基于PLC的电梯控制系统设计-有文献 有大图 有开题报告

基于PLC的电梯控制系统设计华北科技学院毕业设计第PAGEii页共66页第PAGEi页共66页基于PLC的电梯控制系统设计 摘要:本文介绍了电梯在五层建筑中的工作过程,PLC控制系统的硬件及软件，着重分析了电梯的自动平层、开关门、平层、层楼显示等梯形图的研究。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，电梯技术的可靠性越来越高，已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。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，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。电梯采用了PLC控制,用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功能。将可编程序控制器(PLC)应用于5层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。系统中PLC是系统的核心，电梯的各种信号送到PLC，然后又由PLC发出控制信号和指示信号给门控装置和楼层显示器去控制电梯的运行状态，PLC根据输入信号和呼叫信号对目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向，到达目的层后，自动的平层、停车、开关门，在运行过程中显示电梯的实际位置和运行方向，同时完成对呼叫信号的登记、保号、销号等工作。本文在软件方面主要完成了层楼显示回路、选向回路、选层回路、指令和召唤回路的设计。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。关键词：变频调速;PLC控制;梯形图

TheelevatorcontrolsystembasedonPLCAbstract:IntroducedinthefourlayersofelevatorworkprocessandPLCcontrolhardwareandsoftwareofthesystemareanalyzed,andtheautomaticslidinglayer,elevatoropenedandclosed,floorofthestudyshowedladderdiagram.AlongwiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,microelectronicstechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyisrapidlydeveloping,thereliabilityofthetechniqueforelevator,hasenteredanewera,themoreandmorewideapplication.Asamodernhigh-risebuildingofelevatortraffictools,verticaliscloselyrelatedtopeople'slives,withpeopletoimprovetheirrequirements,elevatorhasbeendevelopedrapidly,thelogicofPLCcontrolalsoreplaceoriginalrelaycontrol.ElevatoradoptsPLCcontrol,usesoftwaretorealizetheautomaticcontrolofelevatorrunning,reliability,improvegreatly.Controlsystemstructureissimple,externalcircuitsimplified.Anothercaneasilyaddorchangecontrolfunction.Willprogrammablelogiccontroller(PLC)isappliedto4elevatorforlogiccontrol,andgreatlyimprovetheflexibilityandreliability,maintainability,andprolongthelife,andshortenthedevelopmentcycleoftheelevator.PLCsystemisthecoreofthesystem,allkindsofelevatorsignaltoPLC,thensentbyPLCcontrolsignalandinstructionsfordoorcontrolsignaldevicesandcontrolofelevatortothefloormonitorPLCoperationstate,accordingtotheinputsignalandcallforsignal'splaceelevatorrunningdirectioncanbedetermined,theelevator,afterthearrivaloftheautomaticadjustmentlayers,parking,openandclosedintheoperationprocessoftheactualpositionanddisplayelevatorrunningdirection,andcompletetheregistrationofcallsignals,etc;XiaoHao,Inthispaper,somemajorsoftwarecompletedfloorshowcircuit,choosetoloop,selectedlayerscircuit,instructionsandsummoncircuitdesign.PLCcontrolofelevator,throughtherationalchoiceanddesign,improvetheelevatorcontrollevel,andimprovetheoperationofintimacy,theidealtocontroleffect.Keywords:FrequencyConversion;PLCcontrolladder;diagram目录摘要: iAbstract: ii目录 i第1章绪论…………………11.1课题背景与发展现状…………….…..11.1.1课题研究背景…………………...11.1.2国内外发展状况………………...11.2电梯设备……………...31.2.1电梯的基本结构………………31.2.2电梯的分类………………………51.2.3电梯控制系统分类……………...71.3本文的主要内容…………………….8第2章硬件选型与电梯控制系统………...92.1电梯电动机的选择…………………..92.2可编程序控制器（PLC）的选择……………………92.3变频器的选择………………………142.4控制系统方案选择…………………182.4.1plc控制系统的选择…………..182.4.2变频调速控制…………………20第3章硬件系统控制原理与分析……….223.1系统的总体结构……………………223.2系统的原理分析……………………233.2.1信号控制系统…………………233.2.2变频调速分析…………………243.3变频器结构及参数设置……………253.4PLC控制系统设计…………………29第4章软件系统设计…………………….364.1电梯的三个工作状态………………364.2系统的软件开发……………………374.2.1软件设计要求…………………374.2.2软件流程………………………374.3系统的软件开发……………………394.3,1电梯的开关门运行回路………394.3.2系统软件设计…………………404.3.3梯形图及原理分析……………42设计总结 ……………………47致谢 48参考文献： 49附录 50第1章绪论1.1课题背景与发展现状1.1.1课题研究背景信息科学与技术的迅速发展和广泛应用，深深地改变人类生产、生活的各个方面。人类社会生产力的发展和人们生活质量的提高越来越得益于科学技术的发展。自动化科学与技术涉及到信息的检测、分析、处理、和控制等各个方面，是信息科学技术的重要组成部分。在我国经济建设的进程中，工业化进程是不可逾越的发展阶段。在这个过程中，自动化科学与技术起着不可替代的作用。电梯是高层宾馆、商店、住宅、和厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。近年来，随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯提出了越来越高的要求。作为一种安全、高效、迅捷的垂直运输设备己于人们的日常生活密不可分。随着智能控制技术的发展，电梯控制技术经历了从继电器控制到PLC控制和微机控制的历程。电梯控制已成为楼宇智能控制、工艺过程控制的典型实例。与此同时，随着自动化技术的快速发展，也极大地促进了电梯控制技术的进步,大量先进的控制技术应用于电梯控制系统,。其中PLC技术由于具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、可扩展性强、成本低等优点被广泛应用。社会对掌握PLC技术的人才需求也与日俱增，由可编程逻辑控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展，采用PLC控制的电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的任务，已成为电梯控制的发展方向。总之，可编程逻辑控制器的使用为电梯控制提供了广阔的使用空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将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，机械与电子部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为电梯控制的关键技术1.1.2国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到13．5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17．8％。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISO／TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。尽管国内电梯技术正以迅猛的速度发展，但和国外先进技术水平相比，还存在一定差距。国外的电梯生产起步较早，技术较为成熟，相关质量标准也较完善。我国电梯行业经过近十多年的发展，电梯技术发展十分迅猛，相关制造、安装及维保的标准和规定也已逐步建立。但是，我国电梯制造业缺乏独立知识产权，在引进国外先进技术的同时却忽视技术创新，目前整个行业基本处于模仿、跟踪阶段，市场竞争力较弱，很难从容应对国际同行的竞争。1.2电梯设备1.2.1根据电梯工作的特点，电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，调速部分选用可以选择高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引机电机转速，构成闭环矢量控制系统，内环由变频器本身构成电流闭环。通过对变频器参数的合理设置，对超速、缺相等进行了有效的保护。变频器的起动、停止、电机的给定速度选择等，由逻辑部分进行控制，具有起动、停止平稳，低速特性好。节电效果明显等突出优点，并可实现对电机转速加速。度变化率dt2的有效控制，表现在电梯运行上为运行平稳、舒适感好。但是变频调压调速系统，价格比较按贵。简单的交流调速系统，在速度为1.5m/s以下的中底速电梯中经常采用交流双速电梯。而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。逻辑控制部分选用高可靠性的PLC，利用软件逻辑进行逻辑控制。电梯是机电一体化产品。目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，其机械部分由曳引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图2-1所示。图1-1电梯的基本结构如图2-1电梯的基本结构1.控制柜(屏)2.曳引机3.曳引钢丝绳4.限速器5.限速器钢绳6.限速器张紧装置7.轿厢8.安全钳9.轿厢门安全触板10.导轨11.对重12.厅门13.缓冲器电梯的基本结构(1)曳引系统电梯曳系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，曳引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力。(2)导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3)门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。(4)轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。(5)重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。(6)电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对曳引电机进行速度控制。(7)电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。(8)安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。1.2.2电梯的分类根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下：(1)按用途分类乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯：为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯：用作装运车辆的电梯。船舶电梯：船舶上使用的电梯。建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。(2)按驱动方式分类交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯：将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯：其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。(3)按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯：常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯：常指速度在1.00～2.00m/s的电梯。速梯：常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯：速度超过5.00m/s的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。(4)按电梯有无司机分类有司机电梯：电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯：乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯：这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。(5)按操纵控制方式分类手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯：2～3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。(6)其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。1.2.3电梯控制系统分类继电器控制系统：继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要做相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。总之，继电器控制系统的动作缓慢，寿命短，可靠性差，体积大，耗电多，设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话，现在已经被逐渐淘汰。计算机控制系统：小型计算机用于开关控制系统显然存在着“大马拉小车”的情况，因为小型计算机的编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员；需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高；功能过剩，机器资源未能充分利用；且造价高昂。但微机控制多台电梯运行是电梯控制技术的发展趋势。PLC控制系统：可编程序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，它的功能强，可靠性极高，编程简单，使用方便，体积小巧，近年来在工业生产中得到了广泛的应用，被誉为当代工业自动化的主要支柱之一。它不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制、通信联网等功能。在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。用可编程序控制器结合变频器控制电梯的运行，能使电梯平稳运行并准确停靠。应用可编程控制器(PLC)取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并降低现场调试要求，是电梯控制技术的一大进步。1.3本文的主要内容课题设计的主要内容是用可编程控制器和变频器设计二十三层居民楼电梯控制系统。调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车），并能节约大量电能。毕业设计说明书的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的介绍。接着确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速，完成了PLC和变频器的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。最后，设计了软件流程图，完成系统模块化编程。第2章硬件选型与电梯控制系统2.1电梯电动机的选择本设计电梯采用有齿拽引机，1：1绕法的拽引系统，额定梯速为1m/s,额定载重量800kg，则电动机额定功率为：根据实际电动机额定功率系列，初选11KW电动机即可满足要求，相当于系数K取1.4，由电动机选型参数表选YPTD160M2-4.表2-1电动机选型参数表型号功率/kW电压/V电流/A转速/r/min频率/Hz功率因数cos噪声/dB（A）额定功制作YPTD106M1-4938018.51456500.8560S2/1hYPTD106M2-41138022.31456500.8660S2/1hYPTD106L1-41338025.91456500.86560S2/1h2.2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软件如何根据给定的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前提。A)轿厢位置检测轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有以下几种：用于簧管磁感应器或其他位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需要使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。利用稳态磁保开关。这种方法需要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，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得庞大。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。旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随着被测轴一起转动，用以测量转动量（主要是转角），并把它们转换成数字形成的输出信号。在电梯中用码盘来检测轿厢的运行速度及轿厢所处位置，用作速度反馈信号和位置指示信号。旋转编码器的转轴直接与曳引电动机相连接，当电动机转动时，编码器输出与转角对应的脉冲数，通过累计脉冲数量可直接算出轿厢相应的位置行程，进而，算出电梯运行过程中轿厢所处层楼的位置，确定换速点、提前开门区、平层停车点等。以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，所以系统采用旋转编码器的方法。2.2.1可编程控制器（PLC）的选择根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高速计数器，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系列PLC。FX2N系列PLC具有以下几方面优点：FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其他特殊功能模块。FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等）能接受脉冲编码器脉冲。FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。2.2.2FX2N系列PLC的基本构成FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元是将CPU、存储器、输入输出接口及电源灯都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。FX2N系列PLC基本单元的输入输出比为1：1。为了实现输入输出点数的灵活配置及功能的灵活扩展，FX2N系列PLC还配有扩展单元、扩展模块及特殊功能单元。扩展单元用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。扩展模块用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，用电由基本单元或扩展单元供给。因扩展单元机扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置。如模拟量I/O单元、高速计数单元、位置控制单元、通信单元等；这些单元大多数通过基本单元的扩展口连接基本单元，也可以通过编程器接口接入或通过主机上并接的适配器接入，不影响原系统的扩展。FX2N系列PLC可以根据需要，仅以基本单元或由多种单元组合使用。FX2N系列PLC的基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊功能单元的型号规格如表4.2～表4.4所示。表2.2基本单元一览表输入输出总点数输入点数输出点数FX2N系列AC电源DC输入型继电器输出三短双向晶闸管开关元件晶体管输出1688FX2N-16MR-001－FX2N-16MT-001321616FX2N-32MR-001FX2N-32MS-001FX2N-32MT-001482424FX2N-48MR-001FX2N-48MS-001FX2N-48MT-001643232FX2N-64MR-001FX2N-64MS-001FX2N-64MT-001804040FX2N-80MR-001FX2N-80MS-001FX2N-80MT-0011286464FX2N-128MR-001－FX2N-128MT-001输入输出总点数输入点数输出点数DC电源AC输入型继电器输出晶体管输出321616FX2N-32MR-DFX2N-32MT-D482424FX2N-48MR-DFX2N-48MT-D643232FX2N-64MR-DFX2N-64MT-D804040FX2N-80MR-DFX2N-80MT-D表2.3扩展单元一览表输入输出总点数输入点数输出点数AC电源DC输入继电器输出三端双向晶闸管开关元件晶体管输出321616FX2N-32ERFX2N-32ET482424FX2N-48ERFX2N-48ET表2.3扩展模块一览表型号输入点数输出点数输入继电器输出晶闸管输出晶体管输出FX2N-16EX16FX2N-16EX-C16FX2N-16EXL-C16FX2N-16EYRFX2N-16EYS16FX2N-16EYT16FX2N-16EYT-C16表2.4特殊功能单元一览表区分型号名称占用点数耗电输入输出DC5V特殊功能板FX2N-8AV-BD8点模拟电位器功能扩展板20mAFX2N-422-BDRS422通信板60mAFX2N-485-BDRS485通信板60mAFX2N-232-BDRS232通信板20mAFX2N-CNV-BD连接特殊适配器的功能扩展板FX0N-3A2ch模拟输入、1ch模拟输出-8-30mAFX0N-16NTM-NET/M1N1用（绞合导线）8820mAFX2N-4AD4ch模拟输入-8-30mAFX2N-4DA4ch模拟输出-8-30mAFX2N-4AD-PT4ch温度传感器输入（PT-100）-8-30mAFX2N-4AD-TC4ch温度传感器输入（热电偶）-8-30mAFX2N-1HC50kHz2相高速计算器-8-90mAFX2N-1PG100kpps脉冲输出模块-8-55mAFX2N-232IFRS232C通信接口-8-40mAFX-16NPM-NET/M1N1用(光纤)16880mAFX-16NTM-NET/M1N1用（绞合导线）16880mAFX-16NP-S3M-NET/M1N1-S3用（光纤）88880mAFX-16NT-S3M-NET/M1N1-S3用（绞合导线）88880mAFX-1D1F1D1F接口888130mA特殊单元FX-1GM定位脉冲输出单元（1轴）-8-自给FX-10GM定位脉冲输出单元（1轴）-8-自给FX-20GM定位脉冲输出单元（2轴）-8-自给2.3变频器的选择2.3.1变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类。（1）按变换频率的方法分类：交-直-交变频器交-交变频器（2）按主电路工作方式分类：电压型变频器电流型变频器（3）按变频器调压方法的不同分类：PAM变频器PWM变频器（4）按工作原理分类：U/f控制变频器VC控制变频器SF控制变频器（5）按照用途分类：通用变频器高性能专用变频器高频变频器2.3.2选择VS-616G电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，其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照理想给定速度曲线运行，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。安川VS-616G5型变频器具有磁通矢量控制、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，安川VS-616G5型变频器的启动、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0.01～0.02%，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。安川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型变频器的特点如下：包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。有丰富的内藏与选择功能。由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。保护功能完善、维修性能好。通过LCD操作装置，可提高操作性能。表2.6VS-616G5型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2～1100KVA1.4～460KVA电源电压频率200V:三相200/200/208/220V400V:三相380/400/415/460V电压允许变动+10%-15%频率允许变动±15%控制特性控制方式正弦波PWM控制：无传感器矢量控制（无PG）带传感器矢量控制（带PG）V/F控制带传感V/F控制（用参数切换）启动转矩150%Hz（无PG）150%r/min（带PG）速度控制范围1：100（无PG）1：1000（带PG）速度控制精度±0.2%（无PG）0.02%（带PG）速度响应5Hz（无PG）30Hz（带PG）转矩极限有转矩精度±5%转矩响应20Hz（无PG）以上150Hz（带PG）以上频率控制范围0.1～400Hz频率精度（温度变动）数字式指令±0.01%（-10℃～+40℃模拟式指令±0.1%（25℃～+10℃频率设定分辨率（运算分辨率）数字式指令0.01Hz/100Hz模拟式指令0.03Hz/60Hz输出频率分辨率0.01Hz过载量额定输出电流的150%IN频率设定信号-10V～10V，0～10V，4～20MA加减速时间制动转矩0.01～6000.0S约20%带制动选择150%抑制高次谐波电源直流电抗器内带（200V24KVA、400V26KVA以下可选择）12相整流不能变动主要控制空能瞬停再起动、下降控制、转矩控制、零点伺服控制等操作装置16字×2线日语液晶显示器接通插件板可选择16种（最多可装3块）保护功能电机保护、变频过载、瞬间过电流、电压下降、过电压、输入缺相2.3.3VS-616GVS-616G5型通用变频器可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩；它适合用于各种应用场合，可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行，其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。VS-616G5将U/f控制、矢量控制、闭环U/f控制、闭环矢量控制四中控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的配置及容量选择VS-616G5型变频器用在电梯调速系统中时，必须配PG卡及旋转编码器，以提供电动机测速及反馈。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，当A相脉冲超前B相脉冲90°时，可认为电动机处于正转状态。当A相脉冲滞后于B相脉冲90°时可认为电动机处于反转状态，旋转编码器根据AB相脉冲的相序，可判断电动机旋转方向，并根据AB脉冲的频率（或周期）测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给VS-616G5内部，以便进行运算调节。A、B两相脉冲波形图如图2-1所示。图2-1A、B两相脉冲波形图VS-616G5用在电梯调速系统中时，还必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动机处于发电状态，向变频器回馈电能。这时同步转速下降，交-直-交变频器的直流部分电压升高，制动电阻的作用就是消耗回馈电能。抑制直流电压升高。除PG卡和制动电阻外，VS-616G5还需要配置600脉冲旋转编码器和电梯运行曲线输入板（可选配）。其容量可选1：1配置，即电动机容量和变频器容量相等。最好采用大一数量级选配，即11kW电动机选15kW的变频器、15kW电动机选18kW的变频器。2.4控制系统方案选择2.4.1plc控制系统的选择PLC可编程序控制器的特点：（1）编程方法简单易学梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。（2）功能强，性能价格比高一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，实用性强可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速的适应工艺条件的变化。（4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。触点和接线一多，难免接触不良，因此容易出现故障。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，尽剩下与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障减少了很多。可编程序控制采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。（5）系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路花的时间要少的多。（6）维修工作量少、维修方便可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。（7）体积小、能耗低对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小的原来的1/2～1/10。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。2.4.2变频调速控制随着电力电子技术、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。变频调速的特点：(1)能源消耗低异步电动机的速度与供电频率有关。在启动期间，电动机电流随频率和速度增加而增加，并以最小转速运行，对每种速度都可获得最佳效率。能节约能量达45%。因电动机产生的热量相当小，故在机房内不需要专用的通风降温系统，没有额外的能量损耗。(2)电路负载低，所需紧急供电装置小在加速阶段，所需起动电流小于2.5倍的额定电流。且起动电流峰值时间短。由于起动电流大幅度减小，故功耗和供电缆线直径可减小很多。所需的紧急供电装置的尺寸也比较小。(3)可靠性高，使用寿命长。具有先进的半导体变频器把交流换成直流。再把直流逆变成电压幅度和频率可变的交流。由于元器件性能可靠性可靠，工艺先进，经久耐用。在系统中由电动机转速调节不会增加电机的发热，而且还能减小电机的应力，使电梯运行性能非常可靠，延长使用寿命。(4)舒适感好在整个运行过程中。其驱动系统具有良好的调节性能。故乘坐电梯舒适感极好。电梯运行是跟随最佳给定的速度曲线运行的。其特性可适应人体感受，并保证运行噪声小，制动平稳(5)平层精度高采用现在传感技术和数字软件控制系统。在整个运行期间准确地给位置信号加上精确地按楼层距离直接停靠的调节系统，在VVVF控制系统中其直接停靠由PC机，变频器，曲线卡三个方面组成。曲线卡的输入信号有起动信号，转换信号。输出信号有运行信号，总控信号，转换应答信号等。曲线卡在接受到起动信号时，给变频器一条运行曲线，输出运行信号，电梯开始运行；在受到换速信号时，给变频器调节装置一条减速曲线，当到达停车位置时，曲线卡撤消运行信号，电梯即直接停靠楼层平面，完成一次运行，故使电梯在每个楼层都能准确平层，便于乘客进出不会绊倒。(6)运行平稳无噪声在轿厢内，机房内及邻近区域确保噪声小。因为其系统中采用了高时钟频率。始终产生一个不失真的正弦波供电电流。电动机不会出现转距脉动。因此，消除了振动和噪声。变频调速电梯的优点:(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]。(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。综上所述本文课题设计采用变频器和PLC组成的变频调速电梯控制系统。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，逻辑部分由PLC来实现第3章硬件系统控制原理与分析3.1系统的总体结构系统采用集中控制方式，主要包括信号控制系统和拖动控制系统两大部分。图3-1为电梯PLC电梯控制系统框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、安全装置、显示装置、调速装置与主拖动系统等。控制系统的核心为可编程控制器(PLC)，操纵盘、呼梯盒、位置、安全保护及变频器工作状态等信号输入PLC，经PLC运算处理后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示信号，通过变频器向主拖动电动机发出控制信号。.PLPLC可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统M3~~3~信息控制系统图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。从图中可以显示，PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，根据随机逻辑控制的要求，向变频器发出运行方向、启动、加速、减速和制动停梯等信号。由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。3.2系统的原理分析3.2.1信号控制系统信号系统结构图如图3-2所示。外部控制信号通过输入采样寄存在输入映像寄存器中，根据控制程序需要读取并在CPU中进行逻辑运算处理，再将结果存入输出映像寄存器，每个周期进行输出刷新，驱动外部执行机构。输入/输出接口电路通过光电隔离和滤波把PLC和外部电路隔离，因此PLC具有很强的抗干扰能力，无故障运行率可达4至5万小时，远远超过继电器控制系统和计算机控制系统。而且控制逻辑由程序实现，减少了系统中继电器的使用数量，减少了控制柜的体积，增强了系统的灵活性、可靠性和可扩展性。输入接口输入接口PLC输出接口分频信号运行方式选择运行控制信号楼层显示安全保护信号开关门控制内指令信号外指令信号呼梯信号开关信号平层信号运行方向指示拖动控制系统图3-2电梯PLC信号控制系统框图3.2.2变频调速分析电梯调速除了要求一般工业控制的静态、动态性能外，舒适度是一项重要指标。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大的比例，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，通过对各主要生产厂家的产品的性能指标价格比分析，选用日本安川公司的变频器。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、检修速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。输出信号为：(1)准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；(2)运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；(3)零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；(4)故障信号，出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。PLC通过向安川616G5变频器发出电梯上/下行输出输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；通过向变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高/低速运动。电动机通过脉冲发生器将速度信号及时反馈给安川变频器，从而形成速度闭环控制。接线图3-3如下。图3-3变频器拖动部分线路图在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过与鼠笼式曳引电动机连接的脉冲发生器和PG卡,对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环系统。脉冲发生器输出A、B两相脉冲，PG卡接收到脉冲信号以后，再将此反馈给变频器内部,以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序,可判断出电动机的转动方向,并可以根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。由于本设计选用的是通用型变频器，因此其参数设置和外部线路设计的复杂程度要远远地高于电梯专用变频器，其设置的好坏也将直接影响到电梯运行的实际效果。3.3变频器结构及参数设置由于采用PLC作为逻辑控制部件，因此变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。由于VS-616G5是通用型变频器，因而用在电梯控制上位了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要发杂得多。VS-616G5型变频器共有9组参数，每一组参数的设计都具有特定的含义。常用参数如表3-1所示。表3-1变频器常用参数参数功用A组确定控制模式B组选择运行功能C组确定加减速时间和转矩补偿时间D组选择频率E组确定运行压频曲线F组保护设置H组确定偏差标准3.3.1参数设计原则：减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击；零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感。变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入，具体的设置见表3-2所示。表3-2安川VS-616G5变频器主要参数设置表参数设定值说明A1-014存取级别为：ADVANCEDA1-023带PG的矢量控制B1-010主速来自D1-01C1-013S加速时间为3SC1-023S减速时间为3SC2-010.8S加速开始时的S曲线特性时间C2-020.8S加速完成时的S曲线特性时间C2-030.8S减速开始时的S曲线特性时间C2-040.8S减速完成时的S曲线特性时间C5-015速度环比例，舒适感不好时在5～40间调整C5-021S速度环积分，舒适感不好时在0.5～5S间调整D1-0250Hz快车速度D1-036Hz爬行速度D1-0910Hz慢车速度E1-01380V输入电压E1-0450Hz最高输出频率E1-05380V最大电压输出E2-0124.4A电动机额定电流（按电动机铭牌输入）E2-046电极极数（按电动机铭牌输入）H2-0137变频器输出端子9-10为运转中2H3-051F选D1-01不选端子16输入L3-040失速防止无效L6-014过转矩检出动作选择L6-0310S过转矩检出时间L6-044过转矩检出动作选择2L6-05200过转矩检出标准2L6-062S过转矩检出时间2L8-011制动电阻过热L8-051输入缺相L8-071输出缺相F1-01600PG脉冲数F1-051/0编码器方向错时更改3.3.2为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而VS-616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是：将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到得参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。3.变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为V，电梯自重为W1，电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:P2＝[(W1＋W2＋W3)g＋F1]·V其中，F1＝(W1＋W2＋W3)g＋δ为摩擦力，δ可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近电机功率P1，相对于P2留有安全裕量，可取P＝1.5P2。k＝002，W1＝2000Kg，W2＝1000Kg，W3＝2400Kg，g＝9.8m/s，V＝1.5m/s所以：P2＝（600×9.8＋108×9.8）×1.5≈10.4kW又所以：P＝1.5P2＝15.6kW。由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选择1.5倍裕量，取变频器容量为15kW。3.3.4由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高，采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻R2的大小应使制动电流IZ的值不超过变频器额定电流的一般，即：IZ＝U0/RZ≤IN/2RZ≥2UR/IN＝2×513/35.5≈28.9(Ω)其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压，取RZ≥30Ω由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。即：PZ≥ΑzU2D/RZ＝0.4×5132/30≈3.5kW最后，选用的制动电阻为R＝30Ω,功率为P＝3.5kW的电阻。3.4PLC控制系统设计3.4.1一、信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图5-1所示，输入到PLC得控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。运行方式选择运行方式选择运行控制信号安全保护信号内指令信号外指令信号光电脉冲输入接口PLC输出接口呼梯信号指示楼层指示运行方向指示呼梯铃开关门控制开关门信运行方式选择内指令信号外指令信号光电脉冲开号门区或平层信号拖动控制系统图3-4电梯PLC信号系统控制框图二、电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现如下功能：（1）一台电机控制上升和下降，各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）。（2）电梯到位后，具有手动或自动开关门功能。（3）电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯及层楼指令键，警铃风扇及照明按键。（4）待客自动开门，当电梯在某曾停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客，自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时，电梯应自动关门在，在调定时间内自动关闭轿厢照明。（5）自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站4至6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。（6）按钮开门，在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。（7）内指令记忆，当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。（8）自动定向，当轿厢内操纵盘选层指令相对于电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。自动换向，当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。（9）呼梯记忆与顺向截停，电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。（10）自动返回基站，当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。二、电梯操作方式单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。单轿厢下集选控制：登记所有轿厢和厅门下行召唤；轿厢上行时，只答应轿厢召唤，直至最高层；自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。单轿厢全集选：登记所有厅门和轿厢召唤；上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。系统采用全集选操作方式。三、速度给定曲线为了满足乘客舒适感，提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起动制动速度曲线设计成由两段抛物线（S曲线）及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义。其意义为加速度由0加速到1000转/分2所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，系统采用的VS-616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图3-5所示，图中a为加速度，v为速度。图3-5速度运行曲线在0～t3时间内加速起动阶段，其中0～t1和t2～t3时间内位抛物线速度曲线，在t1～t2时间内为直线速度曲线；t3～t4时间内为稳速运行阶段；t4～T时间内为减速制动阶段。减速制动阶段速度曲线与加速起动启动阶段想对称。四、减速及平层控制电梯的工作特点是频繁起动制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确地自动矫正速度给定曲线。系统采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计算机就可以精确地确定走过的距离，到达与减速点相应的预置数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离层楼100～200mm处需设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。3.4.2本设计按照五层电梯的标准，根据需要控制的开关、设备大约52个输入点，34个输出点，需进行控制，考虑10%～15%的裕量，故选择FX2N-128MR-001，其I/O总点数为128，输入点数为64，输出点数为64。I/O分配如表3.3、3.4、3.5、3.6所示。表3.3输入部分X0、X1高速计数器输入端X20消防开关X2硬件复位X21变频器故障信号X3开门开关X22红外线传感开关X4有/无司机操作方式转换X23急停按钮X5轿厢门锁X24变频器“运转”信号X6开门限位开关X25变频器故障信号X7关门限位开关X26、X27轿内、轿顶检修X10超载触点X30～X33轿内指令通道X11直驶开关X40～X43厅门锁X12检修开关X50～X531～4层上召唤按钮X13警铃按钮X54、X55上/下极限开关X14关门开关X60～X632～5层下召唤按钮X15轿内检修向上运行按钮X64、X65上/下行强迫换速开关X16轿内检修向下运行按钮X17底层钥匙开关表3.4中间继电器M0～M3楼层位置信号通道M73检修定上向信号通道M10～M13轿内指令登记信号通道M74检修定下向信号通道M20～M23选层信号通道M75人员进出红外线信号通道M30～M33呼梯信号通道M80上行前沿微分通道M40～M42上召唤信号登记通道M81下行前沿微分通道M50～M52下召唤信号登记通道M82消防上升沿微分通道M60上召唤直驶和反向信号M83消防下降沿微分通道M61下召唤直驶和反向信号M84门连锁信号通道M62上行顺向截梯M85消防员专用信号M63下行顺向截梯M86消防运行继电器M64电梯运行状态M56无司机起动运行信号M65顺向截梯M57检修状态信号通道M66反向截梯M70本曾开门中间信号通道M67换速信号通道M71定上向信号通道M68平层中间继电器M72定下向信号通道M69关门信号通道M76～M78高速计数器输出通道表3.5输出部分Y0上行接触器Y10～Y13电梯运行位置指示灯Y1下行接触器Y20～Y23内选指示灯Y2开门继电器Y30～Y321～4层上召唤信号指示灯Y3关门继电器Y40～Y432～5层下召唤信号指示灯Y4换速信号继电器Y6平层停车继电器Y5点动检修继电器Y7蜂鸣器表3.6其他名称功能时间继电器TO开门限位开关实效，定时使开门停T1定时断开红外线检测回路T2自动关门定时T3关门限位实效，定时使关门停T4自动开门定时特殊功能继电器M8000监控PLC操作状态M8005备用电池失效位ONM8011～M8013产生0.01S、0.1S、1S时钟脉冲计算器高速计算器C2513.4.3动电机工作原理：如图3-6中图1，起动电机串如电抗LQ、经一段时间后 KM1接触器接通，电动机转入固有特性运转。减速时KMS断开、KMX接通，慢速绕组串电抗LM和电阻RM运行，延时一段时间后，KM2接通，短接RM，电动机串入电抗LM运行，在延时一段时间后，KM3接通，电动机在慢速固有特性上运行，直到KMS或KMX断开，电动机停止运转。门电机原理分析：如图3-6中图2，当电梯平层时，开门触点KMK闭合，电机正转，轿门打开；当定时继电器到时，KMG闭合，电机反转，轿门关闭；当有人在门中间出现时，光感触点闭合，电梯强迫正转，轿门打开；当轿门碰到开、关极限开关时，KMK或KMG断开，并反向制动。电梯中的曳引电动机的运行直接由变频器控制，变频器的输入控制信号由PLC提供。电路中，电动机作为终端设备给电梯提供驱动能力，同时是变频器的执行机构;变频器是中间设备，在电路中起上传下达的作用，其作用是根据PLC输出的指令要求来控制主机、门机及旋转编码器，然后又将执行结果反馈给PLC;PLC既是人与电梯的接口，又是电梯控制部分的核心，其作用是接收乘客输入的开关指令，然后将该命令传送给变频器;旋转编码器是电梯运行中的检测机构，其作用是检测电梯的运动。图3-6主电路第4章软件系统设计4.1电梯的三个工作状态电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。a)电梯的自检状态PLC通电后，PLC中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，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是：先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯首先是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。b)电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下:电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比较，通过选向模块进行选向。电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢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。当电梯检测到目标层楼层监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，并以低速运行到平层点停止。平层后，经过一定延时后关门，知道碰到关门到位形成开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位形成开关。电梯控制系统始终时时显示轿厢所在楼层。c)电梯强制工作状态当电梯的初始位置需要进行调整或电梯需要检修时，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，然后按下强行上行（或下行）按钮，电梯上行（或下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。4.2系统的软件开发4.2.1软件设计要求（1）呼梯信号发出时，能根据呼叫层数和当前所在层站作出上、下行判断。

（2）若有两个呼梯信号，优先响应先发出的信号，到站后停留5s，再响应后发出的呼梯信号；若有同方向的呼梯信号，则按顺序执行。

（3）在电梯运行或停层时，均可操作启动/停机控制开关使电梯暂停运行及重新启动。

（4）设有手动控制上、下行按钮开头。

（5）电梯轿厢有行程终端限位保护开头（即上、下行