出给pg卡，pg卡再将此反馈信号送给变频器内部，以便进行运算调节。所以旋转编码器和pg卡实现了闭环运行。5.3.1硬件系统组成控制系统包括信号采集和plc控制两部分(1) vs-616g5变频器具有自学习功能，在使用矢量控制时，变频器能自动设定电动机铭牌范围的电动机参数。由此从变频器专用电动机到通用电动机都可以进行矢量控制运行，电动机可最大限度地发挥作用。vs-616g5可使用pid控制功能实现简单的追踪控制，使用脉冲发生器等速度检测器时，不管负载大小变化都可使其速度保持一致，更保证了电梯零速制动抱闸的要求。(2) 旋转编码器（pg）的选择。本文根据电梯平层精度要求选择pg。根据gb1058/t-1997电梯技术条件中的要求，运行速度为0.5m/s调速电梯的平层精度为15mm以内。而平层精度与钢丝绳的松紧度，平层干簧管的位移，与plc的输入脉冲数有关。前二者为机械因素，而plc的输入脉冲来自于脉冲监视输出。考虑plc的自身频率，为保证输入脉冲的正确性，设定pg脉冲监视输出分频比f1-06功能码为16，既pg输出脉冲的1/16作为plc的输入脉冲。为尽可能在pg参数上来保证平层的精度，以1mm误差计算。齿轮箱减速比k为61:2，曳引机直径d为0.65m，采用半绕式2:1绕法，n=2，电机每转一圈电梯上下行程: l=3.14dk1000/n(mm) (1) 代入式(1)求得l=33.5mm pg参数=33.516=536p/rev。根据pg解析度的分类，选用解析度为600的旋转编码器。本文采用增量式圆光栅编码器, 它将测得的转速脉冲反馈给变频器，形成闭环控制。 由于电梯是载人的起重设备，要求可靠性系数特别大，为最大程度地满足乘客的舒适感，使用vs-616g5的带pg矢量控制，将测速脉冲反馈给变频器，提高控制精度;为配合脉冲记数和平层精度，选用三菱公司fx2n系列可编程控制器plc，其x0-x1端子可采取高速脉冲，满足了系统记数，达到准确平层的要求。由电力电网送来的380v动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。当电梯检修时，是点动运行方式，plc向变频器发出方向和检修运行信号，装置按预先编好的速度指令向电动机输送点动频率(10hz)的交流电，作上、下慢速运行。当电梯正常运行时，plc向变频器发出快速命令和方向信号，系统按预先编入的频率指令沿理想曲线上升至满速(45hz)运行。当需要减速时，plc断开高速指令，输出按理想曲线下降至停止，在降速过程中，由于系统的惯性作用，将动能通过能量回馈装置消耗在制动电阻上，因此曳引电动机不会发热，可以不用强迫冷却风机。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度通过脉冲编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压(电流)和频率，使两者相等，从而达到理想的运行状态。5.3.2软件部分说明(1) vs-616g5部分参数设置如下表5.2所示。表5.2 变频器参数设置参数设置意义参数设置意义a1-000（英语）语言选择c3-011转差补偿增益a1-023（闭环矢量）控制模式选择c5-0150asr比例增益a1-030（不复位）初始化参数c5-020.8sasr积分增益b1-021（端子）运转指令选择b1-031（滑停）停止方式选择b2-010.5零速度标准d1-060 hz频率指令6c1-011.5s加速时间d1-070 hz频率指令7c1-021.5s减速时间e2-0125a额定电流f1-01600p/r编码器脉冲数f1-031（自由停止）过速度动作选择要实现对变频器的控制，必须对plc进行编程，通过程序实现plc与变频器信息交换的控制。编程的重要依据是系统的工作过程。电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。电梯运行方向确定后，在关门信号和门锁信号符合要求的情况下，电梯开始起动运行, plc正转(或反转)及高速信号输出有效，电动机从0hz到50hz开始起动,起动时间为1.5s，然后维持高速(变频器参数设置，d1202=50hz)一直运行，完成起动及运行段的工作。在接近目标楼层时，相应的接近开关动作，给plc输入换速信号，plc撤消高速信号输出，同时输出爬行信号。爬行的输出频率由变频器参数设置(d1203=6hz)。从高速的频率到爬行速度的频率的减速时间也是1.5s，当达到6hz的速度后，电梯就以此速度爬行。电梯到达目标楼层时, 给plc输入平层信号，plc撤消正转(或反转)及爬行信号，电动机从爬行频率减速到0hz, 减至0hz后，零速输出点断开，通过plc抱闸自动开门。 (2) plc部分程序清单0 ld m80001 and c102 dmov k3431 d30311 dmov k6557 d30520 ld t1121 set s123 ldi t1124 rst s126 ld m800027 out c235 k888888832 ld y010875 dzcpp d305 d307 c235 m64892 ldi x020893 and m65894 and m151895 mov k3 d230900 ld m151901 out t50 k50904 ldi m151905 out t51 k10908 ld t50909 out m152910 ld m50911 or x005912 rst m151913 ld x004914 out y043915 end (3) 电梯变频调速系统plc的i/o分配如表6.3所示。表6.3 plc的i/o分配x3电源x5检修x6检修上行x14司机x4门锁x7检修下行x10开门按钮x15消防x11关闭按钮x12安全触板x13超载x16上平层x17下平层x20门区x21上强迫换速x22下强迫换速x23开门到位x24关门到位x25故障检修x26运行信号x27上限位x30下限位y6运行接触器y7抱闸继电器y1开门y2关门y4抱闸强激y5主电源接触器y10上行y11下行y12接触器反馈y13非常停止y17检修速度y30ay31by32cy33上行y34下行5.4电梯逻辑控制系统电梯的逻辑控制系统担负着电梯运行逻辑的控制。如上一节所述，不要生搬硬套地将原继电器控制回路进行梯形图转换，应该充分利用plc的基本指令和功能指令，特别是功能指令，来实现电梯的集选控制。整个系统分为：指令及召唤的记忆和消除、选向回路、选层回路、运行控制、电梯开关门的控制等几个部分。同时，还设计有故障检测回路，将常见的故障在plc内部进行编码，通过数码管输出指示，给维护人员提示故障信息。由于采用了串行通信，大大减少了plc的i/o点个数，节约了投资，同时减少了系统的连接线，方便了系统的维护。5.5控制系统特点（1）采用优先级队列根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列:上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。(