基于PLC的七层电梯控制系统设计.doc

精品文档 1欢迎下载 基于基于 PLCPLC 的七层电梯控制系统设计的七层电梯控制系统设计 机械制造及其自动化专业 学生 安 锋 指导老师 罗 华 摘要摘要 电梯不仅仅是高层建筑罩的必备设施 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7层7站电梯 使用三菱FX2N 80MR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除模块 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 轿内与各层内呼梯指令的记录 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 这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中 运行结果表明 电梯控制系统安全性和可 靠性高 月常保养维护和故障检修方便 运行成本低 电梯连续运行12000次 故障率为0 平 层精度小于 5mm 平衡系数48 50 起动 制动及运行平稳 舒适 安全保护和可靠性 均达到GB7588 2003的规定 能够满足电梯的控制要求 关键字关键字 电梯 控制系统 可编程控制器电梯 控制系统 可编程控制器 精品文档 2欢迎下载 AbstractAbstract Elevator is not only the necessary facility in the high rise building is 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 congol 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 slalomed the elevator structure the structure and the working principle of the programmable logic controller Aim at the elevator of sever floors and sever stations the writer design this elevator control system by the use of Mitsubishi FX2N 80MR programmable illogic controller 111e writer design the elevator control modules Such 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 smfion hall the module of choose station and direction the module of door movement the module of elevator operation and so on These 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 functions This elevator control system applies in the actual operating elevator the operating result indicated its security and reliability ale high the routine maintenance and the trouble shooting are convenient the elevator operating cost is low The elevator continuous running 12000 times the failure rate is 0 the even level precision is smaller than 5mm the balanced coefficients is 48 50 the starting the brake and the movement ale extremely steady and comfortable the safekeeping of security and the 精品文档 3欢迎下载 reliability achieved GB7588 2003 the stipulations Can satisfy the elevator the control request KeyKey WordsWords Elevator Elevator ControlControl System System ProgrammableProgrammable LogicLogic ControllerController 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 6 6 1 1 课题研究背景和意义 6 6 1 2 国内外发展状况 7 7 1 3 主要研究内容 9 9 第二章第二章 电梯的概述电梯的概述 1010 2 1 电梯的定义 1010 2 2 电梯的分类 1010 2 2 1 按用途分类 1010 2 2 2 按驱动系统分类 1111 2 2 3 按操作控制方式分类 1212 2 3 电梯的主要机械部件 1313 第三章第三章 电梯的电力驱动系统电梯的电力驱动系统 1515 3 1 电梯电力驱动系统的定义及构成 1515 3 2 电梯电力驱动系统的要求 1515 3 3 电机的选择 1616 3 3 1 电动机选择的基本原则 1616 3 3 2 电动机容量的选择 1616 第四章第四章 变频器选择及其参数设计变频器选择及其参数设计 1717 4 1 变频器的选择 1717 精品文档 4欢迎下载 4 1 1 选择变频器品牌型号 1818 4 1 2 选择变频器规格 1818 4 1 3 选择的变频器应满足的条件 1818 4 2 专用变频器 1919 4 3 变频器结构及其参数设计 1919 第五章第五章 PLCPLC 的选择及其电路设计的选择及其电路设计 1919 5 1 PLC 元件分配表及控制功能 1919 5 1 1 输入输出 I O 点数的选择 2020 5 1 2 存储器容量的估算 2222 5 1 3 控制功能的选择 2222 5 2 可编程序控制器 PLC 的选择 2424 5 2 1 开关量 I O 接口 2424 5 2 2 外部电源的选择 2626 5 2 3 PLC I O 硬件连线图 2626 第六章第六章 控制方案与程序设计控制方案与程序设计 2626 6 1 梯形图设计控制原理 2626 6 1 1 门厅上行呼叫信号 2626 6 1 2 门厅下行呼叫信号 2828 6 1 3 轿厢内选层信号 2929 6 1 4 轿厢内选层信号灯的控制 2929 6 1 5 楼层位置信号 3131 6 1 6 七段数码管显示 3333 6 1 7 楼层呼叫选层综合信号 3434 6 1 8 上下行辨别控制信号 3535 6 1 9 开门控制 3636 6 1 10 关门控制 3737 6 1 11 停止信号 3838 精品文档 5欢迎下载 6 1 12 升降电机控制 4040 6 1 13 手动检修控制方式 4040 6 2 七层电梯控制总图 4141 6 3 控制程序 4141 第七章第七章 电梯模拟调试电梯模拟调试 4242 7 1 系统调试 4242 7 1 1 调试前具备的条件 4242 7 1 2 电梯的运行调试 4242 7 1 3 电梯的整机性能调试 4343 7 2 程序运行与调试 4343 7 2 1 程序的软件模拟运行 4343 7 2 2 程序调试 4646 第八章第八章 总结与展望总结与展望 4848 参考文献参考文献 4848 致谢致谢 4848 附录附录 4848 精品文档 6欢迎下载 第一章第一章 绪论绪论 随着社会主义市场经济的不断发展 我国建筑行业的快速发展和楼宇自动化 智能 化的需要 电梯产品的用量剧增 电梯是将机械原理应用 电气技术 微处理器技术 系统工程学 人体工程学及空气动力学等多学科和技术基于一体的机电设备 它是建筑 物的永久性垂直交通工具 为满足和提高人们的生活质量 电梯的智能化 自动化技术 迅速发展 特别是随着计算机网络技术 微电子和电力电子技术的飞速发展 现代电梯 的技术含量日益提高 电梯控制系统主要有以下三种控制方式 继电器控制系统 PLC 控 制系统和微机控制系统 继电器控制系统犹豫故障率高 控制方式不灵活及功率消耗大 等缺点 目前已经逐渐被淘汰 微机控制系统虽然在只能控制方面有比较强大的功能 但也存在一定的不足之处 例如抗干扰性差 系统设计比较复杂 一般维修人员难以掌 握其维修技术 这些都限制了微机控制系统应用的广泛性 而 PLC 控制系统由于运行可 靠 试用维修方便 抗干扰性能强等优越性 成为目前在电梯控制系统中试用最多的控 制方式 电梯需要运行平稳且舒适性好 使用变频器进行变频控制电机的速度能达到很 好的控制目的 现在的电梯通常是 PLC 变频器组成的控制系统 1 1 课题研究背景和意义 电梯是高层宾馆 商店 住宅 多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的 交通工具 随着社会的发展 建筑物规模越来越大 楼层越来越多 对电梯的调速精度 调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求 电梯是集机电一体的复杂系统 不仅涉 及机械传动 电气控制和土建等工程领域 还要考虑可靠性 舒适感和美学等问题 而 对现代电梯而言 应具有高度的安全性 事实上 在电梯上已经采用了多项安全保护措 施 在设计电梯的时候 对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数 然而只有电梯的制造 安装调试 售后服务和维修保养都达到高质量才能全面保证电梯 的最终高质量 在国外 已 法规 实行电梯制造 安装和维修一体化 实行由各制造 企业认可的法规认证的专业安装队伍维修单位 承担安装调试 定期维修和检查试验 精品文档 7欢迎下载 从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证 目前 由可编程序控制器 PLC 和微机组成的电梯运行逻辑控制系统 正以很快的速 度发展着 采用 PLC 控制的电梯可靠性高 维护方便 开发周期短 这种电梯运行更加 可靠 并具有很大的灵活性 可以完成更为复杂的控制任务 己成为电梯控制的发展方 向 可编程序控制器 是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物 是在顺序控制 器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器 是一种以微处理器为核心用作数字控 制的专用计算机 自 1969 年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台 PLC 问世以 来 迄今己 30 多年 它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变 但又不同于顺序 控制器和通用的微机控制装置 它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的 实时控制要求 同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯 摒弃了微机常用的 计算机编程语言的表达方式 独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语 言和模块化的软件结构 使用户程序的编制清晰直观 方便易学 调试和查错都很容易 用户买到所需 PLC 后 只需按说明书或提示 做少量的安装接线和用户程序的编制工作 就可灵活而方便地将 PLC 应用于生产实践 而且用户程序的编制 修改和调试不需要具 有专门的计算机编程语言知识 这样就破除了 电脑 的神秘感 推动了计算机技术的 普遍应用 可编程序控制器 PLC 在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术 PLC 现已成为现代工业控制三大支柱 PLC CAD CAM ROBOT 之一 以其可靠性 逻辑功 能强 体积小 可在线修改控制程序 具有远程通信联网功能 易与计算机接口 能对 模拟量进行控制 具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能 同时取代由大量输入 输出继电器 时间继电器 记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统 在机械 化工 石油 冶会 轻工 电子 纺织 食品 交通等行业德到广泛应用 总之 电梯的 控制是比较复杂的 可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空问 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 机械与电气部件有 机地结合在一个设备内 把仪表 电子和计算机的功能综合在一起因此 它已经成为电 梯运行中的关键技术 1 2 国内外发展状况 在经济不断发展 科学技术日新月异的今天 楼的高度已和经济发展同样的速度成 长起来 作为建筑的中枢神经 电梯起着不可或缺的作用 电梯作为建筑物内的主要运 输工具 像其他的交通工具一样 已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分 一个国家的电梯需求总量 主要受其经济增长速度 城市化水平 人口密度及数量 国 家产业结构等综合因素的影响 在全球经济持续低迷的情况下 我国国民经济仍然以较 精品文档 8欢迎下载 高的速度持续增长 城市化水平不断提高 这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣 景象 我国已经成为全球最大的电梯市场 上世纪 80 年代以来 随着经济建设的持续高 速发展 我国电梯需求量越来越大 总趋势是上升的 目前进入了 第三次浪潮 2004 年总产量超过了 8 万台 而且目前还没有减速的迹象 从 1949 年建国以来全国共生产安 装了 61 万多台电梯 尽管如此 我国的电梯远未达到饱和的程度 全世界平均 1000 人 有 l 台电梯 我国如果要达到这个水准 还需要增加 70 万台 到那时候 全国在用电梯 将达到 130 万台 每年仅报废更新就需要 6 万台 到 2005 年 中国电梯的年产量达到 13 5 万台 与 1980 年相比 25 年增长了 59 倍 产量每年平均增长 17 8 2005 年 安装验收电梯 124465 台 截至 05 年底 我国的在用电梯总数已达 651794 台 如此庞大 的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台 我国电梯行业已经具备了很强的生 产能力 兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司 美国奥的斯 瑞士迅达 芬兰通力 德国蒂森 日本三菱 只立 东芝 富士达等 13 家大型外商投资公司在国内 的市场份额达到了 74 先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作 用 苏州江南 山东百斯特 浙江巨人 上海华立 昌华 东莞飞鹏 宁波宏大 苏州 申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路 目前国内市场需 要的电梯产品 我国电梯行业几乎全部可以生产 不但大量替代了进口 而且有一定的 出口 国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高 自 1985 年我国参加了国际标准 化组织 ISO TCl78 以来 先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准 标准 的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位 许多新技术和新产品 如无机房电梯 无齿轮曳引机 永磁同步拖动技术 远程监控技术等 国际上也是刚刚出现 我国就有 许多企业可以生产了 国产电梯以其高质量 低成本的优势赢得了越来越多的国内外客 户 为逐步进入国际市场创造了有利条件 随着计算机技术的发展 微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用 在电梯 控制上采用微型计算机 取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视 使用微型 计算机控制 它成本低 体积小 可靠性高 使用寿命长 简化了安装调试工作 使得 电梯控制系统体积减小 节省能源 可靠性提高 可编程使灵活性增大 更突出的优点 是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能 因此可以实现更完善的自动控 制 例如对于电梯平层可以实现自适应控制 便平层情况达到最佳状态 目前 交流调 压调速电梯技术已趋成熟 一些企业都有成功的产品 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 除了合资企业外 也有其他厂家开发出 了变频调速电梯新产品 另外 用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进 行控制还是有前途的 有些生产企业开发了紧急供电装置 防火厅门 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 总之 与国外先进技术水平相比 虽然还存在一定差距但国内电梯技术正以迅猛的发展 精品文档 9欢迎下载 速度赶超世界先进水平 中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置 每年销售量己达 l 万台左右 约占亚洲市场的 1 50 一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献 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 国奥的斯公司 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 奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业 目前 国外除了以交流电梯取代直流电梯以外 在低层楼房越来越多的使用液压电梯 此外 家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分 随着科技的进步 电梯也更加安全 舒适 然而 人们的追求并没有就此停止下来 仍在不断地进行研究改进 绿色是和平 绿色是天然 绿色是和谐 电梯是载人的机电 设备 要实现 绿色 也就是强调电梯更舒适 更安全地为人类的生产和生活服务 强 调电梯与环境的协调与和谐 国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数 Peters 了 他专门就绿色电梯进行研究 当然 他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的 不可 再生资源的消耗 产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳 同时他 还认为 目前电力是不可持续的并对环境有损害 作为在地球上有责任的人 我们应当 减少能源消耗 寻找可持续发展的能源 1 3 主要研究内容 课题所研究的内容主要是用可编程控制器 PLC 和变频器改造在用电梯自动控制系 统 由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳 用户寻求对电梯的电控系统进行改造 以节约资金 因此 对电梯控制技术进行研究 找出一条适合国产老式电梯的改造之路 并进而提高国产电梯的技术水平和质量 具有十分重要的意义 针对老式电梯采用的继 电器逻辑控制方式存在功能弱 故障多 可靠性差和工作寿命短等缺陷 提出采用功能 强 故障率低 可靠性高的可编程控制器 PLC 来控制电梯 调速系统采用交流变频调 速 在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能 满足乘客的舒适感和保证平 层精度 即准确停车 并能节约大量电能 第 1 章 绪论 主要介绍电梯的发展情况和背景 阐述了选题的目的和意义 第 2 章 电梯的概述 主要介绍电梯的分类情况以及电梯的主要机械部件 第 3 章 电梯的电力驱动系统 主要介绍电力驱动系统的组成 电动机的选择和电力 驱动系统的设计 第 4 章 变频器选层及参数设计 主要介绍变频器的选择以及变频器的参数设计 第 5 章 PLC 的选择及其电路设计 主要介绍可编程控制器的选择和电气系统原理设 精品文档 10欢迎下载 计 第 6 章 控制方案与程序设计 主要介绍各信号的控制程序设计和主程序的设计 第 7 章 电梯模拟调试 主要介绍程序在软件上的运行以及检测 第 8 章 总结与展望 对本文进行了总结并对电梯的发展做了初步展望 第二章第二章 电梯的概述电梯的概述 2 1 电梯的定义 电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备 它具有一个轿厢 运行在至少两列垂直 的倾斜角小于 15 度的钢性导轨之间 轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物 它 适用于装置在两层以上的建筑内 是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具 2 2 电梯的分类 2 2 1 按用途分类 1 乘客电梯 代号 K 为运行乘客而设计的电梯 有完善的安全装置 2 载货电梯 代号 H 为运送货物而设计的电梯 通常有人操作 有必备的安全装置 3 客货梯 代号 L 主要用作运送乘客 但也可运送货物 它与乘客电梯的区别在 于轿厢内部装饰结构和使用场合不同而言 4 病床电梯 代号 B 为运送医院病人及其病人而设计的电梯 其轿厢具有窄而长的 特点 5 住宅电梯 代号 Z 供住宅楼使用的电梯 控制系统和轿厢装饰均较简单 也必须 具有客梯所具有的安全保护装置 精品文档 11欢迎下载 6 杂物电梯 代号 W 供图书馆 办公楼 饭店运送图书 文件 食品等 而绝不允 许人员进入的小型用货电梯 7 消防梯 代号 火警情况下能适应消防员专用的电梯 非火警情况下可作为一般客 梯或客货梯使用 8 船舶电梯 代号 C 专用于船舶上的电梯 能在船舶摇晃中正常工作 9 观光电梯 代号 G 轿厢壁透明 供乘客游览观光之用 2 2 2 按驱动系统分类 1 交流电梯 曳引电动机时交流异步电动机的有以下四类 交流单速电梯 曳引电动机为交流单速异步电动机 梯速 0 4 m s 交流双速电梯 曳引电动机为电梯专用的变级对数的交流异步电动机 速 1 m s 提升高度 h 35m 交流调速电梯 曳引电动机为电梯专用的单速或多速交流异步电动机 而电动 机的驱动控制系统在电梯的起动加速 温速 制动 或仅是制动减速 程中采用调压 调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式 梯速 2 m s 提升高度 h 50m 交流高速电梯 曳引电动机为电梯专用的低速的交流异步电动机 其驱动控制 系统为变频变压加矢量变换的 VVVF 系统 其梯速 2 m s 提升高度 h 120m 2 直流电梯 曳引电动机是电梯专用的直流电动机的有以下两类 直流快速电梯 曳引电动机经减速箱后驱动电梯 梯速 2 m s 提升高度 h 50m 直流高速电梯 曳引电动机为电梯专用的低转速直流电动机 梯速 2 m s 提升高度 h 120m 精品文档 12欢迎下载 3 液压电梯 电梯的升降是靠液压传动的 有以下两类 柱塞直顶式 液压缸柱塞直接支撑在轿厢底部 通过柱塞的升降而使轿厢升降 的液压梯 梯速 1 m s 提升高度 h 20m 柱塞侧顶式 油缸柱塞设置于轿厢旁侧 通过柱塞升降而使轿厢升降的液压梯 梯速 0 63 m s 提升高度 h 15m 2 2 3 按操作控制方式分类 1 门外按钮控制小型杂物电梯 该电梯是一种门外按钮自动控制的小型杂物电梯 它专用于提升和下降重量和体积较小的构件 绝不允许任何人员进入轿厢 这种 电梯 在楼层层门旁各设有操作箱 当基站的发货人员装货完毕后将层门关闭 并钦下操作箱上相对应于接货站的停站按钮 电梯就能起动行驶到达该站停止 及时发出信号 促使接货人注意 开层门卸货 2 轿厢手柄开关控制自平自动门电梯 该电梯在轿厢内设有经专业安全技术培训的 专职司机操作 要求上升或下降时司机可将操作箱上的手柄开关按照需要的方向 转到极限位置 这时层门和轿厢门就自动关闭 电梯随即起动向上 或向下 行 驶 当轿厢到达所要求停靠的楼层前适当高度 平层区域内 时 司机应预先将 手柄开关返回到零位 电梯就自动地从快速降低到慢速 并在慢速运转下自动停 止在楼面水平上 自动开门 3 内外按钮控制自平自动门电梯 该电梯是一种乘客自己操作的电梯 电梯在各层 站分别设有一个召唤按钮 轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮 某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮 就能使不被占用的轿厢到来 电梯停靠时 立即自动开门 乘客进入轿厢后 按下他要去的楼层的指令按钮 电梯就自动关 精品文档 13欢迎下载 门 自动行驶到该站 每次停靠时 电梯自动进行减速 平层 开门 4 选层按钮控制自平自动门电梯 该电梯是一种乘客自己操作的电梯 电梯在各层 站分别设有一个召唤按钮 轿厢操作箱上则设有与停站数相等的想应指令按钮 某一楼层等待电梯的乘客按下该召唤按钮 就能使不被 占用 的轿厢到来 电 梯停靠时立即自动开门 乘客进入轿厢后 按下他要去的指令按钮 电梯就自动 关门 起动行驶到达该站 每次停靠时 电梯自动进行减速 平层 开门 5 集选控制或向下集选控制电梯 该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职 司机操作的自动电梯 电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下召唤按钮 而 在其他层站各设有向上 下两个召唤按钮 集选控制 或一个向下召唤按钮 向 下集选控制 轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮 当进入轿 厢的乘客按下指令按钮 指令信号就被登记 电梯在向上过程中按登记的指令信 号和向上召唤信号逐一给予停靠 直到有这些信号登记的最高层和有向下召唤登 记的最底层为止 然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠 每次停靠 时电梯自动进行减速 平层 开门 2 3 电梯的主要机械部件 1 轿厢 2 电梯门 3 开关门机构 4 层门门锁 5 机械安全装置 电梯中限速器 安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置 它的作用在于 因机 械或电气的某种原因 例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时 将轿厢擎停在导轨上 不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务 上述任务的 完成是靠它们的配合动作来完成的 精品文档 14欢迎下载 下图是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明 见图 2 1 1 减速箱 2 曳引轮 3 曳引机底座 4 导向轮 5 限速器 6 机座 7 导轨支架 8 曳引钢丝绳 9 开关碰铁 10 紧急终端开关 11 导靴 12 轿架 13 轿门 14 安全钳 15 导轨 16 绳头组合 17 对重 18 补偿链 19 补偿链导轮 20 张紧装置 21 缓冲器 22 底坑 23 层门 24 呼梯盒 25 层楼指示灯 26 随行电缆 27 轿壁 28 轿内操纵箱 29 开门机 30 井道传感器 31 电源开关 32 控制柜 33 曳引电机 34 制动器 图 2 1 精品文档 15欢迎下载 第三章第三章 电梯的电力驱动系统电梯的电力驱动系统 3 1 电梯电力驱动系统的定义及构成 在前一章所述的电梯分类中 有按电梯的驱动电动机的类型把电梯分为交流电梯和 直流电梯两大类 所以电梯的电力驱动系统也相应分为两大类 交流驱动系统和直流驱 动系统 即用三相交流感应电动机为主体的交流驱动系统和用直流电动机为主体的直流 驱动系统 电梯的驱动系统由四部分组成 如图 3 1 图 3 1 电梯驱动系统的构成框图 1 电梯的工作机构 轿厢 对重等 是电梯电力驱动控制的对象和目标 2 电梯的机械传动装置 3 电动机 4 电梯驱动系统的电气自动控制部分 3 2 电梯电力驱动系统的要求 电梯设备实质上仍属起重运输机械的范畴内 其传动系统的特点基本相同 都属位 能负载 电梯不仅要运输货物 更重要的是运输人员 因此对电力驱动系统的动 静态 控制要求均很高 速度和停车准确度等 电梯的电力驱动系统的要求 1 电梯的运行速度要尽可能地高 2 电梯在整个运行过程中 人们要求愈来愈好 这就是电梯不同于其他起重运输机 械的最主要之点 因为电梯是需要载人上下的 所以无论什么样的 对其电力驱 电源电源 传动机构传动机构2 电动机电动机3 自动系统自动系统4 电梯轿厢电梯轿厢1 精品文档 16欢迎下载 动系统的起动和制动过程要求平稳而又不过分浪费时间 我们对电梯的电力驱动 系统的加 减速度有所限制 3 电梯既然是运载货物和乘客的垂直交通工具之一 则人们要求电梯在到达楼层时 停车平层准确 因此电梯停得准确与否是衡量电梯电力驱动系统的重要品质之一 4 电梯负载时一个恒转矩的位能负载 而运行方向不是上行就是下行 因此从电力 驱动角度看 电梯的电力驱动系统不仅能工作在 象限 而且能工作在 象限 因此电梯对电力驱动系统的要求是能工作在四个象限 以适应电梯 系统的不同负载和不同运行方向的要求 从以上几个方面的叙述 可以概括为三个字 即电梯的电力驱动系统要求 快 稳 准 3 3 电机的选择 电动机的选择包括电动机的种类 结构形式 电动机的额定转速与额定功率 3 3 1 电动机选择的基本原则 1 电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求 要与负载的负载特性相适应 保证运行稳定且具有良好的起动和制动性能 2 工作过程中电动机容量能得到充分利用 使其温升尽可能达到或接近额定温升 值 3 电动机结构型式满足机械设计提出的安装要求 并能适应周围坏境工作条件 4 在满足设计要求前提下 应优先采用结构简单 价格便宜 使用方便的三相笼 型异步电动机 3 3 2 电动机容量的选择 选择电动机容量时 应满足下述三方面的要求 1 电动机在工作时 其稳定温升应接近但不超过绝缘材料的允许温升 2 电动机应具有一定的过载能力 以保证在短时过载的情况下能正常工作 检验 精品文档 17欢迎下载 电动机的短时过载能力可按下列条件 4 1 n lm s 式中 电动机在工作中承受的最大负载转矩 lm 电动机的额定转矩 短时过载系数 s 对异步电动机 取决于 其关系式为 s m 0 8 0 85 s m 式中 异步电动机最大转矩与额定转矩之比 m m n 0 8 0 85 考虑电网电压下降引起及下降的系数 m n 直流电动机 过载能力受换向所允许的最大电流值的限制 一般型与 2 型直流电动机 在额定磁通下 可选为 1 5 2 对 ZZ 型 ZZY 型直流电电机 s 以及同步电动机 可取 2 5 3 s 3 电动机应具有生产机械所需要的起动转矩 大多数情况下的电动机容量选择 首先从发热的条件考虑 然后再按过载能力 进行校验 对笼型电动机 有时还需要进行起动能力校验 看其是否满足生产 机械的要求 对直流电动机与绕线型异步电动机则不必校验起动能力 因其起 动转矩的数值是可调的 精品文档 18欢迎下载 第四章第四章 变频器选择及其参数设计变频器选择及其参数设计 本设计通过多种方案的比较和对照 完成了电梯控制系统中变频器的选择 4 1 变频器的选择 确定变频器的品牌和型号 以及确定变频器的规格 就完成了变频器的选择 先对 变频器进行分类 然后分别讨论品牌和型号 规格 4 1 1 选择变频器品牌型号 变频器是变频调速系统的核心设备 它的质量品质对于系统的可靠性影响很大 选 择品牌时 质量品质 尤其是与可靠性相关的质量品质 显然是选择时的重要考虑方面 同时 设备平均寿命的长短是一个重要的参数 所以根据预期使用寿命来选择品牌 经 验和口碑仍然是主要依据 在同一品牌中选择具体型号时 则主要依据已经确定的变频 调速方案 负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定 4 1 2 选择变频器规格 变频器产品说明书都提高标称功率数据 但实际上限制变频器使用功率的是定子电 流参数 因此 直接按照变频器标准功率进行选择 在实际中常常可能会行不通 根据 具体工程的情况 可以有以下几种不同的变频器规格选择方式 1 按照标称功率选择 一般作初步投资估算依据 2 按照电动机额定电流选择 多用于恒转矩负载的新设计项目 3 按照电动机实际运行电流选择 多用于改造工程 4 按照转矩过载能力选择 综上所述 根据实际工程情况 以适当的方法选择变频器规格很重要 选择结果多 数情况下变频器标称功率与电动机匹配 少数情况需要放大 所以 笼统的认为放大一 级功率选择变频器是没有错的想法 但会造成浪费 总的来说从生产成本来做合适的选 择 精品文档 19欢迎下载 4 1 3 选择的变频器应满足的条件 1 根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型 2 所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配 3 为降低电梯成本 首选通用变频器 4 电梯的启动和停车都要平稳 5 变频器带有防止失速功能 6 变频器具有优良的转矩特性 4 2 专用变频器 4 3 变频器结构及其参数设计 精品文档 20欢迎下载 第五章第五章 PLCPLC 的选择及其电路设计的选择及其电路设计 随着 PLC 技术的发展 PLC 产品的种类也越来越多 而且功能也日趋完善 5 1 PLC 元件分配表及控制功能 为了能够更好的选型 工程设计选型和估算时 应详细分析工艺过程的特点 控制 要求 明确控制任务和范围确定所需的操作和动作 然后根据控制要求 估算输入输出 点数 所需存储器容量 确定 PLC 的功能 外部设备特性等 最后选择有较高性能价格 比的 PLC 和设计相应的控制系统 5 1 1 输入输出 I O 点数的选择 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 1 输入信号的确定 先考察电梯轿厢内的操作 操作面板上应有各层的选层指令按钮 7 层共有 7 个 还有手动开门和关门按钮 2 个 各楼层乘客召唤时 除底层和顶层只有一 个召唤按钮 其它各层均设上下两个召唤按钮 7 层共需 12 个输入按钮 7 层电 梯需 7 个行程开关来控制是否到了某一层 因此需 7 点输入 手动 1 个 司机 1 个 开门极限 1 个 关门限位 1 个 总共 32 个输入点 如表 5 1 所示 表 5 1 输入信号地址分配表 名称 输入点 名称 输入点 一层上行召唤按钮 X00 轿箱内一层召呼按钮 X20 二层上行召唤按钮 X01 轿箱内二层召呼按钮 X21 三层上行召唤按钮 X02 轿箱内三层召呼按钮 X22 四层上行召唤按钮 X03 轿箱内四层召呼按钮 X23 五层上行召唤按钮 X04 轿箱内五层召呼按钮 X24 六层上行召唤按钮 X05 轿箱内六层召呼按钮 X25 开门按钮 X06 轿箱内七层召呼按钮 X26 精品文档 21欢迎下载 关门按钮 X07 一楼限位开关 X30 二层下行召唤按钮 X10 二楼限位开关 X31 三层下行召唤按钮 X11 三楼限位开关 X32 四层下行召唤按钮 X12 四楼限位开关 X33 五层下行召唤按钮 X13 五楼限位开关 X34 六层下行召唤按钮 X14 六楼限位开关 X35 七层下行召唤按钮 X15 七楼限位开关 X36 手动按钮 X16 开门限位 X27 司机按钮 X17 关门限位 X37 2 输出信号的确定 各楼层乘客召唤时 按下的呼梯按钮需显示 所以有 12 个输出点 开门 关门输出各 1 个 轿厢内楼层按钮显示 7 个 电梯上行 下行输出各 1 个 低速 运行输出 1 个 七段数码管笔画显示 7 个 共 31 个 如表 5 2 所示 表 5 2 输出信号地址分配表 名称 输入点 名称 输入点 一层上行召唤显示 Y00 轿厢内一楼按钮显示 Y20 二层上行召唤显示 Y01 轿厢内二楼按钮显示 Y21 三层上行召唤显示 Y02 轿厢内三楼按钮显示 Y22 四层上行召唤显示 Y03 轿厢内四楼按钮显示 Y23 五层上行召唤显示 Y04 轿厢内五楼按钮显示 Y24 六层上行召唤显示 Y05 轿厢内六楼按钮显示 Y25 电梯开门 Y06 轿厢内七楼按钮显示 Y26 电梯关门 Y07 低速运行显示 Y27 二层下行召唤显示 Y10 a 笔画 Y30 三层下行召唤显示 Y11 b 笔画 Y31 四层下行召唤显示 Y12 c 笔画 Y32 五层下行召唤显示 Y13 d 笔画 Y33 六层下行召唤显示 Y14 e 笔画 Y34 七层下行召唤显示 Y15 f 笔画 Y35 电梯上行显示 Y16 g 笔画 Y36 电梯下行显示 Y17 3 内部辅助继电器以及定时器的确定 见表 5 3 表 5 3 内部辅助继电器及定时器地址分配表 元件元件 功能功能 1 1 楼楼 2 2 楼楼 3 3 楼楼 4 4 楼楼 5 5 楼楼 6 6 楼楼 7 7 楼楼 精品文档 22欢迎下载 上呼信号 M0 M1 M2 M3 M4 M5 下呼信号 M10 M11 M12 M13 M14 M15 内选信号 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 上或内选信号 M30 M31 M32 M33 M34 M35 下或内选信号 M40 M41 M42 M43 M44 M45 上或下或内选号 M50 M51 M52 M53 M54 M55 M56 当前层记忆 M60 M61 M62 M63 M64 M65 M66 M100 M101 M102 M 辅助继辅助继 电器电器 其他 上行辨别 下行辨别 停止信号 T0 T1 T2 T3 T 定时器定时器 其他 延时关门 低速行驶 4s 震荡 4s 震荡 5 1 2 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小 程序容量是存储器中 用户应用项目使用的存储单元的大小 因此程序容量小于存储器容量 为了设计选型 时能对程序容量有一定估算 通常采用存储器容量的估算来替代 存储器内存容量的估算没有固定的公式 许多文献资料中给出了不同公式 大体上 都是按数字量 I O 点数的 10 15 倍 加上模拟 I O 点数的 100 倍 以此数为内存的总字 数 16 位为一个字 另外再按此数的 25 考虑余量 5 1 3 控制功能的选择 该选择包括运算功能 控制功能 通信功能 编程功能 诊断功能和处理速度等特 性的选择 1 运算功能 简单 PLC 的运算功能包括逻辑运算 计时和计数功能 普通 PLC 的 运算功能还包括数据移位 比较等运算功能 较复杂运算功能有代数运算 数 据传送等 大型 PLC 中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能 随着开放 系统的出现 目前在 PLC 中都已具有通信功能 有些产品具有与下位机的通信 有些产品具有与同位机或上位机的通信 有些产品还具有与工厂或企业网进行 数据通信的功能 设计选型时应从实际应用的要求出发 合理选用所需的运算 功能 大多数应用场合 只需要逻辑运算和计时计数功能 有些应用需要数据 精品文档 23欢迎下载 传送和比较 当用于模拟量检测和控制时 才使用代数运算 数值转换和 PID 运算等 要显示数据时需要译码和编码等运算 2 控制功能 控制功能包括 PID 控制运算 前馈补偿控制运算 比值控制运算等 应根据控制要求确定 PLC 主要用于顺序逻辑控制 因此 大多数场合常采用单 回路或多回路控制器解决模拟量的控制 有时也采用专用的智能输入输出单元 完成所需的控制功能 提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量 例如采用 PID 控制单元 高速计数器 带速度补偿的模拟单元 ASC 码转换单元等 3 通信功能 大中型 PLC 系统应支持多种现场总线和标准通信协议 如 TCP IP 需要时应能与工厂管理网 TCP IP 相连接 通信协议应符合 ISO IEEE 通信标 准 应是开放的通信网络 PLC 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口 RS2232C 422A 423 485 RIO 通信口 工业以太网 常用 DCS 接口等 大中型 PLC 通信总线 含接口设备 和电缆 应 1 1 冗余配置 通信总线应符合国际标准 通信距离应满足装置实 际要求 PLC 系统的通信网络中 上级的网络通信速率应大于 1Mbps 通信负荷不大 于 60 PLC 系统的通信网络主要形式有下列几种形式 PC 为主站 多台同型号 PLC 为从站 组成简易 PLC 网络 1 台 PLC 为主站 其他同型号 PLC 为从站 构成主从式 PLC 网络 PLC 网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网 专用 PLC 网络 各厂商的专用 PLC 通信网络 为减轻 CPU 通信任务 根据网络组成的实际需要 应选择具有不同通信功 能的 如点对点 现场总线 工业以太网 通信处理器 4 编程功能 PLC 的编程有离线编程和在线编程两种 设计时应根据应用要求合 理选用 离线编程方式 PLC 和编程器公用一个 CPU 编程器在编程模式时 CPU 只 为编程器提供服务 不对现场设备进行控制 完成编程后 编程器切换到运行 模式 CPU 对现场设备进行控制 不能进行编程 离线编程方式可降低系统成本 但使用和调试不方便 在线编程方式 CPU 和编程器有各自的 CPU 主机 CPU 负 责现场控制 并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换 编程器把在线编制 的程序或数据发送到主机 下一扫描周期 主机就根据新收到的程序运行 这 种方式成本较高 但系统调试和操作方便 在大中型 PLC 中常采用 5 诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断 硬件诊断通过硬件的逻辑 判断确定硬件的故障位置 软件诊断分内诊断和外诊断 通过软件对 PLC 内部 的性能和功能进行诊断是内诊断 通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部 件信息交换功能进行诊断是外诊断 精品文档 24欢迎下载 PLC 的诊断功能的强弱 直接影响对操作和维护人员技术能力的要求 并影 响平均维修时间 6 处理速度 PLC 采用扫描方式工作 从实时性要求来看 处理速度应越快越好 如果信号持续时间小于扫描时间 则 PLC 将扫描不到该信号 造成信号数据的 丢失 处理速度与用户程序的长度 CPU 处理速度 软件质量等有关 目前 PLC 接点的响应快 速度高 每条二进制指令执行时间约 0 2 0 4Ls 因此能 适应控制要求高 相应要求快的应用需要 扫描周期 处理器扫描周期 应满 足 小型 PLC 的扫描时间不大于 0 5ms K 大中型 PLC 的扫描时间不大于 0 2ms K 5 2 可编程序控制器 PLC 的选择 5 2 1 开关量 I O 接口 1 输入接口电路 接口电路用于采集信号输入 输入信号是从按钮 选择开关 数字拨码开关 限位开关 接近开关 光电开关 压电继电器等传来的开关量输入信号 输入接 口电路将限位开关 手动开关 编码器等现场输入设备的控制信号转换成 CPU 所 能接受和处理的数字信号 一般单元式 PLC 中输入接口单元都使用 PLC 本身的直流电源供电 不再需要 外接电源 2 输出接口电路 输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路驱动输出设备 如接触器 电