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八层电梯的PLC控制系统设计-三菱【4张图纸】【优秀】【机电全套毕业设计】

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电梯 plc 控制系统 设计 三菱 图纸 优秀 优良 机电 电机 全套 毕业设计
资源描述:

一、设计的目的、意义

设计目的:继电器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。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。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。

   本文在已有的通用变频器的基础上,采用PLC对电梯进行控制,对整个控制电路及控制程序进行合理的选择和设计,提高电梯的控制水平,降低故障率,并改善电梯运行的舒适感和安全感,使电梯达到较为理想的控制效果。

设计意义: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。由PLC控制的电梯交流变频高速系统,可弥补继电器控制电梯的故障率高,可靠性和安全性差等不足,调速性能好,运行平稳,改善电梯运行的舒适感。

二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)

   设计内容:

1.电梯及电梯控制系统的发展状况,及PLC在电梯控制系统中的应用;

2.基本方案的选择;

3.PLC系统的硬件设计;

4.PLC系统的软件设计;

技术要求:

1.设计一个承载13人,载重1000KG的八层电梯的交流变频调速控制系统;

2.确定PLC,变频器及电机的型号;

3.设计PLC外部接线图;

4.编制梯形图程序。

八层电梯的PLC控制系统设计

三、设计(论文)完成后应提交的成果

1.设计说明书一份,1.5~2万字;

2.PLC控制系统的PLCI/O分布图:AO图纸一张;

3. PLC控制系统的外部接线图:A1图纸一张;

4.PLC控制系统的流程图:A1图纸一张;

5.系统框图:A1图纸一张。

四、设计(论文)进度安排

2010年3月1日-2010年3月19日——接受任务,收集相关资料,撰写并提交开题报告;

2010年3月20日-2010年3月26日——翻译英文文献;

2010年3月27日-2010年4月9日——拟定总体设计方案,绘制系统的方框图;

2010年4月10日-2010年4月23日——器件选型;

2010年4月24日-2010年5月14日——系统硬件设计;解决问题,修改完善

2010年5月15日-2010年5月28日——系统软件设计;

2010年5月29日-2010年6月11日——撰写设计说明书并用计算机绘图;

2010年6月12日-2010年6月18日——完成论文及图纸的打印,准备答辩。

五、主要参考资料

[1]黄立培.变频器应用技术及电动机调速[M].北京:人民邮电出版社,1997

[2]皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社,2000

[3]梁宾.关于电梯运行舒适感的调试[J].广船科技,2002,(4):29-32

[4]赵洪恕.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用[J].基础自动化 ,2000,7(1):49-51

[5]王也平.可编程序控制器原理及应用[M].成都:西南交通大学出版社.1994

[6]陈海雄.电梯产品的绿色呼唤[J].中国电梯,2001, 10

[7]杨增红.PLC控制PW-VF型变频变压调速电梯控制系统[J],工业控制计算机,2000,13(6):55-56


目    录


摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章 绪论……………………………………………………………………………1

1.1电梯设备………………………………………………………………………1

1.1.1电梯分类…………………………………………………………………1

 1.1.2 电梯的主要组成部分……………………………………………………2

 1.1.3电梯的安全保护装置……………………………………………………2

1.2 电梯的发展动态………………………………………………………………3

 1.2.1电梯技术发展状况………………………………………………………3

 1.2.2 电梯发展展望……………………………………………………………4

1.3  PLC在电梯中的应用……………………………………………………………4

1.3.1 PLC的特点………………………………………………………………4

1.3.2 PLC控制电梯的特点……………………………………………………6

 1.4电梯变频调速控制的特点………………………………………………………6

第2章 基本方案确定…………………………………………………………………7

 2.1电梯控制系统……………………………………………………………………7

2.1.1电梯控制系统实现的功能………………………………………………7

2.1.2信号控制系统……………………………………………………………7

2.1.3速度给定曲线……………………………………………………………8

2.1.4减速及平层控制…………………………………………………………9

2.1.5硬件配置简介……………………………………………………………9

 2.1变频器的选择……………………………………………………………………11

2.2.1通用变频器概况…………………………………………………………12

2.2.2 VS-616G5型变频器简介…………………………………………………15

2.3本章小结…………………………………………………………………………16

第3章 I/O点的确定和系统硬件设计……………………………………………17

3.1可编程控制器的选择…………………………………………………………17

 3.1.1 可编程控制器控制系统I/O点数估算…………………………………17

 3.1.2内存估计…………………………………………………………………21

 3.1.3相应时间…………………………………………………………………22

 3.1.4功能和结构要合理………………………………………………………22

 3.1.5输入输出模块的选择……………………………………………………22

 3.1.6机型确定…………………………………………………………………22

3.2变频器结构及参数设置…………………………………………………………22

   3.2.1 VS-61G5变频器的参数…………………………………………………22

   3.2.2参数设置…………………………………………………………………23

   3.2.3变频器自学习功能的应用方法…………………………………………24

   3.2.4变频器容量计算………………………………………………………25

3.3利用旋转编码器获取楼层信息…………………………………………………28

   3.4 PLC控制系统方框图……………………………………………………………29

3.5 系统的流程图……………………………………………………………………29

3.6本章小结…………………………………………………………………………31

第4章 系统软件设计…………………………………………………………………32

   4.1 外召唤登记………………………………………………………………………32

   4.2 内指令信号处理…………………………………………………………………33

4.3 开门控制…………………………………………………………………………33

   4.4 关门………………………………………………………………………………36

   4.5 定向………………………………………………………………………………36

   4.6电梯终端保护……………………………………………………………………39

   4.7 启动抱闸…………………………………………………………………………40

   4.8 换速………………………………………………………………………………40

4.9层楼位置显示…………………………………………………………………41

4.10消防……………………………………………………………………………42

4.11本章小结………………………………………………………………………42

结论………………………………………………………………………………………43




一、课题研究现状、选题目的和意义。

目前电梯的控制普遍采用两种控制方式:一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式,其原因在于用PLC控制有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑、安装、维修方便等许多优。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着PLC应用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。

选题的目的是继电器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。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。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。

选题的意义是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。由PLC控制的电梯交流变频高速系统,可弥补继电器控制电梯的故障率高,可靠性和安全性差等不足,调速性能好,运行平稳,改善电梯运行的舒适感。

二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题

设计的基本内容是确定电梯的控制方式、拖动调速方式和运行方式。选择PLC的机型和I/O点的点数、分配I/O点、设计控制系统得I/O接线图、设计梯形图,编制并调试程序。

设计拟解决的主要问题是电梯在无司机操纵情况下电梯的开关门、启动、加速、换速、平层及停车均需要通过PLC自动控制。电梯运行过程中突然断电时,PLC要将保存的停电时的现场数据,在电源重新接通时,将自动恢复停电是的数据,控制电梯运行。


参考文献…………………………………………………………………………………44

致谢………………………………………………………………………………………45

附录……………………………………………………………………………………46


内容简介:
毕业设计(论文)过程管理材料题 目八层电梯的PLC控制系统设计学生姓名刘雷系部名称机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化06-1指导教师齐建家职 称讲师起止时间2010.3.102010.6.18教 务 处 制SY-025-BY-2毕业设计(论文)任务书学生姓名刘雷系部机电工程学院专业、班级机械设计制造及其自动化06-1指导教师姓名齐建家职称讲师从事专业机械电子是否外聘是否题目名称八层电梯的PLC控制系统设计一、设计的目的、意义设计目的:继电器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。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。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。 本文在已有的通用变频器的基础上,采用PLC对电梯进行控制,对整个控制电路及控制程序进行合理的选择和设计,提高电梯的控制水平,降低故障率,并改善电梯运行的舒适感和安全感,使电梯达到较为理想的控制效果。 设计意义: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。由PLC控制的电梯交流变频高速系统,可弥补继电器控制电梯的故障率高,可靠性和安全性差等不足,调速性能好,运行平稳,改善电梯运行的舒适感。二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法) 设计内容:1电梯及电梯控制系统的发展状况,及PLC在电梯控制系统中的应用;2基本方案的选择;3PLC系统的硬件设计;4PLC系统的软件设计;技术要求:1 设计一个承载13人,载重1000KG的八层电梯的交流变频调速控制系统;2 确定PLC,变频器及电机的型号;3 设计PLC外部接线图;4 编制梯形图程序。三、设计(论文)完成后应提交的成果1设计说明书一份,1.52万字;2PLC控制系统的PLCI/O分布图:AO图纸一张;3. PLC控制系统的外部接线图:A1图纸一张;4PLC控制系统的流程图:A1图纸一张;5系统框图:A1图纸一张。四、设计(论文)进度安排2010年3月1日-2010年3月19日接受任务,收集相关资料,撰写并提交开题报告;2010年3月20日-2010年3月26日翻译英文文献;2010年3月27日-2010年4月9日拟定总体设计方案,绘制系统的方框图;2010年4月10日-2010年4月23日器件选型;2010年4月24日-2010年5月14日系统硬件设计;解决问题,修改完善2010年5月15日-2010年5月28日系统软件设计;2010年5月29日-2010年6月11日撰写设计说明书并用计算机绘图;2010年6月12日-2010年6月18日完成论文及图纸的打印,准备答辩。五、主要参考资料1黄立培.变频器应用技术及电动机调速M.北京:人民邮电出版社,19972皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京:机械工业出版社,20003梁宾.关于电梯运行舒适感的调试J.广船科技,2002,(4):29-324赵洪恕.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用J.基础自动化 ,2000,7(1):49-515王也平.可编程序控制器原理及应用M.成都:西南交通大学出版社.19946陈海雄.电梯产品的绿色呼唤J.中国电梯,2001, 107杨增红.PLC控制PW-VF型变频变压调速电梯控制系统J,工业控制计算机,2000,13(6):55-56六、备注指导教师签字:年 月 日教研室主任签字: 年 月 日SY-025-BY-3毕业设计(论文)开题报告学生姓名刘雷系部机电工程系专业、班级机械设计制造及其自动化06-1指导教师姓名齐建家职称讲师从事专业机械电子是否外聘是否题目名称八层电梯的PLC控制系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式:一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式,其原因在于用PLC控制有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑、安装、维修方便等许多优。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着PLC应用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。选题的目的是继电器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。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。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。选题的意义是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。由PLC控制的电梯交流变频高速系统,可弥补继电器控制电梯的故障率高,可靠性和安全性差等不足,调速性能好,运行平稳,改善电梯运行的舒适感。二、设计(论文)的基本内容、拟解决的主要问题设计的基本内容是确定电梯的控制方式、拖动调速方式和运行方式。选择PLC的机型和I/O点的点数、分配I/O点、设计控制系统得I/O接线图、设计梯形图,编制并调试程序。设计拟解决的主要问题是电梯在无司机操纵情况下电梯的开关门、启动、加速、换速、平层及停车均需要通过PLC自动控制。电梯运行过程中突然断电时,PLC要将保存的停电时的现场数据,在电源重新接通时,将自动恢复停电是的数据,控制电梯运行。 三、技术路线(研究方法)1用多种方法查找相关文献资料;2参照已有的电梯系统相关数据,拟定多种设计方案,比较设计方案,选择最佳方案进行设计;3根据已选定的设计方案绘制软件流程图;4绘制PLC系统的外部接线图;编制梯形图程序,并利用仿真软件模拟系统运行,调试程序四、进度安排2010年3月1日-2010年3月19日接受任务,收集相关资料,撰写并提交开题报告;2010年3月20日-2010年3月26日翻译英文文献;2010年3月27日-2010年4月9日拟定总体设计方案,绘制系统的方框图;2010年4月10日-2010年4月23日器件选型;2010年4月24日-2010年5月14日系统硬件设计;解决问题,修改完善2010年5月15日-2010年5月28日系统软件设计;2010年5月29日-2010年6月11日撰写设计说明书并用计算机绘图;2010年6月12日-2010年6月18日完成论文及图纸的打印,准备答辩五、参考文献1黄立培.变频器应用技术及电动机调速M.北京:人民邮电出版社,19972皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京:机械工业出版社,20003梁宾.关于电梯运行舒适感的调试J.广船科技,2002,(4):29-324赵洪恕.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用J.基础自动化 ,2000,7(1):49-515王也平.可编程序控制器原理及应用M.成都:西南交通大学出版社.19946陈海雄.电梯产品的绿色呼唤J.中国电梯,2001, 107杨增红.PLC控制PW-VF型变频变压调速电梯控制系统J,工业控制计算机,2000,13(6):55-568汪晓平等.可编程控制器系统开发实例导航M. 北京:人民邮电出版社,2004.7: 27-319何满润等.FX2-64MR可编程控制器在电梯控制系统中的应用J.五邑大学学报,2009,23(4):54-5810代杰.交流变频调速电梯系统设计和应用J.经验交流,2009,3:46-4811Shogo Tanaka.Automatic measurement and control of the attitude of crane liftersJ.Control Engineering Practice,6(1998)1099-110712 Stefano PozzatoPLC intelligence at the service of liftsJElevator,2007,36(1)62-65六、备注指导教师意见:签字: 年 月 日本科学生毕业设计八层电梯的PLC控制系统设计系部名称: 机电工程学院 专业班级: 机械设计制造及其自动化 B06-1班 学生姓名: 刘雷 指导教师: 齐建家 职 称: 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院二一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign on PLC Control System for Eighth Floor ElevatorCandidate:Liu LeiSpecialty:Mechanical Design and Manufacture AutomationClass:B06-1Supervisor:Lecturer Qi JianjiaHeilongjiang Institute of Technology2010-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要 电梯不仅仅是高层建筑的必备设施,在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。电梯的控制系统已由初期的继电器控制向微机控制发展。可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。 本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上,针对8层8站电梯,使用三菱FX2N-128MR可编程控制器,设计了电梯的控制系统。包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的开关门运行模块、电梯运行控制模块等,实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制,自动运行和自动开关门等功能。关键词:PLC控制;继电器控制;变频调速;电梯;舒适性 ABSTRACTThe elevator is not only the necessary facility in the high-rise building, but also the essential vertical transport means in the multi-layered construction. The control system of elevator is developed from the initial relay control system to the microcomputer control system. The programmable logic controller has already become the core of the elevator microcomputer control system because of its high reliability and formidable function and so on the characteristics This article elaborated the elevator structure, the structure and the working principle of the programmable logic controller. Aim at the elevator of eight floors and eight stations, the writer designs this elevator control system by the use of mitsubishi FX2N-126MR programmable logic controllerThe writer design the elevator control modules, such as the module of shown layer, the module of register and cancel the instructions from the cabin, the module of register and cancel the instructions from the station hall, the module of choose station and direction, the module of door movement,the module of elevator operation,and so onThese modules achieve the functions:fingering out the location of the cabin,registering the instructions from the cabin and the station hall, choosing the direction and the station of elevator follow these instructions, operating elevator and door automatically, and other functionsKeywords:PLC Control; Relay Control; Frequency Conversion; Elevator; ComfortablenessII黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要Abstract 第1章 绪论1 1.1电梯设备11.1.1电梯分类1 1.1.2 电梯的主要组成部分2 1.1.3电梯的安全保护装置2 1.2 电梯的发展动态3 1.2.1电梯技术发展状况3 1.2.2 电梯发展展望41.3 PLC在电梯中的应用41.3.1 PLC的特点41.3.2 PLC控制电梯的特点6 1.4电梯变频调速控制的特点6第2章 基本方案确定7 2.1电梯控制系统7 2.1.1电梯控制系统实现的功能7 2.1.2信号控制系统7 2.1.3速度给定曲线8 2.1.4减速及平层控制9 2.1.5硬件配置简介9 2.1变频器的选择11 2.2.1通用变频器概况12 2.2.2 VS-616G5型变频器简介15 2.3本章小结16第3章 I/O点的确定和系统硬件设计17 3.1可编程控制器的选择17 3.1.1 可编程控制器控制系统I/O点数估算17 3.1.2内存估计21 3.1.3相应时间22 3.1.4功能和结构要合理22 3.1.5输入输出模块的选择22 3.1.6机型确定223.2变频器结构及参数设置22 3.2.1 VS-61G5变频器的参数22 3.2.2参数设置23 3.2.3变频器自学习功能的应用方法24 3.2.4变频器容量计算253.3利用旋转编码器获取楼层信息28 3.4 PLC控制系统方框图293.5 系统的流程图293.6本章小结31第4章 系统软件设计32 4.1 外召唤登记32 4.2 内指令信号处理334.3 开门控制33 4.4 关门36 4.5 定向36 4.6电梯终端保护39 4.7 启动抱闸40 4.8 换速404.9层楼位置显示414.10消防424.11本章小结42结论43参考文献44致谢45附录46黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论从1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯以来,电梯控制技术就越来越显示出其重要性。电梯控制技术的先进与否,主要体现在电梯控制系统的设计上。所以对电梯控制系统进行研究和设计,有利于促进我国电梯技术的发展。随着新技术、新结构、新材料,新工艺的发展,电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时,无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。1.1电梯设备1.1.1电梯的分类电梯用途可分为乘客、载货、客货、住宅、服务、船舶、车辆等电梯,以及自扶电梯等。按速度一般可分为:低速电梯(V1m/s)、中速电梯(V12m/s)、高速电梯(V24m/s)超高速电梯(V46m/s)等。目前世界上速度最快的电梯速度可达到800m/min左右。1.按驱动方式(1)交流电梯 交流电梯曳引电动机是交流电机。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。当电动机具有调压调速装置时称为交流调速电梯,其速度一般不高于1.75m/s。当电动机具有调压调频调速装置时称为交流调频调压电梯,其速度可达6m/s。(2)直流电梯 直流电梯曳引电动机是直流电动机,采用支流发电机-电动机系统驱动,近年来才用晶闸管-电动机系统,其速度一般高于2.5m/s。(3)液压电梯 液压电梯是要液压传动的电梯。(4)齿轮齿条式电梯 齿轮齿条式电梯的齿条固定在构架上,电动机-齿轮传动机构装在轿厢上,靠齿轮的齿条上的爬行来驱动轿厢,一般为工程电梯。2.按有无司机有司机电梯、无司机电梯及有/无司机电梯。3.按电梯控制方式(1)手柄操纵控制电梯 手柄操纵是由电梯司机操纵轿厢内的手柄开关,实现轿厢运行的控制。(2)按钮控制电梯 按钮控制是操纵层门外侧按钮或轿厢内按钮,均可发出指令,使轿厢停靠层站的控制。(3)信号控制电梯 信号控制是将层门外上下召唤信号、轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后,由司机操纵轿厢运行的控制。(4)集选控制电梯 集选控制是将层门外上下召唤信号,轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后,自动决定轿厢运行的无司机控制。(5)向下集合控制电梯 向下集合控制是各层站的召唤盒有呼梯信号时,只有轿厢向下运行时才能顺向应答召唤停靠的控制。其他还有并联控制电梯、群楼程序控制电梯等。上述几中控制方式一般采用继电器接触器控制。近年来国内不少生产产家才用可编程序控制器取代继电器-接触器控制,他具有接线简单、可靠性高等优点。另外还有采用单板机、单片机、单微机控制、多微机控制等。1.1.2电梯的主要组成部分1.曳引部分 通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。2.轿厢和厅门 轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式,双折中分式和直分式等。3.电器设备及控制装置 有曳引机,选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。4.其它装置 对重装置、补偿装置等。1.1.3电梯的安全保护装置 1.电磁制动器,装于曳引机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。 2.强迫减速开关,其分别装于井道的顶部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时,轿厢上的撞块就触动此开关,通过电器传动控制装置,使电动机强迫减速。 3.限位开关,当轿厢经过端站平层位置后仍未停车,此限位开关立即动作,切断电源并制动,强迫停车。4.行程极限保护开关,当限位开关不起作用,轿厢经过端站时,此开关动作。5.急停按钮,装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。6.厅门开关,每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开,电梯立即停车。7.关门安全开关,常见的是装于轿厢门边的安全触板,在关门过程中如安全触板碰到乘客时,发出信号,门电机停止关门,反向开门,延时重新开门,此外还有红外线开关等。8.超载开关,当超载时轿底下降开关动作,电梯不能关门和运行。9.其它的开关,安全窗开关,钢带轮的断带开关等。1.2电梯的发展动态随着现代建筑的发展,日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志,作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速发展。1.2.1电梯技术发展概况1.电梯的速度要求越来越快,高速、超高速电梯的数量愈来愈多。2.电梯的拖动技术有了较大的发展,直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代,液压电梯由于运行平稳,机房位置灵活等特点,使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展,已由以前的变级调速(AC-VP)发展成为调压调速(AC-VV)及调频调压调速(AC-VVVF),使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求,电梯的舒适感大为改善。3.电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器(PLC)和微机控制,控制方式也从手柄控制,信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等,电梯可靠性得到很大提高。4.电梯的管理功能不断加强。电梯广泛采用微机控制技术,不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。5.智能群控管理得到广泛应用。6.机械传动方面,由于国际上机械加工水平的不断提高,使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛,己使电梯的传动形式多样化。1.2.2电梯发展展望1.结构不断紧凑化,体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料,新工艺的发展,电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时,无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。2.技术含量更高,性能更好电梯行业技术发展非常迅速,几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯,如今已成为电梯行业的标准配置,因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点,所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:由于永磁技术的先进性,将来很有可能取代VVVF技术。另外,网络控制和智能群控系统,以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。 3.安装更方便、更快捷 高效、安全、可重复使用的无脚手架安装,将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用,电梯的硬件系统给安装带来更大的方便,使电梯安装更快,效率更高。此外,电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保、安全环保,节能、舒适,也将是未来电梯的重要发展方向。1.3 PLC在电梯控制中的应用继电器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。1.3.1 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机,实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样,以通用或专用CPU作为字处理器,实现通道(字)的运算和数据存储,另外还有位处理器(布尔处理器),进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作维修、编程简单、灵活性强等特点。 1.可靠性:对可维修的产品,可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件,它的接线大大减少,与此同时,系统的维修简单,维修时间短;PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计,例如,冗余设计,断电保护,故障诊断和信息保护及恢复等,提高了MTBF.降低了MTTR.使可靠性提高;PLC有较高的易操作性,它具有编程简单,操作方便,维修容易等特点,一般不易发生操作的错误;PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言,编程出错率大大降低,而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高;在PLC的硬件方面,采用了一系列提高可靠性的措施。例如,采用可靠性的元件;采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等;PLC的软件方面,也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如,采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。 2.易操作性:PLC的易操作性表现在下列几个方面:操作方便 对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示,对大中型的PLC,编程器采用了CRT屏幕显示,因此,程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找,然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示;编程方便 PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说,由于梯形图与电气原理图较为接近,容易掌握f地解。采用布尔助记符编程语言时,十分有助于编程人员的编程;维修方便 PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,维修人员可以很快的找到故障的部位,以便维修。3.编程简单:用微机实现自动控制,常使用汇编语言编程,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。例如,目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受,易于编程,程序改变时也容易修改,很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式,与目前微机控制常用的汇编语言相比,虽然在PLC内部增加了解释程序,增加了程序执行时间,但对大多数的机电控制设备来说,这是微不足道的。4.灵活性:PLC的灵活性表现在以下几个方面:(1)编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图,功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。(2)扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同,即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。(3)操作的灵活性。操作十分灵活方便,监视和控制变得十分容易。1.3.2 PLC控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了 PLC,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高;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。1.4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。变频调速电梯的特点:1.变频调速电梯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,己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。第2章 基本方案确定 本设计主要是对控制系统的设计,利用PLC代替传统的继电器控制,由变频器实现对电梯的拖动调速,使PLC与调速拖动装置相结合,构成了PLC集选控制系统,实现了电梯的各种控制功能,提高的电梯运行的可靠性,降低了故障率。2.1电梯控制系统2.1.1电梯控制系统实现的功能1.一台电机控制上升和下降; 2. 各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只);3.电梯到位后具有手动或自动开门关门功能;4.电梯内设有层楼指令键,开关门按键,警铃风扇;5.电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯; 6.待客自动开门,当电梯在某层停梯待客时,按下层外召唤按钮,应能自动开门迎客;7.自动关门与提早关门 在一般情况下,电梯停站4-6秒应能自动关门;在延时时间内,若按下关门按钮,门将不经延时提前实现关门动作; 8.按钮开门。在开关过程中或门关闭后,电梯启动前,按下操纵盘上开关按钮,门将打开; 9.内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时,电梯应能按顺序自动停靠车门,并能至调定时间,自动确定运行方向; 10. 定向。当轿厢内操纵盘上,选层指令相对与电梯位置具有不同方向时,电梯应能按先入为主的原则,自动确定运行方向;11.呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号,对符合运行方向的召唤,应能自动逐一停靠应答;12.自动换向。当电梯完成全部顺向指令后,应能自动换向,应答相反方向的信号;2.12信号控制系统 电梯信号控制基本由 PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2.1所示,输入到PLC的控制信号有:运行方式选择 (如自动、有司机、检修、消防运行方式等)、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 图2.1 电梯PLC信号控制系统框图2.13速度给定曲线 为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求,电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率,舒适感就意味着要平滑的加速和减速。 为了获得良好的舒适感,将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线(S曲线)及一段直线构成,而这一曲线形状的构成及改变,则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/秒所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓,反之,起动曲线变急。同理,增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓,反之,起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化,也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现,本设计采用的616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能,故将加速时间和S曲线加速时间配合调整,即可获得理想的起动曲线。同理,制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图2.2所示,图中a为加速度,v为速度。图2.2 速度运行曲线2.14减速及平层控制 电梯的工作特点是频繁起制动,为了提高工作效率、改善舒适感,要求电梯能平滑减速至速度为零时,准确平层,即“无速停车抱闸”,不要出现爬行现象或低速抱闸,即直接停止,要做到这一点关键是准确发出减速信号,在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置,只要电梯一运行,计数器就可以精确地确定走过的距离,达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。 不论哪种方式产生的减速命令,由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等,都会使减速过程不符合平层技术要求,为此一般在离层楼100-200mm处需设置一个平层矫正器,以确保平层的长期准确性。2.1.5硬件配置简介PLC产品出现以来,它以面向工业控制的鲜明特点,普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统,使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多,发展速度快。本文所用到的产品是日本三菱FX系列超小型的FX2N系列。在此简单的介绍该机型的一些技术指标。技术性能分为:一般性能,功能特性(基本单元),输入性能,输出性能和其它性能。1.一般性能(见下表2.1)表2.1 一般性能电源AC110120V/220240V单相50/60Hz电源波动AC93.5132V/187264V,10ms以下瞬时断电,控制不受影响环境温度055度环境湿度45%95%,无凝露抗振动1055Hz,0.5mm,最大2g(重力加速度)抗冲击10g,3轴X、Y、Z方向各3次抗噪声1000V,1us,30100Hz(噪声仿真器)绝缘耐压AC 1500V,1min(各端子与接地端之间)绝缘电阻5M,500V DC(各端子与接地端之间)接地小于100(如果不可能,也可以不接地)环境无腐蚀气体,无导电尘埃2.输入性能(见表2.2)表2.2 输入性能输入类型无电压触点或NPN集电极开路晶体管绝缘光-电隔离输入电压内部电源DC24V4V,外部电源DC24V8V输入阻抗近似3.3K工作电流OFF-ONDC4mA(最小)ON-OFFDC1.5mA(最大)响应时间OFF-ON近似10ms(有8点可改变从060ms)3.功能特性(见下表2.3)表2.3 功能特性执行方法周期执行存储的程序,集中输入/输出执行速度平均12us/步程序语言继电器和逻辑符号(梯形图)程序容量1000步指 令逻辑指令20条(包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R)步进梯形指令2条(STL,REJ)功能指令87个(包括+,-,=,)等程序记忆内部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡辅助继电器无锁存128点锁存64点状态(锁存)64点特殊16点数据寄存器64点定时器0.1s定时器24点(延时接通)0.1999s0.01s定时器8点(延时接通)0.0199.9s计数器(锁存)30点,减法计数(0999)高速计数器(锁存)1点,加/减计数(0999999),最大2KHz电池保护锂电池,寿命约5年诊断程序检查(和,语法,电路),定时监视,电池电压,电源电压4.输出性能(见下表2.4)表2.4 输出性能输出类型继电器输出绝缘继电器绝缘输出负荷电阻负荷2A/点感性负荷35V/A/300000次接通断开灯泡负荷100W漏电流0mA响应时间OFF-ON近似10msON-OFF近似10ms5.其它功能(见下表2.5)表2.5 其它功能型号输入点输出点端子块功耗输入传感器电源F2N-128MR64点64点可拆卸端子40V/A0.2A2.2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早己问世,一其功能较强,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。这是本设计的特点之一。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。2.2.1通用变频器概况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JGBT两个大发展过程。 (1)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600KVA,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。 (2)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(LSD)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。 (3)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(超标量)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1OOOMIPS,即10亿次砂,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、PID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VS616-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,可以控制土述四种控制方式中的一种,以满足用户的需要。 (4)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.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:(1)IGBT的应用 最近几年来,IGBT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: 1)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”。 2)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。 3)由于IGBT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,成本降低。 4)主开关器件如果采用IPM,上述效果将更加明显。 (2)网侧变流器的PWM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。现己开发出一种新型的采用PWM控制方式的自换相交流器,并已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,每个桥臂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。(3)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。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。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-616G5型全数字变频器,它具有磁通矢量控制、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。 另外,616G5变频器的起动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输150%力矩的特点,配以高精度的旋转编码器,控制精度可达0.01%-0.02%,使得电梯运行舒适感好,零速抱闸,平层精度高。无须配专用电机,可自学习所配电机的各个参数,精确控制任何品牌的电机。采用高性能 IGBT,载波频率20KHZ,从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形,使电机始终运行于静噪音状态。2.2.2 VS-616G5型变频器简介1.616G5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: (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)有丰富的内存与选择功能。 (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。2.616G5型变频器的标准规格616G5型变频器的标准规格如表2.6表2.6 616G5型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2-110kVA1.4-460kVA额定电流12A电源电压频率20OV:三相 200/208/220V400V:三相 380/400/415/440/460V电压允许变动+10% -15%频率允许变动5%控制特性控制方式正弦波PWM控制:无传感器矢量控制(无PG)带传感器矢量控制(带PG)V/f控制带传感器V/f控制(用参数切换)启动转矩150%/l Hz(无PG) 150%/0 r/min(带PG)速度控制范围1:100(无PG) 1:1000(带PG)速度控制精度士0.2%(无PG) 0.02%(带PG)速度响应5H式(无PG) 30Hz(带PG)转矩极限有转矩精度士5%转矩响应20Hz(无PG)以上 150HZ(带PG)以上频率控制范围0.1-400Hz频率精度(温度变动)数字式指令士0.010/0(-10C十40C)模拟指令0.1%(25C 1 l 0C)频率设定分辨率(运算分辨率)数字式指令0.01 Hz/100Hz模拟式指令0.03Hz/60Hz输出频率分辨率0.01 Hz过载量额定输出电流的 150% 1 min频率设定信号-10 V-10 V, 0-10V, 4-20mA加减速时间0.01-6000.0s制动转矩约 20% 带制动选择 150%抑制高次谐波电源直流电抗器内带(200V 24kVA 400V 26kVA以下可选择)12相整流不能变动主要控制功能瞬停再起动,下降控制,转矩控制,零点伺服控制等操作装置16字X2线日语液晶显示器接通插件板可选择16种(最多可装3块)保护功能电机保护,变频器过载,瞬间过电流,电压下降,过电压,输入缺相2.3本章小结本章通过围绕基本设计要求,确定设计的基本方案和思想,确定了系统的流程,另外还对变频器进行了选择,描述了通用变频器现在的发展状况,特别对VS-616G5变频器进行了特点阐述。第3章 I/O点的确定和系统硬件设计3.1可编程控制器的选择3.1.1可编程控制器控制系统的I/O点数估算根据控制的需要及电梯的层站数,在保留一定余留点数的前提下,合理选择PLC的机型和I/O点的点说。根据下表(3.1,3.2)可知输入50个点,输出38个点。表3.1 PLC输出点列表1X00开门2X01关门3X02慢上按钮4X03慢下按钮5X04司机选择6X05检修选择7X06开门限位8X07关门限位9X08超载触点10X09警铃按钮11X10平层干簧管开关12X11上平层干簧管开关13X12下平层干簧管开关14X13顶极层15X14底极层16X15顶上极限17X16底下极限18X17箱门限位19X18消防开关20X19高速计数器输入端21X20内部指令按钮122X21内部指令按钮223X22内部指令按钮324X23内部召唤按钮425X24内部召唤按钮526X25内部召唤按钮627X26内部召唤按钮728X27内部召唤按钮829X29高端计数计数器输入端30X30外部召唤按钮131X31外部召唤按钮232X32外部召唤按钮333X33外部召唤按钮434X34外部召唤按钮535X35外部召唤按钮636X36外部召唤按钮737X37外部召唤按钮838X38光电检测按钮39X39出错40X40层楼永磁继电器141X41层楼永磁继电器242X42层楼永磁继电器343X43层楼永磁继电器444X44层楼永磁继电器545X45层楼永磁继电器646X46层楼永磁继电器747X47层楼永磁继电器848X49运行49X50电梯运行50X51锁梯表3.2 PLC输出点列表1Y00终端保护2Y01关门3Y02开门4Y03照明电路5Y04正反转6Y05抱闸接触器7Y06运行接触器8Y07主接触器9Y08换速10Y09外部故障11Y10故障复位12Y11上行信号13Y12下行信号14Y13多段速度一15Y14多段速度二16Y15多段速度三17Y16检修速度18Y20层楼指示119Y21层楼指示220Y22层楼指示321Y23层楼指示422Y24层楼指示523Y25层楼指示624Y26层楼指示725Y27楼层指示826Y31蜂鸣27Y32超载灯128Y33超载灯229Y34超载灯330Y3524V到站钟31Y40层楼指示灯132Y41层楼指示灯233Y42层楼指示灯334Y43层楼指示灯435Y44层楼指示灯536Y45层楼指示灯637Y46层楼指示灯738Y47层楼指示灯8表3.3 中间继电器列表1M0本层开门信号2M1M8内指令信号3M10自动开门信号4M15M22外指令登记信号5M25辅助继电器16M26辅助继电器27M30辅助继电器38M31M38选层信号通路9M60上行中间继电器10M61下行中间继电器11M62辅助继电器412M65抱闸信号13M67换速信号通道14M70辅助继电器515M82消防上微分信号16M83消防下微分信号17M85消防员专用3.1.2内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响:内存利用率;开关量输入输出点数;模拟量输入输出点数;用户的编程水平。1.内存利用率。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。2.开关量输入输出的点数。一般系统中,开关量输入和开关量输出的比为6:4。这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。 所需内存字数=开关量(输入+输出)总点数*10 3.模拟量输入输出的总点数只有模拟量输入时:内存字数=模拟量点数*100模拟量输入输出同时存在:内存拟量字数*2004.程序编写质量经验计算公式:总存储器字数=(开关量输入点数+开关量输出点数)*10+模拟量点数*150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。3.1.3响应时间可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。3.1.4功能和结构要合理单片控制往往是用一台可编程控制器控制一台设备,或者一台可编程控制器控制几台小设备。3.1.5输入输出模块的选择可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备(按钮、限位开关、接近开关等)的高电平信号为机器内部电平信号,模型类型分直流5、12、24、48、60V几种;交流110V和220V两种。模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。3.1.6机型确定综上所述,根据具体情况,我们选择三菱的FX系列。输入输出点数为50点,电机38点,考虑10%到15%的I/O裕量,我们选择FX2N-128MR这种型号。3.2变频器结构及参数设置由于采用PLC作为逻辑控制部件,故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。由于616G5是通用型变频器,因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求,其参数设置比专用型变频器要复杂得多。3.2.1 VS-616G5变频器的参数616G5变频器共有9组参数,每一组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如表3.4。表3.4 变频器参数参数功用A组确定控制模式B组选择运行功能C组确定加减速时间及转矩补偿时间D组选择频率E组确定运行压频曲线F组保护设置G组确定偏差标准3.2.2参数设置参数设置的原则:1.为减小启动冲击及增加调速的舒适感,其速度环的比例系数宜小些,而积分时间常数宜大些;2.为了提高运行效率,快车频率应选为工频,而爬行频率要尽可能低些,以减小停车冲击;3.零速一般设置为 0Hz速抱闸功能将影响舒适感;4.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,具体的设置见表3.5。表3.5 安川616G5变频器主要参数设置表参数名称设定值说明A1-02控制方式选择2不带PG矢量控制方式B1-01频率指令选择1B1-02运行指令选择1B1-03停止方法选择0B1-04反转禁止选择0B2-01零速电平选择0. 1HzB2-04停止时直流制动时间1.0SC1-03加速时间22.0SC1-04减速时间22.0SC2-01加速开始时S型曲线时间0.6SC2-02加速完了时S型曲线时间0.6SC2-03减速开始时S型曲线时间0.6SC2-04减速完了时S型曲线时间0.6SC5-01ASR比例增益15C5-02ASR积分时间13SD1-09检修速度200rpmE1-01输入电压设置380VE1-04最高输出频率50HzE1-05最大电压380VE1-06额定电压频率50HzE1-09最低输出频率电压0VE2-01电机额定电流按电机铭牌设置E2-02电机额定滑差按电机铭牌设置E2-03电机空载电流按电机铭牌设置E2-04电机极数按电机铭牌设置F1-01PG常数根据旋转编码器铭牌设置F1-02PG断线检测时的动作选择0F1-03超速时的动作选择0F1-04超度偏差过大时的动作选择0F1-05PG分频比根据电机极数设置3.2.3变频器自学习功能的应用方法为了使变频器工作在最佳状态,在完成参数设置后,需使变频器对所驱动的电动机进行自学习,而616G5就具有曳引机参数自学习的功能,其方法是:将曳引机制动轮与电机轴脱离,使电动机处于空载状态,然后启动电动机,让变频器自动识别并存储电动机有关参数,变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然,这一组自学习到的参数,是和变频器匹配的最佳参数,使变频器能对该电动机进行最佳控制。3.2.4变频器容量计算电梯的参数计算:本电梯设计属于I类电梯设计中的住宅电梯。具体的电梯参数尺寸,根据相关资料查询,设计如下:1.电梯轿厢参数如下额定载重量:1000Kg可乘人数:13人具体参数如表3.6所示。表3.6 轿厢参数轿厢宽度A/mm2100深度B/mm1100高度/mm2100净重/Kg1200轿门和层门宽度/mm800高度/mm2000型式中分门井道宽度/mm1800深度900地坑深度V=1.6m/s1600顶层高度3800机房面积/m 1.4宽度/mm2400深度/mm4200高度/mm22002.电梯的驱动系统设计(1)电梯的驱动系统一共有三种:拽引驱动,强制驱动(卷筒驱动),液压驱动,其中拽引驱动最为常用,也最为安全可靠,因为当电梯运行失控时,发生冲顶,蹲底时拽引轮一边的钢丝绳就不会继续向上提升,不会发生冲顶,就不会发生讲到顶板或拉断钢丝绳的事故。电梯的驱动系统设计表3.7。(2)制动器的制动轮直径,闸瓦宽度及其圆弧角,如表3.8所表3.7 驱动系统拽引系统拽引机电动机选择交流有齿轮的制动器拽引轮钢丝绳表3.8 制动轮拽引机电梯额定载重量/Kg制动轮直径/mm闸瓦宽度/mm圆弧角度有齿轮750-300030014088有齿轮1000-150084020088(3)拽引轮的绕绳方式表3.9 绕绳方式绕法钢丝绳饶式拽引机位置拽引轮承受的动负载比用途1:1半绕式上部1速度0.5以上的有齿轮电梯(4)拽引钢丝绳表3.10 钢丝绳电梯类型拽引绳根数安全系数客梯412(5)电梯速度与拽引声论直径和拽引绳直径比值表表3.8 电梯速度与拽引绳轮和拽引绳直径比值表电梯额定速度D/dV240(6)采用有齿轮拽引机的电梯其运行速度与拽引机的减速比。拽引轮直径,拽引比,拽引电动机的转速之间的关系可以用以下公式表示: (3.1)式中: V电梯运行速度;D拽引绳轮直径;拽引比,拽引方式;拽引电动机转速。取V=1.6m/s(7)由于拽引机的工作情况比较复杂,所以对电动机的功率计算比较麻烦,一般常用以下公式计算: (3.2) P-拽引电动机轴功率KWKp-电梯平衡系数(一般为0.45-0.5)Q-电梯轿厢额定重量KgV-电梯额定运行速度-电梯机械效率,有齿轮的阿基米德拽引轮取0.5-0.55所以P=(1-)QV/102=91-0.5)*1000*1.6/(102*0.5)=15.68KW综合考虑电梯以上的参数,经查表可选择电梯的拽引电机如下:表3.11 电机载重量速度拽引比中心距模数节模数速比绳论直径钢丝绳直径静组距原动机功率平均转速电机型号10001.751:1250793/61605*13233422960ZTD3.变频器的容量选择(1)电梯配重的计算配重装置的总重量鱼电梯轿厢本身的净重量有关。 (3.3)配重装置总重量G轿厢净重Q电梯额定载重量Kp平衡系数(一般取0.4-0.5)则本设计的配重计算如下:=1200+1000*0.5=1700Kg(2)变频器的功率计算变频器的功率计算可根据电机拽引机功率,电梯运行速度,电梯载重与配重进行计算,设电梯拽引机功率为P1,电梯运行速度为V,电梯自重为W1,配重为W3,重力加速度为g,变频器功率为P,在最大载重下,电梯上升所需要拽引功率为P2,=(+-)g+*V (3.4)其中=K (+-)g+S,S为摩擦力,可忽略不记,那么计算结果如下:=(+-)g+*V=(1200+1000-1700)*9.8+0.02*(1200+1000-1700)*9.8=8000W则P=1.75*8000=14.000W4.变频器制动电阻计算由于电梯为位能负载,电梯运行过程中产生再生热量,所以变频器调速装置应具有制动功能,带有逆变功能的变频器调速装置通过逆变器虽然能够将再生热量反馈回电网,但成本太高,采用能耗制动方式通过制动单元见再生热量消耗在制动电阻上,成本较低,而且具有良好的使用效果,能耗制动电阻Rz的大小应该使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半,即:=/2 (3.5)为额定情况下变频器的直流母线电压,也为拽引机的额定电压,为变频器的额定电流,查遍可得,=380V , =12A ,可得63.3,取得RZ为64,Y由于考虑到制动电阻不是长期连续工作,所以,其功率可以大大小于通电时消耗的功率,即 KW。最后选用了两支64,2KW的电阻使成为制动电阻.3.3利用旋转编码器获取楼层信息使用高进度的旋转编码器后,由数字选层器代替机械选层器。电梯轿厢所处的位置与可编程控制器收到的脉冲数有关。轿厢运行的距离与脉冲数之间的关系如式3.6所示: mm (3.6)式中: S轿厢运行距离; D拽引绳轮直径; N收到的旋转编码器脉冲数; 电机每转一转旋转编码器发出的脉冲数(脉冲/转)旋转编码器是一个产生脉冲的装置,可将电梯在井道中移动的距离转化成为旋转编码器的脉冲个数,为了能直接反应电梯的运行情况,将旋转编码器安装在拽引机齿轮减速箱的输出轴的轴端上,它随着拽引电机的转动而旋转,这样就可以从旋转编码器的脉冲输出端获得正比于电梯运行距离的脉冲个数,然后将此脉冲通过PLC内部高速计数器的脉冲输入端点,传送到PLC内部高速计数器的存储单元。根据3.6公式计算可得旋转编码器的脉冲个数,经过处理可以得到电梯在井道中移动的距离,也就知道了电梯在井道中的位置。本设计采用绝对脉冲旋转编码器。3.4 PLC控制系统方框图电梯的电器控制系统分为拖动调速部分和逻辑控制部分。拖动调速系统用通用变频器VS-616G5,采用变频调速方式逻辑控制系统采用PLC,充分发挥PLC控制系统接线简单,可靠性高,维护方便的特点。系统框图如下图2.3图2.3 系统方框图3.5系统的流程图 按照电梯的运行流程,绘制了系统的流程图,使梯形图的绘制更加的清晰、方便直观,如下图2.4图2.4 系统流程图3.6本章小结本章设定PLC基本的输入输出点,通过对所需内存的估计,选定FX2-128MR型号的PLC,并全面细致的表述出了此型号PLC的具体参数性能指标。对变频器进行了具体的参数描述,及参数设置,并对选定的VS-616G5进行了容量计算,同时也对PLC控制系统进行设计,并阐述了自己的设计思想。第4章 系统软件设计4.1外召唤登记(1)登记在司机专用状态时跳转,使外部信号不能登记。非司机状态,X04打开,外部信号登记并保存,(非本层外部信号同时全部登记)按下X31,这时因非本层登记,所以X41接通状态,M16得电并自保。(2)消号 当电梯在运行中经过此层并且没有停下来。若这时该层有外部登记信号,则不消号,例如,电梯从一楼驰向四楼且在二楼也有外部登记信号,当电梯运行到二楼位置时,虽然常闭X41打开,但由于处在运动状态X50为ON,所以外部信号不消号,若电梯停在该层,则X41与X50都断开,则M16消号CJ P5M15M16M22X04司机专用X30X37外指令信号X40X47位置信号M15M22外指令登记X30X40M15X50X31X41M16X50X37X47X50M22第二层第八层第一层图4.1外召唤登记梯形图4.2内指令信号处理内指令信号处理包括信号登记及本层(停车),信号登记类似与外召唤信号登记。不论上行或下行,电梯运行至有内指令楼层时都要换速停车并消号。如图所示,1层8层内指令按钮信号输入到PC的X20X27端子,X40X47为18层的楼层位置信号,如轿厢在二层时,X41为ON,常闭触点X41断开,M2失电消号。M1M2M8第一层第二层第八层X20X27 内指令信号X40X47 位置信号M1M8 内指令登记X20X40X41X47M1X21M2X27M8图4.2内指令信号处理梯形图4.3开门控制 正常情况下,开门条件有以下几种:本层开门;停车状态;按轿厢内开门按钮;关门过程中碰安全触发板或有光点检测信号这种情况下将重新开门,其作用与开门按钮并联输入PC;正常运行换速平层停车自动开门。(1)本层开门本层开门电梯在停车状态和非检修条件下,当轿厢所在层有厅外召唤时,电梯自动开门。例如轿厢所在层为X40,厅外召唤为X30,两者为ON,则本层开门信号为ON。X41X47M0X30X40X50X05X05 检修状态M0 本层开门信号X31X37非运行态非检修态第八层第一层图4.3本层开门梯形图(2)自动开门第八层第一层X48X41M10M31X40M32M38M31M38 选层信号通路X17 轿厢开门位置信号M10 自动开门信号X17当层选信号确定,若为第一层M31为ON,当轿厢到达第一层X40也为ON,在轿厢开门位置时X17也为ON,则产生自动开门信号。图4.4自动开门梯形图(3)开门控制梯形图图中M0为本层开门信号,X00为开门按钮,X37为光电检测信号,X50表示运行状态,当停车时接通,M10为自动开门信号,X06为开门限位,当轿门到位后为OFF,开门继电器释放,停止开门。Y02触点为自保。Y02X50M10X50X00Y02Y02 驱动开门继电器X06 开门限位 当轿门开到 位后为OFFX00 开门按钮M0X06TIME1自动开门开门按钮本层开门图4.5开门控制梯形图(4)开门安全保护开门到位后,如果没有碰到开门限位开关,或限位开关失灵,则由于开门继电器仍吸合,门惦记发生堵转,时间一长可能烧毁电机。为此专门设计电机保护程序,当开门动作时间超过正常开门时间约2秒,通过定时器可自动切断开门信号,在原开门控制梯形图中增加一个定时计算开门时间保护,当发出开门信号Y02后如无外界,即X00和M0无信号,则定时TIME开始记时,时间预置应长与正常开门时间,当记时到,如限位开关仍未动作,则通过TIME1闭点断开Y02,停止开门电机,并由TIME1常开触点使定时器自锁,Y02维持OFF。TIME1TIME1原开门控制梯形图Y02Y02X00X50M0TIME1图4.6开门安全保护梯形图4.4关门1.关门控制信号(条件)(1)在停车状态下按关门按钮(2)在无司机状态下,设定的自动关门时间到(3)锁梯时2.停止关门或不关门的条件(1)关门到位,碰关门限位开关(2)有开门信号(即按开门按钮或有光点检测信号)(3)开门继电器(Y02驱动有信号)吸合在三个关门条件信号中只要有一个关门控制信号(X01,TIME2,X51之一)应发出关门信号,关门过程中应自保,其中自动关门信号记时条件为无司机状态(X04)开门到位碰门限位开关,且处于停车条件,这些条件必须同时具备锁梯时X51为ON,使Y01为ON,继电器JGM吸合。X06Y02X51Y01Y02TIME2TIME2TIME2 关门时间设定X06 开门限位X07 关门限位X01 关门按钮或 光点检测X14 底极层X51 锁梯Y01X04X50X01X07X00X50X14 图4.7关门梯形图4.5定向有司机时,X04断开,常开M25为OFF,M30失电,外部登记信号不能对M31M38置位,只能由内指令登记信号M1M8对其置位。当无司机时且有内指令登记信号时,如常开M31为ON,则辅助继电器M26得电,常闭触点M26打开,常闭触点M30为打开,外部登记信号M15M22不能对M31M38置位。当无司机且无内指令登记信号时,外部召唤登记信号才能实现置位。所有信号对选层的置位,必须在X51为ON时的状态。当M31M38中有选层信号后,是定上行方向还是下行方向,取决于内指令信号在轿厢所处楼层上方还是下方,即位置通道X40X47中某一位ON时,其闭点打开,将定向梯形图中M31M37各点分为二部分,如M31M38,选层信号位高于位置通道常闭点打开的位,则定向上,反之向下。例如,轿厢在第二层,则X41打开,若这时选层信号通道M33为ON,即第三层,在二层之上,则M40为ON,确定上方面。引入M60和M61两个中间继电器,是因为到达目标层后,通过互锁,使梯形图消除了即往上又往下的状态。M65的信号消除说明:一、当M31和M32都有信号登记,电梯从上往下运行,当到达二层(M32这层)时,通过换速,平层抱闸,在这一过程中,M16(或M2)都从ONOFF,只有M32为ON,这时通过抱闸使M32失电,二、而第一层M15(或M1)一直为ON,抱闸信号(为短脉冲信号)不能对M31进行消耗。第一层外锁梯X40M31X45M36X46M37M41X47M38X42M33X41M32M65M38M30M22M65M31M30M15M8X51X04第六层第七层第八层第三层第二层M25M26M30M31M38M41M40有司机时,X04断开无司机时,X04接通X51:当厅门,厢门 都关上时为ONM31M38:选层信号通路M65:抱闸信号,此处 用于对M31M38消耗M31M38:还应作为抱闸的一个条件在爆炸前不能对其进行消号M15M22外指令信号登记M1M8 内指令信号登记上下M1X50M26M25M1M8M40无司机态内指令登记停车无内指令内抱闸层楼位置信号M61M61X03X05X50下行M41X02X05M60X50上行M40M60M60M61上X05 检修状态X02 慢上按钮X03 慢下按钮下图4.8定向梯形图 4.6电梯终端保护电梯终端保护由装设在井道上(下)终端的1KW(2KW),二级终端3KW(4KW)及机械开关组成,此外还有装在井底的缓冲装置。当电梯运行到顶层(底层)若换速失败,1KW(2KW)动作,Y0驱动继电器切断电源并进行抱闸,3KW和4KW与1KW和2KW功能几乎相同,进行第二级保护。如果轿厢仍继续下降,开关直接将电路断开紧急刹车,在开关来复位之前电梯不能正常工作。Y0X16X15M14X50X13Y0X13 顶极限X14 底极限X15 顶上极限X16 底下极限X50 开车Y0 终端保护图4.9电梯终端保护梯形图4.7启动抱闸Y04无输出时,电机正转,轿厢向上运行,Y04有输出时,电机逆转,轿厢向下运行,当M60无信号,M61断开时,M61不动作,则Y04无输出,电机正转;当M61动作,且M60不动作,Y04有输出,电机逆转。M60或M61为ON时,Y05有输出,轿厢(曳引机)开始运行,当目标层到,经过换速(如目标层为第一层,M31,X40为ON,到达平层位置,产生脉冲波形PLSM),使常闭M65打开,Y05失电无输出,抱闸线圈抱闸,同时,在抱闸过程中,通过 M65,X50等触点,消除M60,M61,M31M38等信号。M61M60Y0M65M90M62X10X47M38X41M32X40M31M60M62Y04PLS M90M65Y05M61M60 上行中间继电器M61 下行中间继电器Y04 正反转X10 平层M65 抱闸信号Y05运行抱闸Y0 终端保护图4.10启动抱闸梯形图4.8换速当电梯运行到目标层前,必须从高速转速到平层以前的速度,再进行抱闸停车。换速的条件是:有选层信号,而且轿厢运行至该层站,电梯从主速换二段速度,再从二段速度换到三段速度,为抱闸做好准备。例如,目标层为第一层(M31为ON)当轿厢运行至该层站时,X40为ON,电梯处于运行状态,X50为ON,中间继电器M70为ON,常开M70闭合,Y13有输出,电梯开始从主速度换到二段速度,当电梯到一定位置,接到下平层信号X12为ON,因电梯往下运行,M61为ON(M70一直处于ON的状态),Y14有输出,常闭点打开,Y0无输出,电梯开始换到三段速度。X50Y14M61X12M70X11M60Y06M70M38X47M32X41M31X40M70Y13Y14二段速度三段速度 X11 上平层X12 下平层图4.11换速梯形图4.9层楼位置显示表4.1七段译码真值表显示数字输出笔状态PLC内部显示abcdefg10110000M121101101M231111001M340110011M451011011M561011111M671110000M781111111M8PLC输出端直接与七段数码管相连,无需外部译码器,由PLC软件进行气短译码,直接驱动数码管显示楼数,如图所示:上表为七段译码真值表,当输入笔状态为1时表示该灯亮。当输入笔状太为0时表示该灯灭。4.10消防电梯的消防运行包括两种状态:消防返基站和消防员专用1.消防员自动返回基站当接通消防开关X18为ON,并有其产生一个上微分信号M82,该信号用于将所有内选外呼取消。当电梯正在运行时,Y11为ON,由M67立即发出强迫换速信号。就近平层,在停车后自动使内选一层信号M1为ON,如电梯处于停车状态或正在下行,自动取消后,电梯也将自动内选一层返回基站。 2.消防员专用电梯自动返回基站停车后,X41为ON,并使开门信号Y02为ON,则消防员专用信号M85接通,并自保。同时切断消防上行强迫换速Y08和自动内选一层M1程序,在消防员专用状态下,恢复内选功能。由消防员内选关门后,电梯只按内选指令正常运行换速平层停车,且每次运行停止,由M83发出下降微分信号,用于每次运行停车后消除所有登记信号。如需再次运行,必须咋次选择内指令信号,如图所示:图4.13消防4.11本章小结本章对电梯的软件进行了设计,软件包括的主要功能有,外部召唤登记;内指令信号处理;开关门控制;定向;终端保护;启动抱闸;换速;层楼位置显示,消防。电梯的系统复杂,功能有待完善。结 论本设计利用通用PLC和变频器实现了对电梯的控制,通过合理的设备选型、参数设置和软件设计,提高了电梯运行的可靠性,改善了电梯运行的舒适感,并节约了电能。本电梯可以实现的控制功能有:1.外召唤登记;2.内指令处理;3.开关门控制;4.定向;5.终端保护;6.启动抱闸;7.换速;8.层楼位置显示;9.消防。虽然本设计电梯可以满足乘客的需求,有较好的舒适感,平时维护比较方便,还可以节约很多电能,但是,他仍需要许多地方需要改进,如:1.增加与微机通信的接口,实线联网控制,多台电梯的控制有微机完成;2.优化电梯的选项功能,使之对客流量的变化而改变,达到高雄运送乘客的目的;3.曾加出现紧急情况时的电梯处理方法,这些功能都是需要待遇日后完善的。参考文献1黄立培.变频器应用技术及电动机调速M.北京:人民邮电出版社,19972皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京:机械工业出版社,20003梁宾.关于电梯运行舒适感的调试J.广船科技,2002,(4):29-324赵洪恕.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用J.基础自动化 ,2000,7(1):49-515王也平.可编程序控制器原理及应用M.成都:西南交通大学出版社.19946陈海雄.电梯产品的绿色呼唤J.中国电梯,2001, 107杨增红.PLC控制PW-VF型变频变压调速电梯控制系统J,工业控制计算机,2000,13(6):55-568汪晓平等.可编程控制器系统开发实例导航M. 北京:人民邮电出版社,2004.7: 27-319皮壮行.可编程序控制器的系统设计与应用实例M.北京:机械工业出版社,2000.10何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧M.北京:化学工业出版社,1998.11朱林根.现代化建筑电气设计施工手册M.北京:中国建筑工业出版社,1998.12梁宾.关于电梯运行舒适感的调试J.广船科技,2006. (4): 29-3213王玉申.通用变频器的选择与使用J.中华纸业,2001. 22 (0 : 44)14赵洪恕.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用J.基础自动化,2000. 7 (1): 49-5115高潮.安川电机公司变频器的发展概况J.电气传动,2004.(2): 53-5616王也平.可编程序控制器原理及应用M.成都:西南交通大学出版社,2006.17何满润等.FX2-64MR可编程控制器在电梯控制系统中的应用J.五邑大学学报,2009,23(4):54-5818代杰.交流变频调速电梯系统设计和应用J.经验交流,2009,3:46-4819Shogo Tanaka.Automatic measurement and control of the attitude of crane liftersJ.Control Engineering Practice,6(1998)1099-110720Stefano PozzatPLC intelligence at the service of liftsJElevator,2007,36(1)62-65致 谢值此毕业设计完结之际,我衷心的感谢在此次毕业设计当中给与我帮助的各位老师和同学,谢谢他们。尤其要感谢的是我的指导老师齐建家老师,是她在整个毕业设计过程中对我认真的指导,悉心的照顾和热情的帮助,才使我顺利的完成了毕业设计。齐老师渊博的知识、严谨的治学态度和诲人不倦的育人精神将使我终生受益,并将在我今后的学习和工作中产生深远的影响。在我毕业设计的每一个阶段都凝聚着齐老师辛勤的汗水,是她见证了整个毕业设计的诞生与成长。在此谨向齐老师致以我最崇高的敬意和感谢。最后,对各位专家、老师审阅我的论文深表感谢,并渴望给予批评指正。附 录Automatic measurement and control of the attitude of crane liftersLifter-attitude measurement and control Abstract The spreaders and lifters on cranes are usually controlled to stop at the same time as their trolleys are stopped.Despite t2he use of adequate control systems,however ,the lifers usually have comparatively large sway movements ,due to their free suspension from the trolleys through pulleys,hooks and cables.IT is therefore important to accurately measure the attitude of the lifters,in order to suppress such sways by means of secondary control . The authors have previously proposed a maintenance-free automatic measurement and control system which accurately measures the lifters attitude,using a servo-type accelerometer and a double-rigid-body pendulum modle for the system,and completely eliminates the sway of the lifter.However ,the measurement/control system takes action only after the trolleys are stopped.This paper extends the previous approach,and presents an on-line automatic measurement and control system that enables the lifers to stop at the same time as the trolleys are first stopped.Keywords:Cranes;attitude control ;modeling;state-space methods;Kalman filters;state feedback;signal processing 1.introduction Ceiling-type cranes are used to carry heavy payloads.In this kind of crane ,a crane lifter with a payload is suspended from the trolleys is stopped at a desired postion without any antisway control,the lifter usually has a large sway,thus causing a risk to the operators and also reducing the system availability.For this reason,suppression of the sway of the lifter simultaneously with the trolley positioning is an important problem,and has received much attention from many researchers.The following control strategies,for example,have been proposed:time-reversed feedback control using the trajectory under no initial sway(Morishita,1978),minimum-time control under a velocity constraint(Mita and kanai,1979),and a control system that makes use of an optimal trajectory solved a priori(Sakawa et al.1994).These methods, however, are not robust against disturbances, and also cannot cope with the parameter variations in the system when the trolley moves.Of much more importance is that all of the methods proposed so far adopt only a single-pendulum model for the lifter,whereas the lifter is usually suspended from the trolley through two joints of pulleys and hooks.Therefore,even with good control strategies,optimal control performance cannot be guaranteed.Of course ,a fuzzy-logic-based control technique could be considered as a robust way of overcoming the disturbances,the parameter variations and inaccuracy in the system model(Yoon et al.1994).With such a meathod,however,sufficiently accurate control cannot be achieved either,because the aim of the fuzzy logic control is ease of use.On the other hand ,a high-resolution camera and a state feedback control policy(through an adequate state space representation of the trolleys-lifter system)can be introduced,to realize not only self-adaptability to the disturbances and parameter variations,but also accurate control.However this approach increases the cost not only of the initial investment,but also a maintenance.Furthermore,the approach requires a certain degree of brightness in the light falling on the target,and it may not work under the reflection of natural light.This has led to the use of a servo-type accelerometer to get information on the lifters attitude.The reason why such a sensor was selected is ,first,its high sensitivity and reliability,and second its low cost.When such a sensor is used,it becomes clear that the single-pendulum model cannot be applied.This is because vibrations other than the primary sway whose fulcrum is at the bottom of the trolley strongly affect the sensor output.This is due to the fact that the higher-order sway has a much higher frequency than the primary one.Starting from this point of view,the authors have developed an attitude-measurement system for a lifter,by modeling it as a double-rigid-body pendulum under the condition that the trolley is at a stand-still.They have shown that the attitude of the lifter can be effectively measured,and also that anti-sway control based on this measurement can be successfully achieved(Tanaka et al.1994).This anti-sway control is a control scheme which the authors had previously developed for a trolley whose lifter has a residual sway at a transferred position.Using this method,the trolley moves forwards and backwards once each,according to an adequate velocity pattern,based on the measurement of the residual sway of the lifter after the trolley has stopped.The system eliminates the sway,and the trolley comes back to the original positi The paper extends the approach to the general case where anti-sway control is carried out together with the trolley positioning,and shows that the lifters attitude can be effectively measured on-line even when the trolley is traveling,and eventually the anti-sway and positioning controls are simultaneously successfully achieved.The paper deals with the case where the lifter has no payloads,because in this case the attitude measurement is the most difficult,and the measurement especially contributes to the improvement of the availability of the crane system.The results of the paper are certainly applicable to other crane systems with payloads,by changing the physical parameters.1.Dynamics of trolley-lifter systemsFig.1shows a general viwe of a trolley-lifter system.The system is composed of a trolley,cables,pulleys,their mounting body,hooks and a lifter.As the lifter is hung,through hooks,from the body on which pulleys are mounted,the top point of the cables(i,e.,the bottom of the trolley),the position of the pulleys and the bottom point of the hooks can be considered as the fulcra of the vibrations.However,a point contact exists for the hooks,whereas the contact on the pulleys is of surface type.Thus,the crane-lifer system can be modeled as a couble-rigid-body pendulum,as shown in Fig.2.The figure shows the model as is seen from the side perpendicular to the vibratioms(sways).The symbols in the figure are as follows:m1,I1 and G1 are,respectively,the mass,the momentum of inertia and the center of gravity for the pulleys and their mounted body,whereas m2,I2 and G2 are those for the lifter.On the other hand,l1 and l2 represent,respectively.the distances from the bottom of the trolley(the fulcrum of the primary sway)to the center of gravity G1,and from the fulcrum of the secondary sway(the bottom of the hooks)to the center of gravity G2.Furthermore,l1* represents the distance from G1 to the fulcrum of the secondary sway.The orthogonal coordinate system is introduced as shown in Fig.2,and the dynamic equation of the trolley-lifter system is now derived.This is done in the x-y plane,because the sway along the z-ais is negligible due to the structure.Let the angles which the two rigid bodies m1,m2 take with respect to the vertical line downward be 1 and2,the coordinate of the fulcrum of the primary sway(i.e.,the bottom of the trolley)be(x,y),and the mass of the trolley and the driving force(input)to the trolley be,respectively,m and u;then the kinetic energy T of the system is given asT=2+1(+)+I1+2(+)+I2 (1)Where(xG1,yG1)and(xG2,yG2)are,respectively,the positions of the gravitational centers of the two rigid bodies,i,e.,=sin=-cos=)sin+sin (2)=-(+)cos-On the other hand,the potential energy v of the system is given as V= (3)Where g is the gravitational acceleration.In the calculation of V,the lowest position of the rigid body m2 is taken as the standard for the potential energy.Furthermore,the dissipation function F due to the friction between the trolley and the rail is given as (4)Where a is the coefficient of friction.Dynamic equations for the generalized coordinates x, and are obtained by the following Lagranges equations of motion(Schultz and Melsa,1967). (i=1,2) . (5)Substituting Eqs.(1),(3)and(4)into Eq.(5)and considering that ,(1)are small,yield: (6)Where (7),.Solving Eq.(6) with respect to (t),and gives: (8)Where (9)The constant in Eq.(9) is def
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本文标题:八层电梯的PLC控制系统设计-三菱【4张图纸】【优秀】【机电全套毕业设计】
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