自动五层电梯的PLC控制系统设计毕业论文.doc

毕业设计（论文） 题目： 自动电梯的控制系统设计 姓 名： 专 业： 学 院： 学习形式： 助学单位： 指导教师： 2011年 8 月自动电梯的控制系统设计摘 要电梯已经成为了高层建筑不可缺少的运输工具，它用于运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，由于其触点多、可靠性差、故障率高、维修工作量大等缺点，为生产、生活带来了极大的不便。而PLC作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性的优点不仅在工业生产过程中得到了广泛的应用，其组成的控制系统可以很好地解决上述这些问题。本论文通过论述电梯控制系统的组成，阐述PLC在电梯控制中的应用，采用松下PLC编程的程序控制方式，提出了五层电梯PLC控制系统的总体设计方案、设计过程和组成，并列出了主要硬件电路、电梯的控制梯形图以及指令表。同时给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号的逻辑关系的基础上，提出了具体的PLC编程方法，设计了一套完善的方案关于电梯控制系统。采用此案实现电梯的控制，可以解决传统电梯控制系统的缺点，因而使运行更加安全、方便、舒适。 关键词：电梯；PLC；梯形图；电梯控制Automatic Elevator Control System DesignAbstractElevator the necessary transportation tool for tall buildings these days, isused for transferring passengers and commodities . However,most of the traditional elevator control system adopts relay- contactingmachine as its central director. But this system with so many disadvantages such as too many contacting points, high fault rate,heavy repairing work is not as convenient as we want. however PLC (programmable controller) takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programming So if it is replaced by thecontrol system which equipped with PLC, the problems will be solved easily. This essay explains the application of PLC on elevator，by discussing the construction of elevator system.It also illustrates the general design project, the design processand construction of the PLC control system for three-storybuildings, listing the main circuit, trapezia controlchart of elevator and repertoires. It also shows the construction of frame chart and process flow chart. Thus the method of PLC programming is on the basis of analyzing and dealing with the logic relationship of random signs.It also create a complicated elevator control system. If the project can be accepted, it will solvethe problem metioned above.Key Words：Elevator; PLC; Lader View; Lift control 目录摘 要IAbstractII第一章 绪 论1第二章 概述及组成22.1 PLC的概述22.2电梯的概述32.3电梯的的控制部分主要电气设备32.3.1 曳引电动机32.3.2 自动门机42.3.3 层楼指示42.3.4呼梯盒42.3.5 操纵箱42.3.6 平层及开门装置42.3.7 停车装置52.3.8开关装置5第三章 控制系统方案设计63.1电梯的控制系统63.2 PLC控制与其它控制方式的比较63.3控制系统方案设计73.4电梯控制系统原理框图设计73.5电梯控制系统硬件结构框图8第四章 控制系统的硬件设计94.1可编程控制器（PLC）94.1.1可编程控制器（PLC）的基本结构94.1.2可编程控制器（PLC）的工作原理114.1.3可编程控制器（PLC）的性能指标124.1.4可编程控制器（PLC）的特点与应用124.1.5可编程控制器（PLC）的选择134.2变频器134.2.1 变频器的基本构成144.2.2变频器的分类144.2.3变频器的矢量控制原理154.2.4电梯变频调速控制的特点164.2.5变频器的选择16第五章 电梯控制系统的软件程序设计185.1电梯运行时控制的主要指标185.2 PLC的信号编排185.3梯形图设计19第六章 电梯系统模拟调试及其安装266.1电梯系统模拟调试266.2电梯系统安装调试26第七章 结 论28参考文献29谢 辞30附 录31第一章 绪 论传统继电器式电梯控制方式发展为计算机控制的形式，是当下电梯控制和技术改造的热点之一。本次设计的目的在于利用PLC代替传统的控制逻辑电路（继电器接触式），以充分利用PLC的优点。本设计通过远程监控使电梯实际的运行更加可靠、高效。设计内容主要由电梯的控制技术，电梯控制系统的软件设计（梯形图程序设计）和电梯的监控等部分组成。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全世界展示人类历史上第一部安全升降梯。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质、样式，在操纵控制方面发生了变化1。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任。目前国内，电梯技术己趋成熟，微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型。使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对电梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。国内电梯技术迅猛的发展速度使其达到世界先进水平。第二章 概述及组成2.1 PLC的概述可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC，在计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展PLC的功能已经超过了逻辑控制的范围，当下的这种装置称作可编程控制器，其简称为PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器的简称依然叫做PLC。国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，而且在1987 年2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展统一化，美国电气制造商协会NEMA经过四年的调查工作，将其正命名PC（Programmable Controller），并给PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 随着微处理器（CPU）、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，类如可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，自动化的应用也得到了迅速的发展。2.2电梯的概述(1)人们对于电梯的速度要求越来越高，高速电梯的数量逐年增加。 (2)电梯的拖动技术已有较大的发展，由于直流电梯能耗大、维修量大等缺点。正逐步被交流电梯所取代，液压电梯由于其运行平稳，机房位置灵活，使得其在低楼层场合得到较为广泛的应用。与此同时交流拖动电梯更是得到较迅速的发展，己由之前的变级调速(AC-VP)发展成为调压调速(AC-VV)及调频调压调速(AC-VVV F)，使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的预期要求，电梯的舒适度得以极大地改善。 (3)电梯的逻辑控制己由过去简单的继电器接触器式控制发展为可编程序控制(PLC)和微机控制，控制方式也由原有的手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等多种方式，电梯可靠性大大提高。 (4)电梯的管理功能不断得以加强，并广泛采用微机控制技术，以不断满足用户的使用要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。 (5)智能群控管理得到更加广泛应用。 (6)机械传动方面，由于国际上机械加工工艺水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用普遍开来，使得电梯的传动形式多样化3。2.3电梯的的控制部分主要电气设备电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它。2.3.1 曳引电动机曳引电动机具有提升机构，由电磁制动器（也称电磁抱闸）、驱动电动机、减速器及曳引轮组成2。2.3.2 自动门机完成电梯的开门与关门：电梯的门有轿门（中有一个）和厅门（每层站一个）。只有电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启；同时也只有当厅门、轿门全部关闭时才允许启动运行。2.3.3 层楼指示层楼指示又叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅和轿门的上方；现多由LED点阵结或数码管构组成，与运行方向指示、呼梯盒做成一体结构。2.3.4呼梯盒 呼梯盒用以在每层召唤电梯。安装在地面1米左右的墙面上。基站与顶站有一个按钮，中间层站由上呼与下呼组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯号已被接收并被记忆；当电梯满足呼梯要求而停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。2.3.5 操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上没有与电梯经层站数相同的内选层按钮，上下层启动按钮，开关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关，照明等控制开关。2.3.6 平层及开门装置平层及开门装置由磁铁板和上、下平层感应器组成，上行时，上层首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至下层插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，下层首先插入隔磁铁板，发出减速信号至上层插入隔磁铁板时，发出停车及开门的信号。2.3.7 停车装置电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运行到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处位置和平层信号。2.3.8开关装置安全窗及其开关，安全钳及其开关，上、下限位开关，上、下强迫停止开关，极限开关4。第三章 控制系统方案设计3.1电梯的控制系统电梯控制系统由PLC、变频器和旋转编码器组成。可编程控制器(PLC)处理各种信号的逻辑关系，进而向变频器发出起、停等信号，与此同时变频器将工作状态信号送给PLC，从而形成双向联络关系,它是整个系统的核心。变频器实现电机调速。为满足要求，变频器要通过与电动机连接的旋转编码器和PG卡，完成速度检测以及反馈，进而形成闭环系统。旋转编码器与电动机连接，对电动机进行测速5。3.2 PLC控制与其它控制方式的比较电梯继电器控制系统的优点：所有控制功能及信号处理由硬件实现，线路直观，易于理解，适合于一般技术人员，绝大部分电器为常用控制电器，经济，易换；多年来我国一直生产这类电梯、技术成已熟，技术资料图纸等齐全。电梯继电器控制系统的缺点：系统触点繁多、接线线路复杂以及故障率高；靠性和安全性不佳，控制功能不高，技术水平难以提高；电磁机构及触点动作速度较慢，机械和电磁惯性较大，系统控制精度难提高；系统结构庞大，能耗高，机械动作噪音较大；而且检查故障困难，耗费人力物力。经常造成停梯，给乘用人员带来不便，且电梯一旦发生蹲底或冲顶，不仅会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故6。PLC控制电梯的优点：可靠性提高。控制系统结构简单，线路简化。可实现各种复杂的控制系统，可方便地增加或改变。可进行故障自检与报警，进而提高运行安全性，方便检修。方便群控调配和管理，提高电梯运行效率。控制方案更改时不需要改动硬件接线。计算机控制的优点：主机一般采用能够在恶劣工业环境下工作的可靠工控机。在硬件结构上总线标准化程度高，软件资源丰富，品种兼容性强，能提供实时操作支持，对实时性强，要求快速，模型复杂的工业对象的控制占有优势。计算机控制的缺点：但它的使用和维护要求工作人员应具有一定专业知识，技术水平较高，且工控机尚不能适应恶劣的工作环境。PLC对此进行改进，变通用为专用，有利于缩小体积，降低成本，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求6。3.3控制系统方案设计本设计通过对三种方案的比较和参照，因而得出PLC控制具有显著的优点。所以在电梯控制中采用了PLC来实现对电梯运行的自动控制，可靠性，和安全性大大提高；实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变；可进行故障自检与报警显示，提高安全性和可靠性，便于检修；适用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。综上，本设计采用PLC控制。3.4电梯控制系统原理框图设计平层信号安全保护系统拖动系统门锁保护减速点信号定向、选层楼层信号楼层信号取得轿内指令厅外召唤楼层指示平层减速启动控制系统原理框图如图3-1所示，由轿箱内指令电路、主拖动电机电路、门厅呼叫电路、开门电路、按钮记忆灯电路、档层显示电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成7。图3-1电梯控制系统原理框图3.5电梯控制系统硬件结构框图系统由开、关门机构，曳引机构，轿厢、控制系统组成，如图3-2所示。曳引系统的主要功能为输出和传递动力。门系统的功能为封住层站入口和轿厢入口，而轿厢是运送乘客的电梯组件，是电梯的主要部分。拽引电路变频器PLC电源门机显示现场信号PG3-2电梯控制系统硬件结构第四章 控制系统的硬件设计随着社会的迅速发展，电梯的应用也越来越广泛和重要。对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性要求更高，且电梯的首要保证就是安全，可编程控制器是非常合适的选择。4.1可编程控制器（PLC）可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制。并且它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便等优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的欢迎。所以在冶金、交通、电力、机械和化工等领域获得了广泛的应用，是现代工业控制的三大支柱之一8。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、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。4.1.1可编程控制器（PLC）的基本结构主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。1、中央处理单元CPU与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入寄存器或数据寄存器；接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；在PC进入运行状态后：执行用户程序产生相应的控制信号，进行数据处理，更新输出状态输出实施控制 。2、存储器系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。3、输入输出接口电路(简称I/O)输入输出接口是CPU和工业现场装置之间的连接部分，是PLC的一个重要组成部分。PLC将现场输入信号转换为微处理器可以识别的信号，并且尽全力排除干扰信号，提高可靠性；输出将微处理器送出的弱电信号放大成强电信号，驱动各种负载。其与微机的I/O接口工作在弱电的情况下不同，PLC的I/O接口是按工作在强电情况下的要求而设计的，即输入接口能接受强电信号，输出接口能直接和强电设备相连接。（1）输入接口电路一般由光电耦合电路与微机输入接口电路组成。光电耦合电路由发光二极管和光电三极管组成的光耦合器作为关键器件，输入端加入变化的信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号，它会照射光电三极管导通。二极管和三极管是完全隔离的，信号不会反馈。而且二极管正向阻抗值比较低，外界干扰源内阻较高，干扰源馈送到输入端的干扰噪声很小，增强了抗干扰能力。微机的输入接口电路一般由数据输入寄存器、“选通”电路和中断请求逻辑电路集成而成。（2）输出接口电路一般由微机输出接口和功率放大电路组成。前者由输出数据寄存器、“选通”电路和中断请求电路组成。功率放大电路一般采用继电器、可控硅即晶闸管或晶体管输出。由于输入内部电路输出在电器上完全隔离，从而有效地防止了现场的强电干扰。4、编程器编程器分为便携式和CRT智能式两大类，便携式只能联机状态下才可以编程，CRT智能式既可可以在联机状态下编程，又可以在脱机状态下编程。便携式编程器具有体积小，重量轻，可随身携带等优点，便于在工作现场使用。一般的小型PLC主要采用的是便携式编程器。编程器是专用的，因此不同型号的PLC都有自己专用的编程器。由于PLC正常工作时，不一定需要编程器。所以，同型号的PLC可以只配一个编程器9。5、内部电源和其他设备PLC的内部电源是指将外部输入的交流信号经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足内部电路工作需要的直流电源或电源模块。PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。4.1.2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的运算处理速度较快，因而外部出现的结果从宏观来看几乎是同步进行的，这种操作的过程叫做CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，再无中转或跳转的状态下，按存储地址递增的方向依次逐条扫描用户程序即执行，直到程序结束。每扫描完一次，就完成一个扫描周期。然后再从头开始扫描，并重复。1、PLC的基本工作（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；（2）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；（3）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。2、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，诊断通常是测试出各部分的当前状态，并与标准状态进行比较，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。如果有则做出相应的处理。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，并输出控制信号，完成一个扫描周期。4.1.3可编程控制器（PLC）的性能指标1、编程语言常用的有梯形图语言、助记符语言、控制系统流程图和某些高级语言等。不同的PLC可能采用不同的编程语言。2、用户程序存贮容量：用户程序存贮器存贮通过编程输入的用户程序，存贮量通常是以字为单位来计算。规定16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。3、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10。 4、扫描速度以ms/K字为单位表示。5、指令种类数和总条数用以表示PLC的编程和控制功能。6、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。7、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)。8、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。4.1.4可编程控制器（PLC）的特点与应用可编程控制器最初是为了替代继电器控制系统而研制的，而且自身又是一个计算机系统，所以它除了具备继电器控制系统和微型计算机系统的原有功能外，还有其自己的特点。目前典型的PLC应用主要有几个方面（1）顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，PLC取代了传统的继电器顺序控制，例如装配生产线、数控机床及电梯控制等。（2）过程控制：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、电流等。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样可编程控制器可以采用模拟控制用于过程控制。（3）数据处理：一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便的对生产中的数据进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理，监控生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置控制。（4）通信联网：某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成集选控制系统和总线控制系统12。4.1.5可编程控制器（PLC）的选择可编程控制器作为工业自动化的核心设备其应用极为广泛可以说只要有工厂，有控制要求，就会有PLC的应用。由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，综合多种因素考虑，本设计选择了德国西门子公司生产的S7200型机。S7200型机专用于开关控制，其体积小，安装起来节省空间，功能强。它不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了数据运算、传送与处理功能，成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置。性价比高（S7200型机采用的是箱体结构），其价格便宜，可靠性高，易于扩展（该机型的任一种CPU箱和任一种扩展箱均可配置在一起）。因此，用户可根据所需的I/O点数进行选件配置，使用灵活、方便13。4.2变频器80年代初通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制，由采用BJT到采用IGBT两个大的进展过程。当今要求从一般的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。因此可以说在电气调速传动领域内，以变频器应用技术为代表的交流调速传动已经成为电气调速传动的主流。在交流调速系统中，变频器的作用是将频率固定(通常为工频50Hz)的交流电(三相的或单相的)变换成频率连续可调(多数为0-400Hz)的三相交流电。变频器的输入(R.S.T)接至频率固定的三相交流电源，输出端(U.V.W)输出的是频率在一定范围内是连续可调的三相交流电，接至电动机。4.2.1 变频器的基本构成通用变频器的基本结构主要由主电路(整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。1、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。2、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。3、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14。4、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15。 4.2.2变频器的分类1、按变换环节分（1）交交变频器又称为直接式变频器。它是把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下(0fN/2)，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。（2）交直交变频器又称为间接式变频器。它是先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此，在频率的调节范围内，在改替变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势，通用变频器就属于这种形式。2、按输出电压的调制方式分（1）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。（2）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。目前普遍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。3、按直流环节的储能方式分（1）电流型：直流环节的储能元件是电感线圈LF。（2）电压型：直流环节的储能元件是电容器CF。4.2.3变频器的矢量控制原理矢量控制是一种新的传动控制技术，是交流传动控制理论上的一个质的飞跃。它的想法是设法模拟直流电动机的控制特点来进行交流电动机的控制。调速的关键问题是转矩控制问题，直流电动机调速性能好的根本原因就在于它的转矩容易控制。直流电动机转矩表达式为M=CMIa，可以分别控制电枢电流Ia和磁通两个参数，它们之间互成90直角坐标正交关系且为两个独立变量，可分别进行调节，在电路上互不影响。而异步电动机的转矩表达式为M=CMI2cos2，式中转子阻抗角2=arctansx2/r2异步电动机的转子电流I2和气隙有效磁通m有关，且与转速(转差率s)有关，I2和M两个参数既不成直角又不是两个独立的变量，转矩的这种复杂关系成为异步电动机难以控制的根本原因。为使交流电动机得到和直流电动机一样的控制性能，必须通过电机统一理论和坐标变换理论，把交流电动机的定子电流I1分解成磁场定向坐标的磁场电流分量I1M和与之相垂直的坐标转矩电流分量I1T，把固定坐标系变换为旋转坐标系解耦后，交流量的控制变为直流量的控制便等同于直流电动机。即如果在电机调速过程中始终维持定子电流的磁场电流分量I1M不变，而控制转矩电流分量I1T，它就相当于直流电动机中维持磁场电流不变，而通过控制电枢电流来控制电机的转矩一样，能够使系统具有较好的动态特性。4.2.4电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起、制动平稳性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。1、电梯变频调速使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。2、变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能：调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。3、变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显14。4.2.5变频器的选择目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。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。VS-616G5松下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松下变频器的特点如下：（1）包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。（2）有丰富的内藏与选择功能。（3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。（4）保护功能完善、维修性能好。（5）通过LCD操作装置，可提高操作性能。（6）功能较强，使用灵活。（7）调速范围宽、控制精度高，动态性能好。第五章 电梯控制系统的软件程序设计5.1电梯运行时控制的主要指标（1）电梯运行到位后具有手动开门关门功能。（2）利用指示灯显示厢外召唤信号，厢内指令信号和货梯到达信号。（3）能自动辩别货梯运行方向，并发出响应的指示信号。5.2 PLC的信号编排 PLC控制器选用西门子S7200，CPU选择221XP 表5-1输入信号地址编输入输出点名称及作用输入输出点 名称及作用X400-X404上行楼层感应干簧管触点M123-M1261-4层向上召唤中间继电器X405-X411下行楼层感应干簧管触点M130上行中间继电器X500-X504轿内指令按钮M131下行中间继电器X505-X5101-4层上召唤按钮M132司机上行中间继电器X000-X0032-5层下召唤按钮M133司机下行中间继电器X004有/无司机操作方式转换开关M134换速中间继电器