plc控制電梯論文

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1、plc控制電梯論文plc控制電梯論文摘 要隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關(guān)重要。與此同時，人們對電梯的性能要求也越來越高，比如可靠性，操作方便，舒適性，低噪音，低能耗等等。隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。采用PLC對電梯進(jìn)行控制，通過合理的選擇和設(shè)計(jì)，能夠有效的提高電梯的控制水平，極大地改善了電梯運(yùn)行的舒適感，使電梯的控制達(dá)到了比較理想的控制效果。本文在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，闡述了電梯的拖動原理和控制原

2、理，重點(diǎn)分析了電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)并編制控制程序，研究并提出了基于PLC和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，針對這些問題對電梯系統(tǒng)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)出了新的采用PLC進(jìn)行邏輯控制，用變頻器調(diào)速的電梯控制系統(tǒng)。利用三菱PLCFX2N-64來設(shè)計(jì)5層電梯控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：電梯；控制系統(tǒng)；PLC；變頻器ABSTRACT With scientific and technological and socio-economic development, high-rise buildings have become the hallmark of modern cities. As v

3、ertical lift equipment, a lot of people bear the transportation and logistics, its role in building essential. At the same time, it has to lift the performance requirements are also increasing, such as reliability, easy to operate, comfortable nature, low noise, consumption, and so on. But the eleva

4、tor as an important traffic in skyscraper，it also has developed quickly with the improving requirement of the People. Its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and Its logic control-relay control also has been replaced by PLC. using PLC to control the eleva

5、tor，the reliability is improved and the feeling of comfort 15 better through the reasonable selection and design，so the effect of control is more ideal. In order to meet the comfort, improve transporting efficiency and reach the right floor, the given curve of an elevator is a key point. Most of peo

6、ples sensitivity on changing speed is about acceleration movement. Comfort means acceleration and deceleration on smoothness. To acquire favorable comfort, the starting and braking curves design of the elevator is composed of two s-curves and one beeline. Through adjusting the acceleration time and

7、that of the s-curves, ideal starting and braking curves are gained.This paper, based on the introduction of the elevators basic structure, expatiates the drive and control principle of elevator, and analyzes how to use the PLC to program controlling process. The implementation project of elevators V

8、VVF control system based on PLC and transducer is studied and proposed. This article was precisely has carried on the improvement design in view of these questions to the existing elevator system. Uses PLC to carry on the logical control modulates velocity the elevator control system with the freque

9、ncy changer.KEY WORDS: elevator；control system；PLC；inverter目 錄摘 要IABSTRACTII1前言11.1 電梯的起源和發(fā)展11.2 電梯信號控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀21.2.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在問題31.2.2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn)41.2.3 PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)51.3 本文的工作52電梯的概述62.1 電梯的結(jié)構(gòu)62.2 電梯的控制要求83硬件選擇103.1 PLC的選擇103.1.1 PLC的定義和特點(diǎn)103.1.2 PLC的主要功能和應(yīng)用133.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較143.1.4 PLC的

10、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)163.1.5可編程控制器機(jī)型的選擇173.2 變頻器選擇193.2.1 變頻器的分類193.2.2變頻器的控制方式193.2.3變頻器的選型213.2.4變頻器的相關(guān)計(jì)算及其規(guī)格224五層電梯總體設(shè)計(jì)254.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)254.2 電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展264.3 異步電機(jī)的調(diào)速方法及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較274.4 井道信號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)314.4.1干簧感應(yīng)器的工作原理314.4.2井道信號系統(tǒng)的設(shè)計(jì)324.5 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)335軟件設(shè)計(jì)355.1 正常運(yùn)行控制軟件設(shè)計(jì)355.2 流程圖355.3 電梯的工藝流程38結(jié)束語41參考文獻(xiàn)42致謝43附 錄44附錄一 外文文獻(xiàn)

11、及其譯文44附錄二 符號說明47附錄三 電梯I/O接線圖49附錄四 五層五站電梯電氣元件表50附錄五 PLC梯形圖51541前言1.1 電梯的起源和發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關(guān)重要。是現(xiàn)代城市生活中必不可少，且應(yīng)用最廣泛的垂直交通運(yùn)輸工具。它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時阿基米德設(shè)計(jì)出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)，共造出三臺，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺卷揚(yáng)機(jī)看作是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實(shí)上，早在公元前，我們的祖先和古埃及也都曾經(jīng)使用了這種人力卷揚(yáng)機(jī)。在瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)之后，于1850年

12、，在美國紐約市出現(xiàn)了世界第一臺由亨利沃特曼制作的以蒸汽機(jī)為動力的卷揚(yáng)機(jī)。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。在此期間，英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽梯也被淘汰了。后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。直到今天液壓梯仍在使用。1889年，美國奧的斯公司制造的由直流電動機(jī)通過蝸桿蝸輪減速器帶動卷筒卷繞繩索懸掛并升降轎廂的電動升降機(jī)，構(gòu)成了現(xiàn)代電梯的鼻祖。為了解決乘客乘坐電梯的安全性和舒適感方面的問題，1892年，美國亨利華特列昂那得發(fā)明了用調(diào)節(jié)電動機(jī)

13、勵磁場來調(diào)速的電動機(jī)發(fā)電機(jī)電力驅(qū)動系統(tǒng)，使直流升降機(jī)的電力拖動構(gòu)造有了重大發(fā)展。1900年，交流感應(yīng)電動機(jī)被使用到電梯驅(qū)動以后，進(jìn)一步簡化了電梯的傳動設(shè)備。以后由交流單速電動機(jī)發(fā)展到交流雙速感應(yīng)電動機(jī)。1903年，美國奧的斯在電梯傳動機(jī)構(gòu)中采用了曳引驅(qū)動代替卷筒方式，提高了電梯傳動機(jī)械的通用性，同時也制造了有齒輪曳引高速電梯。這種電梯減少了傳動設(shè)備，增強(qiáng)了安全性能，成為目前電梯曳引傳動的基本構(gòu)造形式。在電梯控制技術(shù)方面，1949年開始應(yīng)用電子技術(shù)，以后出現(xiàn)了電子器件與信息處理的分區(qū)控制系統(tǒng)以后發(fā)展到大規(guī)模集成電路。由于電梯拖動技術(shù)從直流電動機(jī)驅(qū)動到交流單速、交流雙速電動機(jī)驅(qū)動，到交流調(diào)壓調(diào)速(

14、ACVV)控制，交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速(VVVF)控制，使得電梯控制技術(shù)不斷成熟，加上電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)在電梯中的廣泛應(yīng)用，使電梯運(yùn)行的可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運(yùn)行速度、節(jié)能降耗、減少噪聲等方面都有了極大改善。70年代，特別是1973年以來，電梯控制柜的控制電路逐漸從模擬電路向數(shù)字化電路發(fā)展，數(shù)字技術(shù)顯著提高了電梯的可靠性和運(yùn)性精度。70年代末到80年代初，高速無齒輪和有齒輪快速電梯都應(yīng)用微機(jī)作為控制的主要部件，而且每部電梯使用的微機(jī)不止一部。80年代，大功率晶體管模塊的問世以及微機(jī)和數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷成熟，人們利用PWM(脈寬調(diào)節(jié))技術(shù)來控制換流器，實(shí)現(xiàn)對電梯中交流電

15、動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)頻(VVVF)，達(dá)到線性調(diào)速的目的。自80年代中期，VVVF控制的電梯先后由美國奧的斯、日本三菱等電梯公司相繼開發(fā)并逐步推向市場。90年代，VVVF拖動系統(tǒng)得到較快發(fā)展，其許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，明顯優(yōu)于其它電梯控制系統(tǒng)。1.2 電梯信號控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)最早是根據(jù)順序邏

16、輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式己逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來的直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點(diǎn)。1.2.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在問題一、電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(l)所有控制功能及信號處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。(2)系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。(3)大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便

17、宜。(4)多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。二、電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題(l)系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。(2)普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。(3)電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大。(5)由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高;而且檢查故障困難，費(fèi)時費(fèi)工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常

18、造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。1.2.2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn)PLC控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目前國內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機(jī)系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標(biāo)較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機(jī)拖

19、動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機(jī)械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高電梯的運(yùn)行性能。因此對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。P LC是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于PLC具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)

20、控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運(yùn)行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic controller，簡稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它

21、具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動化的三大支柱之一。1.2.3 PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)(1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行的自動控制，可靠性大大提高。(2)去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。(3)PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(4)PLC可進(jìn)行故障自動檢測與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。(5)用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。(6)更改控制方案時不需改動硬件接線。1.3本文的工作綜上所述，由于PLC作為新一代電梯控制工具具有以上優(yōu)點(diǎn)

22、，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就以五層電梯作為控制對象，以PLC作為工具對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，對五層電梯的硬件部分作分析，看需要什么樣的開關(guān)，電機(jī)，信號燈等。然后，根據(jù)需要畫出控制面板圖，再根據(jù)控制面板圖計(jì)算出I/O點(diǎn)數(shù)，確定所選PLC機(jī)型，選定變頻器型號，畫出連線圖，然后在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，寫出控制系統(tǒng)的流程圖，梯形圖。2電梯的概述2.1電梯的結(jié)構(gòu)電梯是機(jī)、電一體化產(chǎn)品。其機(jī)械部分好比是人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，控制部分相當(dāng)于人的大腦。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運(yùn)行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結(jié)構(gòu)，其機(jī)械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和

23、門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)以及機(jī)械安全保護(hù)裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護(hù)等系統(tǒng)組成。電梯的基本結(jié)構(gòu)如圖21所示。圖21電梯的基本結(jié)構(gòu)1控制柜(屏);2一拽引機(jī);3拽引鋼絲繩;4限速器;5限速器鋼繩;6限速器張緊裝置;7轎廂;8安全鉗;9轎廂門安全觸板;10導(dǎo)軌;11對重;12廳門；13緩沖器（1）拽引系統(tǒng)電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅(qū)動電梯運(yùn)行。主要由拽引機(jī)，拽引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪組成。拽引機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動力，由電動機(jī)，拽引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅(qū)動轎廂升

24、降。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型還可以增加拽引力。（2）導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動。（3）門系統(tǒng)門系統(tǒng)有轎廂門、層門、開門、連動機(jī)構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架等組成，層門設(shè)在層站入口處。開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂和門的動力源。（4）轎廂轎廂是運(yùn)送乘客或者貨物的電梯組件，由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重機(jī)構(gòu)，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底、轎廂壁、轎廂頂以及照明通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決

25、定。（5）重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對重側(cè)拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。（6）電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由拽引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，它的作用是對電梯進(jìn)行速度控制。拽引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或者直流電機(jī)。供電系統(tǒng)是為電機(jī)提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號。一般采用測速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器與電機(jī)相連。調(diào)速裝置對拽引電機(jī)進(jìn)行速度控制。（7）電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置、操縱裝置、平層

26、裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運(yùn)行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到用平面的操作。位置顯示裝置.是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運(yùn)行方向。（8）安全保護(hù)系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械的和電氣的各種保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全的使用。機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷總電源的極限保護(hù)裝置

27、。電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個運(yùn)行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。2.2 電梯的控制要求人們對現(xiàn)代電梯的自動化程度和智能行越來越高，可以有下列基本功能，這些功能有的是廠家作為標(biāo)準(zhǔn)功能配置在電梯上，有的是可按用戶要求配置。但是由于本次設(shè)計(jì)工作的時間有限，不可能實(shí)現(xiàn)下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。(1)一臺電機(jī)控制上升和下降。(2)各層設(shè)上/下呼叫開關(guān)(最頂層與起始層只設(shè)一只)。(3)電梯到位后具有手動或自動開門關(guān)門功能。(4)電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵。(5)電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號指示燈。(6)待客自動開門，當(dāng)電梯在某層停梯待客時，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動開

28、門迎客。(7)自動關(guān)門與提早關(guān)門，在一般情況下，電梯停站4-6秒應(yīng)能自動關(guān)門；在延時時間內(nèi)，若按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時提前實(shí)現(xiàn)關(guān)門動作。(8)按鈕開門。在開關(guān)過程中或門關(guān)閉后，電梯啟動前，按下操縱盤上開關(guān)按鈕，門將打開。(9)內(nèi)指令記憶。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上有多個選層指令時，電梯應(yīng)能按順序自動?？寇囬T，并能至調(diào)定時間，自動確定運(yùn)行方向。(10)自動定向。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上，選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應(yīng)能按先入為主的原則，自動確定運(yùn)行方向。(11)呼梯記憶與順向截停。電梯在運(yùn)行中應(yīng)能記憶層外的呼梯信號，對符合運(yùn)行方向的召喚，應(yīng)能自動逐一?？繎?yīng)答。(12)自動換向。當(dāng)電梯完成全部順向指

29、令后，應(yīng)能自動換向，應(yīng)答相反方向的信號。(13)自動關(guān)門待客。當(dāng)完成全部轎廂內(nèi)指令，又無層外呼梯信號時電梯應(yīng)自動關(guān)門。(14)自動返基站。當(dāng)電梯設(shè)有基站時，電梯在完成全部指令后，自動駛回基站，停機(jī)待客。3硬件選擇3.1 PLC的選擇3.1.1 PLC的定義和特點(diǎn)1、PLC的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。1980年P(guān)LC問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(National Electric Manufacturer Association NEMA)對PLC下過如下的定義:PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時

30、和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。1982年，國際電工委員會(International Electrical Committee IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對PLC作了如下的定義:PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。上述的定義表明，PLC是一種

31、能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有與其他順序控制裝置不同的特點(diǎn)。2、PLC的特點(diǎn)PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)：一、可靠性對可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面。（1）與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1) PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2) PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。3) PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編

32、程簡單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因?qū)Σ僮骱途S修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。（2）與通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1) PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡化的編程語言，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性較通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高.2) 在PLC的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先進(jìn)的工藝制造流水線生產(chǎn);對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對電源

33、的掉電保護(hù)、存儲器內(nèi)容的保護(hù)并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計(jì)等等。3) 在PLC的軟件設(shè)計(jì)方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護(hù)和恢復(fù)、報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等等。一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報(bào)告指出，在各種選用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用戶達(dá)93%。其次，才是性能和維修方便等原因?？梢?，可靠性高是PLC的主要特點(diǎn)。二、易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:(1) 操作方便對PLC的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸人和更改的操作。編程器至少提供了輸人信息的顯

34、示，對大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點(diǎn)號進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點(diǎn)。(2) 編程方便PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用

35、，并發(fā)揮出更有效的功能特點(diǎn)。(3) 維修方便PLC所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。PLC的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。三、靈活性PLC的靈活性表

36、現(xiàn)在下列三方面：(1) 編程的靈活性PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進(jìn)行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時，可以不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng)(CIPS)中，PLC正

37、成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。(2) 擴(kuò)展的靈活性PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個重要的特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展，功能的擴(kuò)展，應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元來擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)(DCS)或其他上位機(jī)的通信來擴(kuò)展它的功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴(kuò)展的靈活性大大地方便了用戶。(3) 操作的靈活性操作的靈活性是指設(shè)計(jì)的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以

38、簡化，不同的生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺或控制屏等。四、機(jī)電一體化。為了使得工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被有機(jī)地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。3.1.2 PLC的主要功能和應(yīng)用PLC的主要功能和應(yīng)用如下:(1) 開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能

39、是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。(2) 模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進(jìn)行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。(3)定時控制PLC具有很強(qiáng)的定時、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計(jì)數(shù)器。其定時時間間隔可

40、以由用戶加以設(shè)定。對于計(jì)數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以選擇高速計(jì)數(shù)器。(4)數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。(5)信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運(yùn)算等，可采用冗余的PLC實(shí)現(xiàn)。(6)通信把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是

41、實(shí)現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。3.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1、 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較幾十年來，繼電器控制系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領(lǐng)域中大量地應(yīng)用，然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與PLC相比較，存在著質(zhì)的差別，表31給出了PLC與繼電器控制系統(tǒng)功能與特點(diǎn)的比較。表31 PLC與繼電器控制功能與特點(diǎn)比較比較項(xiàng)目繼電器控制PLC控制功能的實(shí)現(xiàn)通過對繼電器進(jìn)行硬接線完成相應(yīng)的控制功能對進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)所需控制要求對生產(chǎn)工藝化的適應(yīng)性需進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與接線，適應(yīng)性差只需對程序進(jìn)行修改，適應(yīng)性強(qiáng)可靠性元器件多、觸點(diǎn)多，容易

42、出現(xiàn)故障采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高柔韌性與靈活性差具有種類齊全的擴(kuò)展單元，擴(kuò)展靈活控制的實(shí)時性機(jī)械動作時間常數(shù)大，實(shí)時性差微處理控制，實(shí)時性非常好占用空間與安裝控制柜體積大、笨重，安較施工工作量大體積小，重量輕，安裝工作量小使用壽命議損、壽命短壽命長復(fù)雜控創(chuàng)能力極差很強(qiáng)價格較低較高維護(hù)復(fù)雜、工作量大工作量小2 、PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較通用計(jì)算機(jī)具有十分強(qiáng)大的計(jì)算與數(shù)據(jù)處理能力，同時數(shù)據(jù)的處理速度已經(jīng)達(dá)到極高的水平，但是應(yīng)用通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有PLC功能強(qiáng)大，表32給出了它們的對比。表32 PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)功能與特點(diǎn)比較比較項(xiàng)目通用計(jì)算機(jī)P

43、LC工作方式中斷方式掃描方式編程語言匯編語言、高級語言助記符語句表、梯形圖等工作環(huán)境要求較高可在較差的環(huán)境下工作對使用者的要求需進(jìn)行專門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)才能掌握語言易學(xué)，稍加培訓(xùn)即可使用可靠性商業(yè)級要求工業(yè)級，且有多種特殊設(shè)計(jì)，包括監(jiān)視計(jì)時器功能系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，但占用存儲空間過大功能專用，占用存儲空間小適用領(lǐng)域辦公、管理，科學(xué)計(jì)算、家庭工業(yè)控制從上邊的論述和比較可以看出。由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)計(jì)的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計(jì)算機(jī)要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展所以在本設(shè)計(jì)中采用PLC來進(jìn)行邏輯控制。3.1.

44、4 PLC的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：最大限度地滿足被控對象的控制要求。充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠。保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確

45、?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。適應(yīng)發(fā)展的需要。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計(jì)時要適當(dāng)考慮

46、到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。3.1.5可編程控制器機(jī)型的選擇表33 FX0S,FX0N.FX2N性能比較型號I/O數(shù)用戶程序步數(shù)功能指令通信功能基本指令執(zhí)行時間模擬量模塊FX0S10-30800 步EEPROM50無1.6-3.6微秒無FX0N24-1282k 步EEPROM55較強(qiáng)1.6-3.6微秒有FX2N16-2568k步RAM298強(qiáng)0.08微秒有FX2，F(xiàn)X1,FX2C系列是三菱公司今年來推出的高性能小型可編程控制器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可編程控制器。它

47、們都體積都比較小，但功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價格有很大的差別。如表33所示。FX0S的功能簡單，價格便宜，可以用與小型開關(guān)量的控制系統(tǒng)，F(xiàn)X0N可用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)，F(xiàn)X2N的功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的I/O節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時使用，以及指令的執(zhí)行速度，因此選用三菱公司的FX2N系列的FX2N-64MR。它的輸入繼電器X000-X031共32個，輸出繼電器Y000-Y031共32個，程序容量為8K字節(jié),完全滿足要求。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。3.輸入/輸出模塊的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制

48、的要求,本系統(tǒng)的輸入選用直流24V的輸入模塊。輸出模塊選用繼電器輸出形式。開關(guān)量輸出單元的作用是把PLC的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號。按照現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源的不同，可分為直流輸出單元（晶體管輸出方式，或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）和交流輸出單元（晶閘管輸出方式或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式）。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開關(guān)元件，同時又是隔離器件。發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng)PLC輸出一個接通信號時候，內(nèi)部電路使繼電器線圈K通電。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載L接通得電，VD作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動勢，同時狀態(tài)指示發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)

49、載回路的電源既可以選用交流電源，也可以選用直流電源。特別也指出的是，繼電器模式具有斷點(diǎn)確切，可以實(shí)際切斷所控制的回路電器連接的作用，同時這種模式既適合于直流又適合于交流的情況，因此這種模式在開關(guān)頻率不是太高的情況下是首先選擇的輸出控制方案。下圖給出了這種輸出方案的原理圖。PLC內(nèi)部電路KKLEDVDK交流電源圖32繼電器模式輸出單元3.2變頻器選擇3.2.1 變頻器的分類（1）按照主電路工作方式分類可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器。（2）按照開關(guān)方式分類可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器。（3）按照工作原理分類可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量

50、控制變頻器。（4）按照用途分類可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 3.2.2變頻器的控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380到650伏，輸出功率為0.75到400千瓦，工作頻率為0到400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下幾代。(1) 1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬，動

51、態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。(2)電壓空間矢量(SVPWM)控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)

52、性能沒有得到根本改善。(3)矢量控制（VC）方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1，Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或

53、解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。(4)直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流

54、電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。（5）矩陣式交-交控制方式VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈

55、等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。3.2.3變頻器的選型確定變頻器的品牌和型號，以及確定變頻器的規(guī)格，就完成了變頻器的選擇。變頻器，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)調(diào)速。高速電梯(1.6m/s以上的速度)一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價格的通用變頻器也可以滿足要求。容量選擇最好是采用大一數(shù)量級選配，電梯電動機(jī)一般選llkW或15kW的異步電動機(jī)。即11kW的電動機(jī)選15kW的變頻器，15kW的電動機(jī)選18kW的變頻器。變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的質(zhì)量品質(zhì)對于系統(tǒng)的可靠性影響很大，選擇品牌時，質(zhì)量品質(zhì)，尤其是與可靠性相關(guān)的質(zhì)量品質(zhì)，顯然是選擇時的重要考慮方面。同時，設(shè)備的平均壽命的長短是一個重

56、要的參數(shù)，所以根據(jù)預(yù)期使用壽命來選擇品牌，經(jīng)驗(yàn)和口碑仍然是主要依據(jù)。在同一品牌中選擇具體型號時，則主要依據(jù)已經(jīng)確定的變頻調(diào)速方案、負(fù)載類型以及應(yīng)用所需要的一些附加功能來決定。為了滿足以上的條件，本設(shè)計(jì)選擇通用變頻器。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是：（1）為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求。（2）為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。本設(shè)計(jì)選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器3.2.4變頻器的相關(guān)計(jì)算及其規(guī)格（1）變頻器容量計(jì)算變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行選取。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為P;，電梯運(yùn)

57、行速度為v，電梯自重為WI電梯載重為W:，配重為W3，重力加速度為g，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2:P2=(W1+W2一W3)g+F1 v其中F1=K(Wl+W2十W3)g+為摩擦力，可忽略不計(jì)。電機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P1，相對于P2留有較大裕量，可取P=l.5P2。因?yàn)?K=0.02，Wl=1800Kg，W3=1200Kg，W3=2400Kg，g=9.8m/S2，V=1.5m/s代入以上各參數(shù)，得P210.4KW。變頻器的功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率Pl，相對于P2留有較大裕量，可取P= l.5P215KW。根據(jù)以上的分析，選取變頻器的額定功率為15

58、KW。(2)變頻器制動電阻參數(shù)的計(jì)算由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動功能。能耗制動電阻Rz的大小應(yīng)使制動電流12的值不超過變頻器額定電流的一半，即Iz=U0/RzIN/2其中U0為額定情況下變頻器的直流母線電壓。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。VS-616G5變頻器電梯控制系統(tǒng)中采用速度閉環(huán)控制方式。因此必須配接PGB2測速脈沖卡（安川公司生產(chǎn)）用于檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機(jī)同軸連接，對電動機(jī)進(jìn)行測速,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B、兩相脈沖，當(dāng)A相脈沖超前B相脈沖90時，可認(rèn)為電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)A相脈沖滯

59、后于B相脈沖90時可認(rèn)為電動機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB相脈沖的相序，可判斷電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)AB脈沖的頻率（或周期）測得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PGB2卡，PGB2卡再將此反饋信號送給616G5內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。VS-616G5用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時，還必須配置制動電阻。當(dāng)電梯減速運(yùn)行時，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時同步轉(zhuǎn)速下降，交-直-交變頻器的直流部分電壓升高，制動電阻的作用就是消耗回饋電能。除PGB2卡和制動電阻外。VS-616G5還需要配置600脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器和G5PCB型曲線卡利用變頻器模擬給定輸入端口，在電梯起動段發(fā)出S型時間原則的起動曲

60、線，在電梯制動階段根據(jù)PGB2卡脈沖分頻輸出信號產(chǎn)生電梯位置原則的制動曲線。本設(shè)計(jì)采用24V增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，它與主電動機(jī)同軸相連，編碼器產(chǎn)生的脈沖輸入PLC的高速脈沖計(jì)數(shù)輸入端I0.0，在PLC中通過對此脈沖的計(jì)數(shù)，可以計(jì)算出電梯走過的距離及當(dāng)前的速度，從而完成調(diào)速系統(tǒng)的位置和速度反饋。4五層電梯總體設(shè)計(jì)4.1電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在電梯拖動控制系統(tǒng)中速度曲線圖形直接影響著電梯的舒適感和平層準(zhǔn)確度。如果電梯在啟動加速和減速制動時，速度曲線圖性的加、減交界處不圓滑，乘客會感覺很不舒服，為了滿足舒適感提高運(yùn)輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的

61、變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線(S曲線)及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及S曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從0加速到1000轉(zhuǎn)/分所需要的時間來定義的。其意義為加速度由0加速到1000轉(zhuǎn)/秒2所需要的時間。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。增大加速時間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。同理，增加S曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。而S曲線變化率的變化，也可通過改變S曲線起始、終了加速時間來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用的616G5變頻器就具有S曲線加速時間

62、設(shè)定功能，故將加速時間和S曲線加速時間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如圖4.1所示，圖中a為加速度，v為速度。圖4-1速度運(yùn)行曲線4.2電力調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中越來越得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)轉(zhuǎn)速是否變化，可以將各類生產(chǎn)機(jī)械分為恒速拖動與變速拖動機(jī)械兩大類，而在現(xiàn)代的各行各業(yè)中，絕大多數(shù)的機(jī)械都有著調(diào)速的要求，使得對變速拖動系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。長期以來，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)橹绷麟妱訖C(jī)調(diào)速方便。而且在

63、磁場一定的條件下，它的轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，使其轉(zhuǎn)動矩容易控制。因此直流電動機(jī)調(diào)速比較容易得到良好的動態(tài)特性，但是直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)時、價格昂貴、可靠性差、運(yùn)行出現(xiàn)火花等缺點(diǎn)使得直流電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)向高速、大容量發(fā)展的要求。交流電動機(jī)特別是鼠籠型異步電動機(jī)，由于它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，而且堅(jiān)固耐用，運(yùn)行可靠，維護(hù)量少，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。但由于交流電動機(jī)平滑調(diào)速比較困難，在早期采用的主要是繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子外串電阻和鼠籠型異步電動機(jī)變極調(diào)速。在30年代提出了串級調(diào)速的方法，但是帶來調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，不容易控制的矛盾。直到本世紀(jì)50年代中期，晶閘管研制成功，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時代，使交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)得以應(yīng)用。在印年代初期，幾位著名的專家提出了實(shí)用和高效的靜止變壓變頻器。雖然交流電動機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于變頻器的成本高，以及需要比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，在與直流傳動的競爭中受到了阻礙，在70年代中期，在全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)能源危機(jī)，節(jié)約能源的問題世界矚目。作為節(jié)約能源的一個重要手段，電機(jī)的調(diào)速問題得到了重視，許多過去一般不調(diào)速的裝置也采用了調(diào)由此對交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展起了很大的推動作用。由此可見，研究電力傳動系統(tǒng)，特別是交流調(diào)速的