毕业设计（论文）-PLC控制五层电梯的系统设计.doc

河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计（论文）题 目PLC控制五层电梯系统设计班 级姓 名指导教师河南工业职业技术学院机电工程系毕业设计PLC控制五层电梯的系统设计摘 要随着科学技术和社会经济的飞速发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑中至关重要。同时，人们对电梯的性能要求也越来越高，比如可靠性、操作方便、舒适感、噪声低、低能耗等等。因此，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到调压调频调速，其逻辑控制也由原来的PLC代替了继电器控制。采用PLC控制的电梯，可以通过合理的选择和设计，能够有效地提高电梯控制水平，极大地改善了电梯的舒适感，是电梯控制达到比较理想的控制效果。PLC在电梯控制系统应用，降低了故障率，并有效地提高了电梯运行的可靠性与安全性。系统的结构简单、紧凑.电梯控制系统的工作原理是：首先将使用者的输入命令发送到PLC中，然后PLC根据系统的要求，发出控制信号以驱动外围设备，电梯就可以进行相应的动作了。本文在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序。提出基于PLC和变频器的VVVF电梯控制系统的方案。关键字：电梯，控制系统，PLC，变频器ABSTRACTWith scientific and technological and socio-economic development, high-rise buildings become the symbol of modern cities. As a vertical lift equipment, a growing number of people depend on the transportation and logistics, its role in buildings essential. At the same time , it has to lift the performance requirements are also increasing ,such as reliability ,easy to operate, comfortable nature, low noise, consumption, and so on. The elevator as an important traffic in skyscraper, it also has developed quickly with improving requirement of people. It logic control-relay control also has been replaced by PLC. Elevator of PLC control, the reliability is improved and the feeling of comfort is better than before through the reasonable selection and design, so the effect of control is more ideal. The Application of PLC in the Elevator control system reduces the breakdown rate and efficiently improves the operating reliability of the elevator with safety .The structure of system is also simple and tightly packed. The working principle of the elevator control system is: The spot control information is send into the PLC from the customer input devices firstly, then the PLC control cabinet is required to send out the control signal to drive the equipments according to the system demands. The elevator can then proceed the homologous action according to the control request .This paper, based on the introduction of the elevators basic structure, expatiates the drive and control principle of elevator, and analyzes how to use the PLC to program controlling process. The implementation projection of elevator VVVF control system based on PLC and transducer is studied and proposed.Keyword: elevator, control system, PLC, inverter目录第一章 前言61.1 电梯的起源与发展71.2 本设计的任务8第二章 电梯的概述 92.1 电梯的结构92.2 本章小结10第三章 硬件的选型113.1 PLC的选择113.2 电机的选型123.3 变频器的选型133.3.1 变频器的类型133.3.2 变频器的容量选取133.3.3 变频器的参数设置143.4 本章小结17第四章 硬件的设计184.1 电梯的电力拖动系统的类型184.1.1 电梯电力拖动系统的功能184.1.2 常见的电力拖动方式184.2 异步电动机的调速方法194.2.1 变压变频（VVVF）调速194.3 井道信号系统的设计204.3.1轿厢位置检测204.4 电梯门机控制原理224.4.1 开关门过程224.4.2调速原理234.5 电梯控制系统的设计244.6 本章小结24第五章 软件设计255.1 程序流程图255.2 PLC 的I/0分配及外围接线图265.2.1 元件说明265.2.2 PLC 的I/0分配275.3 控制系统程序设计285.3.1 电梯初始化285.3.2 指层控制285.3.3 开关门控制315.3.4 轿内指令控制325.3.5 厅外呼叫控制335.3.6 电梯的选层上、下行控制345.3.7 抱闸、泊梯、超重控制36第六章 电梯PLC的调试与安装376.1 安装调试376.1.1 单指令运行调试376.1.2 复杂运行调试38结束语39致 谢40参考文献41第一章 前言电梯在人类的生活中占有很重要的地位，然而电梯并没有悠久的历史，电梯面世至今不过一百多年，但电梯发展速度，令人惊叹。电梯随着建筑物需求而变化，品种也越来越多，计算机技术、通信技术的发展和半导体逐渐成熟，使电梯向着智能化方向发展。80年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟，人们利用PWM(脉宽调节)技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频(VVVF)，达到线性调速的目的。自80年代中期，VVVF控制的电梯先后由美国奥的斯、日本三菱等电梯公司相继开发并逐步推向市场。1.1 电梯的起源与发展随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。是现代城市生活中必不可少，且应用最广泛的垂直交通运输工具。它起源于公元前236年的古希腊。当时阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，造出三台，安装在妮罗宫殿里。事实上，早在公元前，我们的祖先和古埃及也都曾经使用了这种人力卷扬机2。在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年，在美国纽约市出现了世界第一台由亨利 沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。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一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。1889年，美国奥的斯公司制造的由直流电动机通过蜗杆蜗轮减速器带动卷筒卷绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降机，构成了现代电梯的鼻祖。为了解决乘客乘坐电梯的安全性和舒适感方面的问题，1892年，美国亨利华特列昂那得发明了用调节电动机励磁场来调速的电动机一发电机电力驱动系统，使直流升降机的电力拖动构造有了重大发展。1900年，交流感应电动机被使用到电梯驱动以后，进一步简化了电梯的传动设备。以后由交流单速电动机发展到交流双速感应电动机。1903年，美国奥的斯在电梯传动机构中采用了曳引驱动代替卷筒方式，提高了电梯传动机械的通用性，同时也制造了有齿轮曳引高速电梯。这种电梯减少了传动设备，增强了安全性能，成为目前电梯曳引传动的基本构造形式。在电梯控制技术方面，1949年开始应用电子技术，以后出现了电子器件与信息处理的分区控制系统，以后发展到大规模集成电路2。由于电梯拖动技术从直流电动机驱动，到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速(ACVV)控制，交流调压调频调速(VVVF)控制，使得电梯控制技术不断成熟，加上电子技术、电子计算机技术、自动控制技术在电梯中的广泛应用，使电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、减少噪声等方面都有了极大改善。70年代，特别是1973年以来，电梯控制柜的控制电路逐渐从模拟电路向数字化电路发展，数字技术显著提高了电梯的可靠性和运性精度。70年代末到80年代初，高速无齿轮和有齿轮快速电梯都应用微机作为控制的主要部件，而且每部电梯使用的微机不止一部。80年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟，人们利用PWM(脉宽调节)技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频(VVVF)，达到线性调速的目的。自80年代中期，VVVF控制的电梯先后由美国奥的斯、日本三菱等电梯公司相继开发并逐步推向市场。90年代，VVVF拖动系统得到较快发展，其许多技术、经济指标，明显优于其它电梯控制系统。1.2 本设计的任务本次毕业设计以四层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。本文涉及到的内容有电梯的基本结构、PLC的选型、变频器的选型及变频器的参数设置、电机的选型。完成硬件的选型之后，分析异步电动机的调速方法，着重介绍VVVF的调速系统。之后，画出控制系统的接线图，然后进行程序设计，包括指层模块、内指令与厅外召唤模块、选层及定向模块、换速点与平层点的获取模块关门模块、消防模块等等，最后，对控制程序调试分析。第二章 电梯的概述电梯是机电一体化的大型复合产品。机械部分相当于人的躯体，电梯部分相当于人的神经。机与电的高度结合，使电梯成为现代技术的综合产品。机械部分主要由曳引系统、轿厢和门系统、平衡系统、导向系统及机械安全保护装置组成。电气控制部分是由电力拖动系统、运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。2.1 电梯的结构目前，市场上应用的电梯类型较多，虽然他们的控制及拖动系统电路的差别较大，但它们的结构基本相同。一 曳引系统曳引系统主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反向轮组成，主要是用来输出和传递动力，使电梯运行。曳引机由电动机、曳引轮、联轴器、减速器和电磁制动器组成，主要是为电梯提供动力。二 导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。三 门系统门系统有轿厢门，层门、开门机构及门锁装置等组成。轿厢门入口，由门扇、门导轨等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是为轿厢门和层门提供动力。四 轿厢轿厢是运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和叫箱体组成的。轿厢架是叫箱体的承重机构，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。箱体由厢底、轿厢壁组、轿厢顶组成照明通风装置组成。五 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长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。六 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。它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机电梯的动力源，根据电梯配置可采用直流电机或交流电机。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。调速装置对曳引电机进行速度控制。七 电气控制系统电梯的电气控制系统是由控制装置、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，其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召唤按钮来操纵电梯运行的。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。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指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯运行方向。八 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体统，可保护电梯的安全使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞地保护作用，还有切断总电源极限保护装置。电气方面：强迫减速开关，上下端限位开关，终端极限开关。2.2 本章小结本章主要讲述了电梯的结构，电梯主要由八大系统组成：曳引系统、导向系统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。电梯的控制要求主要是根据客户的要求来选择。 (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与报警显示，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。综合上述分析，本设计采用PLC作为逻辑控制器件。第三章 硬件的选型目前，PLC的厂家和型号非常多，用于电梯控制的PLC的机型有：日本三菱上的F1系列、FX2系列及FX2N系列，日本欧姆龙的C系列、CQM1系列，德国的四门子系列，日本的富士系列等。电梯的曳引系统的电动机主要有交流电动机和直流电动机两大类。本设计选用控制方式为矢量控制的变频器，矢量控制的实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度和磁场两个分量进行单独控制。3.1 PLC的选择1输入/输出点估算输入点：门厅按钮6个，轿内按钮6个，轿厢门限位开关，检修开关，平层感应器，过载测量传感器1个，PG卡1个。输出点有：轿箱内指示灯4个，门厅召唤按钮指示灯6个，楼层显示用七段数码管7个，变频器引脚8个，电梯上下行指示灯2个。2内存容量的估算用户控制程序所需要的内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户程序编写水平等因素有关。因此，在用户编写程序前只能根据输入/输出的点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量IO总点数有71个，模拟量IO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IO总点数(1015)+模拟量IO总点数(150250)再按30左右预留余量。估算本系统需要约3K字节的内存容量。3输入/输出模块的选择（1） PLC输入类型主要有直流24V，交流110V等，考虑安全因素，并充分利用PLC主机本身提供的直流24V电源，因此，电梯信号的输入均采用直流24V。（2）PLC输出单元的类型有三种，可根据负载的情况选择：1）负载电压在交流250V或直流24V以下，负载的电流不超过2A，且不是频繁动作的负载，如电梯信号指示灯、呼梯铃、接触器、继电器等，均可以使用PLC的继电器输出类型。在继电器输出方式中，继电器作为开关元件，同时也隔离件，发光二极管构成输出状态显示器。当PLC输出一个接通信号时，内部电路使继电器线圈KA通电，继电器的常开触点闭合使得负载得电。VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势，输出单元如图42所示：图32 模式输出单元2）当负载为电子器件，负载的电压为直流524V，负载电流小于1A时，应使用晶体管输出类型。3） 对于频繁动作的交流负载，电压在85250V，电流不大1A，可使用无触点的电子开关双向晶闸管输出类型。综上所述，本设计选用三菱FX2N-80MR继电器输出类型。3.2 电机的选型电梯使用的曳引电动机分为直流和交流两种。应该满足以下特性要求：1能够承受沉重而频繁的启动冲击和正反转的需求。2要有较大的启动转矩，使之能满足轿厢满载加速时的力矩要求。3启动电流要小，避免由于频繁启动、制动而过大地影响电网电压，并使电动机发热。4具有发电制动的特性，能够满足对速度控制的要求，保证电梯安全运行。5应具有良好的机械特性，不因负载变化而引起较大的速度变化。6调速电机应具有良好的调速特性，保证电梯速度变化的平稳和平层准确度，交流电梯电动机，所需功率可用下面的经验公式计算得出 (31)式中：P-电梯曳引机额定功率，千瓦（kW）；K电梯配重的平衡系数，取0.40.5；Q电梯额定载重，千克（kg）；V电梯轿厢额定速度，米 /秒(m/s)；电梯机械总效率，有齿轮电梯取0.50.55；一般电动机的额定功率总是略大于计算值。因为还需要考虑轿厢运行的附加阻力及满载轿厢运行工况等因素，以保证轿厢在正常工况下电动机温升不超过极限值。电梯的额定载重量为1000kg，额定运行速度为1m/s，曳引机型号为YJ240，采用变频变压调速拖动。 3.3 变频器的选型变频器的类型选用是指要根据生产机械负载的特性、调速范围、静态速度精度、启动转矩要求，决定选用那种控制方式的变频器最合适。所谓最合适是指既要好用又要经济，以满足工艺和生产的基本条件和要求。变频器的选型应满足以下条件：1电压等级与驱动电动机相符，变频器的额定电压与负载的额定电压相符。2额定电流为所驱动的电动机额定电流的1.11.5倍，由于变频器的过载能力没有电动机的过载能力强，一旦电动机的过载，损坏的首先是变频器。3根据被驱动设备的负载特性选择变频器的控制方式。变频器的选型除一般注意事项（输入电压、频率、输出功率、负载特性等）外，还要求与相应的电动机匹配良好，要求在正常运转时，在充分发挥其节能优势的同时避免其过载运行，并尽量避开其拖动设备的低效率工作，以保证其高效可靠运行。3.3.1 变频器的类型变频器可以从以下不同的方面进行分类：1按控制方式分为通用型和工程型。通用型变频器一般采用给定的闭环控制方式，动态响应速度较慢相对较慢，在电动机高速运行的是可满足设备恒功率的运行特性，但在低速运行时难以满足恒功率要求。工程型变频器在其内部设有自动补偿、自动限制环节，在设备低速运行时可保持较好的特性以实现闭环控制。2按控制功能分为普通型变频器、具有转矩控制高性能型变频器和矢量控制高性能变频器。3.3.2 变频器的容量选取1变频器的容量，可以从三个角度去表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项由变频器的生产厂家根据本国或本公司生产的标准电机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。不管哪一种表示方法归根结底还是对变频器额定电流的选择。2合理选择变频器容量的方法变频器容量的选择是一个重要而复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配，容量偏小会影响电动机有效转矩的输出，影响系统的正常运行，甚至损坏装置；而容量偏大时电流谐波分量会增大，也增加了设备的投资。变频器容量的选择可以从以下三步进行8：（1）了解负载性质和变化规律，计算出负载电流的大小。（2）预选变频器的容量。（3）校验预选变频器。在满足生产机械要求的前提下，变频器的容量越小越经济。3变频器容量的计算由于变频器输出的是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流大。因此必须将变频器的容量留有适当的余量。变频器应同时满足以下三个条件8： (32) （33) (34)式中：P为曳引机输出功率；为效率（取0.85）；为功率因数（取0.75）；U为电压（V），I为电流（A）；K为电流修正系数（对于PWM方式取1.051.1）；PCN为变频器的额定容量（kVA）;ICN为变频器的额定电流（A）。3.3.3 变频器的参数设置变频器出厂时，厂家对每个参数都有一个默认值，这些参数叫工厂值。在这种情况下，用户能以面板操作方式正常操作，但面板操作并不满足大多数传动系统的要求。变频器的参数十分重要，若参数设置不当，不能满足工艺设备的需要，会导致变频调速系统启动、制动失败，或运行时跳闸，是变频调速系统不能正常运行，严重时会损坏变频器的功率模块IGBT或整流桥等器件。变频器的大多数参数不需要设置，可按出厂时的设置值，只需把使用时与出厂值不合适的参数重新设置即可，如外部端子的操作、模拟量操作、基底频率、最高频率、上限频率、下限频率、启动时间、制动时间、热电子保护、过电流保护、载波频率、失速保护和过电压保护等参数必须重新设置。1.FR-A740变频器的参数（1）按键功能及显示，按键说明见表31所示；单位及运行状态显示见32所示。表31 变频器按键说明按键说明MODE可用于选择操作模式或设定模式SET用确定频率和参数的设定UP/DOWN用于连续增加或降低运行频率。按下这个键可改变频率。在设定模式下按下此键，可连续设定参数。FWD用于给出正转指令REV用于给出反转指令STOP/RESET用于停止运行用于保护功能动作输出停止时复位变频器（用于主要故障）表32 单位显示、运行状态显示显示说明Hz显示频率时点亮A显示电流时点亮V显示电压时点亮MON监示显示，模式时点亮PUPU操作模式时点亮EXT外部操作模式时点亮FWD正转时闪烁REV反转时闪烁（2）参数设置参数设置原则：1）为了减少启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小一些，而积分常数宜大一些；2）为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽量低一些，以减少停车冲击。3）变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。FRA740系列变频器的大多数参数不需要设置，可按出厂时的设置值，表43的参数是由用户设置；表33 参数设置参数号名称应用1上限频率用于设置最大和最小输出频率2下限频率7加速时间用于设定加/减速时间8减速时间44第二加/减速时间45第二减速时间110第三加/减速时间111第三减速时间9电子过电流保护设定电子过电流保护值，防止电机过热14适用负荷选择选择与负载特性最适宜的输出特性71适用电机按使用电机设定电子过电流保护热继电器的特性7305V/010V选择选择输入端子25频率设定信号的电压输入规格900FM端子校正校正连接FMSD和AM5的仪表901AM端子校正902频率设定电压偏置调整输出频率高低（斜率）与频率设定信号的关系903频率设定电压增益904频率设定电流偏置905频率设定电流增益3.4 本章小结本章主要讲述了PLC、变频器、电动机的选型。本设计选用三菱FX2N-80MR，信号的输入均采用直流24V，使用PLC的继电器输出类型。变频器选用FR-A740-15K-CTH，此型号的变频器具有矢量控制的功能。本设计拟定电梯的载重量为1000kg,曳引比1:1，额定转速为1m/s。曳引机选用YJ240，电机功率为9kW，第四章 硬件的设计4.1 电梯的电力拖动系统的类型4.1.1 电梯电力拖动系统的功能（1）有足够的驱动力和制动力，能够驱动轿厢、轿门及厅门完成必要的的运动和可靠的静止。（2）在运动中有正确的速度控制，有良好的舒适性和平层准确度。（3）动作灵活、反应迅速，在特殊情况下能够迅速制停。（4）系统的工作效率高，节省能量。（5）运行平稳、安静、噪声小于国标要求。（6）对周围的电磁坏境无超标的污染。（7）动作可靠，维修量小、寿命长。4.1.2 常见的电力拖动方式目前国内生产的电梯主要用如下的一些电力拖动方式。轿厢升降运动的常见电力拖动方式划分如图41所示：轿厢运动的电力拖动方式直流拖动交流拖动单相励磁、发电机组供电的直流电动机拖动三相励磁、发电机组供电的直流电动机拖动晶闸管供电的直流电动机拖动斩波控制的直流电动机拖动双速交流异步电机定子串电阻调速拖动交流调压能耗制动的交流异步电动机拖动交流调压涡流制动的交流异步电动机拖动交流调压反接制动的交流异步电动机拖动变压变频（VVVF）交流异步电动机拖动永磁同步电动机变频拖动图41 电力拖动类型4.2 异步电动机的调速方法异步电动机转速表达式为： （41）式（41）中：n0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，如：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率,即改变转差率调速；改变供电电源的频率,即变频调速。4.2.1 变压变频（VVVF）调速1.变压变频的基本原理从电机学知道，三相交流电动机的转速为： （42）从式中可知，若均匀地、连续不断地改变施加于电动机进线端的供电电源频率f1，则可连续平滑地改变交流电动机的同步转速。但是从电机学中知道，电动机定子绕组中感应电动势为: （43）如略去电动机定子绕组中阻抗，则定子绕组进线端的端电压U1近似等于定子绕组中的感应电动势，即 （44）从式（44）中可知，若U1不变，随着f1的上升，将导致m的下降。但交流电动机的转矩为 （45）从式（45）可知，当外加负载转矩M不变时（电梯属于恒转矩负载），m随f1增加而减少或随f1的降低而增加。这样将导致电动机转子电流有功分量的变化，使得电动机的效率降低。同时电动机的最大转矩Mk也将变化，严重时会使电动机堵转。或由于f1降低而使m增大，导致磁路饱和，使励磁电流增大。因此，要想在改变的时候磁通m 保持不变，只需同步地改变E1，使 （ 46）从上面的分析可看出，只有同时改变电源的电压和频率，才能满足变频调速的要求。这样的装置统称为变压变频装置，即VVVF装置(VVVF是英文Variable Voltage Variable Frequency的缩写)。4.3 井道信号系统的设计为了完成对电梯的控制，在井道、轿厢和机房内设置了许多电子开光、机械开关、机械挡板和轿板（或磁体），用于反映轿厢位置、速度、运行方向和保护等信号。井道信号主要包括强迫换速、急停回路信号和换速、平层、校正信号两类。前者用于安全保护；后者用于调速装置的控制，有着严格的时间和空间关系，是影响电梯性能的最重要的控制信号。4.3.1轿厢位置检测电梯在运行过程中，为了获得轿厢的位置，完成对电梯的控制，需要在井道中设置许多电子开关、机械开关和检测装置。位置检测装置通常有：干簧感应器、双稳态开关、光电开光、接近开关、霍尔开关和光电编码器等。1.干簧感应器结构如图47所示。它是利用磁感应原理，使干簧管接点切换，当感应器U形槽内无铁板插入时，接点2受永久磁铁吸引与接点3接触，形成常闭接点；当U形槽内有铁板插入时，磁铁与铁板形成磁回路，称作隔磁，接点2受其机械弹性作用与接点1接触，形成常开接点。利用这两种信号的切换，可以产生换速、平层、校正等信号5。 图47 干簧传感器的结构图1-常闭接点2-转换接点3-常开接点4-干簧管5-桥板6-永久磁铁在井道中的每一层站都安装一个感应器，轿厢上安装隔磁板。当轿厢运行时隔磁板依次插入各个层站的磁感应器，使该层站的感应器触点接通，并通过电缆将感应器的触点信号输入PLC，PLC可直接使用输入点信号作为轿厢的楼层位置信号，进行定向、选层、换速。这种方法的特点是直观简单，当某个楼层感应器有问题时，只影响本层的信号，而不会相互影响，但占用PLC的输入点太多。与PLC连接如图48所示。图48 感应器信号的输入方法2.平层装置的动作原理当电梯轿厢上行，接近预选的层站时，电梯运行速度由额定梯速变为慢速后继续运行，装在轿顶上的上平层感应器先进入隔磁板，此时电梯仍继续慢速上行，接着，开门区感应器进入隔磁板，使干簧管触点位置转换，提前使开门继电器吸合，轿门、厅门提前打开；这时轿厢仍然继续慢速上行，当隔磁板插入下平层感应器，使干簧管的触点位置转换，上行继电器线圈失电释放，轿厢停在预选层站。3.光电编码器光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字的量的传感器，它是一种集光、机、电为一体的数字化检测装置。和变频器配用的旋转编码器通常为二相，A相和B相，两者在相位上互差904，如图59所示。光电编码器的转轴直接与曳引机转轴相连接，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以直接算出轿厢的相应位置，进而算出电梯运行过程中轿厢所处楼层位置、确定换速点、提前开门区、平层停车点等6。图49编码器的输出信号（1）脉冲计数方法：光电编码器与光码盘每转脉冲数的选择取决PLC的允许输入的频率、梯速、计数精度等因素。PLC允许的输入脉冲频率通常不超过2kHz，记为f0，假设梯速为vmm/s，电动机的转速n，每秒脉冲数为P，计数精度为S（毫米/脉冲），输出脉冲频率。则已知的v、n、f0条件下，按下列关系求P （47）（2）编码器与变频器的接线方式主要有两种：一种是直接相连；另一种是须配置专用的PG速度控制卡，将控制卡的PG-B2插入变频器的相关插座4CN中，再将PG的引出线接至控制卡上7。4.4 电梯门机控制原理电梯门分为轿厢门和厅门。轿门由门电机直接驱动，厅门由轿门带动。由于电梯属于特种设备，厅门、轿门是出入电梯的必经之路，所以电梯厅门设有机械电气连锁装置，轿厢门除了电气连锁外，还装有安全触板或光幕保护装置等。4.4.1 开关门过程为了挺高电梯工作的效率，使门具有启、闭迅速的特点，但要避免在起端和终端冲击，要求电梯门机应有自动调速的功能。开门过程速度曲线，如图510所示：图410 开门过程的速度变化曲线其变化过程：启动加速运行（t1） 全速运行（t2） 减速运行（t3） 停机，惯性运行至门全开（t4）。2.关门过程曲线，如图411所示图4-11 关门过程的速度变化曲线其变化过程：加速启动过程（t2） 全速运行（t2） 第一级减速运行（t3） 第二级减速运行（t4） 停机，惯性运行至门全关闭（t5）。4.4.2调速原理由于直流电机具有启动力矩大、调速能行好、控制简单等特点，电梯门电机一般采用直流电动机。电动机采用的是变压调速方法，利用给电枢线圈并接电阻调整直流电压，改变电动机转速1。电动机转速与电枢端电压有如下关系： （48）式中：n电动机转速，r/mm； U电枢端电压，V； 电枢电流，A； R电枢电阻； 电机常数； 励磁磁通（Wb）,与有关；从式中可知，改变电枢端电压U，即可使电动机的转速改变。改变电动机端电压的方法是采用电阻分压线路，控制原理如图512所示：图412 门电机控制电路4.5 电梯控制系统的设计本控制系统是采用FRA7400型变频器和三菱FX2N80MR型PLC组成的变频调速电梯控制系统，电气控制硬件框图如图413所示，它由曳引机、门电机、变频器、可编程控制器PLC及其它电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，利用光电编码器测量曳引机的转速，构成闭环矢量控制系统。电路的逻辑部分由PLC来实现，PLC接收来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。图413 控制系统原理图4.6 本章小结本章主要讲述电动机的调速方法、井道信号和电梯门控制原理。电动机的调速方法有：变极调速、改变转差率调速、变频变压调速等。井道信号有：安全回路、门锁回路和轿厢位置等。门电机的调速采用并接电阻来改变电枢的电压，从而达到变速的目的。第五章 软件设计5.1 程序流程图5.2 PLC 的I/0分配及外围接线图5.2.1 元件说明表51 元件说明符号含义符号含义YK安全回路继电器常开触点SDK上端站限位开关MSK门联锁继电器常开触点XDK下端站限位开关TSK基站厅外电锁KMJ开门继电器SHK上强迫减速开关GMJ关门继电器XHK下强迫减速开关KMK开门限位开关1NA4NA14楼轿内指令按钮GMK关门限位开门1SZA3SZA13楼厅外上召唤按钮AF七段数码管2XZA4XZA24楼厅外下召唤按钮SD上行方向灯SPG上平层感应器XD下行方向灯XPG下平层感应器1ND4ND14楼轿内指令灯KMA开门按钮1SZD3SZD13楼厅外上召唤灯GMA关门按钮2XZD4XZD24楼厅外下召唤灯CZK超载开关CC主接触器ABK安全触板开关YC运行接触器MZK满载开关BZC抱闸接触器ZY轿顶检修开关NSA轿内慢车上行按钮ZG控制柜检修开关NXA轿内慢车下行按钮ZN轿内检修开关GSA控制柜慢车上行按钮DSA轿顶慢车上行按钮GXA控制柜慢车下行按钮DXA轿顶慢车下行按钮5.2.2 PLC 的I/0分配表5-2I/O的分配输入信号输出信号名称代号编号名称代号编号安全回路K6X000电梯上行UPY000零速输入K0X001电梯下行DOWNY001脉冲输入K1X002电梯快行FASTY002轿内电锁K2X003电梯慢行SLOWY003红外传感器K3X004检修速度JXY004关门力限开关K4X005七段码AY005超重K5X006BY006上限强制减速SQ0X007CY007一楼指令SB1X010DY010二楼指令SB2X011EY011三楼指令SB3X012FY012四楼指令SB4X013GY013五楼指令SB5X014关门催促铃声KE1Y014基站到位开关SQ4X015厅门关KM2Y015一楼上呼SB6X016厅门开KM3Y016一楼下呼SB7X017厅内指示灯E1Y017二楼上呼SB8X020厅内指示灯E2Y020二楼下呼SB9X021厅内指示灯E3Y021三楼上呼SB10X022厅内指示灯E4Y022三楼下呼SB11X023厅内指示灯E5Y023四楼上呼SB12X024上呼灯E6Y024四楼下呼SB13X025上呼灯E7Y025五楼上呼SB14X026上呼灯E8Y026五楼下呼SB15X027上呼灯E9Y027厅门开SB16X030下呼灯E10Y030厅门关SB17X031下呼灯E11Y031厅门开到位SQ1X032下呼灯E12Y032厅门关到位SQ2X033下呼灯E13Y033检修开关SB18X034超重铃声KM4Y034检修上SB19X035抱闸信号KM5Y035检修下SB20X036上行指示灯E14Y036下限强制减速SQ3X037下行指示灯E15Y0375.3 控制系统程序设计5.3.1 电梯初始化 电梯复位、装入数据、安全回路等5.3.2 指层控制。本程序以1楼为基站，脉冲数为0。D200、D202、D204、D206、D208分别存放1/F5/F的脉冲数0、600、1200、1800、2400（实验用实际具体而定）。当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。5.3.3 开关门控制（1）开门控制手动开关门时，当电梯运行到位后，按下SB16，X030闭合，M50置位，Y016得电，电动机正转，开门。开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。当在关门过程中，按下SB16，停止关门，并开门。自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2S后，T0触电闭合，M50置位，开门。（2）关门控制手动关门时，当按下SB17，X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反转，关门。关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015失电，关门过程结束。在开门过程中，按下SB17，停止开门，并关门。自动关门时，定时器T1控制。当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5S后，M51置位，关门。但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。5.3.4 轿内指令控制当轿内按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按键标记，对应指示灯E8E12亮。到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。在检修时，按键不标记。安全回路在整个工作过程中为常开（X000），只有出现不安全情况时才导通，则电梯停止工作。5.3.5 厅外呼叫控制当按下对应的呼叫键SB6SB17时，按键标记，对应指示灯E13E20亮。到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。在检修时，按键不标记。5.3.6 5.3.6电梯的选层上、下行控制当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M100置位）还是下行（M101置位）。M100置位时，Y000接通，电梯上行；M101置位时，Y001接通，电梯下行。5.3.7 抱闸、泊梯、超重控制当变频器输入零速信号后，X001常开闭合，输出Y035常开闭合，抱闸闭合。电梯运行时，零速输入停止，X001断开，则Y035常开断开，轿箱运行消防与泊梯，按下SB14，X026导通，电梯返回基站。基站到，X015常闭断开，电梯停止。超重时，X006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣镝（Y034常开闭合）。第六章 第六章 电梯PLC的调试与安装6.1 安装调试安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号。选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题。内选、外召唤信号指示灯可统一使用24V，这样可以用一个电源供电。不仅可以简化布线的繁杂，而且可以减少器件的使用，节省开支。接近开关可用KCB1型双稳态磁保开关，功率为100W，这种开关完全是靠磁性动作，不需电源。这样不仅接线方便，而且可以节省一个电源。