毕业设计三层货梯的PLC控制和变频启动设计.doc

摘要 随着微机技术的应用和固体功率器件的发展和完善，电梯控制已由20世纪前半叶的直流调速发展成为交流变频调速的当代技术电梯作为电梯的一种，在我国，通过引进国际标准和发达国家先进技术，不断发展和完善起来。关键词可编程序控制器，货梯控制，梯形图，变频器，PLC通讯，监控Abstract In the wake of utilization in computer technology and the development and improvement of solid power device, elevator controlling technology has become modern technology since the first half of the 20th century, which is constant current speed regulation to alternating current varying frequency speed regulation. As introducing international standard and advanced products and technologies from developed countries, freight elevators as a kind of elevators have been developed and improved in our countryKeywords: Programmable Controller,Freight Elevator Controlling,Program of Ladder Diagram,Frequency Transformer，PLC Communication，Monitoring Function目录1.绪论31.1 电梯的起源与发展31.2 载货电梯的特点与技术现状51.3 本文的研究内容、目的与意义52. 电梯的拖动与控制技术62.1 电梯的定义与种类62.2 电梯的主要组成72.3电梯的主要拖动技术92.4 电梯的主要控制技术102.5 本章小结123. 货梯控制系统的硬件设计1231 可编程控制器（PLC）123.2 变频器203.3 货梯控制系统的设计思想253.4 本章小结304. 制系统的软件设计324.1 货梯运行时控制的主要指标：324.2 输入信号与编排324.3 货梯轿厢内、外控制按钮的动作要求334.4 控制程序流程图344.6货梯上行梯形图364.6 本章小结405. 货梯的通讯与监控405.1 货梯的通讯405.2 货梯的监控435.3 货梯监控的软件设计455.4 本章小结48结论49参考文献501.绪论1.1 电梯的起源与发展电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854年奥的斯设计了一种制动器：在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。 “安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。国际上无机房电梯已经经过了四代，第一代无机房电梯诞生与意大利，其诞生的主要原因是欧洲对古建筑的保护以及与液压电梯的竞争。主要原理是电梯主机跨井道底置，即只有一个轮子在井道里；第二代无机房电梯也是井道底置式，但是将主机全部搬进了井道；第三代无机房电梯为上置式，主机主要放置的形式为放在导轨上；而第三代至第四代无机房电梯的过渡产品为主机搁置于导轨顶部。 前两代无机房电梯目前在欧洲已经淘汰，淘汰的原因是安全隐患严重，所以在1997年开始几乎没有欧洲公司再使用该类无机房电梯了。而第三代无机房电梯属于改变前两代无机房电梯的新产品，所以一时受到青睐。但是主机放在轿厢顶部的安全问题及噪音十分不受欢迎，所以在欧洲也没有得到发展。在第三代无机房电梯受到发展的只有通力的电梯。但是通力的产品虽然比前两代有了技术方面的突破，特别是主机的突破应该说对无机房技术的普遍应用提供了十分好的契机；不过共振共鸣问题没有彻底解决是一个重要的技术设计缺陷。同时该种技术限制了速度及提升高度的提高。第三代至第四代过渡产品主要是OTIS，而OTIS与第三代的无机房电梯另外一个区别在于使用的主机是轴式马达，虽然轴式马达可以节省顶层空间，但是由于他的结构不同，所以最终顶层高度还不能最小；另外轴式马达的另外一个缺点是他并非能够真正做到节能，且潜在的主机寿命可能会短（由于他的直径小，需要高转速提供，会造成马达过热或主轴咬死等问题）。由此而推出的第四代无机房电梯，从根本上解决了前三代无机房电梯的缺陷，首先是安全隐患得到解决，其次是共振共鸣问题的解决，第三是速度上只要主机生产企业能够供应，提升高度及速度不存在技术问题。所以第四代无机房电梯是目前世界上最先进的无机房电梯。目前只有WALESS采用第四代无机房电梯，而且由于该技术只提供中国，所以目前世界上只有中国的WALESS供应商能够提供第四代无机房电梯。第四代无机房电梯不只是无机房电梯技术已经得到完美体现，最关键的是整体技术在中国达到最先进的程度。该技术在2002年3月进入中国寻找合作企业时，许多电梯企业均基本回绝该电梯技术的合作。只有中国的两个企业为该最新的技术提供了运转场所，而且在半年多时间中已经有三大系列、数十个型号。目前在很多国家招标项目及房地产商使用。由于其技术为2002-2003年世界最新技术，比目前中国生产的任何电梯的技术先进3-5年。所有载人垂直升降电梯全部采用双向安全钳与双向限速器，该双向安全系统是目前中国电梯标准修改中选择的安全系统标准，也是欧洲已经采用的安全标准。 目前在中国市场最有代表性的无机房电梯就是通力的第三代无机房电梯，OTIS的轴式主机无机房电梯，WALESS的第四代无机房电梯。而在国内大中项目中标的大体就这三个品牌。2005年中国新的电梯标准出台，第一第二代无机房电梯已经不能再使用，而无机房电梯也在2004年有了飞速发展。估计2005年-2008年中国的无机房电梯将成为最主要的用户选择。1.2 载货电梯的特点与技术现状载货电梯是主要为运送货物而设计的并有人伴随的电梯，通常有专职司机操作。一般用在事业单位、商场、工矿企业、仓库等场所，货梯的楼层停站大多数在10层以下，运行速度一般在0.63m/s以下。解放前，全国总共只有电梯2000台，货梯的数量就更加的微乎其微，而且国内几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。改革开放后，随着经济的快速发展，我国载货电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。为我国载货电梯的快速发展奠定了坚实的基础。1.3 本文的研究内容、目的与意义当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。早期的电梯控制装置主要是由继电器、接触器控制逻辑电路组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点。目前，已经广泛采用可编程序控制器（PLC）来控制电梯PLC作为新一代工业控制器，以其接线简单，高可靠性和技术先进性，在货梯控制得到广泛应用，从而使货梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技3术改造的热点之一。本设计的目的就在于用PLC代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用PLC的优点和交流变频变压调速系统，通过串行通讯和远程监控使货梯的实际运行更加的安全、高效。设计内容包括电梯的拖动和控制技术，货梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计），系统通讯，货梯的监控等组成部分。2. 电梯的拖动与控制技术2.1 电梯的定义与种类2.1.1 电梯的定义国家标准(GB7024.1-86电梯名词术语规定，电梯的定义:用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和(或)货物的固定设备。另外，国家标准GB7588-87电梯制造与安装规范，对电梯的技术含义作了如下叙述:乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15度的刚性导轨之间运行。从以上的两个条文可以理解电梯的含义:(1)电梯是由电力来驱(拖)动的。沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。(3)轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。2.1.2 电梯的种类按运行速度分类低速电梯（lm/s及以下的电梯。如0.25，0.5，0.75，1m/s；通常用在10层以下的建筑或客货两用电梯或货梯）。快速电梯（lm/s而-2m/s的电梯。如1.5m/s，1.75m/s；通常用在10层以上的建筑物内）。高速电梯（2-3m/s的电梯。如2m/s，2.5m/s，3m/s等;通常用在16层以上的建筑物内）。超高速电梯（3m/s-10m/s或更高的电梯，通常用于超高层建筑物内）。按用途分类 乘客电梯载货电梯客货（两用）电梯病床电梯住宅电梯杂物电梯船用电梯观光电梯车辆电梯代号按有无司机分类有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯按控制方式分类手柄控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯集选控制电梯下(或)上集选控制电梯并联控制电梯梯群程序控制电梯梯群智能控制电梯微机控制电梯按拖动方式分类直流电梯交流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯直线电机驱动电梯2.2 电梯的主要组成 2.2.1 电梯在空间上的组成电梯是“机”与“电”紧密结合的复杂产品，其基本结构包括机械部分与电气部分，但是从空间上考虑一般划分为一下几个部分。机房部分包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。井道部分包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速紧张装置、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。层站部分包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开门装置、层楼显示装置等。轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通信机报警装置。2.2.2 电梯功能的组成曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成。导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成。轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。 重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。 电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装置、控制屏(柜)、平层装置、选层器等组成。 安全保护系统 保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。 由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。2.3电梯的主要拖动技术2.3.1 单双速交流电动机拖动技术 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。2.3.2 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。2.3.3 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。因此常用于对对速度、舒适感要求较高的建筑物中。2.3.4 可控硅直流供电拖动技术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10m/s电梯就是采用这种系统，其调速比达1:1200。2.3.5 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。2.4 电梯的主要控制技术2.4.1 继电器控制技术对使用者来说，在编制程序时，可以不考虑微处理器及存储器内部的复杂结构，也不必用各种计算机使用的语言，而是把PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便于提供使用者按设计继电器控制线路的形式进行编程。这样，从功能上来讲，可以把PLC的控制部分看作是由许多“软继电器”组成的等效电路。必须注意的是电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的一位的触发器。触发器为“1”态，相当于继电器接通;为“0”态，相当于继电器断开。 PLC为用户提供的继电器一般是:输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。这些继电器统称为PLC的元素。其中，输入、输出继电器与外部用户输入，输出设备连接，而其他继电器与外部用户设备没有联系，因此统称为内部继电器。 继电器由两个主要的部件构成，一是(电磁)线圈，二是(常开、常闭)接点.一旦继电器线圈经接点A接通电源，电流就流过线圈(称为得电)，使电磁铁吸动衔铁。衔铁通过机械作用使原来呈闭合状态的常闭接点断开(成为吸断)，紧接着使原来呈断开状态的常开接点闭合(称为吸合)。反之，继电器线圈断电，电源不再给线圈供电(称为失电)，那么衔铁释放返回原位(简称复位)，常开接点也随之断开复位(称为释断)，紧接着常闭接点也复位闭合(称为释合)。2.4.2 交流变频变压控制技术 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。(1)PWM控制的原理 PWM是Pulse Width Modulation的缩写，即脉宽调制。PWM控制是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到改变电压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的。在变频调速应用中，则主要是后者即变压变频。 形成PWM波形的方法有很多种，其中最基本的方法是利用三角形调制波和控制波的比较。控制系统通过比较电路将调制三角波与各相的控制波进行比较，变换为逻辑电平，并通过驱动电路使功率器件交替导通和关断，则变频器输出各相电压波形。为使逆变器输出电压波形趋于正弦波，常采用SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式。(2)SPWM控制 逆变器开关模式信号通常情况下利用三相对称的正弦波参考信号（控制波）与一个共用的三角波载频信号（调制波）互相比较来生成。 控制上常有单极性和双极性两种情况所谓单极性控制，是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂仅一个反复通断而另一个始终截止。所谓双极性控制是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂互补交替通断，具体工作情况与单极性控制类似。2.5 本章小结 本章先对电梯的定义、种类、组成进行阐释，从而对电步了解。本章主要介绍的是电梯的拖动和控制技术。本文主要用的调速拖动技术。电梯的控制技术包括继电器控制技术和交流变频变技术。继电器控制技术从功能上把PLC的控制部分看作是由许多电器”组成的等效电路。交流变频变压控制技术主要介绍的是PWM制技术即脉宽调制和SPWM控制。后者有单极性和双极性两种情况，变频调速电梯使用的是异步电动机，电源使用了先进的SPWM技术和SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能。3. 货梯控制系统的硬件设计31 可编程控制器（PLC） 3.1.1 可编程控制器（PLC）的发展 可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。 1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。该招标由DEC公司中标，这套系统于1969年研制出来，这是第一台可编程控制器，型号为PDP-14，应用取得成功。其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：初级阶段：从第一台PLC问世到20世纪70年代中期由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。扩展阶段：从20世纪70年代中期到70年代末期这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。通信阶段：20世纪70年代末期到80年代中期这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。开放阶段：从20世纪80年代中期开始由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。3.1.2 可编程控制器（PLC）的定义 由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(National ElectricManufacturer Association-NEMA)对PLC下过如下的定义：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 1987年，国际电工委员会(International Electrical Committee-IEC)颁布了PLC标准草案，其第3版对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。3.1.3 可编程控制器（PLC）的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。CPU模块在PLC系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。I/O模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。数字量（或开关量）输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的数字输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变送提供的连续变化的模拟量电流电压信号。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、批示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。 CPU模块的工作电压一般是DC5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如DC5V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或影响PLC的正常工作。在I/O模块中，用光电耦合器、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。编程装置 编程装置用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用来现场调试和维修。 使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同的编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以实现远程编程和传送。 可以用编程软件设置PLC内部的各种参数。通过通信，可以显示梯形图中触点和线圈的通断情况，以及运行时PLC内部的各种参数，对于查找故障非常有用。电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供各种直流电源。小型PLC一般可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。3.1.4 可编程控制器（PLC）的工作原理 当PLC运行时，用户程序中众多的操作需要执行。但CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度较高，使得外部出现的结果从宏观上来看几乎是同时进行的，这种分时操作的过程叫做CPU对程序的扫描。扫描丛0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，再无中转或跳转的情况下，按存储地址递增的方向顺序逐条扫描用户程序即执行，直到程序结束。每扫描完一次程序，就构成一个扫描周期。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。顺序扫描的工作方式简单，简化了程序设计，并为PLC的可靠运行提供了可靠的保障。一方面，所扫描的程序被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用；另一方面，还可以利用CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使程序进入死循环而造成故障的影响。PLC的基本工作如下（图3-1）：输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态。执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。图3-1 PLC基本工作过程图自诊断程序每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如无故障，PLC继续扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。3.1.5 可编程控制器（PLC）的性能指标 PLC的性能，通常是用以下多种指标综合表述，不同品种规格的PLC其性能指标是不尽相同的，要根据具体悄况来分析。编程语言常用的有梯形图语言、助记符语言、控制系统流程图及某些高级语言等。不同的PLC可能采用不同的编程语言。用户程序存贮容量用户程序存贮器用以存贮通过编程输入的用户程序，其存贮容通常是以字为单位来计算。约定16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。中小型的PLC存贮容量一般在8K以下，大型的PLC存贮量有的已达到256K及2M,在编程时每一条指令所占的存贮容A是1个字、2个字等。通常，对于一般的逻辑操作指令，每条指令占1个字，计时/计数、移位指令占2个字，对于一般的数据操作指令，每条指令占2个字。也有的PLC，用户程序的存贮容量是用编程的步数来表示，每编一条语句为一步。I/O总点数PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。对于开关量I/O，其I/O总数用最大I/O点数表示:对于模拟量I/O，其中I/O总数用最大I/O通道路数表示。 扫描速度以ms/K字为单位表示。例如10ms/K表示扫描1K字的用户程序所需的时间为l0ms。 指令种类数和总条数用以表示PLC的编程和控制功能。 内部继电器种类和点数包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器(无断电记忆和带断电记忆的)、计时器/计数器、移位寄存器、特殊继电器等。而每种继电器点数也不一样。 工作环境一般都能在下列环境条件下工作：温度0-55摄氏度，湿度小于85%(无结露)。 特种功能有的PLC还具有某些特种功能，例如自诊断功能，通信联网功能，监控功能，特殊功能模块，远程I/O能力等。其它除以上基本功能指标以外，对于不同的PLC，还可能列出其它一些指标，如输入输出方式、一些主要硬件(如CPU、存贮器)的型号以及PLC的环境适应性能等。3.1.6 可编程控制器（PLC）的特点与应用PLC的特点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点： 可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.2 变频器3.2.1 变频器的基本构成通用变频器的基本本构成主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。整流器电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流电整流成直流电。逆变器负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成三相桥式逆变电路。只要有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。中间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态或是发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能组件(电容器或电抗器)来缓冲。所以又称中间直流环节为中间直流储能环节。控制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前己经采用微型计算机进行全数字控制，尽可能简化硬件电路，主要依靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的控制。3.2.2 变频器的分类按变换的环节分类：可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器；交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。按直流电源性质分类：电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。输出电压的调制方式分:PAM(脉幅调制):变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式已经很少采用。PWM(脉宽调制):变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制(SPWM)方式。此外，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。3.2.3 变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1)式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。 由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。3.2.4 电梯变频调速控制的特点目前变频调速器已全部采用了数字化技术,并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从应用角度看，其不仅具有显著的节电性能，而且还具有如下的优良性能：高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速；体积小、重量轻、可挂墙安装，占地面积小；保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；操作方便、简单； 内设功能多，可满足不同工艺要求； 具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制；软起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制； 电动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置； 功率因数高，节省电容补偿装置；与鼠笼式；转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济。3.2.5 变频器的选择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。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。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。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS一616G5型全数字变频器，它有磁通矢量控制、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。616G5型变频器的特点VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-616G5变频器的特点如下:包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。有丰富的内藏与选择功能。由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。保护功能完善、维修性能好。通过LCD操作装置，可提高操作性能。616G5型变频器的标准规格616G5型变频器的标准规格如表3.13.3 货梯控制系统的设计思想3.3.1 控制对象每层搂上都有指令按扭、层指示灯、召唤按扭等。按扭开门按钮SB1关门按钮SB2层内指令按钮SB3SB5层召唤按钮SB6SB9开关开、关门行程开关SQ1、SQ2向上、下运行转换开关SQ3、SQ4层接近开关SQ5SQ7层接近开关SQ8SQ11继电器上、下行继电器KM3、KM4快、加、慢速继电器KM5KM7指示灯上、下行方向灯E1、E2层指示灯E3E5层内指令指示灯E6E8层召唤灯E9E12报警信号灯E13门锁输入信号K3.3.2 控制要求货梯的安全运行有以下一些主要控制要求：货梯位置的确定与显示轿厢中的工作人员及门厅中等待货梯的工作人员都需要知道货梯的位置，因而轿厢及门厅中都设有以楼层标志的货梯位置。但这还不够，货梯的运行还需要更加准确的货梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统货梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号工作人员可按下轿厢内操控盘上的选层按钮选定货梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候货梯的工作人员可以按门厅开、门继电器KM1、KM2的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。货梯自动运行时的信号响应货梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定货梯的运行方向及在哪些站点停站。一般情况下货梯按先上后下的原则安排运送货物的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直到到达本方向的最远站点才开始返程