毕业设计彭超-s

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书2013届毕业设计任务书一、课题名称：电梯变频调速系统的设计二、指导教师：邵瑞三、设计内容与具体要求1、课题概述变频技术是现代工业自动控制领域中不可或缺的一部分，在工业生产和日常生活中都有极其重要的作用。在电力系统中电梯作为生活中常用的位能负载，用变频调速优化异步电动机使用，节约电能。通过对电梯变频调速系统的分析与设计，训练学生运用学过的电力电子技术知识，独立设计比较复杂电路和系统的能力，培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力，使学生树立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法，完成电气工程技术人员必须具备的基本能力的培养训练。2、设计内容与要求（1）变频调速技术的基本知识（2）电力电子元器件的选择、总体方案设计（3）系统的硬件电路设计，包括主电路，控制电路和辅助电路（4）系统的软件设计，包括使用的软件，流程和设计过程（5）按要求撰写毕业设计说明书（6）总体设计方案合理，理论分析完整清楚（7）应完成的技术资料a) 系统电路原理图b) 软件设计过程3、设计说明书要求1、封面2、目录3、内容摘要（200-400字左右，中英文）4、引言5、正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证、设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）4、毕业设计进程安排第1周： 资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周：设计要求说明及课题内容辅导。第4-6周：进行毕业设计，完成说明书初稿。第7-8周：第一次检查，了解设计完成情况。第9周； 第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。第10周： 毕业答辩与综合成绩评定。5、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、只是、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写，文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程制图和标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图标要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。摘 要作为运输用的垂直升降机，电梯在生产生活中发挥了巨大作用。传统的电梯控制是用继电器控制的。但是，现今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。而可编程序控制器(PLC)是根据计算机的顺序逻辑控制的需要而发展起来的，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC 控制代替。另一方面，技术的进步使得电梯的拖动方式，已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。由于变频调速电梯使用了先进的SPWM 技术，明显改善了电梯运行质量和性能。基于PLC 控制和变频调速技术，本文对某7 层电梯进行了硬件设计。首先，对VS-616G5变频器的9 组参数进行设定，并计算了变频器参数的功率。在对OMRON 的PLC 控制系统设计中，采取S 曲线加速结构设定功能，及采用旋转编码器控制轿厢位置和平层矫正器确保电梯平层，然后分配了I/O 点数。软件设计中，对于本层开门，设置了自动开门的条件。并设计了门电机保护程序，以停止开门，并给出了关门的条件及停止关门的条件。进一步地，程序设计包括内指令信号处理和外召唤信号处理，各种信号的登记、消除及显示。有无司机的内选外呼定向，及多种反向截梯信号的选择。对层楼计算及换速的高速脉冲计数进行设定，在PLC 软件中设计了七段数码管编译方式显示楼层位置。最后，为了保障安全，设计了呼梯铃控制方式用来超载故障报警，还进行了消防运行信号启停的程序设计。软件程序设计均采用梯形图实现，简单易行，功能完备。 关键词：PLC 控制 变频调速 电梯AbstractVertical lift as transportation, elevators in the production played a significant role in life. and reliability have become increasingly demanding, relay control weaknesses to become increasingly evident. The programmable logic controller (PLC) is based on the sequence logic control computer needs developed, at present, the relay control the elevator has been gradually replaced by PLC control.On the other hand, technological advances make the elevator dragging, has been a gradual transition from DC converter to the AC frequency converter. As the elevator Frequency SPWM using advanced technology, improved quality and performance of the elevator.Based on PLC control and frequency conversion technology, this paper carried out a 7 story elevator hardware design. First of all, VS-616G5 inverter parameters set in 9 groups and calculated parameters of the power inverter. In OMRONs PLC control system design, to set the S curve acceleration structure function, and the use of rotary encoder control car position and leveling appliance to ensure the lifts, and then assign the I / O points.Software design, open the door for this layer, set the automatic door conditions. And the door motor protection program designed to stop the door, and gives the closed condition and to stop closing conditions. Furthermore, the programming instructions, including signal processingand outside the call signal processing, the registration of a variety of signals, eliminating and display. Within or without the driver selected outbound direction, and a variety of reverse-cut staircase signal selection. On the floor for fast computing and high-speed pulse counting set, designed in the PLC software compiled seven segment LED display floor location. Finally, in order to protect the safety, design of the call to overloaded elevator bell control failure alarm, but also for the fire start and stop the program run signal design. Software program are used to achieve the ladder, simple, fully functional.Key words: PLC control; frequency conversion; Elevator目 录第1章 电梯发展动态与电梯构成11.1 电梯的起源和发展11.2 电梯的分类41.3 基本结构的构成7第2章 PLC电梯继电器的特点122.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题122.2 PLC及在电梯控制中的应用特点132.3 电梯变频调速控制的特点142.4 电梯控制设计目的意义15第3 章 基本方案选择193.1 变频器的选择203.1.1 通变频器概况203.2 可编程序控制器(PLC)的选择24第4 章 系统硬件设计284.1 变频器结构及参数设置284.2 PLC 控制系统设计31第5 章 系统软件设计395.1 开关门控制395.2 内指令外召唤信号的登记消除及显示425.2.1 内指令信号处理425.3 选层定向及反向截梯435.4 层楼计算及换速455.6 呼梯铃控制与故障报警485.7 消防运行49结束语51致谢52参考文献5346第1章 绪论 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己逐渐被PLC控制所代替。同时由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己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。1.1 电梯的起源和发展1.1.1 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角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入后装载货物。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。1.1.2 电梯的起源与发展电梯起源与古代农业和建筑业中的原始起重升降机械，随着人类社会的确不断进步，电梯技术亦取得了突飞猛进的发展：公元前36年由古希腊科学家阿基米德设计制造了人力驱动的卷桶式卷扬机公元1835年英国出现蒸汽驱动的升降机公元1845年英国汤姆逊制作了水压升降机械，即现代液压梯的雏形公元1852年德国制成人类历史上最早的用电动机拖动提升绳索，使轿箱上下运行的货运电梯公元1857年美国人奥的斯研究升降梯安全装置实验成功后，世界第一台载人电梯问世公元1889年美国奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力拖动蜗轮蜗杆减速的电梯公元1903年美国奥的斯公司将卷桶式驱动的电梯改进为曳引轮驱动，为开发行程长、速度高的电梯奠定了基础公元1915年交流感应电动机的问世使电梯传动设备结构简化，电梯的自动平层控制系统设计成功公元1924年信号控制系统用于电梯，使电梯的操纵系统简化公元1937年电梯采用分客流最高峰期的自动控制系统，实现简易自动化控制公元1949年电梯广泛使用电子技术，设计制造群控电梯，提高了电梯自动化程度公元1955年电梯的控制系统采用小型计算机公元1967年电梯应用晶闸管，提高了电梯性能，简化拖动系统公元1971年电梯控制系统中应用集成电路公元1976年微处理器开始应用于电梯公元1990年随着计算机技术和总线技术的发展，电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输方式过渡随着电子工业的发展，新技术、新产品不断用于电梯控制系统，如无触点半导体逻辑控制晶闸管（俗称可控硅）的应用；集成电路和数字控制、电脑和机群控制及调频调压技术的应用；拖动技术简化、性能提高等等。1.1.3 我国电梯的发展追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前1100年左右的周朝我国就有利用人力作动力的简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍用于手摇辘轳提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。我国电梯事业起步较晚，但发展较快。1952-1954年先后在上海、天津、沈阳建立了三家电梯厂，并先后成立有关科研单位，独立自主制造各类电梯产品，如交流货梯、客梯，直流快速、高速客梯等。用我们自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、北京饭店等政府机关和国家宾馆。60年代开始批量生产自动扶梯和自动人行道，用我们自己生产的自动 扶梯装备了北京地铁站，用我们自己生产的自动人行道装备了北京首都机场。随着我国对外开放、对内搞活经济的政策深入贯彻执行，吸取和引进了国外先进的电梯技术、先进的电梯制造工艺与设备、先进的科学管理，使我国电梯工业又取得巨大发展。产品连续多年连续增长，产品质量和整机性能明显提高。为了进一步推动和发展电梯工业，在上海、北京、天津、广州等地先后建立中外合资电梯制造公司，使电梯的制造和驱动技术达到了国际先进水平，先后向市场推出了一批能耗小、效率高、速度快、平层和舒适感好的交流调速电梯、直流高速电梯（包括机群控制电梯）。为了进一步提高和控制产品质量，近年颁布一批具有国际水平的电梯制造等级标准，使个制造厂家用新标准去更新、设计电梯产品，加强管理，促进电梯工业新发展。1.1.4 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，己由以前的变级调速(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99(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，已使电梯的传动形式多样化。1.1.5 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VV VF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、更洁挣、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。1.2 电梯的分类1.2.1 电梯的类型按用途分为：乘客电梯（TK）、载货电梯（TH）、客货两用电梯（TL）、病床医用电梯（TB）、住宅电梯（TZ）、杂物电梯（TW）、观光电梯（TG）、船用电梯（TC）、汽车用电梯（TQ）和建筑施工电梯按速度分为：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯和特高速电梯按曳引电动机供电电源分为：交流电梯和直流电梯按有无减速器分为：有齿轮电梯和无齿轮电梯按传动结构形式分为：钢丝绳式电梯、液压式电梯、爬轮式电梯和螺杆式电梯按有无司机分为：有司机电梯、无司机电梯和有/无司机电梯按控制方式分为：手柄操控控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、下集合控制电梯、并联控制电梯、梯群控制电梯和微机处理集选控制电梯1.2.2 电梯的型号我国城乡建设环境保护部标准（JJ45-1986）电梯、液压梯产品型号编制方法的规定如下：字母代号表示的内容：表1-1 类别代号表产品类别代表汉字拼音采用代号电梯梯TiT液压梯表2-2 品种（组）代号表产品品种代表汉字拼音采用代号乘客电梯客KEK载货电梯货HUOH客货两用电梯两LIANGL病床电梯病BINGB住宅电梯住ZHUZ杂物电梯物WUW船用电梯船CHUANC观光电梯观GUANG汽车用电梯汽QIQ表2-3 拖动方式代号表拖动方式代表汉字拼音采用代号交流交JIAOJ直流直ZHIZ液压液YEY表2-4 控制方式代号表控制方式代表汉字采用代号手柄开关控制、自动门手、自SZ手柄开关控制、手动门手、手SS按钮控制、自动门按、自AZ按钮控制、手动门按、手AS信号控制信号XH集选控制集选JX并联控制并联BL梯群控制群控QK1.3 基本结构的构成电梯设备并非是独立的整体设备，而是由机电合一的相关部件和组合件安装设置在机房、井道、底坑内，构成垂直运行的交通工具，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或倾斜角小于15的刚性导轨之间，其基本结构如图21所示。1.3.1 曳引系统功能：输出与传递动力，使电梯运行。构成：（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。有齿轮曳引机，即电动机通过减速齿轮箱驱动曳引轮的曳引机。无齿轮曳引机，即电动机直接驱动曳引轮的曳引机。（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。1.3.2 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。构成：（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。图11 电梯基本结构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1.3.3 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。1.3.4 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。1.3.5 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。1.3.6 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。（4）电动机体调速控制：交流调速电动机的调速控制方式，有交流变极调速、交流变压调速和变频变压调速；直流电动机具有调速性能好和调速范围大的特点，常用发电机组构成的晶闸管励磁的发电机电动机、晶闸管直接供电的晶闸管电动机。1.3.7 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。1.3.8 安全保护系统功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。构成：（1）安全钳装置：轿厢应装有能在下行时动作的安全钳装置。在达到限速器动作速度时，甚至在悬挂装置断裂的情况下，安全钳装置应能够夹紧导轨而使装有额定载重量的轿厢制停并保持静止状态。当安全钳装置作用时，装在它上面的一个电气安全装置应在安全钳动作以前或同时，使电机停转。（2）限速器：通常安装在机房内或井道顶部，是限制轿厢（或对重）运行速度的装置。当轿厢运行速度达到限定值时限速器动作，使轿厢两边安全钳的楔块同步提起，夹住导轨。（3）缓冲器：设置在轿厢和对重的行程底部极限位置。如果缓冲器随轿厢或对重运行，则在行程末端应设有与其相撞的支座，支座高度至少要0.5m。（4）超速保护开关：在限速器机械动作之前，开关动作，切断控制回路，使电梯停止运行。（5）上、下端站越位保护：在井道顶端、底端设置强迫减速开关、端站限位开关和终端极限开关。在轿厢或对重碰到缓冲器前切断控制电路。（6）电气安全保护：电气机械类安全装置多数设置相应的电气设备，构成电气安全保护线路。如供电系统断相、错相保护装置；层门与轿门的电气联锁装置；紧急操作装置和 停止保护装置；轿定、轿内和机房的检修运行装置等。第2章 PLC及电梯继电器的特点2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1 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。2.1.2 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。 (6)电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点2.2.1 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。2.2.1.1 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。（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ml TR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。（4）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。（5）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。（6）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。2.2.1.2 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:（1）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。（2）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，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。（3）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。1.2.1.3 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。2.2.2 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。2.3 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: （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。2.4 电梯控制设计目的意义用PLC构成电梯控制器主要目的是综合应用所学课程的基础理论、基本技能和专业知识的能力，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养从生产第一线获得生产实际知识和技能的能力。通过课程设计获得工程技术应用性岗位工作的基本训练，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现向工程技术人员的过渡。（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。（4）培养调查研究的方法、熟悉有关政策，提高运用国家标准、手册等工具书的能力，尤其注重培养独立获取新知识、新技术和新信息的能力。（5）初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法和手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。 （6）培养撰写符合规范要求的设计说明书和编写相关技术文件的能力。第3 章 基本方案选择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和可编程控制器的选择。3.1 变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，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已问世，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大同小异。3.1.1 通变频器概况3.1.1.1 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IGBT 两个大发展过程。A.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4。B.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(LSI)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 Power 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。C.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 Processor-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1000MIPS，即10 亿次/秒，相当于巨型计算机水平。指令计算时间为1ns 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VS-616GS 变频器就有：(l)无PG(速度传感器)V/F 控制；(2)有PGV/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，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要5。D.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。3.1.1.2 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：A.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：a.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”。b.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。c.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。主开关器件如果采用IPM，上述效果将更加明显。B.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。现已开发出一种新型的采用PWM 控制方式的自换变流器，并己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l，并且能量可以双向流通。网侧变流器采用PWM 控制变流器又称为“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。C.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 曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0.010.02%，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6。3.1.2 VS-616G5 型变频器简介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)有丰富的内藏与选择功能。(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7。3.2 可编程序控制器(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。3.2.1 轿厢楼层位置检测方法主要方法有如下几种:(l)用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC 太多的输入点。 (2)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。(3)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。3.2.2 PLC 的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编