六层电梯课程设计.doc

信息与电气工程学院课程设计说明书（2010/2011学年第一学期）课程名称 ： 可编程序控制器应用 题 目 ： 六层电梯控制系统程序设计1 专业班级： 电气07-02班 学生姓名 ： 付俊颜 学 号： 070062223 指导教师 ： 岑毅南、路巍、霍振宇等 设计周数 ： 两 周 设计成绩 ： 2011年 1 月12日1、课程设计目的1、对PLC和变频器等部件进行选型设计。2、绘制I/O地址分配表及相关图纸。3、绘制PLC的程序，并利用实验室设备进行模拟实验。4、对课程设计进行总结，撰写课程设计说明书。2、 设计内容2.1、技术要求（1） 设计应符合国家的相关标准；（2） 设计控制系统应符合故障安全原则；（3） 电梯具有维修控制功能；（4） 应有楼层和方向数码显示；（5） 电梯的运行应符合方向优先等原则；（6） 应具有自动调整功能。2.2、系统结构和组成 采用TVT2000E组合式多层电梯控制模型由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。 曳引系统由曳引系统机（带减速器三相异步电动机）或一相永磁同步机、曳引钢丝绳、导向轮等组成，是电梯的动力源。 导向系统由导轨、导轮和导轨架等组成。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稳定升降运动。 门系统由轿厢门、开门机、联动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口、由门扇和门导轨架等组成。 轿厢的厢体由厢底、厢壁、厢顶等组成，轿厢内部设有轿厢控制器，其操纵按钮设在轿厢外部。 电力拖动系统由曳引电机、变频器等构成，具有速度反馈的调速控制系统，实现对电梯的速度控制。 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、平层装置、PLC（选用松下最新产品FP）、触摸屏、传感器、光电编码器等组成。对电梯的运行方式实行操纵和控制。 电梯模型上设有机械缓冲器，具有撞底的保护作用。电气上还设有平层限位的各种保护功能。 2.3、电梯程序设计2.3.1、控制要求1、开始时，电梯处于任意一层。（六层电梯为-15层）2、当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。3、当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。4、在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到五楼，在此过程中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号，但不响应二层、三层、四层的向下呼梯信号。同时，如果电梯到达五层，如果六层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应五层向下的信号。否则，电梯轿厢将继续运行至六楼，然后向下运行响应五层的向下呼梯信号。5、电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，五层向下外呼梯，六层向下外呼梯，则轿厢先去六楼响应六层向下外呼梯信号6、电梯未平层即运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。2.3.2、PLC输入I/O表(2)PLC输出I/O表电梯S7-200主机的I/O表PLC输入高速计数器输入AI0.6高速计数器输入BI0.7底层内呼按钮I3.0一层内呼按钮I3.1二层内呼按钮I3.2三层内呼按钮I3.3四层内呼按钮I3.4五层内呼按钮I3.5轿厢开门按钮I3.6轿厢关门按钮I3.7底层外呼上I1.5一层外呼下I1.4一层外呼上I1.3二层外呼下I1.2二层外呼上I1.1三层外呼下I1.0三层外呼上I0.5四层外呼下I0.4四层外呼上I0.3五层外呼下I0.2下基准位限位I1.6下极限位限位I1.7上基准位限位I0.1上极限位限位I3.7开门限位开关I2.7关门限位开关I2.6轿厢安全开关I0.0手动控制开关I2.0手动开门按钮I2.1手动关门按钮I2.2手动上行按钮I2.3手动下行按钮I2.4紧急停车按钮I2.5PLC输出底层内呼指示灯Q3.0一层内呼指示Q3.1二层内呼指示Q3.2三层内呼指示Q3.3四层内呼指示Q3.4五层内呼指示Q3.5PWM输出Q0.1开门驱动Q0.4关门驱动Q0.3底层向上指示Q1.6一层下指示Q1.5一层上指示Q1.4二层下指示Q1.3二层上指示Q1.2三层下指示Q1.1三层上指示Q1.0四层下指示Q0.7四层上指示Q0.6五层下指示Q0.5电梯上行驱动Q0.2电梯下行驱动Q0.0电梯上行指示Q2.5电梯下行指示Q2.4显示驱动AQ2.0显示驱动BQ2.1显示驱动CQ2.2显示驱动DQ2.32.3.3梯形图程序主程序部分PWM设置部分楼层显示部分电梯开关门部分高速计数器初始化PWM调速部分楼层部分2.4 电梯模型PLC控制系统构成，运行原理及设置2.4.1六层电梯实际模型控制系统的硬件是由三相异步电动机、变频器、传感器、旋转编码器、触摸屏、FP（2台）等组成。采用PCLINK网络实现了PLC的远程控制，其PLC控制系统结构框图如图1所示 楼层显示电机变频器西门子PLC35层呼叫装置速度反馈CPU-226轿厢内选（按键）-1 1 2 开3 4 5 关-12层呼叫装置轿厢内部控制器维修操纵盒图1 PLC控制系统框图2.4.2、变频调速系统原理、接线及设置.变频器的接线及设置 交流变频调速电梯，采用速度反馈构成闭环系统，实现电梯的 无级调速及准确定位。其变频器接线如图5所示。 a）VFO变频器主接线图 b） 变频器控制电路接线图图 5 变频器的接线图注：Y1所接的变频器功能为：正转/停（由P08参数设置）Y2所接的变频器功能为：反转/停（由P08参数设置）Y0所接的变频器功能为：PWM切换（由P1921、P2224参数设置）Y3所接的变频器功能为：PWM输入（由P1921、P2224参数设置）变频器的设置如表1所示。表1变频器设置名称参数名称参数P0100.5P13000P0200.5P1400P03FFP1575.0P040P1650.0P0505P171P062P181P072.4P190P083P200P090P210P100P221P110P2301P1200.5P2401.0设置以上参数的方法，详见变频器使用手册。其它参数为默认值，用户也可参照手册进行设置。PWM变频调速方式方法及反馈系统的设计 （一）PWM变频调速方法和调速方式六层电梯模型的变频调速部分，采用松下FP、VF0小型变频器和欧姆龙的旋转码盘组成高速计数单元。变频器通过编程控制电梯，变频电机按图6所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决定，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行 v 0 t停车 加 速 匀 速 减 速 平 层图6理想速度曲线传统变频器控制频率一般采用模拟信号控制，这样控制系统需要D/A转换而增加成本，VF0变频器保留原有的模拟控制还增加PWM信号进行控制。PLC的输出端可以直接控制变频器的启动、停止、多段速度运行等，它可以将变频器的运行状况从PLC输送上位计算机，以便对生产过程进行集中控制。TVT2000E六层电梯模型中PLC的PWM信号（脉宽调制波）输出端子直接接于变频器的端子8、9、3组成输入回路，如图5 b)所示。松下VF0超小型变频器可容许的PWM信号周期为0.9ms1100ms以内。需要设置的参数P22：PWM频率信号选择，参数P23：PWM信号平均次数、参数P24：PWM 信号周期（具体设置请参阅VF0超小型变频器的使用手册）。 变频器根据各类生产机械对升速过程的不同要求，为用户提供了多种升速方式供用户自行设定。加速方式的种类有如下三种：线性方式：在起动或升速过程中，频率与时间成线性关系，如图7，a)中曲线a 所示。一般来说，在没有什么特殊考虑的情况下大都选用线性方式。图7 升速方式a) 线性和S型 b)半S型S型方式：对于如图8所示的带式输送机一类的负载，因被输送物体M的惯性力与加速度成正比（惯性力F=ma, m 是物体的质量，a是加速度）加速度变化过大，会使被输送物体滑动或跌倒。因此，在起动的初始阶段（OP段）加速过程比较缓慢；中间的PQ段，为线性加速，加速度不变；Q点以后，加速度又逐渐下降为0。整个过程中，速度和时间的关系呈S形，如图7，a)中曲线b所示。 同样，人们在乘坐电梯的时候，会由于重力的作用有超重和失重的感觉，严重时会感觉不舒服。因此，在电梯的设计时，就尽量使电梯按照图6的理想速度曲线运行，即S型曲线。 图 8 带式输送机半S型方式：即升速曲线的一半为S形，另一半为线性方式。这又有两种情况：第一、对于鼓风机和泵类负载，低速时负载较轻，升速过程可以快一些：但随着转速的升高，其阻转矩迅速增加，应逐渐减缓加速过程而成半S形升速方式，如图7 b)中曲线a所示。第二、对于一些惯性较大的负载，在初始起动时加速过程应适当减缓，运行到一定转速后再线性加速，成为另一种半S形，如图7，b)中曲线b所示。另外各类变频器设定加速方式的功能很不一致，大体有以下几种：第一，只设定加速的方式 S形和半S形的具体形状由变频器内定，用户不能设定。第二、变频器为用户提供了若干种S区（非线形区）的大小（如0.2s、0.5s、1.0s）供用户设定，如图9 a）所示.。第三，用户可以在一定范围（如05s）内，任意设定非线性时间ts 的大小，如图9 b)所示。图 9 S形的设定a)设定S区 b) 设定非线性时间电梯的降速方式、应用场合及设定方法与上述的电梯升速相同，这里不再赘述。（二）速度反馈系统设计在具有速度反馈环节的闭环控制系统中，实现闭环控制可以有两种方法。一种是采用内置PID的变频器，可以用变频器内部PID的功能形成闭环。另一种是采用没有内置PID的变频器，则可以使变频器外部闭环，闭环接点放在变频器的外部。在有上位机（计算机或PLC）存在的系统中，闭环算法由上位机实现，然后将运算信号传给变频器。设计结构如图10。六层电梯TVT2000E 中采用上位机作总闭环计算的控制，其优点是采用上位机作各种PID的算法计算速度快，实现简单（在FP0及FP PLC 就具备PID的专用指令）。其特点是所有的反馈信号都接到上位机，由上位机分别给出控制变频器运行的信号。PID调节时比例、积分、微分运算的组合，PID过程可选择微分、比例/微分控制等。需要设置的参数有比例增益、积分时间、微分时间、过程模式及周期等，由这些参数构成PID过程。3、课程设计总结紧张的PLC课程设计终于完成了。经过这两周的设计使我受益匪浅，使我明白课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。由此也使我清楚的认识到自己的知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多。在课设中我对楼宇监控知识进行了更深入的学习，并且我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 通过这次对电梯运行启动检修调速的PLC控制，让我了解PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 这两周的课程设计，使我在以后的学习和生活上都受益匪浅。总得说来：这次课程设计是一次所学知识与实践相结合的体验，让我更进