PLC控制的变频电梯系统的设计

PAGEPAGE2目录课题：PLC控制的变频电梯系统的设计 1第一章绪论 51.1电梯的定义及发展历程 51.2电梯品种多样性 61.3电梯的基本组成 6第二章PLC的简介及其系统基本结构 82.1PLC的由来和发展 92.2PLC的基本结构 92.3PLC的工作原理 102.4PLC的I/O系统 11第三章变频电梯总体方案设计 123.1设计的指导思想及步骤 123.2PLC控制电梯系统的基本结构 123.3电梯电力拖动系统方案的选择 133.4拖动部分的选择 133.4.1变极调速系统 133.4.2交流调压调速系统 133.4.3变压变频调速系统 143.5控制部分的选择 15第四章变频电梯的硬件设计 164.1系统总体结构 164.2对重装置的设计 174.3主电路的设计及元件型号的选择 174.3.1电源容量的设计 174.3.2曳引电机的设计 184.4门电机的设计 184.5电源部分的设计 194.6变频器的选择 215变频电梯的软件设计 225.1电梯的控制功能 225.2电梯功能实现流程 225.3程序设计的要求 235.4PLC端口分配 245.5PLC型号的选择 255.6控制过程 25结束语 34毕业设计说明书总结 35参考文献 36附录 37PLC控制的变频电梯系统的设计摘要：电梯的运行是一个非常复杂的过程，作为生活中一种必不可少的运输工具，他好用不好用，是由它的系统所决定的。只有让电梯有更好的拖拽系统和完整并且可靠的系统，这样电梯才会更加的安全、乘坐的时候也会非常的稳固、还有高效率和自动化的运作。要解决继电器组成的东西有很多的点，做出来的东西很容易坏，基本上不好用，要做到用控制器来控制电梯。可编程控制器还能用在开光上面，它可以使用数学进行计算，把信息处理好，控制也是变化的，还能进行信息传输接受，可以把以前的继电器给换掉。这篇文章介绍的电梯是可以用变频的方式来进行改变速度的。现在频率的控制已经大范围的用在运动控制领域中了，因为变频调速它可以满足电梯平稳的调速，所以才会将调速的精度和直流电机作比较。制造出大功率的晶体管就会让变频管的价位变得很低，从成本和性能考虑选用PLC对变频器控制实现变频调速。本设计中的电梯主要分析各种呼叫信号和当前的运行状态，所以，他能够自己找到方向、自动停止，相反方向还能记住楼号，外面呼叫电梯还是能记住，电梯门是自动开关的，电梯停下来的时候是可以关闭的，可以自动和楼层对齐的，可以自动检查电梯快慢，电梯变得更加安全，也变得更加好用。关键词：电梯变频器控制系统PLC绪论现在电梯也已经成了我们生活中不可缺少的一个交通工具，尤其是在城市里边一些比较现代化的办公楼，都需要像这样的自动化设备。大楼实现自动化，就是在大楼里面分布一个控制系统，电梯是这个系统的组成部分。电梯是大楼实现自动化的主要部分，它的作用非常的强大。可编程控制器是一个现代化产品，有很高的技术含量，要将它做电梯里面广泛使用，这样电梯就由以前的老式的变化变成由计算机全自动控制的新型电梯，这是电梯技术改造的关键步骤，也是电梯发展的一个新的方向。1.1电梯的定义及发展历程现在时代发展的越来越快，每一个城市也都在飞速的发展着，然而，电梯也走进了人们的生活中，给人们的生活带来了很大的方便。电梯开起来特别的快，安全，使用也非常的简单。电梯变化历程：1852年，最早的电梯是人们使用绳索进行升降的，用个箱子上下拉的运行。做法非常简单，没有轨道，没有安全的保障，它不坐人只送货。1853年，美国人做了一种绳子，就算绳子被割断了，也不会掉下去，比较安全，这个时候电梯是上下的运行，还没有用来装过东西。1857年，美国人研究了电梯的安全设备，这样的电梯就可以装人了。1858年，美国第一台电梯在市场上可以卖了。1924年，电梯的操作变得更加的简单。1937年，电梯使用上了自动控制的装置，电梯可以简单的自己控制自己。1976年，电梯开始使用简单的电脑控制，后来这样的技术变得越来越成熟，后来用脉冲来调节控制，电梯变得更加的自动化。1990年，电梯的控制中加入了信号来提示以及控制，电梯就变得更加的可靠了，电梯就可以一起控制，这样电梯甚至可以远程的控制。1.2电梯品种多样性电现在这个时代对电梯的需求是越来越多了，所以，制造电梯的工厂也变得越来越多，它的销量要有一定的数量，然而，现在的高楼也变得越来越多了，所以人们对电梯的需求就会更加的多。这样，他的空中系统就会变得更加的南座。在生产的时候会比较的困难，最近这些年住宅楼的电梯也变得越来越多，原来有很多多层的住宅会需要装电梯，现在也已经成为这几年电梯行业的一个热门话题了，现在农村的经济发展的也很快有一些私人的住宅房中都会有家用的电梯电梯的改变，也就是新技术的改革，现在推出的一些电梯就非常的有特色，而且电梯还比较节省空间，也不会像以前那样生产的成本很高了。1.3电梯的基本组成电梯的组成，就是用机器和用电放在一起做出的这个电梯组成，主要有以下几样东西。a)曳引系统曳引系统由机器、钢丝绳、滑轮这些东西等组成。

曳引机是由电机等装置组建成的动力源。

我们把牵引的钢丝绳的两端固定在机房上面，然后提高对绳索的摩擦力。导轮是可以起到改变力的作用方向的，所以可以把导轮安装在比较承重的地方。b)电力拖动系统电力系统一般都是有电动机和电源组成的，他对电梯的速度是有着一定的影响力的，电动机就是电梯的主要电力来源，它可以用直流电或者是交流电。供电系统是提供电的。速度反馈装置用于控制电梯的速度。调速装置对电动机实时的控制速度。传动的方式见下面的图。图1图1－1电梯传动方式原理示意图c)安全保护系统电梯必须要足够的稳固，为了防止发生不必要的安全隐患问题。在运行的期间要保证电梯的安全性，所以在设计电梯的时候就必须要拥有各种机械的安全装置和他的电器安全装置。这些装置可以构成电梯足够的安全保护系统，一般我们见到的常用电梯他必不可少的安全保护装置都会有以下两大方面。1)机械安全保护系统①轿门上的安全触板装置②自动门锁机构③限速器与安全钳2)电气安全保护系统①门开关保护②电梯终端超越保护③超载保护d）电气控制系统

电气控制系统是可以显示位置的控制装置。可以控制屏幕，还能自动对齐，选择楼层，它的作用就是控制和操作。

操纵的装置是电梯里面负责开关的一个装置，它可以对应不同的楼层，在发生紧急情况的时候，或者是检修的时候都会需要用到这个装置。显示屏在机房里面，它里面由各种电器的零件组成，是电梯使用电气控制的主要部件。位置显示的是楼层的楼数。在楼里面可以显示电梯到达的楼层信息。选层的地方可以选择要去的楼层。e)轿厢

轿厢部分由箱体，门，安全设置等东西等组成。f)重量平衡系统

这个系统是用来平衡电梯用的。对电梯里面有控制好的载重。g)门系统

门系统由电梯门，楼层门等门组成一个系统。轿厢门装在轿厢进去的地方，是门扇、门导轨架、门靴等一些东西组建的。层门设在层站进去的地方，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁这些东西组装起来的。开门机设在轿厢上，是开门关门的动力。h)导向系统

导向系统包括导轨、导靴和导轨架等装置。作用就是限制自由，只能上升或者下降。PLC的简介及其系统基本结构在1968年的时候，美国的汽车厂发明了一种控制器的基本思想观念，这个控制器他运作起来非常的简单，而且还非常的可靠，花费也不少。这种控制器可以和计算机连接，也可以用交流电直接连接这个控制器使用的非常普遍，很容易被升级。在1969年的时候，美国就制造出了第一台的控制器，后来使用小型的机器用到。这种可以编程的控制器现在的控制器使用的都是小型的控制器，为了工业创造出新的模式。计算机在以后的时代都会大范围的使用，可以编程的控制器。在1985年的时候，国际电工委员会就定义了一个可以编程的控制器。这种电子控制系统能够使用数字信息对他进行操作。他主要是为了专业的生产而制造的。他的控制器是能够改变程序的，主要是用数字化的模式进行传输，它可以控制工业生产中的所有机器可以编程的控制器，还有其他的一些设备能够组成一套系统，还能够简单地控制它的设计。世界上主要的身长商是美国的一家自动化公司叫做AB公司，德国的公司主要就是西门子公司，还有法国的施耐德公司以及很出名的日本三菱公司和欧姆龙公司这些也是可以制作可编程控制器的。可编程控制器已经开发了几十年了，并且在他刚开发数十年的时候，就已经给工业化生产做出了巨大的贡献。2.1PLC的由来和发展以前的可以编程的控制器都是具有逻辑性的，现在的可编程控制器都是继电器代替的它的主要功能就是更换继电器完成顺序的控制和时间的控制。他在硬件上经常会以电脑的样子出现在接口上的变化会满足对工业化生产的一些需求。他还要有一些其他的方法和策略，用来提升这个东西的防干扰能力。在软件的制作上，他会用到很多的专业技术人员，他们都比较熟悉这些控制方式，也就是梯形图在一开始的时候，控制器要比继电器这个东西好很多的，他主要的好处就是能够让人们很容易的就去接受，它安装起来，也是非常的方便，它的体积也非常的小用电量也不是很多出了故障，他还会有一些提示能够使用好几次。2.2PLC的基本结构PLC主要由电脑核心、传送进去的地方、传送出来的地方和可以编程的机器组建成的组成的。PLC实际上是就是一台电脑，它里面的东西和计算机几乎是一样的，都没有不一样的地方。PLC主要由电脑核心组成、储存东西的地方、传输的模块、做编程的机器和还有供电的地方。图2图2－1PLC基本结构电脑核心是控制器的主要地方。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。2.3PLC的工作原理PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。除了执行程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一共5个阶段，如图2-2所示。PLC这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输入关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成别的一些内部工作。图图2-2扫描过程示意图通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制器处于运行（RUN）状态时，还要另外三个阶段的操作见图2－3,图中仅画出了与用户程序执行过程有关的三个阶段。在可编程序控制器的存贮器中，设置一片区域用来作为存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中的编程元件也有对应的映像存贮区，统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通／断开（ON／OFF）状态读入输入映像寄存器，如图2－3所示。外接的输入触点电路接通时,对应的输入映像寄存器为“1”状态,梯行图中对应的输入继电器的常开触点接通,常闭触点断开。外接的输入触点电路断开时,对应的输入映像寄存器为“0”状态,梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开,常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器，信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触电闭合，驱动外部的负载。2.4PLC的I/O系统PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC的主要部分（包括I/O系统和电源）全部安装在一个机箱内，后者将PLC的主要硬件部分分割分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入机架上的槽内，构成一个PLC系统。不论采用哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC的I/O映像区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点一个明确的地址确立这种对应关系所采用的方式称为I/O寻址方式。I/O寻址方式有以下三种：固定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定的，它的一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般说来，单元式的PLC采用I/O寻址方式。开关设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。用软件来设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的。图2－3扫描过程示意图变频电梯总体方案设计3.1设计的指导思想及步骤这个设计是用控制器对电梯进行控制的。这个系统一定要有用：电梯的开关、上下、自动关开，都要有效的实现。3.2PLC控制电梯系统的基本结构电梯的组成主要是电梯的控制区域和电梯的动力区域一起的，可编程控制器是电梯的一小部分，它的硬件就是主机、一些硬件设备、呼叫器、等等装置。下面是基本图。3.3电梯电力拖动系统方案的选择电力动力系统是电梯动起来的动力源泉，电力系统在电梯中的主要作用就是：轿厢的上去和下来和还有电梯的门的开和关。电梯运动，电梯的电动机会产生动力，可以进行加减速度改变运动的形式来进行动力输出，这种电机的功率是很大的，它也是电梯主要的动力。电梯门的开关也是电梯的电动机产生的动力，开关门会进行减速，改变运动的形式，这种电机的功率是非常的小的，是电梯非常小的系统。3.4拖动部分的选择3.4.1变极调速系统电机极数少也叫较快速的绕组，极数多的叫慢速绕组。变极调速是非常快的进行调速，但是控制的范围不是很大，因为过大地增加电机的极数，就会显著地增大电机的外大小。快速绕组作是为了稳定电梯，而慢速绕组是为了控制电梯的快慢。3.4.2交流调压调速系统反接制动方式电梯减速时，把定子绕组中的两相交叉改变其相序，使定子磁场的旋转方向改变。而转子的转向仍未改娈，即电机转子逆磁场旋转方向运转，产生制动力矩，使转速逐渐降低，此时电机以反相序运转于第2象限。当速度下降到零时，需立即切断电机电源，抱闸制动，否则电机就自动反转。3.4.3变压变频调速系统交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电机的同步转速。但是根据电机和电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要作相应的调节。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。使用这种变频器的电梯常称为VVVF型电梯。变频变压（VVVF）的系统控制的电梯，它采用交流电动机驱动，然而就可以达到直流电动机的水平,它的体积小、重量轻、效率高、节省能源，几乎包括了以往电梯的所有优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。但成本比较高，且技术要求也很高，它主要应用于调速范围较大的场合。[9]a)变频器的分类[4]1)按变换环节分

交-交变频器

把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，故他主要用于容量较大的低速拖动系统中，见图3－2。图3-2交-交变频器

交-直-交变频器

先把频率固定的交流电经过整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较容易控制，因此在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。目前迅速地普及应用的主要是这一种，见图3－3。图3-3交-直-交变频器2)按电压的调制方式分PWM脉幅调制

变频器输出电压的大小通过盖面直流电压的大小来进行调制，在中小容量变频器中，这种方式几近绝迹。

PWM脉宽调制

变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普遍应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制SPWM方式。3)按直流环节的储能方式分①电流型

直流环节的储能元件是电感线圈。②电压型直流环节的储能元件是电容器。b)变频器中常用的控制方式[10]1)V/f控制

V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。2)转差频率控制

转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。

3)矢量控制

矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。3.5控制部分的选择电梯的运行是一个复杂的过程，为了实现安全、方便、舒适、高效和自动化运行，除了需良好的拖动系统以外，还必须要有一套完善、可靠的控制系统。随着科技的发展，各种微型计算机控制系统，尤其是PLC控制系统逐步取代了传统的继电器－接触器控制系统，从而大大简化了控制线路，提高了运行可靠性和自动化程度。因此,PLC应用于电梯的控制系统已经成为了当今的主流。电梯信号控制基本由PLC软件实现,电梯信号控制系统如图3-1所示。输入到PLC的控制信号有:运行方式选择（如手动、自动、检修、优先服务等），运行控制、内呼、外呼、安全保护、井道信息、开关门及限位信号、门区或平层信号等，输出控制信号:有楼层显示、呼楼及选层显示、方向指示、开关门控制、拖动控制信号等。[11]信号控制系统的所有功能如呼信号登记，轿厢位置判断，选层定向、顺向截梯、反向截梯、信号及保护、换速、平层、开关门、电梯自动运行过程均为程序控制实现。变频电梯的硬件设计4.1系统总体结构五层集选控制电梯的控制系统的原理图如图4-1所示。该控制系统主要由变频器、PLC、电动机及输入输出部分组成。电梯的主拖动采用三相交流异步电动机进行拖动，调速由变频器根据电梯所要求的速度曲线进行控制，电梯的运行则通过PLC进行控制。PLC接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号，发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号。用PLC组成的控制系统,省掉了接口电路的制作,系统结构简单、紧凑,可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端,PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源,用PLC的输出点直接控制变频器,实现电机的正转、反转、停和多段速控制等,该硬件电路具有设计简单、工作可靠等优点。[12]PLCPLC电梯的各种输入信号电梯的各种指示变频器曳引电机门电机图4－1电梯控制原理图图图4－1电梯控制原理图4.2对重装置的设计本次设计中，根据设计要求及一般情况选定额定负载为1000公斤，轿箱自重为2900千克，其底面积设计为405平方米。此设计中，采用1：1吊索无轮对重架。其重量可算得：P=G+QKp{P=（1-Kp）QV}{P=Q+Kp}{P=G+QKp}（4－1）式中P对重；G轿箱净重；Q额定载重量；Kp--平衡系数（一般为0.45-0.5）于是P=2900+0.5*1000=3400Kg。4.3主电路的设计及元件型号的选择4.3.1电源容量的设计由于电梯机组启动频繁，负载波动大，加速、减速迅速，冲击电流引起电压波动剧烈，因此考虑电梯的电源设备容量时，直接引用曳引电动机或交流电动机—发电机组的功率来计算往往是不合理的。电梯电源设备容量S的计算与电梯和梯速有关，可用下列经验公式估算S值：S≈0.030LeVe（kVA）（4-2）式中Le—电梯的额定载重量；Ve—电梯的额定速度；本设计电梯选用交流电机拖动，额定载重量1000Kg，额定速度1m/s由此可算得S为S≈0.030×1000×1=30kVA4.3.2曳引电机的设计此设计中的电梯曳引机是交流电动机。电梯曳引机是以断续的工作方式工作。由于电梯运行时受力情况比较的复杂，因而电梯曳引机一般按经验公式计算选取功率。常用的一种经验公式是：（4－3）式中N——曳引电机功率；V——电梯额定速度；M——电梯的平衡系数，一般取0.4-0.5；P——电梯的机械传动总效率，一般取0.8。结合本设计中的参数有：因此可选用型号为Y2-132S2-2的三相异步电动机。其额定功率为7.5KW，额定电压为380V，额定频率为50HZ，额定电流为14.2A，额定效率为87，额定功率因数为0.88。4.4门电机的设计本电梯电动机MD采用直流110SZ56型直流电动机，额定电压110V，额定输出功率120W，额定转速每分钟1000转，他励励磁，主磁场与电枢运行情况无关,它具有较大的启动转矩和良好的调速性能。门电机调速原理是这样的：工作原理（以关门为例）：当门继电器KA6吸合后，首先接通直流伺服电动机MD的励磁绕组MD0，接着MD的电枢绕组通电，同时电源还经开门继电器KA5的常闭触点和RGM进行“电枢分流”而使门电机MD向关门方向转动，电梯开始关门。图4－2门电机控制电路图4－2门电机控制电路当门关至门宽的三分之二时，SA2限位开关动作，使RGM电阻被短接一部分，使流经RGM电阻的电流增大，则总电流增大，从而使RD1的限流电阻上的压降增大，也就是使MD的转速随其端电压的降低而降低也就是关门速度自动减慢。当门继续关闭至尚有100~500mm的距离时，SA3限位开关动作，有短接了RGM电阻的很大一部分，使分流增加，RD1上的电压降更大，电动机MD图4－2门电机控制电路4.5电源部分的设计本设计中的主要部分需要的电源分别是：门电机需要DC110V,PLC需要DC24V，变频器及曳引电机需要AC380V。图4-3电源部分电源经过变压变为AC24V，AC110V。然后我们再利用三相桥式整流电路将电源经过整流变为DC24V，DC110V供元件使用。(1)低压断路器的选择低压断路器可起到隔离作用，当变频器进行维修时，或长时间不用时，将Q切断，使变频器与电源隔离。另外可起到保护作用，低压断路器一般具有过电流及欠电压保护，当变频器的输入处发生短路或电压过低时，可迅速进行保护。因为低压断路器具有过电流保护功能，为了避免不必要的误动作取IQN大于等于（1.3~1.4）IN,所以选择DZ20Y-100。(2)熔断器的选择本设计中的门电机和曳引电机需要频繁起动，它的熔体额定电流的计算公式为：INP=(1.5~2.5)INMmax+NM(4-4)式中INP――熔体额定电流；INMmax――电动机容量最大一台电动机的额定电流；NM――其余各台电动机额定电流之和。综合本设计中的各个参数INP＝2.5×14.2＋1.1＝36.6（A）因此我们选用FU1～FU3为RL6-63,额定电流为40A的熔体。FU4的选择FU4选熔断器的型号为RC1A-5，熔体额定电流为5A，FU5的选择FU5选熔断器的型号为RC1A-0.5，熔体额定电流为0.5A,FU6的选择FU6选熔断器的型号为RC1A-4，熔体额定电流为4A。（3）电容的选择电容起到平波和中间储能的作用。改电容应高于整流桥输出电压，电容量理论上讲越大越好，但越大投资越高，一般是几千微法到几万微法之间，不易少于4000微法，变频器容量越大，C的容量也就越大。本设计选用容量微5000微法的电容。4.6变频器的选择变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。三菱变频器是在我国应用得较多的变频器之一，其特点是功能设置齐全，编码方式简单明了，较易掌握。本设计就采用三菱变频器系列产品中的FR-A540型。根据计算所得的电动机的容量是6.127kW，查三菱FR-A540的型号规格表，应选用额定容量为7.5KVA的变频器，其对应的型号为FR-A540-7.5KCH。图4－4变频器的外部接线图5变频电梯的软件设计PLC梯形图程序的设计，如普通计算机程序设计有许多不同点的要求，但总的要求是梯形图结构清晰，程序简单，它是计算机程序设计与电气控制设计思想的接合，设计的方法有多种，有顺序控制设计法、经验设计法、模块设计法。经验设计法的特点是没有普遍规律、具有一定的试探性，比较适用于较简单、直观的梯形图设计；而模块化程序设计结构清晰便于系统的设计与调试。根据本系统的控制特点及要求，该课题选择经验法与模块化相结合的设计方法比较合适。[13]5.1电梯的控制功能a)下行集选只有上行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。b)上行集选只有下行时具有集选功能，因此厅外只设上行召唤按钮，下行不能截梯。c)开门时间延长按钮用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。d)满载控制当轿内满载时，不响应厅外召唤。e)自动启动加速，自动减速及自动停车，平层电梯能自动进行关门控制，且具超载不关门，开梯功能，具有防夹人功能。f)厅门的触摸开关，且有记忆和判断功能在电梯运行中，若同时二个以上的庭门按招呼开关，相应的招呼灯亮，电梯先响应与运行方向一致的招呼层，由近及远，待响应了运行同方向的所有招呼层后，再响应反向的招呼层，例如：电梯向上运行在三楼，此时有人按四楼下行招呼开关，二楼上行招呼开关，二楼下行和一楼上行招呼开关，电梯响应顺序是：先到四楼，反向运行下降到二楼停（二楼下行招呼灯灭），再下降到一楼，若楼内有乘客触摸三层停层开关，电梯先在二楼停（二楼上行招呼灯灭），再到三楼停。g)故障检测将故障记录在微机内存，并以数码显示故障性质。当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。5.2电梯功能实现流程电梯功能实现流程如图5-1所示。开开始等等待状况状况关关门定定向启启动加加速稳定稳定运行楼层停层指令楼层停层指令楼层楼层显示 慢慢速制制动消消号平层图5-1功能流程图图5-1功能流程图5.3程序设计的要求工作中的电梯从各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，根据省时高效的原则，确定下一个工作状态。因此它必须具备的具体工作自动定向，顺向截梯、反向保号、外呼记忆、提前换速、自动关门、自动达层、停层消号、0自动报警、检修慢行、保护等各种功能。5.4PLC端口分配表5-1输出信号及PLC地址预备编号表5-2输入信号及PLC地址预备编号编号名称及功能编号名称及功能X00停运X21一楼楼层位置开关X01检修X22二楼楼层位置开关X02运行X23三楼楼层位置开关X03无司机信号X24四楼层位置开关X04一楼轿内指令X25五楼楼层位置开关X05二楼轿内指令X26平层位置开关X06三楼轿内指令X27有司直驶信号X07四楼轿内指令X30手动开门信号X10五楼轿内指令X31手动关门信号X11一楼上行信号X32开门到位信号X12、x13二楼上、下行信号X33关门到位信号X14、x15三楼上、下行信号X34超载信号X16、x17四楼上、下行信号X35门安全触板开关X20五楼下行信号X36门锁开关X37检修位置开关因此，PLC端口分配，如表5-1所示，输出信号及PLC地址预备编号；如表5-2所示，输出信号及PLC地址预备编号。编号名称及功能编号名称及功能Y0反转起动Y14一楼上行指令Y1正转起动Y15、Y16二楼上、下行指令Y2高速信号Y17、Y20三楼上、下行指令Y3低速信号Y21、Y22四楼上、下行指令Y4停车信号Y23五楼下行指令Y5开门信号Y24一楼楼层显示Y6关门信号Y25二楼楼层显示Y7一楼轿内指令灯Y26三楼楼层显示Y10二楼轿内指令灯Y27四楼楼层显示Y11三楼轿内指令灯Y30五楼楼层显示Y12四楼轿内指令灯Y31上行指示灯Y13五楼轿内指令灯Y32下行指示灯Y33中速运行信号5.5PLC型号的选择本系统是为一5层大楼所设计，根据PLC的I/O节点使用原则，应留出一定的I/O点以做扩展时使用。系统中实际需要输入点32点，输出点27点。型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩展时输入X0～X78点X0～X1716点X0～X2728点X0～X3732点X0～X4740点X0～X7764点X0～X267184点输出Y0～Y78点Y0～Y1716点YO～Y2728点Y0～Y3732点Y0～Y4740点Y0～Y7764点Y0～Y267184点表5-3FX2N系列可编程器的输入/输出继电器元件号因此由表5－3，我选用的PLC型号为三菱公司的FX2N-80MR-D。，这种机型有输入点40点，输出点40点，其编程指令有100多条，配有响应的编程软件MEDOC;这样我们不仅可通过手编对PLC进行编程，也可在PC机上进行编程、调试，然后再输入PLC。在电梯的运行过程中，通过PLC，PC机可监控并显示出电梯的运行状态。5.6控制过程5.6.1指令登记环节指令登记过程就是轿内外按扭动作时，相对应的指示灯亮，表示指令被登记上了。它分为轿内指令登记和轿外指令登记两种，两者略有不同。如轿内二楼有指令轿外有二楼的上行指令，如图5-2所示。图5-2轿内指令登记梯形图X4～X10是一～五楼轿内指令，M11～M15是一～五楼平层信号。当X5接通时，M3自锁，输出Y10，接通指示灯，完成指令登记。当电梯到二楼时，指令被响应，M12断开，指令被消除。X12是轿外二楼上行信号，M12是二楼平层信号。接通过程与上同。唯一不同的是，当电梯此时的运行方向不是上行时，而是下行时，M8通过已闭合的M19保持接通。这表示电梯在轿外指令下只能顺向截梯，如图5-3所示。图5-3轿外指令登记梯形图5.6.2选向环节指令被登记后，它会根据当前的电梯运行方向，和电梯所在的位置进行选向。同样以二楼为例说明。电梯的正向选向梯形图，如图5-4所示。M2到M6是一到六楼的轿内指令。M7到M14是一到五楼的上下行指令。X3是表示无司机操作。M20是表示轿内指令优先的中间继电器。M18是上行继电器，M19是下行继电器。Y31是上行指示，Y32是下行指示。X21到X25是一到五层楼的位置开关信号，它每一层都有上下和M两个开关，两个并联在一起作为一个信号使用。二楼轿内指令M3接通后，它可以通过X22、X23、X24、X25、M19、接通M18和Y31。图5-4选向梯形图二楼轿外上行指令M8接通M20后，由图中可以看出它与M3经过的路线差不多，不同的是它多经过了X03和M20。它经过X3表示在有司机的情况下，轿外指令不参与选向。M20是在每一次换速信号M21接通时，被接通的。当电梯这时没有固定的下一步方向，则下一步的运行方向由轿内指令优先决定。也就是所谓的轿内指令优先5.6.3换速环节X27是有司机情况下的直驶开关。其它的信号与上同。当电梯的运行方向与轿外指令一致时，电梯运行对应的楼层，楼层位置开关动作，接通换速信号X21与X25是一楼与五楼的位置开关，它们可以强行发出减速信号。而轿内指令只要有对应楼层位置开关接通时，也可发出减速信号。如下图5-5所示仍以二楼指令M9为例说明。如果电梯到了二楼则X22闭合接通。此时电梯是上行方向的话，则M18接通，同时通过X27接通M20发出减速信号。如果是最远反向截梯。则M18与M19是通的，一样可以接通M20发出减速信号。如果在运行过程中，按下直驶开关，则X27被打开，电梯不发出减速信号、则无法在此层停车。如果电梯是下行方向。则M18不通、M19接通、电梯也不在此层停车。图5-5换速梯形图以二楼指令M9为例说明。如果电梯到了二楼则X22闭合接通。此时电梯是上行方向的话，则M18接通，同时通过X27接通M21发出减速信号。如果是最远反向截梯。则M18与M19是通的，一样可以接通M21发出减速信号。如果在运行过程中，按下直驶开关，则X27被打开，电梯不发出减速信号、则无法在此层停车。如果电梯是下行方向。则M18不通、M19接通、电梯也不在此层停车。5.3.4．开关门环节图5-6开关门梯形图M23是手动开门中间继电器。X30是手动开门信号。X35是门安全触板开关。T0是自动开关门的时间继电器。M22是停转继电器。X32是开门到位信号。X31是手动关门信号。M24,Y5开门信号。M25,Y6是关门信号。X34是超载信号。M23由顺向开门的轿外指令接通的。当然要停车信号M22存在。X31和X32都是安全开关。当有人被门夹住时，X32动作、开门。而超载时，X34动作。关门停止、而且电梯无法起动见图5－6。5.3.5．起动与速度切换环节图5-7起动速度切换梯形图M32是起动中间继电器。它可以保证电梯是在停车后起动，防止才运行过程中误动作。X42是门锁开关，它表示在电梯检修时，门被打开，电梯就暂时无法起动了。由图中可以知道，在电梯正常运行的情况下，电梯在开门后，有运行方向情况下、再关门到位就可以起动运行了，见图5－7。Y1和Y0也就是起动信号可以接通低速信号同时接通时间继电器。当低速起后一段时间后，时间继电器T2动作接通高速信号。M21是换速信号，表示电梯快到目的地了。这时M29接通断开高速信号，重新接通低速信号。5.3.6平层停车环节平层信号的接通是比较简单的。当每层对应的指令存在时，减速信号和平层位置信号接通对应的楼层的平层信号，见图5－8。X26是平层位置信号，这个开关有必要说明一下。X26的信号是由机械选层器发出的。机械选层器有三个电磁开关，当电梯运行到相应的位置时，遮磁板被插入，当三个电磁开关全部动作时表示已经平层了，这是发出信号X26。因此这个信号的得到是比较精确的，因而，平层的准确度较好。M11～M15是一～五楼平层信号。图5-8平层停车梯形图5.3.7楼层显示环节每一个楼层的显示都是由楼层位置开关来接通的，并且通过上层和下层的楼层显示输出继电器自锁。这样每当电梯运行到相应的楼层，它的信号接通，同时断开上一个已经存在的信号。这样楼层显示循环进行，如图5-9所示。图5-9楼层显示梯形图5.3.8停运检修环节X01是检修开关，它接通中速信号，由检修位置开关断开。X00是停运开关。它接通停运中间继电器M1。M1断开后面的所有控制。电梯的检修状态仍应在各项安全保护起作用的情况下进行，也就是当电梯的所有层门及轿门都关闭的情况下才可进行检修中速运行。其原理与正常运行时一样。见图5－10。图5-10停运检修梯形图至此，电梯的硬件和软件部分的设计都已经基本完成，硬件部分主要是对PLC、变频器的选型和对曳引电动机、门电机的设计；软件部分对电梯运行各环节的梯形图设计。本设计的输入/输出PLC地址编号详见表5-1和表5-2，主要元件的选择见表5-4。附录APLC外部接线图，表5-4主要元件的选用列表元件名称文字符号型号曳引电机MY2-132S2-2门电机MD110SZ56变频器UFFR－A540可编程控制器PLCFX2N-80MR-D热继电器FRJR20-16/3D断路保护器QDZ20J-100熔断器FU1~FU3RL2-25熔断器FU4RC1A-3熔断器FU5RC1A-0.5熔断器FU6RC1A-2按钮开关SBLA19-11A/D继电器JTJT18-24接触器KMCJ20-16行程开关SALXK2-001滑线电阻RD11000Ω指示灯LDC24V5W感应开关SQLC1－5K结束语通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来PLC的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总