集选电梯PLC控制系统设计 长安大学毕业设计

1、 摘 要本课题设计的意义在于改变了以往继电器控制的电梯可靠性和稳定性差的缺点, 使 用变频器调速,完成的主要工作有设定电梯正常运行速度,电梯轿厢加减速控制程序, 平层后开关门判断程序以及 LED 显示部分的电路设计。鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端,现将 PLC 应用于电梯控制 , 收到了良好效 果。可编程控制器应用于电梯控制,用软件编程替代原有继电器硬件布线控制,使控制 系统具有了极大的柔性和通用性。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 设计在已有的变频器的基础上,采用 PLC 对电梯进行控制,通

2、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。 本设计涉及电梯 PLC 系统的设计安排以及电梯 LED 数码显示, 电梯平层检测元件和 PLC 的变频器的使用等问题,通过 PLC 的开关量断口发脉冲的方式实现电梯变频器的速 度给定,其输出点可形成高速脉冲串输出(PTO 或(PWM ,整个设计思路正确,有一 定的技术含量,虽然是模型的设计,但可用于实际的应用和操作。关键词:可编程控制器, LED 数码显示,变频器,电梯平层 AbstractThe significance of the design task was to change

3、 the past Relay control of the reliability and stability of the lift poor shortcomings, Use Frequency Control, the main task is set normal operating speed elevator, elevator car speed control procedures, after the switch-layer doors judgment procedures and LED display part of the circuit design.Give

4、n Relay control of the existence of the above drawbacks, the programmable logic controller will now apply elevator control, and good results. Programmable controller for elevator control, and software programming to substitute the original wiring Relay hardware control, so that the control system ha

5、s a tremendous flexibility and versatility. With the improvement of their claims, the lift has been rapid development, Drag its technology has been developed to speed the FM_PM, Logic Control PLC also replace the control relay. The design of the existing converter, which is based on PLC on elevator

6、control, through the rational choice and design, raise the elevator control levels, and to improve the operation of the elevator comfort, the lift reached the ideal control effect. Involved in the design of the lift PLC system design arrangements and lift LED digital display. Elevator-layer componen

7、ts and testing PLC and the use of frequency converter, STEP7-Micro/WIN32 software used to prepare the lift procedures, PLC switching pulse fracture hair in a way that lifts converter to set the pace, can export their high-speed formation output pulse train (PTOor (PWM, the whole design concept is co

8、rrect, a certain level of skills, although the model is the design, but can be used for practical application and operation.Keywords :Programmable logic Controllers, LED digital display, inverter, floor elevator 目录 插图清单图 2-1 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面 . . 10图 2-2 电梯控制系统硬件结构框 . . 12图 2-3 PLC 控制的流程图 . 1

9、3图 2-4 硬件连接图 . . 14图 3-1 变频器硬件连接图 . . 16图 3-2 霍尔开关元件工作电路 . . 17图 4-1 手动控制开关门程序 . . 20图 4-2 开门信号复位控制 . . 21图 4-3 自动控制开关门程序 . . 21图 4-4 关门信号复位控制 . . 22图 4-5 内选信号锁存程序 . . 23图 4-6 一层上呼信号锁存程序 . . 24图 4-7 二层下呼信号锁存程序 . . 25图 4-8 二层上呼信号锁存程序 . . 25图 4-9 三层下呼信号锁存程序 . . 26图 4-10 三层上呼信号锁存程序 . . 26图 4-11 四层下呼信号锁

10、存程序 . 27图 4-12 四层上呼信号锁存程序 . . 27图 4-13 五层下呼信号锁存 . . 28图 4-14 选择 PWM 方式调速 . 29图 4-15 设定手动运行频率 . . 30图 4-16 电梯轿厢加速控制程序 . . 32图 4-18 加速控制程序 . . 32图 4-19 减速控制程序 . . 33图 4-20 减速禁止程序 . . 34图 4-21 减速控制程序 . . 35图 4-22 平层开关门判断程序 . . 37图 4-23 平层信号送达程序 . . 37图 4-24 霍尔开关元件和 PLC 连接图 . 38图 4-25 楼层显示电路硬件图 . . 39图

11、4-26 楼层高度显示程序 . . 39 表格清单表 2-1 保持定时器地址 . . 10表 3-1 变频器接线端子的功能 . . 16表 4-1 PLC 的输入部分 . 18表 4-2 PLC 的输出部分 . 19表 4-3 PLC 辅助继电器触点 . 19表 4-4 PTO/PWM控制寄存器的 SM 标志 . . 31 第一章 电梯系统的控制简介1.1 电梯的简介自 1852年世界上第一台电梯诞生在德国柏林之后,世界电梯工业已经走过了 150多 年的发展历程。而中国电梯工业真正的发展,是在 1978年改革开放后。随着现代化城市 建设的突飞猛进,电梯已经与人们日常生活建立了十分密切的关系。根

12、据中国电梯协会 统计, 2004年底,全国注册在用电梯突破 50万台。尤其是在最近 10年中国电梯发展呈现 许多新特点。具体表现在几个方面:一是数量飞速增长,进口、出口发生逆转,但含金量不高。 10年间,我国电梯产量 从 1996年以前的 2.8万台猛增到 2004年的 11万台, 目前年产量占全球总量的三分之一。 进 口产品虽然总量不多,但多为高端产品,出口多为普通产品。二是安全性能越来越好, 有关资料显示,有人员伤亡的电梯事故, 2003年 53起, 2004年 26起。三是与国际水平相 比,我国在产品研发投入和技术力量方面仍存在差距。四是我国电梯行业不是很大,在 政策方面给予的限制和引导

13、相对较少,行业发展完全以市场作为调节手段。无庸讳言, 我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。 尽管从整个行业自主开发能 力的角度来讲,我国的技术储备底蕴和持续开发的潜力与国外一些著名电梯企业相比, 尚存在一定的差距,但也有抗衡的力量 1。随着计算机技术和电子工业的发展,电梯控制系统普遍应用计算机控制,具有代表 性的是通过 PLC 实现信息传输和交换的控制系统。电梯主控制系统应用了多个输入输 出点的 PLC 来分别负责电梯的信号管理控制、驱动控制和层站。使各部件之间的连接 线大量减少, 系统可靠性更高, 功能处理更灵活。 同时, 外部逻辑通过组态软件来实现。 缩小了印板的面积,而且

14、提高了电子线路的可靠性。但是,国内整机厂商能够掌握这类 核心技术并实现国产化和产业化的屈指可数。应用矢量控制的变压变频电机驱动技术在电梯主机及门机控制上都采用了 VVVF (交流变频 PWM 制式的矢量变换变压变频技术,比传统的调压调速电梯节能至少 40%。特别是在曳引驱动回路中通过交 -直 -交变频环节中的直流可控,极大地提高了电 梯系统负载的功率因数,减少了对电网的污染。由于国内相当部分厂商快速应对需求较 广的小于 1000kg 、小于 1.75m/s的低速乘客电梯或实现功能较简单的载货电梯,所以采 用通用变频器作为曳引驱动回路为数不多。以往我们都是用继电器控制电梯的运行,现在我们分析一下

15、它的优点和缺点; 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。缺点: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。 早期的国产电梯控制系统中,电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的。 继电器控制系统故障率高,降低了电梯的运行可靠性与安全性。传统的继电器控制方式 已经被计算机控制方式所代替, 其控制方式有:单片机控制、 单板机控制、 单微机控制、 多微机控制以及可编程序控制器 ( PLC 控制等多种方式。其中单片机控制具有成本低, 通用性强等优点,但它不适于较复杂的控制算法和故障诊断等要求;微机

16、控制的配件使 系统设计和调试更加复杂,它必须具有相应的大型开发系统,无疑会增加电梯的成本, 因此对于一个小型的智能电梯控制系统利用 PLC 进行控制将是一个最佳的选择。 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, 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。1.2 电梯拖动系统及电梯的架构交流电梯 PLC 拖动系统主电路及调速装置与继电器控制系统的不同 , 主要是拖动系 统的工作状态及部分反映信号送入 PLC ,

17、由 PLC 向拖动系统发出速度指令切换、起动、 运行、换速、平层等控制信号。机房部分:包括曳引机、限速器、极限开关、控制柜与信号柜、机械选层器以及 电源接线板等设备。井道部分:包括导轨、 对重装置、 缓冲器、 限速器钢丝绳张紧装置、 随行电缆等。 厅门部分:包括厅门、召唤按钮厢、楼层显示装置等。轿厢部分:包括轿厢、安全钳、导靴、自动开门机、平层装置、操纵厢、轿厢内 指层灯、轿厢照明等电梯轿厢位置检测和电气选层信号由安装在轿厢顶上和各层站的双稳态磁性开关 得到,从而摆脱了以往靠继电器和接触开关等有触点器件控制的庞杂线路系统,优化了 线路,大大地提高了系统运行的可靠性,同时也便于检修。限速器与安全

18、钳保护系统:当发生意外事故时, 轿厢超速或高速下滑 (如钢丝绳折断, 轿顶滑轮脱离,曳引机蜗轮啮合失灵,电机下降转速过高等原因 。这时,限速器就会 紧急制动, 通过安全钢索及连杆机构, 带动安全钳动作, 使轿厢卡在导轨上而不会下落。 轿厢弹簧缓冲装置:缓冲器是电梯极限位置的安全装置,当电梯因故障,造成轿厢对 底层或冲顶时(极限开关保护失效 ,轿厢或对重撞击弹簧缓冲器,由缓冲器吸收电梯 的能量,从而使轿厢或对重安全减速直至停止。终端极限开关安全保护系统,井道的顶层及底层装有终端极限开关。当电梯因故障失 控,轿厢发生冲顶或蹲底时,终端极限开关切断控制电路,使轿厢停止运行。门安全触板保护装置:在轿厢

19、门的边沿上, 装有活动的安全触板。 当门在关闭过程中, 安全触板与乘客或障碍物相接触时,通过与安全触板相连的联杆,触及装在轿厢门上的 微动开关动作,使门重新打开,避免事故发生。 厅门自动闭合装置:电梯层门的开与关,是通过安装在轿门上的开门刀片来实现的。 每个层门都装有一把门锁。层门关闭后,门锁的机械锁钩啮合,同时轿门电气连锁触头 闭合,电梯控制回路接通,此时电梯才能启动运行。电梯控制是 PLC 控制的一个典型应用。下面以五层楼电梯为例 , 说明利用 PLC 设计 电梯的思想。首先,要开发一个模拟电梯作为被控对象 , 该模拟电梯应能满足如下要求 : (1能够发出 PLC 所需要的输入信号: 各楼

20、层电梯到位行程开关模拟信号; 电梯门开到最大的行程开关模拟信号,电梯门完全关闭的行程开关模拟信号 ; 电梯的外部呼叫信号:一楼上呼叫,二楼上呼叫,二楼下呼叫,三楼上呼叫,三 楼下呼叫,四楼上呼叫,四楼下呼叫,五楼下呼叫; 电梯内部的:一楼呼叫 , 二楼呼叫 , 三楼呼叫 , 四楼呼叫 , 五楼呼叫 , 电梯开门按钮模 拟信号,电梯关门按钮模拟信号。(2能够接受 PLC 发出的控制信号并完成相应的动作: 电梯的上行 , 电梯的下行 , 接到“停信号”后停止; 接到“开门信号”后开门 , 接到“关门信号”后关门; 接到某“楼层显示信号”后相应的楼层显示灯亮; 接到“电梯上行显示信号”后电梯上行显示

21、灯亮 , 接到 “ 电梯下行显示信号 ” 后电梯 下行显示灯亮; 接到某“呼叫保持信号”后相应的呼叫保持灯亮。(3模拟电梯能够直观地反映 PLC 程序运行的结果: 模拟电梯显示电梯的物理位置,以比较 PLC 发出的楼层指示信号是否正确; 模拟电梯显示电梯的运行方向,以比较 PLC 发出的电梯运行方向指示信号是否正 确; 模拟电梯显示电梯开关门的动作 , 以配合 PLC 发出的开关门信号。(4模拟电梯是以运行的形式反映 PLC 程序执行结果的,故模拟应尽可能的逼真 , 给人身 临其境的感觉。(5该模拟电梯可实现真实电梯所要求的功能 , 对 PLC 编程没有任何的附加限制 , 用户所编 写的程序不

22、同 , 可实现的电梯运行方式亦不同 , 即电梯的运行方式只受用户的程序控制 , 而 不受模拟电梯的限制。该模拟电梯的控制分两部分 , 一部分是电梯的内部控制 , 另一部分 是电梯的外部控制。模拟电梯可以满足 PLC 对控制对象 (五层电梯 的所有要求 ,“ 用户 ” 可 以用手点电梯上的按钮 , 表示 “ 呼叫 ”, 同时 , 此呼叫信号发向 PLC ,PLC 接到该信号后 , 经过 控制程序发出控制指令 , 模拟电梯上的指示灯及楼层指示信号代替真正电梯的机械、 显示 等动作。PLC 控制电梯系统既克服了继电接触器控制电梯系统工作可靠性差 , 事故率高的缺 点;又克服了单片机控制电梯系统抗干扰

23、能力差的缺点 , 所以具有广阔的发展前景。 第二章 可编程序控制器的选用2.1 S7-200系列可编程序控制器简介可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 , 专为工业环境下应用而设计。 它采 用可编程序的存储器 , 用来在其内部存储执行逻辑运行顺序控制、 定时、 计数和算术运 算等操作的指令 , 并通过数字式模拟式的输入和输出 , 控制各种机械或生产过程。可编程 序控制器及其有关外部设备都按易于工业控制系统连成一个整体、 易于扩充其功能的原 则设计 3。经过对本次设计的内容以及世界众多厂家生产的各型号 PLC 的对比,决定选用德 国西门子生产的 S7-200系列的 PLC 产品。 SIMA

24、TIC S7-200系列 PLC 适用于各行各业, 各种场合中的检测、 监测及控制的自动化。 S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行 中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200系列具有极高的性能 /价格比。 它工作可靠,功能强,存储容量大,编程方便,输出端可直接驱动 2A 的继电器或 接触器的线圈,抗干扰能力强。因此,能够满足电梯对电气控制系统的要求。 S7-200系 列小型 PLC(Micro PLC 可应用于各种自动化系统。紧凑的结构。 低廉的成本和功能强 大的指令集使得 S7 200 PLC 成为各种小型控制任务理想的解决方案。利用西门子 S7 200可编程序控制器编

25、写一个五层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、厅外召唤 指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。S7-200 CPU将一个微处理器、 一个集成电源和数字量 I/O点集成在一个紧凑的封装 中, 从而形成了一个功能强大的微型 PLC , 在下载了程序之后, S7-200将保留所需的逻 辑,用于监控应用程序中的输入输出设备。 S7-200既可以安装在控制柜背板上,也可 以安装在标准导轨上。I/O接线端子排,输出 LED 指示;前盖:模式选择开关(RUN/STOP ;模拟电位 器; 扩展端口 (适用大部分 CPU 状态 LED :系统错误 /诊断 (SF/DIAG ; RUN (运行 ;

26、STOP (停止可选卡插槽:存储卡;时钟卡;电池卡通讯口,输入 LED 指示,扩展电 缆等STEP 7-Micro/Win 4.0是 S7-200系列的 PLC 的编程软件. 可以对 S7 200的所有 功能进行编程。 该软件在 Windows 平台上运行。 基本操作与 omce 等标准 Windows 软件 相类似,简单、易学。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、 修改和编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。还可以直接用软件设置 PLC 的工作 方式、参数和运行监控。相比 STEP7 V5.3软件来说, Step7-Micro/Win 4.0要简单得多, 没有硬件态功能,

27、 所 有的硬件 I/O地址都由模块物理位置确定的,从 CPU 模块开始,依次往后面排列。 以下是 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面,整个界面简单明了,操作简单;开关量输入 /输出地址,分别表示为 I 和 Q ,从 I0.0或 Q0.0开始一直往下排, I 、 Q 使用的是不同的地址空间,可以相同,如 I3.2和 Q3.2同时出现是允许的 ;模拟量输入 /输出地址,分别表示为 AIW 和 AQW ,从 AIW0或 AQW0开始一直往 后排,模拟量输入 /输出的地址都是 16位的字,所以对于 AI 来说,排列的顺序应该是 AIW0、 AIW2、 AIW4,模拟量输出也是如此。图 2

28、-1 Step7-Micro/Win 4.0的控制界面内存地址 (M:这些地址都存放在 CPU 的内存中,一般情况下,断电后保存在 M 中的数据会丢失,但在 CPU 的系统参数中可以将部分 M 设置成保存,这样在重新上电 后,数据可以恢复M 地址支持位操作 (如 M3.2 、 字节操作 (如 MB4 、 字操作 (如 MW6 、 双字操作 (如 MD0 。S7-200 PLC中的 M 地址用法与 S7-300/400PLC中的一样。另外,系统中还有一些特殊的 M 地址,用在中断、通讯等专用功能上,如后面程序中 用到的 SM0.0、 SM0.1、 SMB47等。存储数据区(V :V 数据是可以断

29、电保存,相当于 S7-300/400PLC的 DB ,但比 DB 的用法要简单, 在 200PLC 的 CPU 中只有一个连续的 V 地址空间, 使用前也不必要 定义。同 M 地址一样, V 地址也支持位操作(如 V3.2 、字节操作(如 VB4 、字操作 (如 VW6 、双字操作(如 VD0 。定时器 /计数器地址:在 S7-200PLC 中,各个定时器的时间分辨率是不一样的,同 样是 200,在 T0中表示 200MS ,而在 T5中则表示 20S 。保持定时器的地址(如表 1-1 S7-200系列 PLC 的主要特点S7-200系列 PLC 可提供 4个不同的基本型号的 8种 CPU ,

30、集成的 24V 负载电源:可直接连接到传感器和变送器(执行器 , CPU 221, 222具有 180mA 输出, CPU 224, CPU 226分别输出 280, 400mA 。可用作负载电源。CPU 221具有 6个输入点和 4个输出点, CPU 222具有 8个输入点和 6个输出点, CPU 224具有 14个输入点和 10个输出点。 CPU 226具有 24个输入点和 16个输出点。 中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 CPU224/226 6个高速计数器 (30KHz , 具有 CPU221/222相同的功能。 脉冲输出 2路高频率脉冲输出 (最大 20KHz ,

31、 用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。S7 200系列可编程控制器是德国西门子公司的一种小型可编程控制器。 它抗干扰 能力强,可靠性高,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,输出端可直 接驱动 2A 的继电器或接触器的线圈。因此,能够满足电梯对电气控制系统的要求。 由于 PLC 在使用时应当空出三分之一的口线,不应全部用满,所以在这次设计中我 决定采用 CPU226,现在简单的介绍一下 CPU226:型号 CPU 226 DC/DC/DC6ES7216-1AD21-0XB0,本机数字输入 24 路数字量输入,本机数字输出 16 路数字量输出, 开关频率 (脉冲串输出 Q0.0 和

32、 Q0.1, 20 kHz,最大。在 CPU226上有两个通讯口,一 个是 RS485通讯口(P0 ,另一个(P1用来和计算机或编程器通讯,通讯协议是 PPI 。 本 PLC 集成 24输入 16输出共 40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。 13K 字节程序和数据存储空间。 6个独立的 30kHz 高 速计数器,两路独立的 20kHz 高速脉冲输出,具有 PID 控制器, 1个 RS-485通讯 /编程口。 是具有较强控制能力的控制器。PLC 系统部分完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输

33、入,输出点的需求量和控制过程的难易程度。本系统为五层楼的交流电梯 , 所以 I/ O 点 与存储容量的估算如下:(1 I /O 点的估算:系统的输入点有:门厅召唤按钮 8个输入点;轿厢内指令按钮共 5个点;楼层感应器 共 5个点;轿厢开门 /关门按钮 2个点;手动控制开关 1个点;手动开门 /关门按钮 2个点; 开门 /关门限位开关 2个点;下基准限位 1个点;轿厢安全开关 1个点;共 27个输入点。而 输出点有:楼层内呼指示灯 5个点;门厅外指示灯 8个点;上 /下指示灯 2个点;共 15个输 出点。总计 I /O 点数为 27/15。可编程控制器 S7 200 的 CPU226输入,输出点

34、数为 24/16 。需要扩展一块 EM223,DI16/DO16.(2存储容量的估算:用户程序占用内存的多少与多种因素有关。例如 :输入 / 输出点 的数量、类型、输入 / 输出之间的关系的复杂程度、需要进行运算处理的难易程度、程 序结构等都与内存容量有关。 因此 , 在用户程序调试好之前很难估算内存容量。 一般只能 根据 I/ O点数与类型、控制的繁简程度加以估算。考虑备用与计算机接口通讯所占用的 内存容量 , 估算本系统要有 1 K 字节以上的内存容量。可编程控制器 :根据 I/ O 点数与内存容量 , 选用西门子公司生产的 S7 - 200 系列产品 6ES7 226 - ZBD00 -

35、 0XB0可编程控制器。它的主要技术数据 :输入 / 输出点数为 24/ 16 ,程序存储器容量为 8 K/ 可存放 4 K 标准语句 ; 数据存储器 2. 5 K;位存储器 256 (0255 ;计 数器 256 个 ; 定时器 256 个 , 其标准定时为 1ms -30s ,10ms - 5min ,100ms - 54min ;有二个 RS - 485通讯接口。因此 , 它完全能够满足本电气控制系统的要求。由于它所使用的中央 处理单元为 CPU226 。2.2 PLC控制的流程图及硬件结构图电梯控制系统硬件结构框如图 2-2所示。图 2-2 电梯控制系统硬件结构框PLC 控制的流程图如

36、图 2-3所示:(1电梯复位程序段此段程序有两个功能:一个是在系统上电以后,把轿厢的位置恢复到第一层的状态; (2用户输入程序段用户的输入包括门厅的按钮和轿厢内的按钮,拥护输入程序段完成在用户输入以后,马 上保持用户选择的状态,以便后面的程序判断。(3轿厢开关门程序段控制轿厢的开关门,修改开关门的状态逻辑线圈,包括关门延时。(4设定上行目标此段程序是用来上行过程中的下一个目标,只有在上行以及电梯空闲时才会调用,如果 没有下一个目标,电梯为空闲。(5设定下行目标此段程序是用来上行过程中的下一个目标,只有在下行以及电梯空闲时才会调用,如果 没有下一个目标,电梯为空闲(6行上行程序此段程序包括控制电

37、梯上行,检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。(7执行下行程序此段程序包括控制电梯下行,检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。 图 2-3 PLC控制的流程图 2.3 PLC控制硬件连接图 图 2-4 硬件连接图 第三章 变频器、霍尔传感器的选用3.1 变频器原理电梯的舒适度无非是让人感觉电梯不那么快的骤停, 这也就是我们为什么要引进变 频器的原因。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制 装置。现在使用的变频器主要采用交 直 交方式(VVVF 变频或矢量控制变频 ,先 把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可 控制的交

38、流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4个部分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器, 逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器, 且输出为 PWM 波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。VVVF 的全称是 Variable Voltage Variable Frequency, 意思是 “ 变压变频 ” 。 VVVF 电 梯使用的是交流异步电动机 , 比同容量的直流电动机具有体积小、占空间少、结构简单、 维护方便、可靠性高、价格低等优点。调频范围广、控制精度高、动态性能好、舒适、 安静、快捷 , 几乎可与直流电梯相媲美。电梯融入先进的微机技术 , 使其

39、更趋于高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化、智能化 , 所控制的电梯以其舒适、高效、节能而与直 流电梯相媲美、相竞争 , 最终取而代之。电梯运行优秀的舒适感一直是设计人员最终追求的目标, 但是往往我们维修保养的 电梯很难达到理想的运行舒适感, (电梯运行舒适感也是可以用数据来表示的,那就是 电梯运行的振动分析,包括轿箱三个方向的振动水平。包括了:加速度,加加速度,最 大振动峰值,噪音等指标这些标准一般都很难达到。3.2 变频器的选型(1采用变频的目的;恒压控制或恒流控制等。(2变频器的负载类型;注意负载的性能曲线,性能曲线决定了应用时的方式方法。(3变频器与负载的匹配问题;电压匹配;电流匹

40、配;转矩匹配。基于以上几点特别是第三点的转矩匹配,并保证电梯启动时平稳无冲击,无反向溜 车,可减速平层控制,我选用的是松下 VFO 型变频器系列的变频器,在本次设计中并 没有用到变频器的所有功能,所涉及的只是此系列变频器的最基本的方面,设定几个初 值就可以了。电梯变频器的速度给定没有用模拟量端口,是通过 PLC 的开关量端口发脉冲的方 式实现的, PLC 上电时要将该端口复位为 0。S7-200集成有高速冲输出功能,其输出点 Q0.0和 Q0.1可形成高速脉冲(PTO 或脉 宽调制(PWM 。本设计变频器与 PLC 的硬件连接如下所示。 图 3-1 变频器硬件连接图变频器接线端子的功能如表 3

41、-1所示。 3.3 霍尔传感器的应用选择使用霍尔感应器开关对电梯进行精确平层。霍尔开关元件具有体积小、重量轻,无触点、无噪声、防爆、抗震、耐油水、工作 可靠、长寿命等特点。霍尔效应开关电路:输出电路 NPN 型 OC 方式(集电极开路型 。此类传感器作为一种 非接触电子开关, 可广泛用于各种机械设备直线往复运动的限位、 定位、 自动化生产线、 微机控制、液位控制等。HLB 型霍尔效应开关如图 3-2所示。它是检测直线往复运动、摆动或回转运动等 机构位移与位置变化的接近开关式传感器。 HLB 型传感器在工作时, 若机构处于静止状 态,传感器输出为低电平,当机构处于运动状态时,机构所载发讯磁体到达

42、传感器端面 的瞬间,传感器的输出端将产生脉冲正跳变,输出为高电平,当磁极离开传感器时,其 输出迅速跳回至低电平。 图 3-2 霍尔开关元件工作电路霍尔开关元件和 PLC 连接图见图 4-24。在此不赘述。 第四章 控制梯形图的设计4.1电梯控制系统实现的功能轿内指令功能由司机或乘客在轿内控制电梯的运行方向和达到任一层。厅外呼梯功能由使用人员在厅外呼唤电梯前往该层执行运送任务。由于都是利用主令元件 (按钮 对电 梯发出控制命令,因此轿内指令和厅外召唤控制环节有着基本相同的形式。一般以轿内 指令优先。减速平层功能电梯到达目的层前的某一位置时,能自动地使电梯开始减速,当到达目的层站平面时, 能自动使

43、电梯停止。选层、定向功能当电梯接受的若干个轿内、厅外指令时,能根据电梯地目前状态选择最合理地运行方向 及停靠层站。选向过程中一般实行顺向优先。及当电梯接受到多个指令时,把与当前运 行方向相同的那些指令全部执行完毕,然后再执行与当前运行方向相反的指令。 I/O点的分配输入部分 : 输出部分 : :如图 4-1所示,此控制开关能实现模拟电梯的手动开门和关门功能 图 4-1 手动控制开关门程序这段程序是控制电梯在手动运行(调试状态下时的开门和关门动作,逻辑是:在 手动运行模式下,按下手动开门按钮 I2.7时,开门驱动 Q1.6置 1, 电梯开门,这是带保 持回路的按钮, 电梯开门信号接通后, 信号由

44、轿厢安全开关保持, 直到碰到开门限位 I3.1(开到最大位或者碰到轿厢安全开关 I3.3;按下手动关门按钮 I3.0时,关门信号接通 并保持,直到碰到关门限位(关到位 ;在三种情况下,开门驱动被设为 0: A 按下关门按钮; B 关门驱动为 1时; C 门开到位时。 开门信号复位控制如图 4-2所示。 图 4-2 开门信号复位控制在两种情况下执行关门动作: A 关门按钮; 在四种情况下复位关门动作: A 开门的瞬间; B 开门按钮;C 安全开关(防止夹伤乘客 ; D 门关到位。 关门信号复位控制如图 4-4所示。 内选信号锁存程序如图 4-5所示。 图 4-5 内选信号锁存程序 这段程序的功能

45、是锁存电梯内按钮信号,并输出按钮指示灯信号。以四层内呼指示 为例,分析这段程序的逻辑:当电梯不在四层时 (“ 四层平层信号 M0.4”=0 , 在电梯内按下 “4” (“ 四楼内呼按钮 ” , 按钮 “4” 指示灯(“ 四楼内呼指示 Q1.4” 亮;当电梯停在四楼(四楼平层信号 M0.4=1 并且开门时(“ 开门驱动 Q1.6”=1时,按钮灯灭。其它楼层的控制原理是一样的。以下是外呼信号锁存控制程序,一层上呼信号锁存如图 4-6所示。图 4-6 一层上呼信号锁存程序以下是外呼信号锁存控制程序,二层下呼信号锁存如图 4-7所示。 图 4-7 二层下呼信号锁存程序 下是外呼信号锁存控制程序,二层上

46、呼信号锁存如图 4-8所示。 图 4-8 二层上呼信号锁存程序 以下是外呼信号锁存控制程序,三层下呼信号锁存如图 4-9所示。 以下是外呼信号锁存控制程序,三层上呼信号锁存如图 4-10所示。 以下是外呼信号锁存控制程序,四层下呼信号锁存如图 4-11所示。 图 4-11 四层下呼信号锁存程序以下是外呼信号锁存控制程序,四层上呼信号锁存如图 4-12所示。 图 4-12 四层上呼信号锁存程序以下是外呼信号锁存控制程序,五层下呼信号锁存程序如图 4-13所示。 图 4-13 五层下呼信号锁存同样以四楼为例说明外部按钮的逻辑:在电梯门外按外部向上按钮(“ 四楼外呼上 I1.6”=1后,按钮指示灯亮

47、(“ 四层上指示 Q2.6”=1 ;当电梯往上运行(“ 四层往上运行 M1.4”=1或 “ 电梯上行指示 Q3.2”=1 ,到达四楼(“ 四楼平层信号 M0.4”=1并且电梯开 门时(“ 开门驱动 Q1.6”=1 ,按钮指示灯灭(“ 四层上指示 Q2.6”=0 。其它楼层的逻辑 一样。4.3 换速、平层、停车电梯减速按照距离直接停车平层,即要求各层站的减速距离完全一致。减速到平层 时无爬行过程,由运行速度直接向零速减速。为保证停车时的舒适感,应确认电梯到达 零速时 (此信号由变频器给出 才给出合抱闸命令,实践证明,改造后的电梯运行舒适感 好,启动、减速、平层的舒适感不因轿厢负载的变化而变化,取得了令人满意的效果。电梯变频器的速度给定没有用模拟量端口,是通过 PLC 的开关量端口发脉冲的方 式实现的, PLC 上电时要将该端口复位为 0。S7-200集成有高速脉冲输出功能,其输出点 Q0.0和 Q0.1可形成高速脉冲串(PTO 或脉宽调制(PWM 。PTO 输出占方波(占空比 50% ,指定所输出的脉冲数量(1到 4,294,967,295和周 期(以微秒或毫秒为单位 。脉冲序列输出(PTO 功能可以编程为产生一列脉冲或产 生由多个脉冲序列组成的脉冲包络。在脉