毕业设计（论文）-基于plc与mcgs的电梯控制系统的设计.docx

毕 业 设 计题 目： 基于PLC和MCGS的电梯控制系统的设计 学院： 电气信息学院 专业： 测控技术与仪器 班级： 1301 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2017年6月 毕业设计（论文）任务书 题目： 基于PLC和MCGS的电梯控制系统的设计 姓名 院电气信息学院 专业 测控技术与仪器 班级 1301 学号 20 指导老师 职称 教 授 教研室主任 基本任务及要求： 本系统以电梯作为被控对象，研究基于PLC的电梯控制系统设计，使系统获得较好的性能指标。主要设计内容为：了解电梯的运行工艺情况，设计电梯控制系统的硬件电路；编写电梯控制的PLC程序，开发基于MCGS组态软件的监控界面，完成系统调试，实现对电梯的高性能控制。 进度安排及完成时间： 第1、2周：明确课题任务及要求，搜集课题所需资料，掌握资料查阅方法，了解本课题研究现状、存在问题及研究的实际意义，做好开题报告 ； 第3周：研究电梯的工艺特点，确定自己的总体设计方案。 第4-5周：设计系统控制线路； 第6-9周：设计PLC控制程序； 第10-12周：开发MCGS电梯监控界面；完成系统调试 第13-14周：完成毕业设计论文编写，准备答辩。 目 录第1章 绪论11.1 课题的研究意义11.2 电梯的国内外发展状况11.2.1国内电梯发展状况11.2.2国外电梯发展状况21.3电梯技术发展的未来展望31.4 电梯的分类41.4.2 按驱动系统分类51.5电梯的主要控制技术51.5.1 电梯的主要拖动技术51.5.2 电梯的主要控制技术6第2章 硬件电路的设计82.1 流程图82.1.1 电梯运行流程图82.1.2 电梯响应流程图92.1.3 电梯开关门流程图92.2控制电路主电路图102.3 部分元件的选型及相关计算122.3.1 曳引电动机的选型122.3.2 门机的选型122.3.3 变频器的选型122.4 操作原理简要说明15第3章 PLC的选型163.1 PLC简介163.1.1 PLC的输入方式163.1.2 PLC的工作过程173.2 输入输出（I/O）点数的估算18第4章 PLC控制系统设计204.1 电梯的开关门控制204.2 楼层外呼程序20第5章 基于MCGS的组态监控系统设计245.1 MCGS组态过程以及相关画面245.1.1 设计监控界面245.1.2 属性设置245.1.3 MCGS中定义的实时数据库255.2 动画连接265.2.1 指示灯的属性设置265.2.2 轿厢属性设置275.2.3 数值型变量的设置275.3 MCGS与PLC的连接285.4 编制循环策略29附录 部分PLC梯形图程序36第1章 绪论1.1 课题的研究意义现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利。电梯控制技术的发展主要经历了三个阶段：继电器控制阶段，微机控制阶段，现场总线控制阶段,但是传统的电梯运行在控制线路上易出故障、维护不便 、运行寿命较短、占用空间大等缺点，从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱体积小，可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并且有很大的灵活性，完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制发展的方向，其许多功能是传统继电器控制系统无法实现的，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用，因此，PLC的应用也就成为了一个热点问题。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。1.2 电梯的国内外发展状况1.2.1国内电梯发展状况作为中国最早对外开放的行业，中国电梯业受到外资各种“蚕食”措施影响，原有的八大国企电梯品牌全军覆没。自1980年起，天津电梯厂，上海电梯厂，沈阳电梯厂等国内较大的电梯企业，全部与美国奥的斯、瑞士迅达、日本三菱等外资品牌合资合作，外资或外资合资品牌由此全面进入我国市场。近年来，一些民族电梯企业苦练内功，绝地反击，出现四分天下有其一的局面。目前，中国已成为电梯劲旅竞争的主战场。然而要想在这场没有硝烟的战争中立于不败之地必须改革创新，摆脱传统电梯业的束缚，采取各种技术力拔头筹。基于PLC的电梯控制系统由此应运而生。现如今电梯业运用的控制系统主要是微机控制和PLC控制，其中微机控制仍是主流控制方案，尤其在垂直电梯中，超过90%使用微机控制，这主要是由微机控制的高灵敏度与低成本、CPU的高运算能力与高抗干扰能力。PLC则在简单的逻辑控制与可靠性方面比较占优势。在未来，电梯将向高速电梯这个方向发展，乘梯的舒适感及电梯启动和停止时的平滑过渡也会变得更加突出，因此在未来几年微机控制仍将占主导地位，但PLC的高可靠性及以维护的优势也让PLC有更多的应用，微机控制与PLC控制相结能更好的实现人性化设计。1.2.2国外电梯发展状况 据国外有关资料介绍，在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。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。 当今世界，部分地区人口高度密集，人和土地资源短缺的矛盾日趋激化。这就注定了必须合理地利用土地去解决人与土地的矛盾。而兴建高层建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人们快速、便捷地到达目的楼层的电梯便应运而生了。在一些发达国家和地区，人均电梯拥有数量一般在每万人30台以上，某些国家甚至达到每万人120台以上，随着城镇化程度的加大，电梯市场会更加繁华。中国的电梯市场增长也很乐观，目前，每年增长率为15%18%。随着电梯普及率的升温，人们对电梯的要求也会越来越高。如何更安全、更快捷地到达目的楼层，也就成了人们对电梯最为根本的要求。而电梯系统里掌控这方面技术参数的是电梯控制系统。因此，控制系统的设计就成了在电梯设计领域里最为核心的技术。在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比不断提高，过去许多使用计算机控制的场合也可以使用可编程序控制器，可编程控制器的应用范围不断扩大，正在成为工业控制领域的关键设备。自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。1.3电梯技术发展的未来展望电梯的普及给人们的生活带来了极大的优越性，而电梯技术也只有不断的发展才能更好地满足高层建筑及其群体的需要。展望未来，电梯的发展趋势应包括以下几点：（1）无机房电梯 无机房电梯不单单是电梯有无机房的简单局部改进，而是涉及到一系列技术问题，如曳引系统、控制柜、限速器等的安装位置以及轿厢、极限开关、缓冲器等部件，都要进行重新设计，变更部件的尺寸与安装位置也要重新考虑。它是电梯发展过程中的一次意义深远的变革，它所采用的一些关键技术将会被进一步推广用到其它电梯产品上，进而促进整个电梯行业技术的进步。 （2） 智能网络化控制 电梯的智能网络化控制随着计算机和通信技术的发展，使得整个大厦实现智能化管理， 电梯被纳入管理范围之内。 （3） 绿色电梯 绿色电梯的研究主要在电梯制造、配置及安装、使用过程中节能和减少环境污染等方面。 （4） 远程监控系统 远程监控系统的应用，使得电梯状态监控的智能可以在监控中心就可以监测到电梯的运行状态，监控中心随时可以监控电梯发生的故障，并且可以诊断出故障的类型和发生的位置，使电梯维护更加安全、方便。 （5） 全微机化电梯 全微机化电梯的开发和使用，是电梯发展趋势的一个重要方向。全微机化电梯是指电梯的传动系统及操纵控制系统方面实现微机控制的电梯。随着现代微机技术的不断进步和完善，全微机化电梯(包括单微机控制电梯、多微机控制电梯及人工智能控制电梯) 必将全面满足人们对电梯高质量，高水平，高标准的要求。 除以上几方面外，诸如IC卡的智能管理系统，应用模糊理论和神经网络技术的群管理系统，以及数码技术、声控技术、载波技术等也将在电梯技术领域中得到推广和发展。1.4 电梯的分类1.4.1 按照用途分类 乘客电梯：为乘客使用而设计的电梯。 载货电梯：为运送货物而设计的电梯，通常有人伴随。 住宅电梯：为住宅楼居民使用而设计的电梯。 杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店等运送图书、文件、食品等物品。但不允许人员进入电梯。 船用电梯：固定安装在船舶上使用的电梯。 汽车用电梯：用于垂直运送各种车辆。 观光电梯：为供乘客观光用的电梯，轿厢透明。 病床电梯：为医院运送病床而设计的电梯。常要求前后贯通开门。 消防梯：为火警情况下适应消防员而设计的电梯，日常情况下可以作为一般客梯或者货梯使用。 建筑施工电梯：泛指建筑施工与维修用的电梯。 扶梯：这类电梯安装于商业大厦、火车站、飞机场等场合。供乘客上下楼使用。自动步梯：用于档次要求及其高的国际机场、火车站。 特速电梯：除上述常用多种电梯外，还有为特殊环境，特殊条件，特殊要求从而专门设计的电梯。例如防爆电梯、防腐电梯等。1.4.2 按驱动系统分类交流电梯：分别有交流单速电梯、交流双速电梯、交流调速电梯、交流高速电梯。直流电梯：分别有直流快速电梯、直流高速电梯。液压电梯：柱塞直顶式、柱塞侧顶式。1.5电梯的主要控制技术1.5.1 电梯的主要拖动技术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，交流调速拖动技术系统，直流发电机电动机可控硅励磁拖动系统。（1） 单、双速交流电动机拖动技术正如大家都知道交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。当电动机是单速时，称为交流单速电梯，其速度一般不高于0.5m/s。当电动机是双速时，称为交流双速电梯，其速度一般不高于1m/s。单、双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此目前仍然电梯上被广泛应用。但它的缺点是舒适感较差，所以一般被用于载货电梯上。（2） 交流电动机定子调压调速拖动技术交流电动机定子调压调速拖动技术这种系统采用可控硅闭环调速，加上能耗或涡流等制动方式，使得它所控制的电梯能在中低速范围内大量取代直流快速和交流双速电梯。它的舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低，易于维护，多用于2m/s以下的电梯。（3） 交流调速拖动技术80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。当电动机具有调压（variable voltage缩写为VV）调速装置时称为交流调速电梯，它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，其速度一般不高于1.75m/s。当电动机具有调压调频（variable voltage variable frequency，缩写为VVVF）调速装置时称为交流调频调压电梯，简称VVVF控制电梯，目前控制速度已达6m/s。它的体积小，重量轻，效率高，节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。本设计应用的就是这种拖动技术。（4） 直流发电机电动机可控硅励磁拖动技术直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯，采用发电机电动机组形式驱动。它控制的电梯速度达4m/s，但是，机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此，常用于对速度，舒适感要求较高的建筑物中。1.5.2 电梯的主要控制技术所谓电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制。作为我国20世纪70年代电梯的主要标志是交流双速电梯。其调速方法是采用改变电梯牵引电动机的极对数，两种或两种不同级对数的绕组，其中极数少的绕组称为高速绕组，极数多的绕组称为低速绕组。高速绕组用于电梯的起动及稳速运行，低速绕组用于制动及电梯的维修。20世纪80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调压调速方法是改变三相异步电机的定子供电电压实现电动机的调速。由于电梯制动减速性能要求较高，所以采用的制动方法也有所不用。通常多为能耗制动。在能耗制动中，将电机定子绕组接至直流电源，再加上采用闭环控制方式，从而有效地控制了能耗制动转距，使制动减速过程快速平稳，且制动精度高。20世纪90年代，调压调频调速电梯开始占领市场。调压调频调速电梯（简称VVVF电梯）的调速方法是调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率。在VVVF电梯的传动系统中，大量采用了微机控制技术及脉冲宽度调制技术，脉冲宽度调制器（简称PWM控制器）PWM控制技术是通用型变频器中应用十分广泛的一种电压和频率控制方法，它可以极为有效地抑制输出电压的谐波，而且动态响应较好。在频率控制、效率等诸方面都有着十分显著的优点。保证了由逆变器输送至三相异步电机定子电压波形为等效正弦波形。调压调频调速电梯传动系统中还广泛的采用了矢量变换技术。使交流电机转速的控制类似直流电机。VVVF电梯由于其体积小。重量轻，运行效率高，又节约能源，几乎包括了以往所用的电梯的优点，再加上极为完善的调速性能，因此它的应用几乎完全可以和直流电梯相媲美。大家都知道交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。单双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此目前仍在电梯上广泛应用。但它的缺点是舒适感较差，所以一般被用于载货电梯上。这种系统控制的电梯速度在1米/秒以下。交流电动机定子调压调速拖动系统国外已大量应用于电梯。这种系统采用可控硅闭环调速，加上能耗或涡流等制动方式，使得它所控制的电梯能在中低速范围内大量取代直流快速和交流双速电梯。它的舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低，结构简单，易于维护，多用于2米/秒以下的电梯。直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯，采用发电机-电动机组形式驱动。它控制的电梯速度达4米/秒，但是，机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此常用于对对速度，舒适感要求较高的建筑物中。可控硅直接供电拖动系统在工业上早有应用，但用于电梯上却要解决舒适感问题。(尤其是低速段)应此应用较晚，它几乎与微机同时应用，比起电动机-发电机组形式的直流电梯，它有很多优点。如:机房占地节省35%，重量减轻40%，节能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒电梯就是采用这种系统，其调速比达1:1200。80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，目前控制速度已达6米/秒。它的体积小，重量轻，效率高，节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。总之，从理论上讲，电梯是垂直运动的运输工具，无需旋转机构来拖动，更新的电梯拖动系统实际上就是直线电机拖动系统。电梯在垂直运行过程中，有起点站也有终点站。对于三层楼以上的建筑物的电梯，起点站和终点站之间还没有停靠站，起点站设在一楼，终点站设在最高六。设在一楼的起点站称为基站，起点站和终点站称为两端站，两端站之间称为中间站。各站厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮，一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮。中间层站的召唤箱各设置两只按钮或触钮。对于无司机控制的电梯，在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。而电梯的轿厢内部设置有（杂物电梯除外）操纵箱。操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，操纵箱上的按钮或触钮城内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号，内指令按钮或触钮发出的电信号成为内指令信号。20世纪80年代中期后，触钮已被微动按钮所取代。作为电梯基站的厅外召唤箱，除设置一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关，以便下班关电梯时。司机或管理人员把电梯开到基站后，可以通过专用钥匙扭动该钥匙开关。把电梯的厅门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力电源。 第2章 硬件电路的设计2.1 流程图2.1.1 电梯运行流程图电梯运行流程图见图2.1。假设电梯停在N（N=1,2,317）楼,M楼有信号,MN时，电梯上行；MN时，电梯下行。开始是否外部呼叫？初始化是否内部呼叫？确认本层与目标层是否同层？电梯选向楼层检测电梯运行停止是否目标层？开始是否否是是否图2.1 电梯运行流程图2.1.2 电梯响应流程图在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。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，五层向下外呼梯，则电梯先去五楼响应五层向下外呼梯信号。电梯响应流程图见图2.2。电梯上行优先响应低楼层外呼上或内呼是否有外呼下信号？电梯上升到外呼最高楼层停止电梯下行优先响应高楼层外呼下或内呼是否有外呼上信号？电梯下降到外呼最低楼层停止是是否否图2.2 电梯响应流程图2.1.3 电梯开关门流程图当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见图2.3。电梯到达目标楼层开门信号开门按钮被按下关门时门间有人开门开门到位有无关门信号？计时3秒关门信号关门关门到位有无开门信号？无有无关门按钮被按下停止有图2.3 电梯开关门流程图2.2控制电路主电路图控制电路主电路由刀开关、断路器、接触器、变频器和电机组成。刀开关控制主电源，也方便检修。两个变频器分别控制两个电机，曳引电机和门机。图2.4 控制电路主电路图在电梯中主要有如下两个运动：（1）轿厢的升降运动；（2）轿门及厅门的开关运动。轿厢的运动由曳引电动机产生动力，经曳引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。为防止轿厢停止时由于重力而溜车，还必须装设制动器（俗称抱闸）。轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小，而厅门则仅当轿厢停靠本层时由轿门的运动带动厅门实现开或关。由于轿厢只有在轿门及所有厅门都关好的情况下才可以 运行，因此，没有轿厢停靠的楼层，其厅门应是关闭的。如果由于特殊原因使没有轿厢停靠楼层的厅门打开了，那么，在外力取消后，该厅门由自动关闭系统靠弹簧力或重锤的重力使其关闭。2.3 部分元件的选型及相关计算设计电梯为一般的载客电梯，5层，额定载重量为1000，容量13人，电源电压为50Hz,380V，单台电梯运行，电梯速度为1.0 m/s2.3.1 曳引电动机的选型设电梯曳引电机功率为P1，电梯运行速度为v，电梯自重为1，电梯载重为2，配重为3，重力加速度为g,变频器率为。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2： P2（123）gF1V （2.1） 其中 F1(123）g（可忽略不计） （2.2)在这里，K=0.02,我们假设电梯自重为1t，载重为1.0 t，配重为0.8t，电梯运行速度为1.0m/s。则由上式可计算出P约为11.2kw。根据查表，可选曳引电机的型号为Y160M2-2，电压380V 频率50HZ,额定功率15Kw，转速为2930r/min,电流29.4A。2.3.2 门机的选型门机的电机功率要求不是很大，一般门机功率有1Kw就可以了，根据查表，可选电机的型号为Y802-2，电压380V 频率50HZ，额定功率1.1Kw，转速为2825 r/min,电流2.5A。2.3.3 变频器的选型（1）变频器的工作原理变频器可分为交交变频器和交直交变频器两大类，前者的频率只能在电网频率以下的范围内进行变化，而后者的频率是由逆变器的开关元件的切换频率所决定，如图3.3示，即变频器的输出不受电网频率的限制。交直交变频器的工作原理， 有三相电源先经过整流电路，整流电路由三相全波整流桥组成，它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所以需要的直流电源。整流电路按控制方式可以是直流电压源也可以是直流电流源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电路得到质量较高的直流电源。图2.5 变频器的工作原理逆变电路是变频器最主要的部分之一，它的主要作用是在控制电路的控制下平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。控制电路的主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路使运算电路能够根据要求变频器主电路提供必要的门极（基极）驱动信号，并对变频器以及异步电动机会提供必要的保护。（2）变频器的容量计算变频器1功率应接近曳引电动机功率P1，相对于门电机P2留有较大裕量，可取 P1.5 P2 (2.3)则 P=1.511.2Kw=16.8Kw (2.4)门电机额定功率为1Kw，故变频器2的功率为1.5Kw（3）变频器的选型因为要使用西门子PLC编程，为了更好的兼容，我选择西门子的变频器。两个变频器，由上面的计算可知，曳引机变频器的功率是16.8Kw,门机变频器的功率是1.2Kw。根据西门子变频器的说明书可查出，相应的变频器的型号为FR-A740-15K-CH和FR-A740-1.5K-CH。西门子变频器是西门子电机自动化产品中重要的产品线。交流变频调速日益完善，调速方便简单成为电机调速主流。西门子变频器以其高性能，适中的价格应和了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。（4）变频器的参数设置变频器的运行是由PLC直接控制的，控制信号连接变频的STF端、STR端、RL端和 RH端，达到控制其正转、反转、高速和低速。如图2.6所示：图2.6 变频器与PLC的连接图表2.1变频器端子功能说明表端子名称功能R、S、T交流电源输入U、V、W变频器输出STF正转STR反转RL高速RH低速但是电机正转、反转、高速和低速的运行达到要求，还要调节变频器的参数，以下是变频器的基本设置；表2.2 变频器的基本设置功能设定范围最小设定单位初始值多段速设定（高速）0400Hz 0.01Hz50H多段速设定（低速）0400Hz0.01Hz5Hz加速时间03600/ 360s 0.1/0.01s3s减速时间03600/ 360s 0.1/0.01s2s启动频率060Hz 0.01Hz0.5Hz加减速曲线选择0，1，2，3 102.4 操作原理简要说明电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿箱内设有楼层内选按钮，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示、L4为四层指示、L5为五层指示，以此类推L17为十七层指示，SQ1SQ17为到位行程开关。具体如下：1、开始时，电梯处于任意一层。2、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3S后自动关门。3、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3S后自动关门。4、在电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。5、电梯应具有最远反向外梯响应功能。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，五层向下外呼梯，则电梯先去五楼响应五层向下外呼梯信号。6、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。第3章 PLC的选型3.1 PLC简介3.1.1 PLC的输入方式与继电器控制系统相比，PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，是通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一酸碱只能做一件事情，所以，程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。用PLC实现继电器控制系统的功能，CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。由于CPU运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际I/O的响应是有滞后的。PLC采集输入信号有两种方式：集中采样输入方式一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号（输入元件的通/断状态）采集并放到输入映象寄存器中。当外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的常开触点闭合。反之，外接电路断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的常开触点断开，常闭触点接通。执行用户程序所需输入状态均在输入映像寄存器中取用，而不是实际的I/O点。立即输入方式随程序的执行需要哪一个输入信号就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样。此时，输入映像寄存器的值未被更新，到下一次集中采样输入时才变化。PLC的两种工作模式：RUN模式、STOP模式在RUN模式下，通过执行用户程序来实现控制功能；在STOP模式，CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。如果有致命错误，在消除他之前不允许从STOP模式进入RUN模式。PLC操作系统存储非致命错误，供用户检查，但不会从RUN模式自动进入STOP模式1。PLC工作模式的扫描过程：执行用户程序读取输入处理通信请求自诊断检查改写输出读取输入处理通信请求自诊断检查改写输出RUN模式STOP模式图3.1 PLC工作模式的扫描过程3.1.2 PLC的工作过程（1）上电处理 PLC 上电后对系统进行一次初始化工作，包括：硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。（2）扫描过程 PLC 完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP模式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN模式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。（3）出错处理 PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，例如，CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错。如果检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP模式，所有的扫描停止。图3.2 PLC工作过程3.2 输入输出（I/O）点数的估算 本系统控制电梯,采用集选控制方式。为了完成设定的控制任务,主要根据电梯输入/输出点数确定PLC的机型。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据电梯控制的要求，本文采用的PLC型号为S7-200 CPU224CN。电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O口分配表，见表3.1。表3.1 I/O分配表序号名称输入/出点序号名称输入/出点1开行程开关I1.039关行程开关I1.12手动开I1.340手动关I1.43进入红外开关I1.541钥匙开关I2.04一层输入I2.142一层到位标志I4.25二层输入I2.243二层到位标志I4.36三层输入I2.344三层到位标志I4.47四层输入I2.445四层到位标志I4.58五层输入I2.546五层到位标志I4.69六层输入I2.647六层到位标志I4.710七层输入I2.748七层到位标志I5.011八层输入I3.049八层到位标志I5.112九层输入I3.150九层到位标志I5.213十层输入I3.251十层到位标志I5.314十一层输入I3.352十一层到位标志I5.415十二层输入I3.453十二层到位标志I5.516十三层输入I3.554十三层到位标志I5.617十四层输入I3.655十四层到位标志I 5.718十五层输入I3.756十五层到位标志I 6.019十六层输入I 4.057十六层到位标志I6.120十七层输入I4.158十七层到位标志I 6.221一楼上I6.359九楼下I 8.322二楼上I6.460十楼上I 8.423二楼下I6.561十楼下I 8.524三楼上I6.662十一楼上I 8.625三楼下I6.763十一楼下I 8.726四楼上I7.064十二楼上I 9.027四楼下I7.165十二楼下I 9.128五楼上I7.266十三楼上I 9.229五楼下I7.367十三楼下I 9.330六楼上I7.468十四楼上I 9.431六楼下I7.569十四楼下I 9.532七楼上I7.670十五楼上I 9.633七楼下I7.771十五楼下I 9.734八楼上I8.072十六楼上I10.035八楼下I8.173十六楼下I10.136九楼上I8.274十七楼下I10.237门打开Q0.074门关闭Q0.138电梯上行Q0.276电梯下行Q0.3第4章 PLC控制系统设计4.1 电梯的开关门控制电梯的门系统主要包括轿门(轿厢门)、层门(厅门)与开门关门等系统及其附属的零部件。层门和轿门都是为了防止人员和物品坠入井道或轿内乘客和物品与井道相撞而发生危险，都是电梯的重要安全保护设施。特别是电梯层门，是乘客在使用电梯时首先看到或接触到的部分。是电梯很重要的一个安全设施，根据不完全统计，电梯发生的人身伤亡事故约有70是由于层门的质量及使用不当等引起的。因此，层门的开闭与锁紧是使电梯使用者安全的首要条件。轿门是设置在轿厢入口的门，是设在轿厢靠近层门的一侧，供司机、乘客和货物的进出。简易电梯，开关门是用手操作的称为手动门。一般的电梯，都装有自动开启，由轿门带动的，层门上装有电气、机械联锁装置的门锁。只有轿门开启才能带动层门的开启。所以轿门称为主动门，层门称为被动门。只有轿门、层门完全关闭后，电梯才能运行。为了将轿门的运动传递给层门，轿门上设有系合装置(如门刀)，门刀通过与层门门锁的配合，使轿门能带动层门运动。为了防止电梯在关门时将人夹住，在轿门上常设有关门安全装置(防夹保护装置)。为了方便乘客和货物进出层门和轿厢，门的型式和结构都应适应这个要求，不仅能进出方便，且结构简单，构造科学。电梯门主要有两类，即滑动门和旋转门，本设计采用的是滑动门。图4.1 电梯开关门程序4.2 楼层外呼程序楼层外呼指示程序则比较复杂，按下外呼按钮，则对应的外呼指示置位，在取消置位时，一层和五层由于只有一种运动方向，因此直接平层后门电机打开就能取消置位。以一层为例，作梯形图如