基于通用变频器的电梯plc控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于通用变频器的电梯plc控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

因素。 （ 6）节能 现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的 ： 1）额定载重量（ kg）：制造和设计规定的电梯载重量。 2）轿厢尺寸（ mm） ：宽深高。 3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。 4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。 5）开门宽度（ mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 内容 9 6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开 门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。 7）曳引方式：常用的有半绕 1： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 半绕 2： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。 全绕 1： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 8）额定速度（ m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。 9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。 如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。 10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 11）提升高度（ mm）：由底层端站楼 面至层顶端站楼面之间的垂直距离。 12）顶层高度（ mm） :由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。 电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。 13）底坑深度（ mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。 电梯的运行速度越快，底坑一般越深。 14）井道深度（ mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。 15）井道尺寸（ mm）：宽深 [10]。 内容 10 第三章 运行方案设计 总体方案的确定 电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主 要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。 图 31电梯系统结构框图，主要硬件由轿厢、开门机构、曳引机构、控制系统等组成。 图 31 电梯 系统结构框图 PLC 控制系统方案设计 电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。 图 41 为电梯 PLC 控制系统的基本结构图， 主要硬件包括 PLC 主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等 [11]。 系统控制核心为 PLC 主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过 PLC 输入接口送入 PLC，存储在存储器及召唤指示灯内容 11 等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号 [12]。 图 32 电梯 PLC 控制系统的基本结构图 电梯的控制系统实现如下功能： 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)延时自动关门 ,关门后延时等待内选，自动行车。 7)行车时不能手动开门或本层呼梯开门 ,开门不能行车。 电梯曳引方案 曳引电梯是当今世界应用最为广泛的梯型，具有安全可靠、提升高度大、结构紧凑等优点 【 】。 曳引电梯最常用的曳引比有 1： 1 和 2； 1 两种，其工作原理如图 33 所示。 本设计出于降低对电机的要求的考虑，采用了 2： 1 的 曳引 方案 [13]。 图 33 电梯曳引系统 工作原理 示意图 轿厢操纵盘 厅外呼梯 输入接口 PC 主机 CPU 存储器 输出接口 调整器 拖动控制 井道装置 安全装置 指层器 门机控制 内容 12 第四章 硬件选型、设计及计算 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 51 所示。 图中M1， M2 为曳引电机和门电机，交流接触器 KM1~KM4 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。 图 41 电气控制系统主回路原理图 可编程控制器 (PLC)的选择 可编程控制器 (PLC)的特点 （ 1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC 是为工业控制而设计的，除了对器件的严格筛选外，在硬件和软件两个方面还采用 可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到 (3～ 5)104h 以上。 内容 13 （ 2）编程直观、简单 考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点， PLC 没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。 梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂，电气工程师和具有一定知识的电气技术人员都可在短时间内学会，计算机技术和传统的继电器控制技术间的隔阂在 PLC 上完全不存在。 因此，许多国家生产的 PLC 都把梯形图语言作为第一用户语言，此 外，还可采用指令表进行编程控制。 （ 3）适应性好 PLC 是通过程序实现控制的。 当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。 由于 PLC 产品已标准化，系列化，模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统。 其适应能力非常强，既可控制一台机器，一条生产线，也可控制一个复杂的群控系统；既可以现场控制，又可以远距离控制。 （ 4）功能完善，接口功能强 目前的 PLC 具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高；其接口 功率驱动范围较大，不象普通的计算机输出信号需放大才能驱动负载，极大地方便了用户。 其常用的数字量输入输出接口，就电源而言有 110 V、220 V 交流和 5V、 48 V 直流等多种，负载能力可在 ～ 5 A 的范围内变化，模拟量的输入输出有 177。 50 mV、 177。 10 V 和 0～ 10 mA、 4～ 20 mA 等多种规格，可以很方便地将 PLC 与各种不同的现场控制设备顺序连接，组成应用系统。 由于 PLC具有以上特点，因此，与传统的继电器 — 接触器控制和现在流行的电脑控制相比较，在电梯这样的大型电气设备的控制系统中采用 PLC 实现控制应是最 佳选择。 近年来， PLC 在处理速度、控制功能、通信能力及控制领域等方面都不断有新的突破，正向着电气控制、仪表控制、计算机控制一体化 (EIC)方向发展， PLC 装置已成为自动化系统的基本装置，是构成 FMS、 COMC、 FA 的主控单元 [14]。 轿厢楼层位置检测方法 主要方法有如下几种 : 内容 14 (1) 用干簧管磁感应器或其它位置开关 :这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 PLC 太多的输入点。 (2) 利用稳态磁保开关 :这种方法需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，但它是无权代码，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的庞大 [9]。 (3) 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。 由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故本设计采用此法。 PLC 的选型 根据以上选择的轿厢楼层位置检 测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。 又因为电梯是双向运行的，所以 PLC 还需具有可逆计数器 [15]。 本设计再考虑到以下几个方面，因此选用 西门子 PLC 来实现四层楼电梯的电气控制 : (1)配置简单。 各种机型均可采用相同配置，简化设备采购和仓库库存管理。 (2)编程方便。 用户可根据不同机型的流程要求编制程序，程序调试和修改都非常简便，能根据客户需求进行变化；程序可采用密码保护，保护自己的劳动成果。 而且 PLC 采用的梯形图语言简单易学，容易上手，不 像 单片机控制系统那样复杂而且一旦定型不易修改，不能根据客户需求变 化。 (3)系统能非常方便地连接到 PC 机监控系统或其他系统如楼宇自控系统中，根据应用情况，有时可无须增加额外硬件就能实现；增加适当硬件可连接到互联网上。 (4)系统外观高档，控制灵活，精确度高；故障率极低，节省维护成本。 综上所述，在本次设计中选用西门子 PLC 进行过程控制。 S7200CNCPU 型号包括 CPU222CN， CPU224CN,CPU226CN 等。 S7200CN 针对低性能要求的小型 PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求 ， 紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使 S7200 成为各种控制应用 的理想解决方案。 内容 15 根据电梯控制的要求，需要 22 个输入 21个输出点，可选用 CPU226CN 作为主控制器。 它集成 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 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点；具有 12K 字节程序和8K 字节数据存储空间和 6 个独立的 30KHZ 高速计数器，两路独立的 20KHZ 高速脉冲输出， 1 个 RS485 通讯 /编程口。 是具有较强控制力的控制器，用于控制电梯的运行 [16]。 输入输出分布如下表。 序号 名 称 输入点 序号 名 称 输出点 0 一层平层 0 电梯上行记忆 1 二层平层 1 电梯下行记忆 2 三层平层 2 电机正转 3 四层平层 3 电机反转 4 内呼一楼 4 内呼一楼指示 5 内呼二楼 5 内呼二楼指示 6 内呼三楼 6 内呼三楼指示 7 内呼四楼 7 内呼四楼指示 8 一层外呼上行 8 一层外呼上行指示 9 二层外呼上行 9 二层外呼上 行指示 10 三楼外呼上行 10 三楼外呼上行指示 11 二楼外呼下行 11 二楼外呼下行指示 12 三楼外呼下行 12 三楼外呼下行指示 13 四楼外呼下行 13 四楼外呼下行指示 14 手动开门 14 门电机正转 15 手动关门 15 门电机反转 16 开门限位 17 关门限位 18 电梯上升极限位 19 电梯下降极限位 变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。 目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较内容 16 贵。 因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。 这是本设计的特点之一。 目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少， 其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 变频器的原理 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。 我们现代使用的变频器主要采用交 直 交方式，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、电压均可控制的交流电源提供给电动机，变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制四个部分组成。 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 [16]。 中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 如图 42 所示。 图 42 变频器的基本构成 变频器是利用输出功率可改变的交流电力拖动设备。 变频器调速的主要工作原理是将供给电机定子的三相交流工频电经大功率整流元件整流变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调节技术逆变为频率可调、幅度也随之改变的三相交流电。 以此为电源再供给电机使用。 如图 43 所示。 内容 17 图 43 变频器的电路连接示意图 变频器的选择 电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的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 VS616G5 型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能 [8]，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 [17]。 VS616G5 型变频器的特点 VS616G5 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。