八层八站人货两用电梯PLC改造.ppt

毕业答辩 03机电3班黄杨 8层8站人货两用电梯PLC改造 指导老师 赵建伟 第一章绪论 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 目前 我国各用户单位所使用的电梯中 有一部分是90年代以前生产的国产电梯 这些电梯基本都未采用调压调频调速控制 VVVF 技术 它采用的是接触器 继电器控制系统 而接触器 继电器控制系统复杂 故障率高 安全性能差 如果要把这些旧电梯拆出 重新安装新电梯 不仅受建筑物的限制 而且工程量大 投资大 鉴于此种现状 在节约资金 充分发挥设备利用率的情况下 电梯设备的技术改造已被提上议事日程 所谓技术改造 即是在花费少量资金的前提下 在电梯设备原有基础上去除一些陈旧 落后的部件 而以新部件取而代之 使电梯的性能及功能得到完全改善 为大面积降低电梯运行故障率 提高可靠可靠性及可维修性 对电梯设备控制及驱动系统加以更新是电梯技术改造最为重要的内容 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 由于系统采用了微机全数字化控制 使电梯平层精度达到毫米级 并目绝对保证电动机零速下闸 舒适感非常好 PLC VVVF模式为当今各电梯技术改造部门广泛应用 采用PLC对电梯控制系统进行改造 用变频器对传动部分进行改造 改造后电梯启动平稳 乘坐舒适 安全性能好 调试维护方便 故障率低 所以运用调压调频调速技术对老式电梯进行改造 就有很大的市场 且具有经济和社会双重效益 在经济效益方面 电梯改造的投入相对节约了很多投资 如果拆除一台旧电梯 换上一台新电梯 工程费用 电梯费用很高 而改造一台电梯则节约很大的投资 在社会效益方面 对旧电梯进行VVVF改造 增强舒适感 降低噪声 节约能源 保证乘客的安全 同时很好的利用了原电梯的曳引机 导轨 轿厢 层门等耐用设备 加上 改造一台电梯工期为半个月 而一台新电梯从订货 制造到运输 安装 调试至少半年 这会给业主带来很大的不便 所以电梯的技术改造具有十分重要的意义 1 1电梯继电器控制系统的特点及存在问题1 1 1电梯继电器控制系统的优点所有控制功能及信号处理均由硬件实现 线路直观 易于理解和掌握 适合于一般技术人员和技术工人所掌握 系统的保养 维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具 仪器 大部分电器均为常用控制电器 更换方便 价格较便宜 多年来我国一直生产这类电梯 技术成熟 己形成系列化产品 技术资料图纸齐全 熟悉 掌握的人员较多 1 1 2电梯继电器控制系统存在的问题系统触点繁多 接线线路复杂 且触点容易烧坏磨损 造成接触不良 因而故障率较高 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能 使系统的控制功能不易增加 技术水平难以提高 电磁机构及触点动作速度比较慢 机械和电磁惯性大 系统控制精度难以提高 系统结构庞大 能耗较高 机械动作噪音大 由于线路复杂 易出现故障 因而保养维修工作量大 费用高 而且检查故障困难 费时费工 1 2可编程序优势 特点及控制器的功能可编程控制器以体积小 功能强大所著称 它不但可以很容易地完成顺序逻辑 运动控制 定时控制 计数控制 数字运算 数据处理等功能 而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系 从而实现生产过程的自动控制 特别是现在 由于信息 网络时代的到来 扩展了PLC的功能 使它具有很强的联网通讯能力 从而更广泛地应用于众多行业 1 2 1可编程控制器的优点可靠性高 抗干扰能力强通用性强 使用方便采用模块化结构 使系统组合灵活方便编程语言简单 易学 便于掌握系统设计周期短对生产工艺改造适应性强安装简单 调试方便 维修工作量小 1 3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 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 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 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 第二章电梯设备及与电梯发展动态 2 1电梯的基本结构曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯 其基本的机械结构主要包括 曳引系统 导向系统 门系统 轿厢 重量平衡系统 电力拖动系统 电气控制系统 安全保护系统 图3 1是电梯的拖动示意图 图中可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端 钢丝绳跨挂在曳引轮上 曳引轮经减速机构由电机拖动 形成轿厢的上下运动 图3 1电梯拖动示意图1 电动机 2 减速结构 3 曳引轮 4 钢丝绳 5 轿厢 6 对重 2 1 1曳引系统曳引系统由曳引机 曳引钢丝绳 导向轮及反绳轮等组成 曳引机由电动机 联轴器 制动器 减速箱 机座 曳引轮等组成 它是电梯的主拖动机械 驱动电梯的桥厢和对重装置作上 下运动 曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重 或者两端固定在机房上 依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降 导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距 采用复绕型时还可增加曳引能力 导向轮安装在曳引机架上或承重梁上 2 1 2导向系统导向系统由导轨 导轨架和导靴等组成 它的作用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 导轨导轨固定在导轨架上 导轨架是承重导轨的组件 与井道壁联接 导轨架它固定在井道壁或横梁上 是支撑和固定导轨用的导靴分固定导靴 滑动弹簧导靴和胶轮导靴 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 2 1 3门系统门系统由轿厢门 层门 开门机 联动机构 门锁等组成 轿厢门设在轿厢入口 由门扇 门导轨架 门靴和门刀等组成 层门设在层站入口 由门扇 门导轨架 门靴 门锁装置及应急开锁装置组成 开门机设在轿厢上 是轿厢门和层门启动 关闭的动力源 2 1 4轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件 它是由轿厢架和轿厢体组成 轿厢架是轿厢体的承重构架 由横梁 立柱 底梁和斜拉杆等组成 轿厢体由轿厢底 轿厢壁 轿厢顶及照明 通风装置 轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成 轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定 2 1 5重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成 对重由对重架和对重块组成 对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重 重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置 2 1 6电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机 供电系统 速度反馈装置 调速装置等组成 对电梯实行速度控制 曳引电机是电梯的动力源 根据电梯配置可采用交流电机或直流电机 2 1 7电气控制系统电气控制系统由操纵装置 位置显示装置 控制屏 平层装置 选层器等组成 它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱 层站召唤按钮 轿顶和机房中的检修或应急操纵箱 控制屏安装在机房中 由各类电气控制元件组成 是电梯实行电气控制的集中组件 位置显示是指轿内和层站的指层灯 层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站 选层器能起到指示和反馈轿厢位置 决定运行方向 发出加减速信号等作用 2 1 8安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统 可保护电梯安全使用 机械方面的有 限速器和安全钳起超速保护作用 缓冲器起冲顶和撞底保护作用 还有切断总电源的极限保护等 2 2国内电梯的发展动态目前我国已经成为全球最大的电梯市场 我国电梯行业也已经具备了很强的生产能力 而且国产电梯的技术水平和产品质量也正在稳步提高 电梯发展的趋势如下 电梯智能群控系统蓝牙技术在电梯上的应用绿色电梯超高速电梯 第三章变压变频调速 VVVF 电梯交流调速系统的类型一般可分为变极调速 变压调速和变频变压调速3种 由于变压变频调速系统在调速时 转差功率保持不变 所以它在各种异步电动机调速系统中是效率最高 性能也最好的 当前 变压变频调速已经是电梯调速方式中应用最为广泛的调速方法 3 1交流变压变频调速的基本原理异步电动机的转速 当传差率S变化不大时 S 1 因此 N基本上正比于 所以 要改变交流电动机转速 只需改变定子频率即可 但是 在改变转速的同时 希望励磁电流和功率因数基本保持不变 磁通太弱 则没有充分利用铁芯 电机容许的输出转速下降 电机的功率得不到充分利用而浪费 若增大磁通 将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加 功率因数降低 严重时会因绕组过热而损坏电机 在交流异步电动机中 对于固定电机 定子每相绕组串联匝数 基波绕组系数为常量 因此 要想在改变定子频率时候 磁通保持不变 只需同步地改变定子每相的气隙磁通感应电势 使然而 绕组中的感应电势是难以直接控制的 当电势较高时 可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降 此时定子相电压等于感应电势 从而我们认为当定子相电压与频率成比正比例函数时 磁通基本恒定 但是 当频率较低时 和都较小 定子绕组的漏磁阻抗压降不能忽略 此时可以简单地把电压适当抬高 以便近似地补偿定子压降 在电梯的变频调速系统中 电机的实际最大转速为其额定转速 因此 电梯的变频调速属 恒转矩调速 从上面的分析可看出 只有同时改变电源的电压和频率 才能满足变频调速的要求 这样的装置统称为变压变频装置 即VVVF装置 VVVF是英文VariableVoltageVariableFrequency的缩写 3 2变压变频装置分类从结构上分 变频装置可分为间接变频和直接变频两类 从变频电源的性质分 无论是直接变频 还是间接变频 又都可分为电压源变频器和电流源变频器 3 3交流变压变频调速电梯 VVVF 的优点变压变频调速技术 简称VVVF 即根据交流电动机的动态数学模型 采用坐标变换的手段及磁通矢量合成的原则 利用正弦PWM脉宽调制将现行的工频交流电变换成大小和频率同时改变的交流电压去驱动异步电动机而达到调节电动机运转速度以提高电梯动态性能的目的 第四章基本方案选择 通过多种方案的比较和对照 选择电梯控制系统中变频器和可编程控制器 4 1变频器的选择目前 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 本设计采用的是日本安川公司生产的61665系列变频器 它具有以下优点 使用简单丰富的保护功能除了原有变频器的保护功能外 还加入了一些电梯适用的保护功能 例如过速保护 电梯在运行至顶端站时 如果速度超过了正常运行时的速度 变频器会自动保护 并且使电梯运行至平层 强大的电梯专用功能有与电梯控制相适应的输入 输出信号 楼层记忆功能 变频器可以根据平层信号自动记忆楼层数 四种电梯专用运行方式 楼层距离学习方式 检修方式 减速点控制方式 复位运行 4 2可编程控制器 PLC 的选择电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器 电梯运行过程中 轿厢所处楼层位置如何检测 PLC软件如何根据给定输入信号及运行条件判断或计算楼层数 是电梯正常运行的首要问题 是正确定向和选层换速的必要前提 4 2 1轿厢楼层位置检测方法主要方法有如下几种 用干簧管磁感应器或其它位置开关 这种方法直观 简单 利用稳态磁保开关 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 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 4 2 2PLC的选型本系统有按钮输入3n个 感应器输入n 2个 行程开关输入3个 显示输出4n个 继电器输出11个 总共要求可编程控制器具有4n 5个输入点 4n 11个输出点根据工艺要求 还需要3个定时器 由于电梯的工艺过程和特点 再根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法 考虑I O总体点数留有一定的余量 选用目前通用的三菱FX2 128MR可编程序控制器 总共128个输人 输出点 第五章控制系统硬件设计 控制系统硬件设计由调速系统设计和PLC控制系统设计两部分组成 本文主要介绍PLC控制系统的设计 所改造的电梯为8层8站 由轿厢 开关门机构 曳引机构 控制系统等构成 其系统整体硬件框图如图5 1所示 调速系统接收到PLC给出的速度信号后 控制曳引机电机以给定的速度和转向运转 PLC控制系统根据现场信号的状态决定发给调速系统的速度信号 决定开门 关门 松闸等 并给出相应的显示 5 1传动主回路设计曳引电机由变频调速器来驱动 这里采用日本安川公司生产的61665系列变频器 依据负载情况及电机容量 选用22KVA变频器 并考虑到电梯是位能性负载 电机将作四象限动行 因此采用变频器制动单元来吸收这一部分能量 当变频器直流线电压高于640V时 制动装置自动启动 通过GTR接制动电阻 以防泵升电压过高 损坏变频器 保证系统安全可靠运行 5 2PLC控制系统硬件设计进行PLC控制系统硬件设计的首要任务是确定现场输人 输出信号的类型 作用和数量 然后根据要实现的功能确定PLC的型号 构成成本低 性能高的PLC控制系统 因为电梯运行属少位能性负载 电动机将作四象限运行 变频器的选择采用电流源型变频器 MTCOVERT2000 是比较合理的 这样就可以防止泵升电压过高的损坏变频器 保证拖动系统的安全稳定运行 电力拖动系统的控制框图如下图5 2所示 图5 2电梯拖动系统控制 变频器中的编程参数是根据电梯的速度运行曲线参数来确定的 至于电梯何时起动 换速以及电梯的运行方向是山外招信号 内选信号 减速信号等外感信号做出决策的 PLC控制装置接收到控制信号后向变制器发出指令 变频器就按速度运行曲线运行 经过改造后的电梯其电力拖动系统便成VVVF拖动方式 这样就可大大的改善电梯运行的舒适感和平层精度提高电梯的运行性能 第六章控制系统软件 控制系统软件设计分为变频器编程和PLC控制软件设计 变频器编程包括控制输入输出端子编程 运行参数编程和控制参数编程 运行参数和控制参数经计算后获得 PLC控制软件主要由指层控制回路 轿内指令与厅外召唤的登记和消号 定向与选层换速 运行控制程序 开关门控制运行回路 消防运行回路组成 6 1电梯的电器控制系统电梯的电气控制系统是由分散安装在电梯中的电器元件 控制柜 操纵箱 指层灯箱 召唤箱 限位装置 减速平层装置 轿顶检修箱等部件 以及曳引电动机 制动器线圈 开关电动机及开关门调速开门 极限开关等组成 电梯的电气控制系统决定着电梯的性能和自动化程度 电梯电气控制的基本环节包括 轿厢内指令环节 层站 厅门 召唤环节 定向选层环节 起动运行环节 平层环节 指层环节 开关门控制环节 安全保护环节 和消防运行环节 对主驱动系统较为复杂的电梯还有电动机调速与控制环节等 各环节之间的控制关系如图6 1所示 图6 1电气控制系统图 6 2I O地址分配及外围接线图根据选用的FX2 128MR的输出 输人点数分配情况及计算的I O点数的实际情况 图中的元件符号及其含义如下表6 1所示 表6 1元件说明 6 3指层控制回路本例中楼层信号是通过安装于每层井道内的感应器及安装在轿顶的隔磁板来实现 但由于获得的楼层信号不连续 因而需要通过程序实现X33 X38分别为1 8楼的楼层感应器在PLC的输入端地址 其实现的梯形图如下图所示 6 4轿内指令与厅外召唤的登记和消号轿内指令和厅外召唤登记的条件是按下要登记的按钮 若此时电梯处在正常运行状态 而且电梯又不在登记的层楼 则该登记即为有效 轿内指令登记消号的条件是当电梯正常运行至登记楼层时 指令登记即被消号 厅外召唤消号的条件是 当电梯正常运行至厅外召唤的楼层且电梯的运行方向与召唤按钮的方向一致时 厅外召唤即被消号 当在安全回路继电器动作 轿内电锁断开 检修等状态下指令信号不予登记 登记的信号即刻消号 图6 4轿内与厅外登记和消号 上述程序中的Y4为快车辅助接触器在PLC输出端的地址 插人Y4的常闭触点是表示只有在电梯快车接触器释放后 到达的层站的指令登记或同运行方向一致的厅外召唤才消号 当然也可以不插人该触点 而在电梯楼层转换时消号 内指令登记后 需要对登记的指令用指示灯输出显示 下列程序可实现这种功能 其中Y30 Y37为1 8楼内指令指示灯在PLC输出端的地址 如图6 所示 图6 5轿内登记按钮指示灯显示 厅外召唤登记 消号与指示灯输出的程序如下 其中X16为1楼上召唤按钮在PLC输人端的地址 M21为PLC内部辅助继电器 表示1楼的上召唤继电器 Y35为1楼上召唤指示灯在PLC输出端的地址 X17为2楼下召唤按钮在PLC输人端的地址 Y41为2楼下召唤指示灯在PLC输出端的地址 M30 M40为PLC内部辅助继电器 分别代表电梯的上行和下行方向辅助继电器 梯形图如图6 6所示 图6 6厅外登记消号和指示灯显示 6 5定向与选层换速电梯的定向是综合考虑电梯的运行方式 轿内指令 厅外召唤及电梯所处楼层的位置的基础上 确定电梯的运行方向 选层是在有轿内指令或厅外召唤信号的情况下 电梯应响应哪个信号 电梯即将到达有轿内指令登记或与电梯运行方向相同的厅外召唤信号的楼层时