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(本科)毕业设计升降机控制系统的设计学 院： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩: 日 期： 摘 要本设计采用了变频器来控制电动机的正反转，分析其特点，实现电梯的平稳运行，营造一个舒适的环境；用编码器来反馈电梯的运行速度，使硬件系统和软件系统同步运行；采用了三菱公司的FX2N-64MR-001型PLC，利用其编程指令来实现系统的控制；采用了上下限行程开关等电气保护电路，机内还设有报警系统。20世纪70年代，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速精度和范围、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。关键词：电梯，变频器，编码器目 录第1章 电梯原理及总体方案31.1 电梯工作原理.3. 1.2 总体方案的选择5第2章 控制程序设计 132.1 程序梯形图.13结论 22附录123II第1章 电梯工作原理及总体方案的选择1.1 电梯工作原理111 工作过程概述 此电梯为四层垂直电梯，无工作时，电梯处于静止状态，电路断开。当电梯电源接通，基站钥匙开关接通时。电梯开始工作，当无人呼梯时电梯停在一楼，此时电机停止，当有人呼梯时，电梯根据呼梯位置运行到相应楼层。在开始运行时，速度从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3S左右，然后维持50Hz的速度一直运行，当在到达相应要求停止的楼层以下1.6米处时，开始减速。从50Hz到6Hz的减速过程在3S之内完成，当达到6Hz速度时电梯停止减速，并以此速度爬行。当平层信号到来后，PLC撤消爬行信号，同时发出停梯信号，此时电动机从6Hz减速到0Hz，电梯停梯，同时通过PLC抱闸及自动开门；人进入电梯后，可手动关门，并选择要到达的楼层。也可在5秒内自动关门，关门后，电梯以前面说法运行。当电梯在一定时间内无人呼梯时，将会回到一层。在其中，如果出现故障时，电梯会发出报警，如超载，欠压等故障。在运行过程中出现故障，安全措施将会自动启动，锁住电梯。112 电梯变频器调速系统的构成PLC：负载处理各种的逻辑关系，从而向变频器发出停止信号，同时变频器也将本身的工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系。变频器：完成调速功能旋转编码器、PG卡：完成速度检测及反馈113 工作原理（如图2.1）图2.1 电梯工作原理图114 正常运行状态的调速原理 电梯一次完整的运行过程，就是曳行电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。（1） 起动：（正常运行的起动） 当电源接通，有呼梯信号产后，正转（或反转）及高速信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3s左右。起动时间可通过参数设置：令C1-01=3S（2） 运行 快车运行的速度对应的频率为50Hz，在起动运行3秒后即达到这个速度，只要换速信号没有到来，就一直维持50Hz的速度运行。快车运行速度可通过参数设置：令D1-02=50Hz（3） 爬行 当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，爬行的输出频率为6Hz，爬行过程分为两段： 当换速信号到来，从50Hz到6Hz的减速过程，减速过程的时间在3s之内完成。减速时间可在运得前设置：令C1-02=3s 以6Hz速度的爬行过程,当减速到6Hz的速度后，电梯就以此速度爬行，只要平层信号没到来，就一直维持6Hz的速度爬行。爬行速度可在运行前设置（4） 停车 当平层信号到来时，PLC撤掉正转（可反转）信号爬行信号，此时电动机从6HZ减速到0HZ。在正常情况下，在整个的起动，运行及减速爬行段内，变频器的零速输出点及异常输出点一直是闭合点，减至0HZ后，零速输出点断开，通过PLC抢闸及自动开关，BB基极封锁。（5） 慢车慢车用于电梯调试及检测过程。当工作方式开关打到检修档，同PLC发出慢车信号，电梯以10HZ慢车速度运行。慢车速度可在变频器上设置：令D1-09=10Hz。 电动机制动控制的处理a. 当起动信号从PLC输出给变频器时，变频器开始运行，控制端子9-10信号端立即输出信号给PLC，但PLC要在9-10信号有效0.8s左右后再松开制动闸。而在减速平层后，要在速度完全为零时即9-10信号无效后，再把制动器闸互夹紧。b. BB基极封锁应和制动信号同时从PLC输出，即电梯停在某一层时，一直处在BB封锁状态，以防误动作。12 总体方案的选择121 拖动方案选择 电梯的拖动系统经历了从简单到复杂的过程。目前用于电梯的拖动系统主要有：单、双速交流电动机拖动系统；交流电动机定子调压、调速拖动系统；直流发电机电动机、晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电动系统；VVVF变频变压调速拖动系统。直流发电机电动机、晶闸管励磁拖动系统具有调速性能好，调速范围大的特点，因此，很早就应用于电梯的拖动系统，它控制的速度可达4m/s。但是这种机组结构体积大、耗电大、维护工作量大且造价高，常用于对速度、舒适感都要求比较高的场合。晶闸管直接供电动系统与直流发电机电动机、晶闸管励磁拖动系统相比有以下优点：机房占地节约35%、重量减轻40%、节能25%-35%、调速比可达1：1200。缺点是：速度、舒适感都要求比较差。交流单、双速交流电动机拖动系统具有结构紧凑、维护方便。线路简单、成本较低的优点，但舒适感较差（尤其反映在减速上）。涡流制动、能耗制动的应用使其获得了较好的舒适感和平层精度，因而得到了广泛的应用。VVVF系统虽然采用交流电动机驱动，却可以达到直流电机的水平。它体积小，重量轻，效率高，节省能源，几乎包括了以往所有拖动系统的优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。本设计采用VVVF变频调速拖动系统。122控制方式的选择 电梯的运行是一个复杂的过程。为了安全、方便、舒适地运行，除了需要良好的拖动系统外还必须有一套完善可靠的控制系统。电梯的控制系统以控制形式分为集选控制和群控两种。电梯的控制方式有：电磁继电控制系统、微机（PC）控制系统、可编程控制器（PLC）控制系统、单片机控制系统等。目前电梯的控制普遍采用以下两种方式。一种是以微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能设定，实现电梯的自动高度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来控制的微机控制。另一种是用可编程控制器（PLC）取代微机（PC）实现信号的集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种控制方法无太多的区别。国内大多的电梯厂家选用第二种控制方法，其原因在于生产规模小，自己设计制造微机控制装置成本高，而PLC可靠性高。程序设计方便灵活、使用维护简单、成本低廉等优点正好弥补了微机控制系统的不足。本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制。具有一定的代表性和新颖性。123 工作方式选择本设计工作方式分为自动，检修两种。自动工作方式：当接通电源后，根据人员的要求，各由PLC控制，自动运行主要由PLC程序和各点信号控制。检修工作方式：当电梯出现故障时，电梯将由人工控制，以慢车方式上下运行。124电梯运行中位置信号的检测 (1) 上/下极限位置:在电梯井道的上端和下端各装有一个极限开关，在电梯运行到极限位置的时候，此开关接通，电梯将停止运行。(2) 层楼和换速信号：根据外呼内选信号，将层楼位置和换速点在运行前输入变频器内部，运行时，由旋转编码器反馈到变频器PG卡，再在变频器内部计算，确定电梯位置。 (3) 开/关门到位信号：在电梯门两边装有两个限位开关，电梯门的开/关门到位信号由这两个限位开关控制，在关门信号没有到位的情况下电梯将不运行。本系统应用相对计数方式运行前将各信号所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算各信号。作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求，但和国外高性能的电梯相比还需要进一步改进。本设计基于这一想法，在不增加硬件电路的基础上利用现有的旋转编码器在构成速度闭环的同时通过变频器的PG卡输出与电梯运行速度和位移成比例的脉冲数，将其引入PLC高速计数端，进行位置控制。125 操作按钮及相应的运行指示一楼控制面板设有一个呼梯按钮（向上、带指示灯）、当按钮按下时指示灯亮，若电梯未在一楼，指示灯一直亮着，呼梯信号一直保持，直到电梯在一楼平层停靠才消失。在此这前，若再次按呼梯按钮系统作无效呼梯处理。当有呼梯信号时，电梯若处于自动工作方式下，则电梯在一楼平层停靠后，自动开门起先服务。二楼控制面板设有两个呼梯按钮，一个向上即呼梯的目的层位于二楼以上；一个向下即目的层为一楼。一个指示灯工作原理与一楼控制面板相同。三楼控制面板设有两个呼梯按钮，一个向上即咱梯的目的层信于三楼以上（四楼）；一个向下即三楼以下。一个指示灯工作原理与一楼控制面板相同。四楼控制面板设有一个呼梯按钮（向下、带指示灯）、当按钮按下时指示灯亮，若电梯未在四楼，指示灯一直亮着，呼梯信号一直保持，直到电梯在四楼平层停靠进行服务才消失。在此这前，若再次按呼梯按钮系统作无效呼梯处理。当有呼梯信号时，电梯若处于自动工作方式下，则电梯在四楼平层停靠后，自动开门先服务。在每一层楼的厅门上都装有四个指示灯，分别代表一至四楼，当电梯到达某一层楼平层后指示灯亮，在到达下一层平层时灭。 轿厢内设置了开关门按钮，用于手动开关门。为了乘客的安全，开关门按钮只在电梯平层停靠进行服务的情况下才有效。开门按钮同时也做安全触板用。设置四个内选按钮，对应着各楼层，以便乘客选取自己目的层。当某一内选按钮被按下时，它将保持到到达目的层后才消失（带有指示灯）。设有工作方式选择开关，用以电梯的工作方式是自动、还是检修。设有两盏是电梯运行方向指示灯，用以指示电梯的运行方向。另一盏是当电梯超载和出现故障时用来的报警指示灯。在控制板上方装有四个灯，原理和厅门口的指示灯相同。126无信号自动停机 在没有内选和外呼的信号下，通过延时程序将电梯的工作状态由运行转为停止状态，当有信号的时候，电机将恢复运行。127 保护措施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。 1 .主电路及控制电路的短路保护：在主电路和控制电路的三相电源上装有熔断器，以防在发生短路的时候，及时切断电源，保护电机。 2 .开/关门的安全保护：在轿门上装有安全触板，当有物体触及安全触板时，带动门电机运行，使轿厢开门。 3 .相序保护（相序调整）：采用三相，对相序的调整。当相序发生错误时，通过程序将自动更正。4 .超载，超速，过热，欠压保护措施：设超载开关，当超载时开关被触及，接通报警装置，电梯停止（不运行）。5. 故障报警：在电梯非正常运行情况下，接通报警装置，同时断开电源，使电梯停止运行。6.防超越行程的保护为防止电梯由于控制方面的故障，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位开关和极限开关组成。防止越程的保护装置只能防止在运行中控制故障造成的越程，若是由于曳引绳打滑、制动器失效或制动力不足造成轿厢越程，该保护装置无能为力。 7.报警和救援装置电梯发生人员被困在轿厢内时，通过报警或通信装置应能将情况及时通知管理人员并通过救援装置将人员安全救出轿厢。（1）报警装置。电梯必须安装应急照明和报警装置，并由应急电源供电。（2）救援装置。电梯困人的救援以往主要采用自救的方法，即轿厢内的操纵人员从上部安全窗爬上轿顶将层门打开。随着电梯的发展，无人员操纵的电梯广泛使用，再采用自救的方法不但十分危险而且几乎不可能。因此现在电梯从设计上就确定了救援必须从外部进行。救援装置包括曳引机的紧急手动操作装置和层门的人工开锁装置。 8.停止开关和检修运行装置（1）停止开关一般称急停开关，按要求在轿顶、底坑和滑轮间必须装设停止开关。（2）检修运行是便于检修和维护而设置的运行状态，由安装轿顶或其它地方的检修运行装置进行控制。 门的关闭，开启的动力源是门电动机，通过传动机构驱动轿门运动，再由轿门带动层门一起运动。门电机采用切换电阻调速时，则由安装在曲柄轮转动轴上的行程开关来实现。曲柄轮上平衡锤的作用是抵消关门后的自开趋势。 常用的门入口安全保护装置有以下几种：接触式保护装置： 安全触板非接触式保护装置： 光电式保护装置，超声波监控装置，电磁感应式保护装置。13 PLC的选择131 三菱FX2N系列PLC简介FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。控制规模： 6256点（基本单元：16/32/48/64/80/128点）特点：（1）集成型高性能。CPU、电源、输入输出三位一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。（2）高速运算基本指令：0.08s/指令，应用指令:1.52数100s/指令（3）安心、宽裕的存储器规格，内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。（4）丰富的软元件范围：辅助继电器：3072点 定时器：256点 计数：235点 数据寄存器：8000点（5）除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 （6）面向海外的产品适合各种安全规格 132 输入输出点统计输入输出点的统计如表1表1 输入输出点表输入器件输出器件其他机机内器件X000：一层钥匙开关SAY000：一层外呼上T1：超时返回X001：脉冲输入Y001：二层外呼上T2：2S关门X002：一层外呼上SB1Y002：二层外呼下X003：二层外呼上SB2Y003：三层外呼上X004：二层外呼下SB3Y004：三层外呼下X005：三层外呼上SB4Y005：四层外呼下X006：三层外呼下SB5Y006： 一层内呼X007：四层外呼下SB6Y007： 二层内呼X010：一层内呼SB7Y010： 三层内呼X011：二层内呼SB8Y011： 四层内呼X012：三层内呼SB9Y012： 电梯上行X013：四层内呼SB10Y013： 电梯下行X014：开门开关SB11Y014： 开 门X015：关门开关SB12Y015： 关 门X016：开门限位SQ1Y016： 报 警X017：关门限位SQ2Y017： 一层平层X020：手动开关SB13Y020： 二层平层X021：自动开关SB14Y021： 三层平层X031：上升极限SQ3Y022： 四层平层X032：下降极限SQ4Y023： 异常复位X034：故 障Y024： 快 车X035：相序更正Y025： 慢 车X036：异常信号Y026： 爬 行133 PLC的选择输入点数为22个，输出点数为22个，所以选择FX2N-64MR-001型PLC，其中I/O口总数为64个，输入32个，漏型，输出32个，继电器型，尺寸为220*87*90，反复扫描程序，操作处理时间：0.08S/指令，应用指令1.52至几百s/指令，编程语言为逻辑梯形图和指令清单，8000步内置程式容量。性能如表1:表2 PLC性能表环境温度0-55环境温度35%-89%RH（不结露）抗振JISCO911标准 10-55Hz 0.5mm(最大ZG) 3轴方向各2小时抗冲击JISC0912标准 10G 3轴方向各3次抗噪声干扰用噪声仿真器产生电压为1000V、噪声脉冲宽度为1s、周期为30-100Hz的噪声，在此噪声干扰下PLC工作正常耐压AC1500V 1 min各端子与接地端之间绝缘电阻5M以上接地第3种接地。不能接地时，亦可浮空使用环境禁止腐蚀性气体，严禁尘埃134 旋转编码器134 旋转编码器选择选OMRON公司1024脉冲增量式光电脉冲旋转编码器。增量式光电脉冲编码器其最初的结构就是一种光电盘（圆光栅）在一个圆盘的圆周上分成相等的透明与不透明部分，圆盘与工作轴一起旋转。此外，还有一个固定不动的扇形薄片，与圆光栅平行放置，并制作有辨向狭缝，当光线通过这两个作相对运行的透光与不透光部分时，使光电元件接受到的光能量也时明时暗地连续变化（近似于正弦波信号），在光电元件上形成明暗交替变化的条纹，产生两组近似于正弦波的电流信号A和B，两者的相位相差90度，经放大，整形电路变成方波。若A相超前于B相，对应电动机作正向旋转，若B相超前于A相，对应电动机作反向旋转，旋转编码器根据AB脉冲的相序，可判断电动机转动的方向。若以A、B相方波的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列，根据A、B脉冲的频率（或周期）可测得电动机的转速。脉冲编码器可用于位置和速度测量，A和、B和四个方波被引入PG卡，经辨向和乘以信率后，变成代表位移的测量脉冲。135 控制面板设计控制面板共有两个，如图3.7图3.7 控制面板图在每层楼都设有一个呼梯控制面板，如图，当按一下按钮时，相应指示灯亮。在基层并设有一个钥匙开关。在轿厢内设有一个控制面板，其中包括相应楼层指示灯，内呼按钮，和开关门按钮，报警等。136 硬件电路设计136总电路设计M1为拖动电机，M2为门电机，电机M1的正反转控制着轿厢的上行与下行，当QF通，KM1通时，则M1电机通，可由变频器控制其速度。当变频器的X1-FWDCM接通时，电动机正向运转，轿厢上行；断开时，电动机减速停止，轿厢也减速停止；当变频器的X2-REVCM接通时，电动机反向运转，轿厢下行，断开时，电动机减速停止，轿厢也减速停止；当变频器的X5CM接通时，电动机高速运行，轿厢快速运行；当变频器的X6CM接通时，电动机低速运行，轿厢进入爬行运行状态；当变频器的X7CM接通时，电动机低中速运行，轿厢进入慢车运行状态（用于检修）。而这8个引脚通过中间继电器接到PLC，当继电器通电时，相应的KA变接通，对应的变频器引脚工作。变频器一个脉冲引脚接到PLC的X1，10脚和18脚分别为异常信号。与电机有一同轴连接的旋转编码器，它将电机的转速反馈到变频器PG卡。变频器则由PLC控制。 电机M2的正反转控制着轿厢门的开关， 在运行中当电梯到达目的层，需进行平层停靠服务停靠完毕时或电梯停靠服务延时到正在进行关门动作但电梯尚未启动运行时有开门要求即手动开门按钮被按下，KM2得电接通，门电机正转，轿厢门打开；当电梯平层停靠服务完毕即停梯服务延时到或在停梯延时服务期间有关门要求即手动关门按钮被按下且没有开门要求手动开门按钮没有按下时，KM3得电接通，门电机反转，轿厢进行关门动作。第2章 控制程序设计21程序梯形图（1） 外呼内选 当按下X2，即所对应的动作为1楼上，M0得电自保，M0的消除用1楼的平层信号消除，同理2楼上、2楼下、3楼上、3楼下、4楼下信号的记忆、消除，由各自的继电器和各层的平层信号来实现。当乘客按下4楼内选X13继电器M9得电，当电梯到达四层平层信号，即Y22能，内选信号自动消除Y20、Y21、Y22得电记忆和失电消除原理一样，程序如上图。（2）平层停车当电梯启动电源，M8000便得电接通，程序运行，任用四个比较指令计数，CMP K C246 M0此指令，当KC246时，M0=1，即得电。当K=C246时，M1=1，当KC246时，M2=1。 在程序任行前，先平层点保存入数据寄存器中，当M1=1时，即到达平层点。（3） 上行电梯上行由M500控制，当电梯在一楼时，得到2楼上呼M1，三楼上呼3，四楼下呼信号时5，电梯上行，同理在一楼有2楼内选M7或3楼内选M8或4楼内选M9时电梯也上行，上行信号的消除靠平层信号来实现。若电梯在2楼则Y20闭合，若有3楼下或4楼下外呼时，M3、M5接通， 同时有3楼内选M8和4楼内选M9信号时电梯也上行。若电梯在3楼时Y21接通，有4楼下和4楼内选M5、M9信号时电梯也上行。到达四层时信号自行切断。 （4） 下行电梯下行由M501控制，当电梯位于4楼时Y22常开闭合，当下面层楼有呼梯信号1楼上M0、2楼上M1、2楼下M2、3楼上M3、3楼下M4、1楼内选M6、2楼内选M7、3楼内选M8时，M501得电控制电梯下行，到达目的层楼时用层楼信号消除下行信号，电梯在三楼时，Y21通，当有一楼上M0，二楼上M1，二楼下M2，三楼上M3，三楼下M4时M501通。当电梯在二楼时，同理，还有图中T1即为下面程序的超时时间。另外还有指示灯Y12代表电梯上行，Y13代表电梯下行。程序见下图。（5） 超时驶回基站当电梯完成一次服务后，若没停在基站，那么在一定时间内没有任何服务信号即既无内呼也无外呼时，则经过一定的定时时间后自动驶回基站。定时时间设为30秒，30秒后电梯向下运行，见下图下行程序。当下行程序运行时，定时器清零。程序见下图。（6） 换速点此程序也由比较指令完成。原理见平层停车。当高速计数器C246的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，目的层有有效的选层信号式呼梯信号，发出换速信号以实现换速。程序如上图。（7） 相序纠正当相序发生变化时三相异步电动机反转，因此当相序变化时只须把原来的状态切断，接通与之相反的运行状态控制接触器。程序见下图。（8） 爬行图中Y24为电梯快行，Y26为慢车，M22-M38为电梯的位置，由前面的比较指令得出结果，当电梯在换速成点以下时，Y24通，即快速行使，到达目的层的换速点且目的层有有效呼梯信号则发出换速信号。电梯转入爬行阶段。爬行信号由平层信号切除。程序见下图。（9） 报警此程序为电梯发生故障后报警，也包括手动报警X33。当出现故障信号（来自变频器异常信号、来自变频器的错编脉冲信号、外部输入信号如超重，超速，欠压等）立即接通BB封锁，电梯停机。同时发出报警。程序见下图。（10） 开/关门当电梯平层后经程序判断确定需进行停梯服务时，进行停服务。在电梯停稳后延时2秒后自动开门，开门一定时间后自动关门。此关门的延时时间为10秒，为提高效率设置手动关门按钮，当无需一定要等到定时到自动关门时，按下关门按键进行手动关门；为确保安全设置手动开门按钮，当门自动关时，按下开门按钮，取消正进行的自动关门动作而转为开门。在关门到位后，电梯开始运行后定时器清零。程序见下图。（11） 指示灯指示灯包括外呼内选指示灯，电梯上下行指示灯，以及平层指示灯，当电梯达到某一层时，利用保持指令使M得电保持，同时指示灯亮，当到达下一层楼时，返回，指示灯灭。程序见下图。结 论通过这