毕业设计（论文）-基于PLC控制的5层电梯系统设计.doc

基于PLC控制的5层电梯系统摘要电梯作为高层建筑不可缺少的运输工具，其使用越来越广泛。电梯控制系统主要此啊用一下三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统。继电器控制系统犹豫故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被淘汰。微机控制系统虽然在只能控制方面有比较强大的功能，但也存在一定的不足之处，例如抗干扰性差，系统设计比较复杂，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。而PLC控制系统由于运行可靠、试用维修方彬啊、抗干扰性能强等优越性，成为目前在电梯控制系统中试用最多的控制方式。电梯需要运行平稳且舒适性好，使用变频器进行变频控制电机的速度能达到很好的控制目的，现在的电梯通常是PLC+变频器组成的控制系统。关键词：PLC；变频器；曳引机。目录：第一章 绪论1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题.1.2 PLC及其在电梯控制中的应用特点.1.3 电梯变频调速控制的特点.1.4 课题的来源.1.5 课题的主要研究内容.第二章电梯设备与电梯发展动态2.1 电梯的出现.2.2 电梯设备.2.3 电梯的发展概况第三章 变频器选择及其参数设计3.1 变频器的分类.3.2 变频器的选择.3.3 通用变频器3.4 变频器结构及其参数设计.第四章PLC的选择及其硬件开发4.1 可编程序控制器（PLC）的选择.4.2 PLC控制系统硬件开发.第五章 系统软件开发5.1 电梯的三个工作状态5.2 系统的软件开发方法确定.5.3 系统的软件开发.第六章电梯模拟调试第一张绪 论随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行高效节能又安全可靠。电梯是垂直运输工具，属于位能负载，并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处于发电状态，而电梯在重载上行或空载下行时，电动机的负载最大，是处于电动状态，这就要求电动机在四象限运行。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器PLC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已逐渐被PLC控制代替。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，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1电梯继电器控制系统的优点（1）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。1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题（1）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扰。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 PLC及其在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，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作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。1、可靠性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。（1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。（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，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTTR，使可靠性提高。（3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。（4）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更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。（5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。（6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2、易操作性PLC的易操作性表现在下列几个方面：（1）操作方便PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接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上显示。（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，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。（3）维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。3、灵活性PLC的灵活性表现在以下几个方面：（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、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。（2）扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。（3）操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。1.2.2 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。（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。1.4课题的来源变频器以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内7080年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。维修困难，属于能耗型调速，效率低，发热量大，调速性能指标较差，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，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，取得了良好效果。利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.5课题的主要研究内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）和变频器改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。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。调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车），并能节约大量电能。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的总结和介绍。接着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，变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发实例。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。第二章电梯设备与电梯发展动态2.1电梯的出现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。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。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）按用途分类乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；住宅电梯；特种电梯；（2）按速度分类低速电梯1m/s以下；高速电梯12m/s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）按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制有无司机控制；群控2.2.2电梯的主要参数（1）载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。（2）轿厢尺寸(mm)宽*深*高。（3）轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电话的要求等等。（4）轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。（5）开门宽度(mm)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。（6）开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。（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绳的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。（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)凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。（11）提升高度(mm)由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。（12）顶层高度(mm)由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直的距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。（13）底坑深度(mm)由底层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）井道高度(mm)由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。（15）井道尺寸(mm)宽*深。电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的使用效果。2.2.3乘客电梯参数尺寸本题目选取新国家标准GB/T7025.17025.397中的规定中的乘客电梯作为设计对象，为适应我国电梯产品迅速发展的要求，原部颁标准JB143574和国标GSB702586已远不能适应电梯产品的发展的需求。因此，国家在1997年又正式颁发具有国际水平的新的国家标准GB/T7025.17025.397以取代前述各标准。新国标GB/T7025.17025.397对已批量生产的乘客电梯、住宅电梯，载货电梯，病床电梯，杂物电梯等类别电梯的主要参数及轿厢、井道、机房的形式与尺寸作了具体规定，见表2.12.2.4电梯的主要组成部分（1）曳引部分：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。（2）轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。（3）电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。（4）其它装置：对重装置、补偿装置等。2.2.5电梯的安全保护装置（1）电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。（2）强迫减速开关：起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。（3）限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。（4）行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。（5）急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。（6）厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。（7）关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。（8）超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。（9）其它的开关：安全窗开关，钢带轮的断带开关等。2.3电梯的发展概况随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要的标志，作为高层建筑的垂直运载工具-电梯得到了快速发展。电梯是服务于三分之一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上的倾斜角小于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。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力和简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍用手摇轱辘提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。随着电子工业的发展，新技术、产品不断用于电梯控制系统，如可编程控制器的应用；单片机的应用；无触点半导体逻辑控制晶闸管（俗称可控硅）的应用；集成电路及数字控制、计算机群控制及调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。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，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱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大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。2.3.1电梯技术发展概况（1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。（5）智能群控管理得到广泛应用。（6）机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2.3.2电梯发展展望（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。（2）技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。（3）安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。第三章变频器选择及其参数设计本设计通过多种方案的比较和对照，完成了电梯控制系统中变频器的选择。3.1变频器的分类变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类：（1）按变换频率的方法分交直交变频器、交交变频器（2）按主电路工作方式分电压型变频器、电流型变频器（3）按变频器调压方法的不同分PAM变频器、PWM变频器（4）按工作原理分类U/f控制变频器、VC控制变频器、SF控制变频器（5）按照用途分类通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器3.2变频器的选择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。先对变频器进行分类，然后分别讨论品牌和型号、规格。3.2.1选择变频器品牌型号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。3.2.2选择变频器规格变频器产品说明书都提高标称功率数据，但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。因此，直接按照变频器标称功率进行选择，在实际中常常可能会行不通。根据具体工程的情况，可以有以下几种不同的变频器规格选择方式：（1）按照标称功率选择：一般作初步投资估算依据。（2）按照电动机额定电流选择；多用于恒转矩负载的新设计项目。（3）按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。（4）按照转矩过载能力选择综上所述，根据实际工程情况，以适当的方法选择变频器规格很重要。选择结果多数情况下变频器标称功率与电动机匹配，少数情况需要放大。所以，笼统的认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法，但会造成浪费。总的来说从生产成本来作合适的选择。3.2.3选择的变频器应满足的条件（1）根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。（2）所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配。（3）为降低电梯成本，首选通用变频器。（4）电梯的启动和停车都要平稳。（5）变频器带有防止失速功能。（6）变频器具有优良的转矩特性。3.3通用变频器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：一、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。二、为了节约能源、降低生产成本。3.3.1通用变频器概况上个世纪80年代初，通用变频实现了商品化。在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。（1）容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA，400KVA以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。（2）结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSI）和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”（Intelligent Module，IPM）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。（3）多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。（4）应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器；金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床，加工中心超高速伺机的精确位置控制都已应用通用变频器；在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公元喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。3.3.2 三菱FR-A740通用变频器3.3.2.1 三菱FR-A740通用变频器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。考虑到以上因素，本设计选用三菱FR-A740型通用变频器三菱新一代高性能通用型变频器FR-A740系列三菱电机最新推出新一代高性能通用型变频器A740系列产品具有高水平的运行性能；广泛的使用环境；便利的维护特点及各类简易操作的实用功能。A740系列变频器采用了全新的设计理念，努力做到新-设计水平先进、新颖；全-功能齐全、一机多用；高-控制性能优越而独特。A740系列变频器具有以下先进的功能和特点：汇总了以往三菱变频器中具有代表性产品的特点，即：常规控制性能方面吸取了A500的特点（过载能力强、控制功能多、适合大多数通用场合）；矢量控制方面与V500相当（工作于多种模式：速度、转矩、位置及各模式的切换、用途更广泛、更专业）；外型结构和辅助功能与F700相同（通讯功能强、信号调整方面近似工业仪表的特点，调节余地大、使用更为方便）。发挥普通电机的最佳性能（无传感器矢量控制）：驱动无编码器的普通电机实现高精度和快速度响应运行的矢量控制。在0.3Hz的超低速下最高可实现200%的输出转矩。转矩模式下控制范围1:20；响应水平进一步提高,速度响应120rad/s,速度控制范围1:200。驱动带编码器的电机实现高性能的矢量控制：闭环矢量控制下，变频器可达到比无传感器矢量控制时更高精度和更快速度响应的性能。速度控制范围1:1500；速度波动率：0.01%；速度响应300rad/s。转矩控制范围1:50；并具零速控制和伺服锁定功能。位置控制中，内置15段预设位置段，并且可与PLC或脉冲单元连接后可构成通用伺服系统，实现定位操作。若选用三菱专用电机，可实现低速时连续输出100%转矩，适合于开卷/收卷等场合。强大的网络通讯功能：内置USB通讯接口，方便连接FR-Configurator变频器设置软件。除内置的基本485通讯方式外，通过选用各种总线适配器，可链接于CC-Link、Profibus-DP、Device-NET、LonWorks、CANopen、EtherNET、SSCNET，高效、快速地实现设备网络化。内置EMC滤波器：有效地抑制电磁噪声，无需外部配置，节省安装空间。长寿命设计：主回路电容、控制回路电容、新设计的冷却风扇设计寿命均为十年。三菱FR-A740系列通用变频器技术规格如图3.1、3.2图3.1图3.2（1）表示适用电机容量是以使用三菱标准4极电机时的最大试用容量。（2）额定输出容量是指440V时的容量。（3）对于75K以上容量的变频器，如果将Pr.72 PWM频率选择设定为大于2KHz的值进行运行时，额定输出电流为（）内的值。（4）过载能力是以过电流与变频器的额定电流之比的百分数（%）表示时，反复使用时，必须等待变频器和电机降到100%负荷时的温度以下。（5）最大输出电压不能大于电源电压，在电源电压以下可以任意设定最大输出电压，但是变频器输出侧电压的峰值为电源电压的水平的倍。（6）变频器设置为LD和SLD时，只能采用V/F控制方式。3.3.2.2 FR-A740型通用变频器电梯调速系统通用变频器FR-A740可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩；它适合用于各种应用场合，可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行，其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。FR-A740将U/f控制、矢量控制、闭环U/f控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的配置及容量选择FR-A740变频器用在电梯调速系统中时，必须配PG卡及旋转编码器，以供电动机测速及反馈。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。A、B两相脉冲波形图如图3.3所示。图3.3变频器的容量计算功率计算如图3.4图3.43.4.4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。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高，采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻R2的大小应使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半，即：其中Uo为额定情况下变频器的直流母线电压，取，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。即：最后，选用的制动电阻为R=30，功率为P=3.5kW的电阻。第四章PLC的选择及其硬件开发电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、PLC、变频器、调速系统构成，控制系统结构图如图4.1所示。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统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，抑制直流电压升高。4.1可编程序控制器（PLC）的选择电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定的输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前提。4.1.1轿厢位置检测轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有如下几种：1）用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。2）利用稳态磁保开关。这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。3）利用旋转编码器。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，因而在电梯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，硬件连接可谓简单方便。旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，用以测量转动量（主要是转角），并把它们转换成数字形式的输出信号。在电梯中用码盘来检测轿厢的运行速度及轿厢所处位置，用作速度反馈信号和位置指示信号。旋转编码器的转轴直接与曳引电动机转轴相连接，当电动机转动时，编码器输出与转角对应的脉冲数，通过累计脉冲数量可直接算出轿厢相应的位置行程，进而，算出电梯运行过程中轿厢所处层楼位置，确定换速点、提前开门区、平层停车点等。以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故系统采用此法。4.1.2可编程控制器（PLC）的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，综合考虑后，系统选择了德国西门子公司的S7-200系列PLC。4.2 PLC控制系统硬件开发电梯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4.2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，存储在存储器及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。4.2.1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