plc控制变频调速系统设计与调试

1、四层电梯的四层电梯的 PLCPLC 控制控制摘摘 要要在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制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，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并

2、提高了电梯的控制水平，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。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了 PLC 的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于 PLC 电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词关键词 电梯 变频器 PLC 控制 变频调速Four-storey Elevator PL

3、C ControlAbstractAbstract In the modern social and economic activities, computer technology, automatic control technology and power electronic technology has been rapid development, the elevator has become a symbol of the material civilization city. Especially in the high-rise building, the elevator

4、 is indispensable vertical transportation equipment. With the rapid development of high-rise buildings today, elevator industry also has entered a new period of development, elevator control technology has been developed to the FM speed regulator, the logic control by the PLC to replace the original

5、 relay control, many of its functions traditional relay control system can not be achieved.The design for the Chinese elevator industry situation, programmable logic controller ( PLC ) is applied to the four layer elevator logic control, through the rational choice and design, not only improve the e

6、levators reliability, maintainability and flexibility, but also prolongs the service life, shortens the development period of the elevator, and improve the elevator control level, improve the operation of the elevator comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. The design

7、of the elevator with the traditional elevator, on the run with good comfort, and achieved good economic and social benefits, to achieve the desired purpose. The elevator control system with that layer, called the office, layer selection, manual and automatic functions, a set of features to control t

8、he election.After the introduction of the elevator on the basis of the basic structure, in-depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, focuses on the analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based elevator contr

9、ol system design scheme, finally the research contents of the thesis are summarized and prospects.KeyKey wordswords: Elevator Inverter PLC control frequency conversion velocity modulation目录目录第第 1 1 章章 绪论绪论 .1第 1 节 电梯的发展状况及发展展望 .1第 2 节 继电器控制系统的特点及存在的问题 .2第 3 节 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 .3第第 2 2 章章 器件的选择及其硬件设

10、计器件的选择及其硬件设计 .62.1 变频器选择及其参数设计 .62.2 PLC 控制系统硬件设计 .102.3 I/O 点数的分配及机型的选择 .122.4 编码器与 PLC 的连接 .172.5 系统结构框图 .18第第 3 3 章章 系统软件设计系统软件设计 .193.1 电梯的三个工作状态 .193.2 系统的软件设计方法确定 .203.3 系统的软件设计 .223.4 四层电梯 STL 语句表 .30第第 4 4 章章 结论结论 .35第第 5 5 章章 心得体会心得体会 .36参考文献参考文献 .37前言电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有

11、货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现

12、信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用 PLC 控制有许多优点： 1，可靠性高，由于采取了一系类的 PLC 高可靠性的措施，PLC 的平均无故障时间（MTBF）一般可达 35 万小时。而且 PLC 的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC 最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC 的体积小，重量轻，便于安装。一般 PLC 都具

13、有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的 PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将 PLC 应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC 现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT

14、）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足电梯控制的要求和发展，与 PLC 相比较，存在质的差别。可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC 是专门为工业过程控制而设计

15、的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第 1 章 绪论 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和

16、制造微机控制装置成本较高；而 PLC 可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性货运交通工具。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代货运电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。第 1 节 电梯的发展状况及发展展望今年上半年全国电梯产量同比增长40%左右，远超市场预期。

17、其中，全国保障房建设成为政府采购电梯市场最有潜力的增长点。1999-2009年我国电梯产量年均复合增长率为23.3%，2010年我国电梯产量为36.5万台，同比增长38.3%（2009年基数较低） ，年产值约为800亿元。1、行业整合和淘汰，自主品牌加速崛起2012年，如果房地产行业继续遭遇调控，因电梯行业目前以新装电梯为主，电梯行业严重依赖房地产业,调控、原材料上涨等不利因素将导致电梯行业的整合和淘汰速度加快。一些企业会由于无法获得新的生产许可证而倒闭，另一些企业会由于市场占有率太少而无法生存，一些大品牌会开始积极上市并吞并小企业。2、对节能电梯的需求日益旺盛我国政府提出的节约型社会，及市场

18、对新一代绿色、节能电梯的需求日益旺盛，在2012年将继续有力带动电梯向节能环保化方向发展。电梯耗电量巨大，是高层建筑最大能耗设备之一。节能电梯将成为行业发展方向，要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等。拥有节能电梯技术的企业可在未来新概念电梯产业发展中占得先机。3、超高速电梯继续成为研究方向多用途、全功能的塔式建筑成为潮流，超高速电梯在2012年继续成为研究方向。曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。同时，采用直线电机驱动的电梯也有

19、较大研究空间，超高速电梯的舒适感也会有明显提高。 针对电梯行业发展的新环境和近期出现的电梯安全事故，我们认为电梯行业应在以下几个方面做足功课：1、节能与电梯安全节能电梯技术应与其他技术相结合。与节能相比，使用者目前更为看重的还是电梯的安全性能。传统电梯安全部件正在改用双向安全系统，电梯使用的安全技术也在不断扩大。将节能技术和其他安全技术相结合有利于提升产品品质，更容易进入采购商的视野。2、技术创新电梯行业技术要求较高。今后一段时间内电梯技术将向着环保、驱动系统使用永磁同步无齿曳引机、产业信息化网络化的方向发展，面对日益严峻的市场环境每个企业首先考虑如何生存。要生存下去就必须提高企业竞争力，在所

20、能够改变竞争规则的因素中，技术变化属于最显著的一种。如何在电梯技术方面保持领先地位从而保持企业的竞争优势，国内电梯企业管理者必须制定一个企业电梯技术发展战略，只有这样，才可能在竞争中不被淘汰。3、人文关怀电梯产品和人们的生活息息相关，电梯行业应以更多的人文关怀，去进行产品创新和服务提升。特别是在后续维修服务上， 还有很大的提升空间。第 2 节 继电器控制系统的特点及存在的问题2.12.1 电梯继电器控制系统的优点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有硬件实现，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

21、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，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。 2.22.2 电梯继电器控制系统存在的问题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，

22、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。 总之，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，给乘客人员带来不便和惊扰。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。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。 第 3 节 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 3.13.1 PLCPLC的定义及特点的定义及特点3.1.13.1.1 定义定义PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（Internatio

23、nal Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算

24、等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”3.1.23.1.2 PLCPLC 的特点的特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数

25、字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改

26、造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.23.2 PLCPLC 的应用领域的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.

27、开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机

28、构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场

29、合有非常广泛的应用。5.数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统； 6.通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便

30、。3.33.3 PLCPLC 控制电梯的逻辑关系控制电梯的逻辑关系电梯控制逻辑关系如下: 1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; 2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; 6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; 7)无内选时延时 5s 自动关门，但不能自动行车; 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。3.43.4 PLCPLC 控制电梯的优点控制电梯的优点随着社会的不断发展，楼

31、房越来越高,而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC 在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于 PLC 具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC 很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。 目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后,控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保

32、证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。第第 4 4 节节 电梯变频调速控制的特点电梯变频调速控制的特点MM440 是西门子公司生产的通用型矢量变频器，它性能稳定，质量可靠，功能齐全，在电梯行业首次使用。可编程序控制器 PLC 和 MM440 变频器之间的通讯可有两种方式，一种是串行通讯,采用串行通讯只需一根双芯屏蔽电缆西门子专用，它大大减少了布线的数量，无须重新布线即可更改控制功能，可以通过串行接口设置和修改变频器的参数，还可以连续对变频器的特性进行监视和控制另一种是并行通讯,图中所示为端子控制

33、端子 1_8 10 16 17 为输入控制端子 19_25 为输出控制端子然后定义每个端子的功能并且通过操纵面板设定其参数如 P701=2 为上行 P702=1 为下行 P1001=48 为正常运行频率 P1002=2 为爬行频率等即 PLC 通过逻辑分析后发出控制信号如正转反转高速中速点动爬行等信号给变频器变频器接受指令并且按照预先设定好的曲线拖动轿厢正常运行另外变频器还发出信息如零速变频器是否故障抱闸等信号给 PLC 使其参加 PLC 的逻辑运算以保证电梯的安全运行。另外变频器上还安装了编码器模板这使得这种通用型 MM440 可以接成闭环速度反馈控制方式与无传感器矢量控制 SLVC 和变压

34、/变频 V/F 相比这种控制方式具有以下优点： 1零速时仍然具有额定转矩的负载能力 2速度控制的精度 3速度控制和转矩控制的动态性能得到改善通过我们的现场试验这种变频器完全可以用到电梯控制系统中且运行良好而且它还有一个其它变频器所没有的优点就是进行电机参数自学习时电机的轴不转动这样曳引机可在带负载的情况下也能进行自学习而不必像其它变频器那样必须把轿厢吊起使曳引机脱离负载后才能自学习这样给电梯的安装改造带来很大方便。第 2 章 器件的选择及其硬件设计2.1 变频器选择及其参数设计2.1.12.1.1 变频器变频器1.定义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，

35、能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。2变频器常用功能参数因各类型变频器功能有差异，而相同功能参数的名称也不一致，为叙述方便，本文以普传变频器基本参数名称为例。由于基本参数是各类型变频器几乎都有的，完全可以做到触类旁通。（1）加减速时间加速时间就是输出频率从 0 上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到 0 所需时间。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。加速时间设定要求是将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳

36、闸；减速时间设定要点是防止直流滤波电路电压过高，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过启、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。（2） 转矩提升转矩提升又叫转矩补偿，是为了补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围 f/v 增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。对于变转矩负载，如

37、选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。（3） 电子热过载保护本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内 CPU 根据运转电流值和频率计算出电动机的温升，从而进行过热保护。本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装热继电器。电子热保护设定值（%）=电动机额定电流(A)/变频器额定输出电流（A）100%。（4） 频率限制频率限制即设置变频器输出频率的上、下限幅值，是为了防止误操作或外接频率设定信号源出故障，而引起输出频率的过高或过低而导致设备损坏的一种保护功能。在应用中按实际情况设定即可。此功能还

38、可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。2 2. .1 1. .1 1 变变频频器器结结构构及及参参数数设设计计1.变频器结构主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成（1）整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 （2）平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为

39、了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。 （3）逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到3 相交流输出。以电压型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的 “运算电路”，主电路的 “电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路 ”，将运算电路的控制信号进行放大的 “驱动电路”，以及逆变器和电动机的 “保护电路”组成。 1）运算电路：将外部的

40、速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 4）速度检测电路 :以装在异步电动机轴机上的速度检测器 (tg、plg 等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。2.参数设计（1）从 V2 口输入 01A 直流信号时，F04=1，F69 的 001=0

41、.00 V（V2 输入最小电压），002=3.00V（V2 输入最大电压） 。（2）从 I2 口输入 01A 直流信号时，F04=2，F69 的 004=0.00 mA（I2 输入最小电流） 、005=20.00 mA（I2 输入最大电流） 。（3）从 V2/I2 同时输入两路 01A 直流信号时，F04=3，F69 的 001=0.00V（V2 输入最小电压） 、002=3.00V（V2 输入最大电压） ，F69 的 004=0.00 mA（V2 输入最小电流） 、005=20.00 mA（I2 输入最大电流） 。具体连线见图 1。（4）F09=2.0（加速时间 2 s） 。（5）F10=2

42、.0（减速时间 2 s） 。（6）其他功能参数采用默认值。控制电路简单，目前变频器在注塑机上的应用不仅是一台变频器对一台电动机的简单运行方式，大型注塑机还有多泵集中控制方式，在实际使用中必须注意以下几点：（1）要充分了解所选用变频器的技术性能、使用要求、内部功能并充分发挥其特长；（2）要充分了解被使用设备的工艺要求、技术性能、使用要求包括负荷等；（3）要充分了解被使用设备的现有控制电路，液压油路、各种附件的功能以不变或最少更动原有设备的零部件为原则，如何巧妙取得控制信号，实现现有设备与变频器的最简单的结合是十分重要的；（4）变频器有时会对注塑机的温度控制造成谐波干扰，应采取一定措施，如保证设备

43、良好接地，变频器的输入、输出线绕磁环并加上高频吸收电容后再接入，对注塑机的控制电源采取隔离等。除此以外还要考虑环境、操作简便、易于维护等因素。注塑机的控制采用电脑板（单片机） ，其压力设定，时序设定可按工艺条件人为给定，利用电脑板输出电量值控制压力比例调节阀，从而调节主油泵的压力大小。它的输出是个线性的 mA 量值电流，经电流转换器变成 420 mA，直接接入到变频器控制输入端，从而改变变频器的输出频率，即改变主油泵电动机的转速达到调压、节电双重作用。该控制方案具有简便可靠、不需更改原电路、调节方便、控制精确等特点。2.1.22.1.2 变频器调试时常见问题处理方法变频器调试时常见问题处理方法

44、（1） 外部电磁干扰的处理方法如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理，更必要。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：1）变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上须加装防止冲击电压的吸收装置，如 RC 吸收器；2）尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；3）指定采用屏蔽线的回路，必须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式；4）变频器接地端子应按规定设置，不能同电焊，动力接地混用

45、；5）变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。以上即为不输出干扰、不传送干扰、不接受干扰的“三不”原则。（2）变频器对周边设备的影响及故障防范变频器的安装使用也将对其他电气设备产生影响，有时甚至导致其他电气设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施是非常必要的。由于目前的变频器几乎都采用 PWM 控制方式，这样的脉冲调制方式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，造成电压波形畸变，对供电系统产生严重影响，通常可采用以下处理措施：1）采用专用变压器对变频器供电，与供电系统隔离；2）在变频器输入侧加装滤波电抗器，降低高次谐波分量。对于有进相电容器的场合，高次谐

46、波电流将使电容器发热严重，为此必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量。此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：1） 对自由停车过程中的电机进行再起动；2） 对内部故障自动复位并保持连续运行。2.2 PLC 控制系统硬件设计2.2.12.2.1 四层电梯主电路四层电梯主电路1. 四层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中 M1，M2 为曳引电机和门电机，交流接触器 KM1KM4 通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2 为起过载保护

47、作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1 为熔断器，起过电流保护作用。2.PLC 主回路图（上图）3.PLC 外部接线图本设计的 PLC 外部接线图如图所示.CPU226CN 的传感器电源 24V(DC)可以输出 600mA电流，通过核算在本设计中 PLC 容量完全满足要求，CPU226CN 的输出继电器触点容量为2A，电压范围为 530V（DC）或 5250V（AC） 。4PLC 接线图2.3 I/O 点数的分配及机型的选择2.3.12.3.1 I/OI/O 点数的估算点数的估算采用 PLC 构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转

48、为下降。一层有上升呼叫按钮 K1 和指示灯 H1，二层有上升呼叫按钮 K2 和指示灯 H2 以及下降呼叫按钮 K4 和指示灯 H4，三层有上升呼叫按钮 K3 和指示灯 H3 以及下降呼叫按钮 K5 和指示灯 H5，四层有下降呼叫按钮 K6 和指示灯 H6。一至四层有到位行程开关 SQ1SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮 K10K7 和指示灯H10H7；电梯开门和关门按钮 SB5 和 SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁 KM3 和 KM4控制，关门到位由行程开关 ST1 检测，开门到位由行程开关 ST2 检测。轿厢上行和下行由接触器 KM1 和 KM2 控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综

49、上所述，输入点共有 14 个，输出点共有 16 个。可编程控制器 S7200 的 CPU226 输入，输出点数为 2416。足以满足要求输入/输出的分配如下：该系统占用 PLC 的 30 个 I/O 口，14 个输入点，16 个输出点，具体的 I/O 分配如下图所示：序号名 称输入点 序号名 称输出点0一层平层I0.00电梯上行记忆Q0.01二层平层I0.11电梯下行记忆Q0.12三层平层I0.22电机正转Q0.23四层平层I0.33电机反转Q0.34内呼一楼I0.44内呼一楼指示Q0.45内呼二楼I0.55内呼二楼指示Q0.56内呼三楼I0.66内呼三楼指示Q0.67内呼四楼I0.77内呼四

50、楼指示Q0.78一层外呼上行I1.08一层外呼上行指示Q1.09二层外呼上行I1.19二层外呼上行指示Q1.110三楼外呼上行I1.210三楼外呼上行指示Q1.211二楼外呼下行I1.311二楼外呼下行指示Q1.312三楼外呼下行I1.412三楼外呼下行指示Q1.413四楼外呼下行I1.513四楼外呼下行指示Q1.514手动开门I2.014门电机正转Q1.615手动关门I2.115门电机反转Q1.716开门限位I2.2 17关门限位I2.3 18电梯上升极限位I2.4 19电梯下降极限位I2.5 I I0 0. .0 0I I0 0. .1 1I I0 0. .2 2I I0 0. .3 3I

51、 I0 0. .4 4I I0 0. .5 5I I0 0. .6 6I I0 0. .7 7I I1 1. .0 0I I1 1. .1 1I I1 1. .2 2I I1 1. .3 3I I1 1. .4 4I I1 1. .5 5Q Q0 0. .0 0Q Q0 0. .1 1Q Q0 0. .2 2Q Q0 0. .3 3Q Q0 0. .4 4Q Q0 0. .5 5Q Q0 0. .6 6Q Q0 0. .7 7Q Q1 1. .0 0Q Q1 1. .1 1Q Q1 1. .2 2Q Q1 1. .3 3Q Q1 1. .4 4Q Q1 1. .5 5Q Q1 1. .6 6Q

52、 Q1 1. .7 71 1M M2 2M M2 24 4V V2 22 20 0V VF FU U1 1L L2 2L L3 3L LC CP PU U 2 22 26 6 C CN N一一楼楼位位置置开开关关二二楼楼位位置置开开关关三三楼楼位位置置开开关关四四楼楼位位置置开开关关一一楼楼内内呼呼指指令令二二楼楼内内呼呼指指令令三三楼楼内内呼呼指指令令四四楼楼内内呼呼指指令令一一楼楼上上行行二二楼楼上上行行三三楼楼上上行行二二楼楼下下行行三三楼楼下下行行四四楼楼下下行行上上行行记记忆忆下下行行记记忆忆电电机机正正转转电电机机反反转转一一楼楼内内呼呼登登记记二二楼楼内内呼呼登登记记三三楼楼内内

53、呼呼登登记记四四楼楼内内呼呼登登记记一一楼楼上上行行登登记记二二楼楼上上行行登登记记三三楼楼上上行行登登记记二二楼楼下下行行登登记记三三楼楼下下行行登登记记四四楼楼下下行行登登记记开开门门模模拟拟关关门门模模拟拟S SQ Q1 1S SQ Q2 2S SQ Q3 3S SQ Q4 4K K1 10 0K K9 9K K8 8K K7 7K K1 1K K2 2K K3 3K K4 4K K5 5K K6 6K KM M1 1K KM M2 2K KM M3 3K KM M4 4手手动动开开门门手手动动关关门门plc 外部接线图PLC接线图2.3.22.3.2 机型的选择机型的选择SIMATIC

54、 S7-200 系列 PLC 及其编程软件 STEP 7-Micro/WIN 32SIMATIC 小型 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。S7-200 系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及

55、民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。STEP 7-Micro/WIN 32 是西门子公司专门为 S7-200 系列 PLC 设计在个人计算机Windows 操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。STEP 7-Micro/WIN 32 提供两套指令集，即 SIMATIC 指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3 方式）。程序编制完成之后，利用 PLC 与计算机专用的 PC/PPI 电缆传送程序至 PLC。2.4 编

56、码器与 PLC 的连接1、THPLC-DT 型四层电梯实验教学模型一台2、安装了 V3.2 STEP 7 MicroWIN 编程软件的计算机一台3、PC/PPI 编程电缆一根4、PLC 主机一台（西门子自配） ，应选用 40 点机型（输入口大于 20 点、输出口大于 14点） 。2.5 系统结构框图电梯开关门流程图电梯开关门流程图电梯上升下降流程图电梯上升下降流程图第 3 章 系统软件设计3.1 电梯的三个工作状态3.1.13.1.1电梯的自检状态电梯的自检状态 将程序下载到 AB 公司的 MicroLogix1000 型 PLC 后上电，PLC 中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据

57、，也就无法在收到请求信号后通过固化在 PLC 中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为：为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯首先电梯门处于关闭状态，然后电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。3.1.23.1.2电梯的正常工作状态电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下： （1）电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。 （2）电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点

58、。 （3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速变为低速，并以低速运行至平层点停止。 （4）平层后，经过一定延时后开门，直至碰到开关到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯配件中的控制系统始终实时显示轿箱所在楼层。3.1.33.1.3电梯强制工作状态电梯强制工作状态当电梯的初始位置需要调整或电梯维修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上的消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行（下行）按钮，电梯上行（下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完

59、毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。3.2 系统的软件设计方法确定3.2.13.2.1 PLCPLC 的编程语言的编程语言PLC 程序是 PLC 指令的有序集合，PLC 运行程序就是按一定的顺序，执行这集合中的一条条指令。指令是指示 PLC 动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC 的编程软件通过编译系统把 PLC 程序编译成机器代码。PLC 提供了功能较为完整的编程语言，以适应 PLC 在工业环境中的应用。利用 PLC 的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这

60、相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序” 。PLC 的编程语言一般有五种：顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图(Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(Structured Text)。其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的 PLC 图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统 P