毕业设计（论文）-基于组态技术的PLC电梯控制系统设计.doc

化工学院 毕毕业业设设计计说说明明书书 题题 目：目： 基于组态技术的基于组态技术的PLC电梯控制系统设计电梯控制系统设计 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指指 导导 教教 师：师： 专专 业业 年年 级：级： 自动化自动化 2009级级 所所 在在 班班 级：级： 09级自动化班级自动化班 完完 成成 日日 期：期： 2014年年6月月7日日 答答 辩辩 日日 期：期： 2014年年6月月14日日 摘 要 青海大学化工学院 I 基于组态技术的基于组态技术的PLCPLC电梯控制系统设计电梯控制系统设计 摘 要 课题涉及以下两方面：首先PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，控制系统 的核心是PLC。其次稳定与安全运行是评价电梯性能的重要依据，针对提高电梯的安全运行， 设计一种基于MCGS组态软件的电梯实时运行的监控方案。该方案通过RS485/RS232通信接口采 集到模拟电梯的实时运行数据，采用MCGS组态软件涉及电梯的现场监控系统，通过整体的设 计和动画效果的演示，实现现场设备的实时监视。 课题的设计对象是一六层电梯，电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功 能。轿厢内可提供上行信号、下行信号、平层检测信号、开关门限位信号、门安全信号等， 由 PLC 来实现电梯信号控制，主电路有双速电机实现调速，轿厢运动速度要经过低速转变为 中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。当电梯检测到目标层楼层监测点产生的减速点 信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。 为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电 梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。系统的核心部分（控制部 分）使用了三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从 而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容 易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。 关键词：PLC，电梯，模拟电梯，MCGS，监控系统 Abstract 青海大学化工学院 I DESIGN OF PLC CONTROL SYSTEM OF ELEVATOR BASED ON CONFIGURATION TECHNOLOGY Abstract The research projects cover the following two questions: First, PLC control means the elevator signal control software to achieve by the PLC control system. Second, stability and security operations are an important basis for performance evaluation of the elevator, for improving the safe operation of elevators, the design MCGS configuration software based on real-time applications that run on the elevator control program. RS485/RS232 communication interface of the program collected through the PLC-controlled real-time simulation of elevators operating data, the use of configuration software MCGS scene involving the elevator control system, through the overall design and animation presentations, field devices to achieve real-time monitoring, remote Control. Subject of design object is a six elevator of company office building, the elevator car can run up and down, the car door has the protection function such as switch and the limit. Capsules can offer within the uplink signals, downward, horizontal layer detection signal, switch threshold level signals, security door, the elevator electrical part is composed of dc motor, sensor, etc. By PLC to realize the signal control, main circuit with double speed motor to achieve speed. Capsules to movement speed after a slow to medium speed into high speed again, and run to the deceleration point at high speed. Floor when the elevator detected target layer of the deceleration point signal monitoring, enter the deceleration condition, from medium speed to low speed, and at a lower speed to a flat layer stop point. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results. KEYWORDS: PLC, Elevator, Simulation of elevator, MCGS, Monitoring System 目 录 青海大学化工学院 I 目 录 摘 要 .I ABSTRACT .III 目 录 .V 1 绪论 .1 1.1 电梯的概述.1 1.2 电梯的发展简史.1 1.3 PLC控制电梯.1 1.4 课题的提出.1 1.5 课题的主要讨论内容.2 2 系统总体方案设计 .3 2.1 系统总体设计思路.3 2.2 系统的具体实现.3 2.3 电梯控制系统介绍.4 2.4 电梯控制方案.4 3 系统硬件设计 .5 3.1 可编程控制技术.5 3.1.1 可编程控制器的基本概念 .5 3.1.2 PLC的特点 .5 3.1.3 可编程控制器的组成及其各部分功能 .5 3.2 可编程控制器（PLC）的选型 .5 3.3 电机调速系统的设计.6 3.3.1 电梯的速度曲线 .6 3.3.2 电力调速系统的应用与发展 .6 3.3.3 异步电机的调速方法及经济技术比较 .7 3.4 硬件电路的设计.8 3.5 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路.9 4 系统软件设计 .11 4.1 系统程序的设计.11 4.2 GX DEVELOPER编程软件的使用.12 4.2.1 GX Developer编程软件的主要功能 .12 4.2.2 编程操作 .12 4.2.3 程序调试及运行 .12 4.3 电梯控制的软元件设计.13 4.4 电梯PLC梯形图的设计.14 5 系统监控 .19 5.1 MCGS的主要特性和功能.19 5.2 六层电梯的监控方案设计.19 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 II 青海大学化工学院 5.3 MCGS组态软件与PLC通信连接.19 5.4 MCGS实现监控的设计过程.21 5.4.1 主控窗口 .21 5.4.2 实时数据库.22 5.4.3 设备窗口 .22 5.4.4 用户窗口 .23 5.5 MCGS的监控运行.23 6 结束语 .25 参考文献 .27 致谢 .29 附录 .31 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 0 青海大学化工学院 1 绪论 1.1 电梯的概述 随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，建筑业得以 迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅比比皆是。伴 随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一 种生产过程中的重要电气设备，也越来越在人们的生活中扮演着重要的角色，传统的电梯已不能满 足人们的需要，在追求高质量生活的今天，电梯的功能提高也显得尤为重要。 1.2 电梯的发展简史 最早的电梯可以追溯到公元前2800年的埃及，那时候为了建造金字塔，就有记载使用过由人力 驱动的升降器材1。在瓦特发明蒸汽机后出现了由蒸汽驱动的电梯，后来英国的阿姆斯特朗发明了 水压梯，并且这种电梯现在仍有使用。随着电力文明的到来，电梯发生了革命性的变化，电力驱动 的电梯成了当今的主流，并且随着电机的出现个革新，电梯的性能也得到了提高，而现在，电梯也 正以飞快的速度发展着，可以预想到，未来的电梯将不是我们现在所乘坐的电梯那样，它的功能将 更加强大2。 20世纪30年代，美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安 装了74台速度为6.0m/s的电梯3。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电 梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编 程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运 行效果显著提高。 1.3 PLC控制电梯 (1) 在电梯控制系统中引入PLC，可以实现软件对电梯运行时的自动控制，系统的可靠性得以 提高。 (2) PLC拥有丰富的内部资源，使得控制系统高度集成，外部接线简单明了。 (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) PLC能用于群控调配和管理，便于提高电梯运行效率。 (6) 更改控制方案时不需改动硬件接线。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗 干扰性强，设计和调试周期短等优点，目前已成为电梯控制系统中使用最多的控制方式4。 1.4 课题的提出 PLC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，系统结构庞大，能 耗较高，机械动作噪音大，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。今年来， 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 1 绪论 青海大学化工学院 1 和组态软件对旧电梯进行改造，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 课题的主要讨论内容 课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）和MCGS组态软件实现对电梯的控制和监控。 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： 首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）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，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是 系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 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。 2 系统总体方案设计 青海大学化工学院 3 2 系统总体方案设计 2.1 系统总体设计思路 项目用GX Developer编程软件对PLC编程，并用MCGS组态技术仿真模拟PLC的控制对象，达到形 象直观的效果。首先PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，控制系统的核心是PLC。其 次针对提高电梯的安全运行，设计一种基于MCGS组态软件的电梯实时运行的监控方案。该方案通过 RS485/RS232通信接口采集到模拟电梯的实时运行数据，采用MCGS组态软件涉及电梯的现场监控系 统，通过整体的设计和动画效果的演示，实现现场设备的实时监视。 课题的设计对象是一六层电梯，电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功能。轿 厢内可提供上行信号、下行信号、平层检测信号、开关门限位信号、门安全信号等，由 PLC 来实 现电梯信号控制，主电路有双速电机实现调速，轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高 速，并以高速运行至减速点。当电梯检测到目标层楼层监测点产生的减速点信号时，电梯进入减速 状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。 系统选择了三菱公司生产的FX2N系列PLC，综合考虑输入输出要求，估计需要PLC输入输出点73 左右。因此，采用三菱FX2N-80可编程控制器完成本次设计。 电梯系统的总体结构图如2-1所示。 图 2-1 系统总体结构图 2.2 系统的具体实现 该系统具有的功能如下: 开始时，电梯可以处于任意一层；当有外呼梯信号到来时，电梯 响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时5S 后自动关门；当有内呼 梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时5S 后自 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 4 青海大学化工学院 动关门；具有楼层显示功能，电梯在碰到每一层的平层开关时，会显示所在楼层；电梯应具有 最远反向外呼梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层 向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号；电梯未平层或运行时，开门按钮和关门 按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。 2.3 电梯控制系统介绍 模拟电梯由MCGS组态软件及电梯控制系统等组成。由于电梯的运行是根据楼层以及轿厢的呼叫 信号，限位开关信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫信号是随机的，因此，系统控制应采用随机逻 辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯 的相应状态适时控制电梯的运行。 轿厢的位置是由每层限位开关控制，当轿厢经过或停在某一层时，碰触此限位开关。此时限位 开关得到一个输入信号，以便于PLC控制。为了便于观察，对电梯所在的楼层进行显示，本系统采 用发光二极管显示楼层信息，而对电梯的运行方向和呼叫信息同样采用发光二极管进行显示。 2.4 电梯控制方案 电梯每层设有呼叫开关按钮、呼叫指示灯和限位开关，因呼叫开关为常开按钮式开关，要求瞬 间接通有效，故需对信号进行自锁。电梯上升或下降途中不响应反向呼叫，故需对反向信号予以屏 蔽。电梯上升或下降至相应楼层后，呼叫信号及其指示应同时解除。当电梯停在某层时，在原停层 两侧都有呼叫，则距离它最近的楼层呼叫有优先响应权；如果呼叫楼层与原停层距离相等，则谁先 呼叫响应谁。而在原停层的同一侧有几层同时呼叫，则电梯顺序响应呼叫层。 3 系统硬件设计 青海大学化工学院 5 3 系统硬件设计 3.1 可编程控制技术 3.1.1 可编程控制器的基本概念 可编程控制器简称（Programmable Controller）PC。个人计算机(Personal Computer)也称 PC，为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC（Programmable Logic Controller）5。 3.1.2 PLC的特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强 电气控制系统中最主要的指标是较高的可靠性。可编程控制器集成度很高，其生产工艺要求也 比较严格，在电路设计的时候就考虑了系统的抗干扰能力，因此可编程控制器有很强的抗干扰能 力。另外一些生产厂家在设计的时候还增加了多个处理器，这样可编程控制器的可靠性也得到了很 大的提高。不仅如此，可编程控制器还具有运行时候的硬件检测能力，在硬件发生故障时会发出报 警提示，综合这些使得控制系统具有了很高的可靠性。 (2) 配套齐全，功能完善 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的控制场 合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近 年来PLC的功能模块大量涌现，使PLC扩展到位置控制、温度控制、计算机控制等各种工业控制领域 中。加上PLC通信能力的提升及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎 可编程控制器是工业用的控制计算机，编程语言简单，容易被各阶层的技术人员掌握。例如梯 形图语言和传统的继电器接线类似。 (4) 系统设计周期较短，维护方便，更改功能容易 可编程控制器用存储器代替了复杂的接线，减少了外部接线，这样就使得系统的设计周期很 短，并且在运行维护方面也变得容易。最重要的是改变控制功能时只需要改变程序就可以达到目 标。 (5) 体积小，重量轻，能耗低 以超小型的可编程控制器来说，现有的产品中有底部尺寸仅100平方毫米、重量低于150克、运 行时候的功耗仅有几瓦的超小型可编程控制器。由于其体积较小，这些控制器很容易装进各种机械 内部，在实现机电一体化领域发挥着重要角色6。 3.1.3 可编程控制器的组成及其各部分功能 大多数可编程控制器虽然外观不同，但是硬件接口基本相同。主要有中央处理器（CPU）、存 储器（RAM、ROM）、输入输出（I/O）接口、电源及编程设备几大部分7。 3.2 可编程控制器（PLC）的选型 考虑到本次设计的电梯系统有六层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统 而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也 小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的 FX2N系列PLC。 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 6 青海大学化工学院 FX2N 系统PLC具有以下几方面的优点： (1）FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模 块。 (2）FX2N指令功能丰富，有各种指令 107 条，且指令执行速度快。 (3）FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足 了系统控制要求的需要。 (4）FX2N的编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包 MELSOFT系列的 GX Developer来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调 试和维护提供了极大的方便8。 3.3 电机调速系统的设计 3.3.1 电梯的速度曲线 电梯运行中的速度变化可以用如图31所示。速度曲线表示，如图中纵坐标代表电梯的运行速 度，横坐标表示电梯运行时间。t1为启动加速段，至A点到达电梯的额定速度，t2为匀速运行段，到 达B点，进入t3减速制停段，到达平层，减速完成停梯开门，完成电梯的一次运行。 图3-1 电梯的速度曲线 电梯的实际运行速度曲线，对乘客的乘坐舒适感有很大影响。特别是高速电梯在加速段和减速 段，如果设置不好，会有上浮、下沉、重压、浮游、不平衡等不舒适感，最强烈的是上浮和下沉 感。它与加速度与减速度的大小有关，当延长加速时间t1、减速时间t3，舒适感变好，但运行效率 降低。从实验得知，与人的舒适感关系最大的，不是加(减)速度，而是加(减)速度的变化率，即 “加速度” ，也就是t1和t3两头弧形部分的曲率。如果将加速度变化率限制在13ms2以下，即使 最大加速度达到225ms2，也不会使人感到过分的不适。 3.3.2 电力调速系统的应用与发展 随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电力调速系统在工农业生产、交通运输、国防军事 设施以及日常生活中越来越得到了广泛的应用。根据转速是否变化，可以将各类生产机械分为恒速 拖动与变速拖动机械两大类，而在现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求，使得对 变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。 长期以来，直流电机调速系统一直在调速领域占主导地位，这主要是因为直流电动机调速方 便。而且在磁场一定的条件下，它的转速和电枢电压成正比，使其转动矩容易控制。因此直流电动 机调速比较容易得到良好的动态特性，但是直流电动机的结构复杂、制造费时、价格昂贵、可靠性 差、运行出现火花等缺点使得直流电动机远远不能适应现代化生产向高速、大容量发展的要求。 3 系统硬件设计 青海大学化工学院 7 交流电动机特别是鼠笼型异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，而且坚固耐 用，运行可靠，维护量少，可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了极其广泛的应用。但由 于交流电动机平滑调速比较困难，在早期采用的主要是绕线式异步电动机转子外串电阻和鼠笼型异 步电动机变极调速。在30年代提出了串级调速的方法，但是带来调速系统复杂，不容易控制的矛 盾。直到本世纪50年代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代，使交流电机调 速技术得以应用。在印年代初期，几位著名的专家提出了实用和高效的静止变压变频器。虽然交流 电动机有许多优点，但由于变频器的成本高，以及需要比较复杂的控制系统，在与直流传动的竞争 中受到了阻碍，在70年代中期，在全世界范围内出现能源危机，节约能源的问题世界瞩目。作为节 约能源的一个重要手段，电机的调速问题得到了重视，许多过去一般不调速的装置也采用了调速， 由此对交流电动机调速技术的发展起了很大的推动作用。由此可见，研究电力传动系统，特别是交 流调速的问题有着重要的意义。 3.3.3 异步电机的调速方法及经济技术比较 异步电动机转速表达式为: n=n0(1-s)=60f/p(1-s) 式中：no为同步转速，f为电源频率，p为电动机的磁极对数，S为异步电动机的转差率。从上 式可以看出，要调节异步电动机的转速，可以从改变下列三个参数入手：改变异步电动机定子绕组 的磁极数即变极调速；改变异步电动机的转差率即改变转差率调速；改变供电电源的频率 即变频调速。 (1) 变极调速 对于鼠笼型转子结构的异步电动机，其转子的极对数能自动地与定子极对数相对应。改变定子 绕组的接法，以改变定子的极对数，使异步电动机的同步转速n0=60f1/p得到改变，达到调节转速 的目的。变极调速的优点：操作简便、机械特性硬、效率高、可获得恒转矩与恒功率调速。其缺点 是:只能有极调速，而且调速等级有限，只适用于不要求平滑调速的场合。 (2) 变转差率调速 常见的利用改变转差率进行速度调节的方法有下列几种：转子电路串接电阻调速；改变定子电 压调速；滑差电机调速；串极调速及脉冲调速等。下面依次介绍上述调速方法的简单原理及其优缺 点。 1) 转子电路串接电阻调速。其优点是调速方法简单、初期投人少，一般适用于恒转矩负载。 其缺点是当转速较低时，转子电路效率，随之降低，转子损耗增大，经济性变差；由于转子电路串 接电阻，使机械特性变软，而且串接电阻的数值越大，特性就越软，因而在低速下稳定性差；只能 获得有级调速，平滑性不高；调速范围受负载转矩的影响，当轻载时，调速范围很小。 2) 改变定子电压调速。当转速低于、(与最大转矩对应的转速)时，其机械特性部分对恒转矩 负载不能稳定运行，因此调速范围很小。对于恒转矩调速，在增加异步电动机转子电阻的基础上， 改变定子电压，可获得较宽的调速范围。但它的机械特性变软，使运行不大稳定。而且低压时，过 载能力低，负载波动较大时，适应性差，调速时效率低，功率因数较转子电路串接电阻时更低，在 低速时，电机发热严重。 3) 滑差电机调速。其特点是在异步电动机的轴上装一个电磁滑差离合器。滑差电机的优点是 结构简单、运行可靠、维护方便、可实现平滑调速。其缺点是这种调速方式在不同的励磁电流下其 机械特性很软，并且励磁电流越小，特性越软。在低速下它的效率很低。由于磨擦与剩磁的存在， 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 8 青海大学化工学院 使其存在不可控区，即当负载转矩小于10%的额定转矩时可能失控。 4) 串极调速。绕线型转子的异步电机与其它电机或电子设备(例如由晶闸管组成的逆变器)串 级连接，以实现速度调节。串极调速的优点是在调速过程中其机械特性硬度不变，稳定性好；转速 可以调节至很低，调速范围较宽；可实现自动控制无极调速；转差功率可返回电网，效率较高。其 缺点是只适用于绕线型转子的异步电机，在使用上有其局限性；必须有一个与转子电势频率相同的 外加电势。由于外加电势的频率也得随之变化，这在技术上是比较复杂的，设备较多，这是申极调 速的一个主要缺点。 (3) 变频调速 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广泛应用。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器，其功能 较强，使用灵活，但其价格昂贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，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。 目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制 系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 异步电机的转速n=60f(1-s)/p，当转差率变化不大时，n基本上正比于f,所以改变供电电源频 率f，即可调节异步电动机的转速。这种调速方式，如有频率连续可调的供电设备，可以获得很大 的调速范围，很好的调速平滑性和足够的机械特性硬度。 (4) 变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。 设电梯曳引机电机功率为P1电梯运行速度为v，电梯自重为w1，电梯载重为W2配重为W3重力加 速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2： P2 = (W1+W2-W3)g+F1v 其中F1=K (W1+W2-W3) g+为摩擦力，可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近于电 机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取Pl.5P2 (5) 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，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 R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即I1=Uo /R1I/2。其中Uo为额定情 况下变频器的直流母线电压。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 电时消耗功率。 3.4 硬件电路的设计 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的一项重 要内容。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。考虑以上各种因素，电梯控制系统设计用变频调速，设计中选用安川VS-61665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。图3-2是电梯控制系统的主电路图。图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电 动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电 3 系统硬件设计 青海大学化工学院 9 梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯 制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电 吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的 稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电机转为低速接法，接入阻抗 制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6-KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停 车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。 PLC外部接线图见附录。 123456 A B C D 654321 D C B A Title N um berR evisionSize B D ate:10-Jun-2013Sheet of File:E:Program FilesDesign E xplorer 99 SE LibrarySchM iscellaneous Devices.ddbD raw n B y: M 1 3 FR 2 FR 1 K M 6K M 7K M 4 R 1 K M 3 L1 K M 5 K M 1 L2 R 2 K M 3 K M 2 L1 L2 L3 SQFU 1 SQ 0 图3-2 主电路图 3.5 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 图 3-3 为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。门电动机为他励直流电动机，可由 KM9、KM10 控制其正反转。KM9 接通时，电阻 R2 与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电 动机正转实现开门，压下 SQ8 时，R2 部分被短接，实现开门调速。KM10 接通时，电动机将反转， 实现关门，并由 SQ9、SQ10 与 R3 一起实现关门调速。 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 10 青海大学化工学院 当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断 电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器 KA1，实现全部门关闭后电梯才能运行的控 制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开 关以及热继电器触点 FR1、FR2 串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器 KA2，用 KA2 的 触点控制 PLC 的 RUN 口，只有当该 KA2 吸合时，才允许 PLC 处于运行状态。这样可以节省 PLC 的输 入口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。 图 3-3 门机、抱闸、门锁及安全运行电路 4 系统软件设计 青海大学化工学院 11 4 系统软件设计 4.1 系统程序的设计 程序流程图如图4-1。 图4-1 PLC控制流程图 青海大学化工学院本科生毕业论文：基于组态技术的PLC电梯控制系统设计 12 青海大学化工学院 4.2 GX Developer编程软件的使用 三菱GX Developer编程软件是应用于三菱系列PLC的中文编程软件，可在Windows 9x 及以上操 作系统运行9。 4.2.1 GX Developer编程软件的主要功能 GX Developer的功能十分强大，集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试 等功能，其主要功能如下： (1) 在GX Developer中，可通过线路符号，列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据 及设置寄存器数据。 (2) 创建程序PLC程序以及将其存储为文件，用打印机打印。 (3) 该程序可在串行系统中与PLC进行通讯，文件传送，操作监控以及各种测试功能。 (4) 该程序可脱离PLC进行仿真调试10。 4.2.2 编程操作 (1) 输入梯形图 使用“梯形图标记”工具条或通过执行编辑菜单梯形图标记，将已编好的程序输入到计 算机。 (2) 编辑操作 通过执行编辑菜单栏中的指令，对输入的程序进行修改和检查。 (3) 梯形图的转换及保存操作 编辑好的程序先通过执行变换菜单-变换操作或按F4键变换后，才能保存。如图4-2 所 示。在变换过程中显示梯形图变换信息，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯 形图将不被保存。 图 4-2变换操作 4.2.3 程序调试及运行 (1) 程序的检查 执行诊断菜单诊断命令，进行程序检查。 (2) 程序的写入 PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC 写入命令，出现PLC写入对话框，如图4-3所示， 选择参数+程序，再按执行，完成将程序写入PLC。 4 系统软件设计 青海大学化工学院 13 图4-3 程序的写入操作 (3) 程序的读取 PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC 读取命令，将PLC中的程序发送