PLC控制交流变频调速电梯系统设计.

论文名称 导师 易念恩答辩人 黄佳专业 电子信息工程 论文框架 研究背景课题方向论文要点结论 1 2 3 4 研究背景 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 本文在已有的通用变频器的基础上 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 第1章绪论 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1 1 2电梯继电器控制系统存在的问题1 2PLC及在电梯控制中的应用特点1 2 1PLC的特点1 2 2PLC控制电梯的优点1 3电梯变频调速控制的特点1 4电梯控制设计目的意义 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 1 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 2 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 3 大部分电器均为常用控制电器 更换方便 价格较便宜 4 多年来我国一直生产这类电梯 技术成熟 已形成系列化产品 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 1 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 2 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 3 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 4 系统结构庞大 能耗较高 机械动作噪音大 5 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 2PLC及在电梯控制中的应用特点 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 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 2 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mlTR使可靠性提高 3 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 操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作 1 2 2PLC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 3电梯变频调速控制的特点 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 已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 1 4电梯控制设计目的意义 1 进一步巩固和加深对所学的基础理论 基本技能和专业知识的掌握 使之系统化 综合化 2 培养独立工作 独立思考和综合运用所学知识技能 提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力 从而扩大 深化所学的专业知识和技能 3 培养设计计算 工程绘图 实验研究 数据处理 查阅文献 计算机应用 文字表达等基本工作实践能力 初步掌握科学研究的基本方法和思路 第2章电梯发展动态与电梯构成 电梯发展展望 1 结构不断紧凑化 体积不断轻型化 小巧化 2 技术含量更高 性能更好 3 安装更方便 更快捷 2 3基本结构的构成 2 3 1曳引系统 1 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驱动或停止电梯的装置 2 曳引绳 连接轿厢和对重的装置 并靠与曳引轮槽的摩擦力驱动轿厢升降的专用钢丝绳 2 3 2导向系统功能 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做升降运动 1 导轨 供轿厢和对重运行的导向部件 2 导轨支架 固定在井道壁或横梁上 支撑和固定导轨用的部件 3 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 4 导向轮 为增加轿厢和对重之间的距离 使曳引绳经曳引轮再导向对重装置或轿厢一侧而设置的绳轮 5 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 由曳引比而定 2 3 3轿箱系统功能 用与运送乘客和 或 货物的容体 是电梯的运行部件之一 构成 1 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 2 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 2 3 4门系统功能 防止坠落和挤伤事故的发生 构成 1 轿厢门 设置在轿厢入口处的门 由门 门导轨架 轿厢地坎等组成 2 层门 设置在层站入口的门 又称厅门 由门 门导轨架 层门地坎 层门联动机构等组成 3 开门机 使轿厢门 层门自动开启或关闭的装置 4 门锁装置 设置在层门内侧 门关闭后 将门锁紧 同时接通控制电路 使轿厢方可运行的继电连锁装置 2 3 5重量平衡系统功能 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 构成 1 对重 由对重架和对重块组成 其重量与轿厢满载时的重量成一定比例 与轿厢间的重量差具有一个恒定的最大值 又称平衡铁 2 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 2 3 6电力拖动系统功能 提供动力 实行电梯速度控制 构成 1 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 2 供电装置 为电梯的电动机提供电源的装置 3 速度检测装置 检测轿厢运行速度 将其转变成电信号的装置 一般可采用测速发电机或速度脉冲发生器 与电动机相联 2 3 7电气控制系统功能 对电梯的运行进行操纵和控制 构成 1 操纵装置 对电梯的运行实行操纵的装置 包括轿厢内的按钮操纵箱或手柄开关箱 层站召唤按钮 轿顶和机房中的检修或应急操纵箱 2 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 3 控制屏 柜 安装在机房中 由各种电子器件和电器元件组成 对电梯实行电气控制的设备 4 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 由电磁感应器和磁遮板构成 5 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 第4章系统设计 4 1系统基本原理乘客按下轿厢内操控盘上的选层按钮 选定电梯运行的目的楼层 此为内选信号 在门厅等候电梯的乘客 按门厅的上行或下行按钮 此为外唤信号 CPU224响应信号 控制变频器启停变频进而控制曳引机运转 使电梯自动运行 一般情况下 电梯按先上后下的原则 安排运送乘客的次序 而且规定在运行方向确定之后 不响应中途的反向呼唤要求 直到到达本方向的最远站点才开始返回 4 2系统硬件设计 PLC机型及扩展模块选择此系统为多点输入 控制多点输出 不用考虑温度控制 PID控制等智能控制 所以选择西门子公司的小型PLC系列S7 200 CPU选择224系列 SIEMENSS7 200CPU单元CPU 224本机集成14输入 10输出共24个数字量I O点 可连接7个扩展模块 最大扩展至168路数字量I O点或35路模拟量I O点 16K字节程序和数据存储空间 6个独立的30kHz高速计数器 2路独立的20kHz高速脉冲输出 具有PID控制器 1个RS485通讯 编程口 具有PPI通讯协议 MPI通讯协议和自由方式通讯能力 I O端子排可很容易地整体拆卸 是具有较强控制能力的控制器 4 2 2可编程控制器的基本原理 当PLC投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户程序执行和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 输入采样阶段在输入采样阶段 PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将它们存入I O映象区中的相应得单元内 毕业论文 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段 PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 梯形图 在扫描每一条梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路 并按先左后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 然后根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态 或者刷新该输出线圈在I O映象区中对应位的状态输出刷新阶段当扫描用户程序结束后 PLC就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU按照I O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时 才是PLC的真正输出 4 2 3主电路设计 图4 2电梯系统主电路图当KM1闭合时 电机正转 电梯向上运行 当KM2闭合时 电机反转 电梯向下运行 当KM1 KM2都断开时 电机停转 电梯停止运行 4 2 4变频器变频器选型系统的要求是能驱动普通三相异步电动机精确地完成电梯平层 快速 慢速和加速运行 而且在电梯换速时 乘客没有不舒服的感觉 依照以上的要求我们选用MM440智能变频器 这种变频器视为电梯的灵活调速 控制高精度平层等要求而专门设计的 可配通用普通三相异步电动机 与其他变频器相比 340变频器具有智能化软件接口 菜单提示输入电梯曲线关键参数 调试跟方便快捷 并且能实现单双层功能 具有自动化优化减速曲线的功能 爬行时间短 平层距离短 4 2 5控制电路设计 4 2 6门电路设计图4 4门控电路图当KF1闭合时 直流电机正转 轿厢门打开 当KF2闭合时 直流电机反转 轿厢门关闭 4 2 7辅助电源选型PS 24V仪表电源PZ24 A型仪表电源系采用开关电源技术的盘装式新型仪表电源 是专门为DDZ 型电动单元组合仪表提供24V工作电源的设备 亦可以为其它设备提供24V工作电源 该设备数字显示输出的电压值和电流值 论文要点 结论 通过两个星期的努力 成功完成了三层电梯PLC系统设计 并达到非常理想的控制要求 整个设计过程不仅是学习理论的过程 更是进一步学习与探索的过程 整个过程 使我对可变程控制器有了更深的认识 对可编程控制器的工作原理有了初步的了解 提高了对控制系统的分析能力 更重要的是在学习与实践的过程中增长了知识 丰富的经验 最重要的是本设计是理论与实践相结合的过程 是对我们三年来所学东西的一次实战性的总结 也从中知道了控制系统的设计与开发是一项复杂的系统工程 必须严格按照系统分析 系统设计 系统试验 系统运行与调试的过程来进行 系统分析与设计是一项辛苦的工作 也是一项充满乐趣的过程 在过程中要边实践边学习 遇见新问题就要不断的探索 加以努力就可以使问题得到很好的解决 在设计的过程中遇到问题 可以说得是困难重重 这毕竟第一次做的 难免会遇到过各种各样的问题 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 对以前所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 遇到问题 最好的办法就是问别人 因为每个人掌握情况不一样 不可能做到处处都懂 发挥群众的力量 复杂的事情就会变得很简单 致谢在本次设计过程