基于plc的五层电梯控制系统的设计

基于plc的五层电梯控制系统的设计内容摘要：

大发展 过程。 这期间变频器的 容量不断增大 、 体积越来越小 、 功能 越来越多也更加的智能化，使得变频器的 应用领域不断扩大 [20]。 (2)变频器的选型 ★ 变频器容量计算 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 2P : 2 1 2 3 1[ ( ) ]P W W W g F v    (31) 其中 1 2 3( + ) +F K W W W g  为摩擦力，  可忽略不计 [17]。 电机功率 P1，变频器功率 P应接近于电机功率 P1，相对于 P2留有安全裕量 ，可取。 ★ 变频器制动电阻参数的计算 由于电梯为位能负载，电梯运行过程中会产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。 虽然带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器能够将再生能量回馈电网，但造价太高。 如果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，成本较低且具有良好的使用效果。 能耗制动电阻 Rz 的大小应使得制动电流工作时的值不超过变频器额定电流的一半，即 1 01 /2ZI U R I (32) 其中 U0为额定情况下变频器的直流母线电压 .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 [22]。 ★ 变频器的选型 电梯的调速除了对一般的工业控制的静态、动态性能的要求外，其舒适度的指标通常也要考虑。 本设计中保证电梯按理想的给定速度曲线运行并保证舒适感的关键是电梯的拖动调速系统。 考虑以上各种因素，本设计 最终选用 ORMON 3G2JV 型变频器。 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 41 页 位置检测元件的 选型 (1)用干簧感应器或其它位置开关 干簧感应器 如图 33所示。 1干簧管 ； 2常闭触点 ； 3转换触点 ； 4常开触点 ； 5永久磁铁 ； 6隔磁 图 33 干簧感应器 干簧感应器就是在 U型槽的两侧分别放置干簧管与永久磁铁。 当隔磁板没有插入U型槽内时，那么磁场作用下的常闭触点 3闭合；隔板插入 U 型槽时，永久磁铁磁场经过隔磁板和空气间隙形成闭合磁路。 那么，在簧片的弹性作用下，触点 3 常开， 4 则闭合。 于是根据电梯的控制要求，可将传感器安装在轿厢的顶部，隔磁板固定于井道相应位置的导轨上。 采用这种方法具有直观、简单 的优点，但是因为每层都需要一个感应器，当楼层较高时，就会占用过多的 PLC输入点 [15]。 (2)用 双 稳态磁保开关 该方法需要对磁保开关的不同状态进行编码，较麻烦。 双 稳态磁保开关 如图 34所示。 图 34 双稳态磁保开关 (3)采用旋转编码器 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 41 页 目前的 PLC一般都具有专用计数单元或高速脉冲输入端，所以为获取电梯运行的准确位置，可采用编码器。 编码器可以直接与 PLC 高速脉冲输入端相连，利用 PLC 内置 24V 直流电源作为其电源。 编码器实物和原理如图 35所示。 图 35 旋转编码器实物图及工作原理 旋转编码器是一种旋转式测量装置，安装于被测轴上并随被测轴一起转动，用来测量转动量 (主要为转角 )，并将其转换成数字形式的输出信号。 电梯的轿厢所处的位置及运行速度用码盘来检测，检测所得的位置及速度作为位置反馈信号和速度指示信号。 旋转编码器的转轴与 曳引 电动机转轴直接相连，当电动机转动时，编码器输出与转动量对应的脉冲数，通过累积脉冲数可以直接计算出轿厢对应的位置行程，从而确定电梯运行时轿厢所处的楼层位置，进而确定出换速点、开门地点、到站停车点等 [21]。 综上所述，旋转编码器有明显优于其它两种方法的优势，故 本 系统采 用此法。 PLC 的概述及选型 (1)PLC 的概述 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、计数、计时和算式运算等操作的指令，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和生产过程。 PLC 具有以下 特点 ① 高可靠性，强抗干扰能力 ② 配套齐全、功能完善、适用性强③ 重量轻、体积小、能耗低 ④ 系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造 ⑤ 学用容易，深受欢迎 [18]。 (2)PLC 的选型 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 41 页 本系 统按照 5层电梯进行设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数29 点 ， 考虑 大约 12%的裕量。 另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7200 系列 CPU226 PLC 为主机，并配以 EM223DC24V 数字量 16 输入 /16 输出扩展模块。 CPU226 的输入 /输出点数为 24 入 /16 出， EM223 为 16 入 /16 出， 形成输入点数共 40点，输出点数 32 点，满足系统要求。 如图 36为 PLC实物图。 图 36 PLC实物图 电梯控制系统 硬件电路 设 计 本控制系统是采用 ORMON 3G2JV型变频器和西门子 S7200 型 PLC 组成的频调速电梯控制系统 ,电气控制硬件框图如图 37所示。 图 37控制系统框图 它由 曳引 电机、门电机、变频器、可编程控制器 PLC 及其他电气元件构成。 电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器 ,利用光电编码器测量 曳引 电机的转速 ,构成闭环矢量控制系统。 电路的逻辑部分由 PLC 来实现 , 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 [18]。 PLC 控制系统的系统配置及 I/O 地址分配 本系统为 5 层电梯设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数 29 点， 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 41 页 考虑 10%15%的裕量。 另外，由于要采用旋转编码器定位，需要 PLC 具有高速脉冲输入，故最终选择西门子 S7200 系列 CPU226 PLC 为主机，配以 EM223DC24V 数字量 16 入 /16 出扩展模块。 CPU226S 输入 /输出点数为 24 入 /16 出， EM223 为 16 入 /16 出，共形成输入点数 40 点，输出点数 32 点，满足系统要求，其地址编号 如图 38所示。 图 38 PLC 主机、扩展模块 I/O 分配 PLC 输入信号有：外呼按钮、内选按钮、旋转编码器输出信号、限位开关、轿厢开 /关按钮、手动开关等。 输出信号有：外呼信号指示、内选信号指示、电梯上 /下行信息、楼层显示信息、变频器控制信号、语音提示信号等。 输入 /输出信号的具体分配如表 31 所示。 表 31 I/O 地址分配表 PLC输入点 电梯实物内部接口（ I/O） PLC 输入点 电梯实物内部接口（ I/O） 编码器高速计数输入 A 相 RH 编码器高速计 数输入 B 相 RL 轿厢安全开关 STF 底层外呼上按钮 STR 一层外呼下按钮 关门驱动 一层外呼上按钮 开门驱动 二层外呼下按钮 底层外呼上指示 二层外呼上按钮 一层外呼上指示 三层外呼下按钮 一层外呼下指示 三层外呼上按钮 二层外呼上指示 四层外呼下按钮 二层外呼下指示 四层外呼上按 钮 三层外呼上指示 五层外呼下按钮 三层外呼下指示 下基准限位开关 四层外呼上指示 下极限限位开关 四层外呼下指示 检修开关 五层外呼下指示 手动开门按钮 显示驱动 A 手动关门按钮 显示驱动 B 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 41 页 手动上行按钮 显示驱动 C 手动下行按钮 显示驱动 D 急停按钮 电梯上行指示 消防按钮 电梯下行指示 关门限位开关 五层内呼指示 开门限位开关 四层内呼指示 五层内呼按钮 三层内呼指示 四层内呼指示 二层内呼指示 三层内呼指示 一层内呼指示 二层内呼指示 底层内呼指示 一层内呼指示 电子报站 底层内呼指示 轿厢开门按钮 轿厢关开门按钮 上极限位开关 旋转编码 器与 PLC 脉冲检测 旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，并随被测轴一起转动，用以测量转角，并将其转换成数字形式的输出信号。 旋转编码器的两相输出分别与 PLC 的 、 点相连。 由于旋转编码器输出的脉冲频率较高，普通计数器无法计数，必须采用高速计数器。 CPU226 拥有 6 个高速计数器，分别为 HSC0HSC5。