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36 安徽机电职业技术学院 基于PLC的四层电梯控制系部： 电气工程系 专业： 机电一体化 班级： 机电3091 学号： 1302093009 姓名： 指导教师： 摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本文在已有的通变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。关键词：PLC 高效 方便 实用性高 目录摘要 2第一章 电梯概述41.1 电梯的起源与发展 41.2 国外电梯的情况41.3 国内电梯的情况 51.4 电梯技术发展趋势6第二章电梯结构简介62.1 电梯的工作原理62.2 电梯的类型72.3 电梯的组成82.4 电梯的控制要求142.5 轿厢楼层位置检测的方法14第三章总体设计方案153.1主电路的设计153.2控制系统的选择19第四章PLC 与变频器的概述194.1 PLC的特点194.2 PLC的发展阶段204.3 PLC的发展趋势214.4 PLC的基本结构224.5 PLC的工作原理234.6 PLC控制系统与继电器控制系统的比较244.7 PLC控制系统与计算机控制系统比较244.8电梯控制系统方案设计25第五章PLC与变频器的确定 285.1 PLC的选择285 2.内存的估计295. 3.响应时间的分析295. 4.输入输出模块的选择295. I/O接口305. 6. PLC控制系统设计 305. 7. 关于FX2C-64MR30第一章 电梯概述1.电梯的起源与发展电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。说到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。2国外电梯的情况国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术！例如：（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。该系统采用直线电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各自运行路线。该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（4）电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯运行情况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电梯安全高效地运行。3国内电梯的情况 中国电梯行业从市场规模上已经有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的产品质量和技术含量，我国政府提出的节约型社会正好让电梯行业中拥有节能电梯技术的企业有机会发展，另外，国外用户比以前更多地青睐中国产品也为中国电梯的崛起提供了机会。目前我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际领先水平，但是节能电梯的普及率还很低，可节电30%以上的无齿轮电梯普及率不及10%，可以能源再生的造能电梯普及率不及2%。因此专家预计，节能电梯市场会在“十一五”期间进入快速增长期。节能电梯从2001年开始进入我国办公楼、住宅楼、酒店等场所，经过5年的发展，全国的无齿轮电梯市场从几千台增长到近6万台。目前我国已超过日本成为世界最大的新装电梯市场。由于房地产业、城市公共建设等产业发展迅速，预计未来10年，我国的电梯市场仍上，国内在1990年前安装的日系电梯已经全部到了更新期。而且1990年以前的电梯将保持每年20%的递增速度，年平均销售额至少500亿美元。房地产市场快速发展，对电梯的需求继续扩大。专家估计未来50年我国新增住房面积将达到200亿平方米。目前国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。西部地区的小城镇建设速度加快。东部地区城市化经过20年的发展，有些发达地区城市化水平已达到80%，基本饱和，甚至出现了逆城市化的趋势。而近年来西部地区国民生产总值的增长速度，已经与电梯需求高速发展所需的GDP水平相吻合。电梯更新进入高峰期。虽然国家对电梯寿命目前没有提出强制标准，但是按国外电梯使用寿命的惯例，一般日本系列电梯设计寿命为15年，欧美电梯设计寿命为25年。根据我国电梯选购的实际情况，采用日本系列产品或技术的比例大约有60%以生产技术相对比较落后，电梯的耗电水平是现在节能电梯的三到四倍。按电梯使用寿命及15年前电梯安装数量看，预计2007年将有 15000至20000台电梯需要更新。电梯节能潜力巨大，电梯和空调被认为大型建筑两大耗能大户。据了解，目前我国星级酒店每平方米平均年耗电量为150千瓦时，一座3万5万平方米的星级酒店，其年总能耗大约相当于3000至4000吨标准煤，其中将近一半用于电梯供电。电梯行业协会统计，2005年在我国所有使用的电梯中如果有80%采用节能电梯，全年可以节约耗电122亿千瓦时。如果2015年全部采用节能电梯，将节电800亿千瓦时，几乎等于三峡大坝一年的发电量。4. 电梯技术发展趋势（1）环保：绿色理念是电梯发展总趋势。有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。发展趋势主要有：不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。安装电梯将无需安装手脚架。电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。（2）蓝牙技术在电梯上应用。安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。A安装期将减少30以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。B在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。C好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。第二章 电梯结构简介1.电梯的工作原理引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢很得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全2.电梯的类型(1).电梯的分类电梯可以按用途、驱动方式、提升速度、曳引电动机、操纵方式、有无蜗轮减速器或机房位置等进行分类，如下所示。. 按用途分类1) 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯，有完善的安全装置，一般装饰豪华。2) 载货电梯：通常有人伴随，主要是为运送货物而设计的电梯。3) 客货（两用）电梯：以运送乘客为主但也可运送货物的电梯。4) 住宅电梯：为供住宅楼使用而设计的电梯。5) 杂物电梯：只运送杂物不允许人员进入的电梯。6) 船用电梯：供船舶上安装使用的电梯。7) 汽车用电梯：垂直运输汽车的电梯。8) 观光电梯：供乘客观光的轿厢壁透明的电梯。9) 病床电梯：为医院运送病床而设计的电梯。10) 其他电梯：包括冷库电梯、建筑电梯、矿井电梯等。. 按拖动方式分类1) 交流电梯：交流电动机拖运的电梯。2) 直流电梯：直流电动机拖动的电梯。3) 液压电梯：靠液压传动的电梯。4) 齿轮齿条式电梯：靠齿轮齿条传动的电梯。.按电梯速度分类1) 低速电梯：速度为1m/s及以下的电梯。2) 快速电梯：速度大于1m/s而小于2m/s的电梯。3) 高速电梯：速度在2-3m/s的电梯。4) 超高速电梯：速度超过3m/s的电梯。. 按控制方式分类1) 手柄开关控制电梯：由司机用手柄操纵电梯的起动、运行和平层进行控制的电梯。2) 按钮控制电梯：一种具有简单自动控制方式的电梯，具有自动平层功能。3) 信号控制电梯：一种自动控制程度较高的有司机电梯。4) 集控制电梯：有/无司机操纵的电梯。5) 并联控制电梯：2或3台电梯的厅外如唤信号并联共用，电梯具有集选功能。6) 梯群控制电梯：多台电梯集中排列，共用厅外召唤按钮，按规定程序和客流量的变化由电脑集中调度和控制电梯。. 按有无减速装置分类1) 无齿轮电梯：曳引机由曳引轮和制动轮组成，由电动机直接连接，用于高速电梯。2) 有齿轮电梯：曳引机由曳引轮、减速箱和制动轮组成，通过齿轮减速箱与电动机连接，用于低速和快速电梯。. 按操作方式分类1) 无司机电梯：电梯的各种工作状态，由乘客进入电梯轿厢，按照所需要去的楼层，在操纵箱上操纵楼层按钮。2) 有司机电梯：电梯的各种工作状态，有专职电梯司机操纵。3) 有/无司机两用电梯：电梯具有可变换控制电路，其控制线路基本上按照无司机操纵设计。同时亦考虑有司机操纵工作状态的线路设计。 . 按驱动方式分类1) 液压式电梯。2) 曳引式电梯。3) 螺旋式电梯。4) 爬轮式电梯。.按有无机房分类1) 有机房电梯。2) 无机房电梯。3. 电梯的规格与主要参数介绍图1所示给出了电梯的结构和主要部件的名称。(1). 电梯的主要参数电梯的主要参数由来确定电梯的服务对象、运送能力、工作性能及对井道、机房等土建设计的要求，包括以下几个方面：1） 额定载重量：制造和设计所规定的电梯的额定载重量。2） 轿厢尺寸.宽长高3） 轿厢尺寸：有单面或双面开门及其他特殊要求等，包括对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。4） 轿门形式：栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。5） 开门宽度：轿厢门和层门完全开启时的饿净宽度。6） 支流电动机拖动、轿内按钮控制或几选控制等。9）停层站数：凡在建筑物内楼层用语出入轿厢的地点均称为站。10）提升高度：由底层端楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。11）顶层高度：由顶层端楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。12）底坑深度：由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越高。13）井道高度：由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。14）井道尺寸：宽深(2).我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定为了加强对电梯产品的管理，提高电梯产品的使用效果，我国于1974年颁布了一批电梯产品的标准，1986年又颁布了国家标准GB 70251986，并取代原来的标准。自从GB 70251986颁布后，对当时国内已批量生产的乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯等类别的电梯及其井道、机房的形式、基本参数与尺寸做了规定。1997年我国又颁布了新的推荐性标准GB/T 70251997。 图1 . 电梯的整体结构电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。拥护选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等、按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否则会影响电梯的使用效果。(3). 电梯的总体介绍 . 曳引系统的功能及构成功 能构 成输出与传动动力，使电梯运行曳引机：包括电动机、减速器、制动器和曳引轮在内的靠曳引绳和曳引轮槽摩擦力或停止电梯的装置。有齿轮曳引机，即电动机通过减速齿轮箱驱动曳引轮的曳引机。无齿轮曳引机，即电动机直接驱动曳引轮的曳引机。曳引绳：连接轿厢和对重装置，并靠与曳引轮槽的摩擦力驱动轿厢升降的专用钢丝绳。. 导向系统的功能及构成功 能构 成保证轿厢与对重的相互位置，并限制其活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动导轨：供轿厢和对重运行的导向部件。导轨支架：固定在井道壁或横梁上，支撑和固定导轨用的构件。导靴：装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向的部件。导向轮：为增大轿厢与对重之间的距离，使曳引轮在导向对重装置过轿厢一侧而设置的绳轮。反绳轮：设置在轿厢架和对重框架上部的动滑轮。根据需要曳引绳绕过反绳轮可以构成不同的曳引比。反绳轮的数量可以是1个、2个或3个等，有曳引比而定。 . 轿厢系统的功能及结构功 能构 成用于运送乘客和（或）货物的容体，是电梯的运行部件之一轿厢架：固定和支撑轿厢的框架。由上梁、立柱、底梁和拉杆等组成的承重构件。轿厢体：具有与载重量和服务对象相适应的空间，是由轿厢底、轿厢壁、轿门和轿厢顶组成。.系统的功能和构成功 能构 成防止坠落和挤伤事故的发生 厢门：设置在轿厢入口的门。由门，门导轨架、轿厢地坎等组成。 门：设置在层站入口的门，又称厅门、门导轨架,层门联动机构等组成。开门机：使轿门、层门自动开启或关闭的装置。门锁装置：设置层门内侧，门关闭后，将门锁紧，同时接通控制电路，使轿厢方可运行的机电联锁装置。.重量平衡系统的功能及构成功 能构 成使曳引系统的原动力（电动机）功率消耗减少一半，以达到节能 和提高效率的目的对重：由对重架和对重块组成，其重量和轿厢满载时的重量成一定的比例，与轿厢间的重量差具有一个恒定的最大值，又称平衡铁。重量补偿装置：在高层电梯中，补偿轿厢与对重侧曳引绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。.电力拖动系统的功能及构成功能构成提供动力、实行电梯速度控制曳引电动机：电梯的动力源。根据电梯配置可用交流电动机或直流电动机。供电装置：为电梯的电动机提供电源的装置。速度检测装置：检测轿厢运行速度，将其转变成点信号的装置。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相联。电动机调速控制：交流调速电动机的速度控制方式，有交流变极调速、交流变压调速和变频变压调速；直流电动机具有调速性能好和调速范围大的特点，常用发电机组构成的晶闸管励磁的发电机电动机、晶闸管宫殿的晶闸管电动机。.电气控制系统的功能和构成功能构成对电梯的运行实行操纵和控制操纵装置：对电梯的运行实行操纵的装置。包括轿厢内按钮操纵箱或手柄开关箱、层站召唤按钮箱、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。位置显示装置：设置在轿厢内和层站的指示灯，以灯光数字显示电梯运行方向或轿厢所在层站。控制屏（柜）：安装在机房内，由各种电器元件组成，对电梯实行电气控制的设备。平层装置：在平层区域内，使轿厢达到平层准确度要求的装置。由磁感应器和遮磁板构成选层控制器：对电梯运行的控制方式，有轿内开关控制、按钮控制、信号控制、集选控制、并联控制和梯群控制。安全保护系统的功能和构成功能构成保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生 安全钳装置：轿厢应装有在下行时云做的安全钳装置。在达到限速器运作速度时，甚至在悬挂装置断裂的概况下，安全钳装置应能夹紧导轨而使装有额定重量的轿厢制停并保持景致状态。 限速器：通常安装在机房内或井道顶部，是限制轿厢（或对重）运行速度的装置。当轿厢运行速度达到限定值时，限速器动作，使轿厢两边安全钳的楔块同步提起，夹住导轨。 缓冲器：设置在轿厢和对重的行程底部极限位置。如果缓冲器随轿厢或对重运行，则在形成末端应社有与其相撞的支座，支座高度至少要0.5m。 超速保护开关：在限速器机械动作之前，开关动作，切断控制回路，使电梯停止运行。 上、下端站超越保护：在井道顶端、底端设置强迫减速开关、端站限位开关和终端极限开关。在轿厢或对重碰到缓冲器前切断控制电路。 电气安全保护：电梯机械类安全装置多数设置相应气设备，构成电气安全保护线路。如供电系统断相、错相保护装置；层门与轿门的电气连锁装置.l 3. 电梯的组成(1)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机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2)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，导轨和导轨架组成。(3)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。(4)门系统门禁系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门紧统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5)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。(6)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。(7)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。(8)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。主要由安全钳装置、限速器装置、缓冲器装置、上下端站超越保护装置，超速保护开关以及电气安全保护等组成4电梯的控制要求（1）.当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。(2) .当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。(3）.当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的呼叫层，响应完毕后停止。(4）.当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止.5.轿厢楼层位置检测方法主要方法有如下几种:(1)用弹簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。(2)利用开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。(3)利用旋转编码器:目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故本设计采用此法。设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。第三章电梯总体设计方案的确定 1 主电路的设计电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。拖动系统的优势直接影响电梯的起动，制动加减速度，平层精度，乘坐的舒适性等指标。电梯的拖动系统经历了由简单到复杂的过程。到目前为止应用于电梯的拖动系统主要有：(1)单、双速交流电动机拖动系统；(2)交流电动机定子调压调速拖动系统；(3)直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统；(4)可控硅直接供电拖动系统；(5)VVVF变频变压调速拖动系统。(1).单、双速交流电动机拖动系统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）. 交流电动机定子调压调速拖动系统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。(3). 直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统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。(4). 可控硅直接供电拖动系统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。电流，电压下降，过电压，输入缺相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中的一项重要内容.2.1通用变频器的发展上个世纪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和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。A、容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了b00KVA,400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量己达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。B、结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”(Intelligent Module IPM)这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。C、多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字信号处理器(Digital Signal Processer-DSP)的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”(Reduced Instruction Set Computer-RISC)，将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量微处理器， 其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道，RISC的运算速度可达1000MIPS，即10亿次/秒，相当于巨型计算机水平。指令计算时间为ins量级，是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PI D调节器在线实时运算。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的VS) 16-G5变频器就有:(1)无PG(速度传感器)V/f控制;(2)有PG V/f控制;(3)无PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四种控制方式。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要。D、应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。2.2.2通用变频器的功率输出驱动技术动向采用变频器的调速传动技术，近年来取得惊人的进步。从技术发展动向来看，大致有如下几个方面:A, IGBT的应用最近几年来，工GBT的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高，驱动电路简单。用于通用变频器时，有如下明显的效果:a.由于载波效率的提高(20KHz或更高)，负载电动机的噪声明显减少，实现了低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。b.同样由于载波频率的提高，使电动机的电流(特别是低速时的电流)波形更加趋于正弦波，因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。c.由于工GBT为电压驱动型，因而简化了驱动回路，使整个装置更加紧凑，可靠性提高，成木低。d.主开关器件如果采用工PM，上述效果将更加明显。B、网侧变流器的FWM控制的变频器目前上市的绝大多数通用变频器，其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。虽然控制简单，成本较低，但也有它的缺点。比如，网侧电流波形严重畸变，影响电网的功率因数，谐波损耗大，电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。现已开发出一种新型的采用PWM控制方式的自换相交流器，己经成功地用作变流器中的网侧变流器。电器结构形式与逆变器完全相同。均由一个自关断器件和一个二极管反并联组成。其特点是:直流输出电压连续可调，输入电流(网侧电流)波形基本为正弦，功率因数可保持为1，并且能量可以双向流通。网侧变流器采用PWM控制交流器又称为“双PWM控制变频器”。这种再生能量回馈式高性能通用变频器，代表着另一个新的技术动向。它的大容量化，对于制动频繁的或可逆运行的生产设备十分有意义。但因其价位高、投资大，所以在某种程度上限制了它的发展速度.C、矢量控制变频器的通用化在造纸、轧钢等应用领域，要求精度高，响应快，一般性的通用变频器已经不能胜任，往往要采用矢量控制方案.但是矢量控制往往需要速度传感器，运算复杂、调整麻烦，对电动机的参数依赖性较大.目前，国内正在努力使矢量控制变频器实现通用化.因此，对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术发展方向。保护功能 电机保护，变频器过载，瞬间过(5).VVVF变频变压调速拖动系统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，以下简要介绍其优点。VVVF电梯，采用交流单速电动机，通过对交流电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化，将交流电动机转速运行曲线线性段区域扩大。由于系统采用高精度电光码盘，全数字化控制，使电梯平层精度达到毫米级，并且绝对保证电动机零速下闸，舒适感非常好。 VVVF控制的电梯相对于交流双速电梯、交流调压调速电梯(ACVV)都有十分突出的优点。下面与ACVV控制的电梯相比较。 安全可靠。先进的电脑控制技术，完善的检测、自诊断、自保护功能最大限度地考虑了电梯在任何情况下出现故障的可能性，设置了各种防故障和应急装置;倘若井道内某个安全装置出现故障，电脑将保护不冲顶、不蹲底、不关人。舒适感好。理想的电梯运行速度曲线，根据人体生理适应能力由高性能的微电脑设计而成，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确调节，使电梯运行极其平衡、舒适。 高速高性能。高速运行，最佳召唤应答处理和分配方式，根据乘客人流情况快速反应自动调节，使电梯运行迅速、合理，最大限度地缩短乘客候梯时间，使电梯运行效率得到充分发挥。 节约电能。全电脑控制的调节调频调速(VVVF)系统，不仅性能优异、 功能齐全、质量可靠，而且具有优异的节能效果，与目前同规格的ACVV相比，节能约40%，并可使用户电源容量也大量减小。 节省机房空间。超小型的机房全电脑控制系统与传统的机房控制系统相比，体积减少1/2以上，重量大大减轻。因此，节省机房空间，减轻机房承重，提高建筑利用率，从而可节约建筑费用。 利用率高。全电脑控制可以方便地使两台、三台、四台以上的电梯进行群控，合理安排，合理分配，提高电梯的运行效率。 准确的平层精度。经过电脑的高速、大量运算，采用高精度光电码盘，将速度转矩位置全闭环，停车时零速抱闸，平层精度在士2mm以内。 自学习井道信息功能。自动学习电梯的提升高度、楼层间距，自动根据停靠距离选择运行曲线。 维护方便。现代化高科技设计，全电脑控制，大规模集成电路和半导体大功率模块在电梯控制中的应用，使现代电梯控制部份的可靠性、免维护性大大提高;新技术、新材料的应用，加强了电梯机械部件的耐磨损程度，提高了机械可靠性;自诊断能力和远程报警功能的实现，使得电梯维修保养工作越来越简单，越来越有针对性，越来越快速。 无噪声机房和小噪声运行，大大降低了对环境的影响。综上所述，本设计采用调频调压调速（VVVF）电机拖动控制系统，以期达到预期的目的。3.2控制系统的选择组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。 可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。第四章 PLC与变频器的概述1.PLC的特点一、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。二、配套齐全，功能完善适用性强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工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，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的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强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。三、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。四、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。五、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备2.PLC的发展阶段虽然 PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1、早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的 PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。3、近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化.3. PLC发展趋势（1）向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。（2）向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。（3）PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。（4）增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项