基于通用變頻器的電梯PLC控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計.doc

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1、 畢業(yè)設計基于通用變頻器的四層電梯PLC控制系統(tǒng)的設計 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 姓 名： 指導老師： 摘要目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設計和調試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。本文在闡述電梯的結構和可編程控制器的結構和工作原理的基礎上，針對4層電梯，使用西門子S7-200可編程控制器，設計了電梯的控制系統(tǒng)，包括轎內指令和廳外召喚信號的登記與消除、電梯的選層和定向、電梯的開關門運行、電梯上下行控制、電梯的指層控制等部分，實現了轎內與各層

2、呼梯指令的記錄、電梯運行方向和選層的控制，電梯上下行和自動開關門、電梯的指層控制等功能。同時也使用了組態(tài)王6.53完成上位機對PLC控制電梯的仿真。關鍵詞：四層電梯 控制系統(tǒng) 可編程控制器 組態(tài)王49AbstractPLC-based elevator control system designAbstractAt present the elevator control system mainly has three control modes: Following electric circuit control system, PLC (Programmable Logic Contro

3、ller) control system, microcomputer control system. PLC control system, because moves the reliability to be high, the use service is convenient, anti-jamming, the design and the debugging cycle is short and so on merits, time is taken seriously the people and so on merits, have become present use mo

4、st control modes in the elevator control system.This article elaborated the elevator structure，the structure and the working principle of the programmable logic controllerAim at the elevator of four floors，the writer design this elevator control system by the use of Siemens S7-200 programmable logic

5、 controllerThe writer design the elevator control parts, such as, the part of register and cancel the instructions from the cabin, the part of register and cancel the instructions from the station hall, the part of choose station and direction, the part of door movement，the part of elevator operatio

6、n，the part of shown layer ，and so onThese parts achieve the functions：registering the instructions from the cabin and the station hall, choosing the direction and the station of elevator，elevator go up or down and door automatically，fingering out the location of the cabin, and other functions.Also u

7、se kingview 6.53 complete pc to plc control elevator simulation. Key Words：Four-story Elevator; Control System ;ProgrammableLogic Controller; kingview目錄目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 電梯的國內外發(fā)展狀況11.2課題的研究背景及意義21.3 PLC在電梯控制中的應用以及發(fā)展前景31.4課題研究的內容5第二章 電梯的綜述62.1電梯的結構及組成部件62.2電梯的種類72.3電梯的主要參數及性能指標7第三章 運行方案設計103.

8、1 總體方案的確定103.2 PLC控制系統(tǒng)方案設計103.3 電梯曳引方案11第四章 硬件選型、設計及計算124.1 四層電梯曳引電機及門電機電路圖124.2 可編程控制器(PLC)的選擇124.2.1 可編程控制器(PLC)的特點124.2.2 轎廂樓層位置檢測方法134.2.3 PLC的選型144.3 變頻器的選擇154.3.1 變頻器的原理164.3.2 變頻器的選擇174.3.3 VS-616G5型變頻器的特點174.3.4 VS-616G5型變頻器的結構及參數設置184.3.5 變頻器自學習功能的應用方法194.3.6 變頻器容量及制動電阻參數的計算19第五章 軟件設計225.1

9、電梯控制系統(tǒng)的主流程圖225.2 梯形圖235.2.1外召喚信號登記及消除235.2.2內指令信號登記及消除245.2.3電梯的平層信號處理255.2.4選層定向及反向截梯255.2.6各樓層停車信號305.2.7自動開關門30第六章 上位機組態(tài)監(jiān)控軟件336.1 上位機軟件設計概述336.2 設計監(jiān)控畫面356.3定義數據變量366.4 變量動畫連接376.5 應用程序命令396.6 動畫演示42第七章 結論與展望437.1 結論437.2 展望電梯發(fā)展方向43參考文獻44致謝45附錄1 語句表46內容第一章 緒論1.1 電梯的國內外發(fā)展狀況在經濟不斷發(fā)展，科學技術日新月異的今天，樓的高度已

10、和經濟發(fā)展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內的主要運輸工具，像其他的交通工具一樣，已經成為我們日常生活的一個不可缺少的組成部分。在全球經濟持續(xù)低迷的情況下，我國國民經濟仍然以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經成為全球最大的電梯市場。上世紀80年代以來，隨著經濟建設的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大?？傏厔菔巧仙?，目自口進入了“第三次浪潮”，2004年總產量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產安裝了6l萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠未達到飽和的程度。

11、全世界平均1000人有l(wèi)臺電梯，我國如果要達到這個水準，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產量達到135萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產量每年平均增長178。2005年安裝驗收電梯124465臺，截至05年底，我國的在用電梯總數已達651794臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺!我國電梯行業(yè)已經具備了很強的生產能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達等13家大型外商投資公司在國內的市場份額達到了7

12、4”。先進技術和先進管理的引進對國內電梯企業(yè)產生了強大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內市場需要的電梯產品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產，不但大量替代了進口，而且有一定的出口。國產電梯的技術水平和產品質量正在穩(wěn)步提高。自1985年我國參加了國際標準化組織ISO/TCl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標準和先進國家的標準。標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術上居于有利地位。許多新技術和新產品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術、遠程監(jiān)控技術等，國際上也是剛剛出現，我

13、國就有許多企業(yè)可以生產了。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達l萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻。當今世界，電梯的生產情況與使用數量已經成為衡量一個國家工業(yè)現代化程度的標志之一。在一些發(fā)達的工業(yè)國家，電梯的使用相當普遍1。1.2課題的研究背景及意義電梯是集機電一體的復雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現代電梯而言，應具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經采用了多項安全保護措施。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數和保險系數。然而，只有電梯的制造，安裝調試

14、、售后服務和維修保養(yǎng)都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。在國外，已“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認可的、法規(guī)認證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔安裝調試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調查和科學計算，其結論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。掘資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數每年約為80億人次，而乘電梯的人數每年卻有540億人次之多。目前，由可編程序控制器(PLC)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短

15、，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發(fā)展方向?？删幊绦蚩刂破鳎俏C技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機2。自1969年針對工業(yè)自動控制的特點和需要而丌發(fā)的第一臺PLC問世以來，迄今己30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求，同時也照顧到現場電氣操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成

16、一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學，調試和查錯都很容易。而且用戶程序的編制、修改和調試不需要具有專門的計算機編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機技術的普遍應用?？删幊绦蚩刂破鱌LC在現代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。PLC現已成為現代工業(yè)控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能，易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，同益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的傳統(tǒng)的

17、繼電一接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶會、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)德到廣泛應用。PLC的應用深度和廣度已經成為一個國家工業(yè)先進水平的重要標志之一?？傊?，電梯的控制是比較復雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著PLC應用技術的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起3。因此，它已經成為電梯運行中的關鍵技術。圖1-1通力專利摘要附圖1.3 PLC在電梯控制中的應用以及發(fā)展前景目前，在電梯的控制方式上，

18、主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種。而PlC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由于PLC中的內部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是PLC系統(tǒng)內存工作單元，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高4。PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術改造和控制系統(tǒng)的更新換代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術。隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進行研究改進。

19、綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機電設備，要實現“綠色”，也就是強調電梯更舒適、更安全地為人類的生產和生活服務，強調電梯與環(huán)境的協調與和諧。目前意義上的“綠色”，一般是強調“天然”的一面，強調與環(huán)境的協調與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產品，其天然性應表現為對環(huán)境影響的盡可能小，與環(huán)境的協調與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應是綠色電梯的發(fā)展方向。(1)智能化。我們這罩所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種技術的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動控制，實際上還算不上智能。而真正的智能電梯應更具人性化特點，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點

20、，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無法比擬的東西，具有動念和隨機處理各種問題的能力，諸如能根據轎廂內的情況和各層的候梯信息，自動地制定每次最優(yōu)的運動速度和停車政策；自動選擇運動方面；雙向語音交流；到達目的層的語音提示等，讓乘客有更多的主動性，使大樓交通運輸實現真正的人機對話。智能化要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除5。圖1-2 電梯門的智能控制(2)安全。運行安全是電梯的根本和關鍵。可以說，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運行更有保障。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強的電磁輻射，使用安全材料和運行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位

21、乘客在寬敞、明亮轎廂內有安全、舒適的好心情。(3)與環(huán)境的協調和平衡，包括以下幾個方面：視覺協調。有人曾經做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺不協調的環(huán)境色彩對人的情緒、精神影響非常大。色彩宜人，格調高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。消除電磁輻射。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化(0A)、樓宇自動化(BA)、通訊自動化(CA)的正常運轉。舒適感。通

22、過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優(yōu)化設計而成的理想運行曲線，實現更穩(wěn)定、更舒適的運行6。圖1-3 電梯運行速度曲線隨著時代的發(fā)展，對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內，心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進行豪華性裝修。1.4課題研究的內容課題所研究的內容主要是用可編程控制器（PLC）改造在用電梯自動控制系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產老式電梯的改造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量

23、，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。論文的主要內容如下：首先對電梯系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）及變頻器作了比較全面的總結和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類及特點，電梯的控制系統(tǒng)分為調速和信號控制兩大部分。確定了系統(tǒng)的總體結構，由 PLC 來實現電梯信號控制，有雙速電機實現調速，完成了電機和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選型、I/O 點數分配與 PLC 的連接。在接下來的章節(jié)中，采用國內使用非常普遍的工業(yè)控制組態(tài)軟件組

24、態(tài)王6.53，開發(fā)出了本電梯的上位機對電梯系統(tǒng)的仿真模擬，使本設計具有了一定的可視化效果。第二章 電梯的綜述2.1電梯的結構及組成部件電梯是機電一體化產品。各部分通過控制部分調度，密切協同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數為電力拖動、鋼絲繩拽引式結構，其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成7。電梯的基本結構如圖2-1所示。1控制柜(屏)2一拽引機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導軌11對重12廳門13緩

25、沖器圖2-1 電梯的基本結構2.2電梯的種類 2003年2月19日國務院頒布了特種設備安全監(jiān)察條例，明確規(guī)定電梯是特種設備，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅動，利用沿剛性導軌運行的箱體或者沿固定線路運行的梯級(踏板)進行升降或者平行運送人、貨物的機電設備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，既包括上下運送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動人行道(英語Passenger Conveyor)和自動扶梯(英語Escalator)。現代電梯主要由曳引機（絞車）、導軌、對重裝置、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建

26、筑物的井道和機房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適等。電梯的基本參數主要有額定載重量、可乘人數、額定速度、轎廂外廓尺寸和井道型式等8。目前，電梯行業(yè)及社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。(2)按額定速度分： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的電梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的電梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的電梯。超高速梯，速度超過5.00m/s的電梯。(3)

27、按拖動方式分：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺旋式電梯。(4)按控制方式分：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。其他分類方式還有：按電梯有無司機分類等9。2.3電梯的主要參數及性能指標1.性能指標：（1）安全性 電梯時運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人相伴隨，因此對電梯的第一要求就是安全。電梯的安全與設計、制造、安裝調試及檢修各環(huán)節(jié)都有密切聯系，任何一個環(huán)節(jié)出了問題，都可能造成不安全的隱患，以致造成事故。（2）可靠性 電梯的可靠性很重要，如果一部電梯工作起來經常出故障，就會影響人們正常的生產與生活，

28、給人們造成很大的不便，不可靠也是事故的隱患，常常是不安全的起因。要想提高可靠性，首先應提高構成電梯的各個零部件的可靠性，只有每個零部件都是可靠的，整個電梯才能使可靠的。（3）停站的準確性 停站準確性又稱平層準確度，平層精度。GB/T10058-1997電梯技術條件對轎廂的平層準確度規(guī)定如下：電梯類型額定速度(m/s)平層準確度(mm)交流雙速電梯0.25或0.5150.75或1.030交直流快速電梯1.52.015交直流高速電梯2.05電梯轎廂的平層準確度與電梯的額定速度，電梯的負載情況有密切關系。負載重，則慣性大，提速高慣性也大。因此檢查平層準確度時，分別以空載，滿載，上下運行，到達同一層站

29、停測量平衡誤差，取其最大值做平層站的平層準確度。（4）振動、噪聲及電磁干擾現代電梯是為乘客創(chuàng)造舒適的生活和工作環(huán)境。因側要求電梯運行平穩(wěn)，安靜，無電磁干擾。（5）舒適感和快速感 電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的，快速可以節(jié)省時間，這對于快節(jié)奏的現代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和減速度的過分增大的不合理變化又會造成乘客的不適感。因此在電梯設計時就要兼顧快速性和舒適感這兩個互相矛盾的因素。（6）節(jié)能 現代電梯應該合理的選擇拖動方式，以達到節(jié)能的目的2.主要參數：1）額定載重量（kg）：制造和設計規(guī)定的電梯載重量。2）轎廂尺寸（mm）：寬深高。3）轎廂形式：有單或雙面開門及其

30、它特殊要求等，以及對轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇，對電風扇、電話的要求等。4）轎門形式：有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙拆門、封閉式雙拆中分門等。5）開門寬度（mm）：轎廂門和廳門完全開啟的凈寬度。6）開門方向：人在廳外面對廳門，門向左方向的為左開門，門向右方向開啟的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱為中分門。7）曳引方式：常用的有半繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲的運行速度。半繞2：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲運行速度的一半。全繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲的運行速度。8）額定速度（m/s）：制造和設計所規(guī)定的電梯運行速度。9）電氣控制系統(tǒng)：包括控制方

31、式、拖動系統(tǒng)的形式等。如交流電機拖動或直流電機拖動，轎內按鈕控制或集選控制等。10）停層站數（站）：凡在建筑物內各層樓用于出入轎廂的地點均稱為站。11）提升高度（mm）：由底層端站樓面至層頂端站樓面之間的垂直距離。12）頂層高度（mm）:由頂層端站樓面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構件之的垂直距離。電梯的運行速度越快，頂層高度一般越高。13）底坑深度（mm）：由層底端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運行速度越快，底坑一般越深。14）井道深度（mm）：由井道底面至機房樓房或隔音層樓房板下最突出構件之間的垂直距離。15）井道尺寸（mm）：寬深10。第三章 運行方案設計3.1 總體方案的確定電

32、梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖3-1電梯系統(tǒng)結構框圖，主要硬件由轎廂、開門機構、曳引機構、控制系統(tǒng)等組成。圖3-1電梯系統(tǒng)結構框圖3.2 PLC控制系統(tǒng)方案設計1.信號控制系統(tǒng)電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖4-1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統(tǒng)等11。系統(tǒng)控制核心為PLC主機，操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯

33、示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號12。轎廂操縱盤廳外呼梯輸入接口PC主機CPU 存儲器輸出接口調整器拖動控制井道裝置安全裝置指層器門機控制圖3-2 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構圖2.電梯控制系統(tǒng)實現的功能電梯的控制系統(tǒng)實現如下功能：1)行車方向由內選信號決定,順向優(yōu)先執(zhí)行; 2)行車途中如遇呼梯信號時,順向截車,反向不截車; 3)內選信號、呼梯信號具有記憶功能,執(zhí)行后解除。 4)內選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均由信號燈指示5)停層時可延時自動開門、手動開門、(關門過程中)本層順向呼梯開門; 6)延時自動關門,關門后延時等待內選，自動行車; 7)行車時不能手動開門或本層呼梯開

34、門,開門不能行車。3.3 電梯曳引方案曳引電梯是當今世界應用最為廣泛的梯型，具有安全可靠、提升高度大、結構緊湊等優(yōu)點【】。曳引電梯最常用的曳引比有1：1和2；1兩種，其工作原理如圖3-3所示。本設計出于降低對電機的要求的考慮，采用了2：1的曳引方案13。圖3-3 電梯曳引系統(tǒng)工作原理示意圖第四章 硬件選型、設計及計算4.1 四層電梯曳引電機及門電機電路圖根據設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖5-1所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，FR2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時

35、斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。圖4-1 電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖4.2 可編程控制器(PLC)的選擇4.2.1 可編程控制器(PLC)的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強PLC是為工業(yè)控制而設計的，除了對器件的嚴格篩選外，在硬件和軟件兩個方面還采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到(35)104h以上。（2）編程直觀、簡單考慮到大多數電氣技術人員熟悉電氣控制線路的特點，PLC沒有采用微機控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語言。梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學易懂，電氣工程師和具

36、有一定知識的電氣技術人員都可在短時間內學會，計算機技術和傳統(tǒng)的繼電器控制技術間的隔閡在PLC上完全不存在。因此，許多國家生產的PLC都把梯形圖語言作為第一用戶語言，此外，還可采用指令表進行編程控制。（3）適應性好PLC是通過程序實現控制的。當控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序即可。由于PLC產品已標準化，系列化，模塊化，因此能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。其適應能力非常強，既可控制一臺機器，一條生產線，也可控制一個復雜的群控系統(tǒng)；既可以現場控制，又可以遠距離控制。（4）功能完善，接口功能強目前的PLC具有數字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數、順序控制、

37、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使設備控制水平大大提高；其接口功率驅動范圍較大，不象普通的計算機輸出信號需放大才能驅動負載，極大地方便了用戶。其常用的數字量輸入輸出接口，就電源而言有110 V、220 V交流和5V、48 V直流等多種，負載能力可在0.55 A的范圍內變化，模擬量的輸入輸出有50 mV、10 V和010 mA、420 mA等多種規(guī)格，可以很方便地將PLC與各種不同的現場控制設備順序連接，組成應用系統(tǒng)。由于PLC具有以上特點，因此，與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制和現在流行的電腦控制相比較，在電梯這樣的大型電氣設備的控制系統(tǒng)中采用PLC實現控制應是最佳選擇。近年來，PLC在處理速

38、度、控制功能、通信能力及控制領域等方面都不斷有新的突破，正向著電氣控制、儀表控制、計算機控制一體化(EIC)方向發(fā)展，PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置，是構成FMS、COMC、FA的主控單元14。4.2.2 轎廂樓層位置檢測方法主要方法有如下幾種:(1) 用干簧管磁感應器或其它位置開關:這種方法直觀、簡單，但由于每層需使用一個磁感應器，當樓層較高時，會占用PLC太多的輸入點。(2) 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關:這種方法需對磁保開關的不同狀態(tài)進行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權代碼，進行運算時需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大9。(3) 利用旋轉編碼

39、器:目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或專用計數單元，計數準確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測取電梯運行過程中的準確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內置24V直流電源，硬件連接可謂簡單方便。由以上分析可見，用旋轉編碼器檢測轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設計采用此法。4.2.3 PLC的選型根據以上選擇的轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數計數器。又因為電梯是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數器15。本設計再考慮到以下幾個方面，因此選用西門子PLC來實現四層樓電梯的電氣控制:(1)配置簡單。各種機型均可采用相同配置，簡化設備采購和

40、倉庫庫存管理。(2)編程方便。用戶可根據不同機型的流程要求編制程序，程序調試和修改都非常簡便，能根據客戶需求進行變化；程序可采用密碼保護，保護自己的勞動成果。而且PLC采用的梯形圖語言簡單易學，容易上手，不像單片機控制系統(tǒng)那樣復雜而且一旦定型不易修改，不能根據客戶需求變化。(3)系統(tǒng)能非常方便地連接到PC機監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據應用情況，有時可無須增加額外硬件就能實現；增加適當硬件可連接到互聯網上。(4)系統(tǒng)外觀高檔，控制靈活，精確度高；故障率極低，節(jié)省維護成本。綜上所述，在本次設計中選用西門子PLC進行過程控制。S7-200CNCPU型號包括CPU222CN，CPU224C

41、N,CPU226CN等。 S7-200CN針對低性能要求的小型PLC，它能夠控制各種設備以滿足自動化控制需求，緊湊的結構、靈活的配置和強大的指令集使S7-200成為各種控制應用的理想解決方案。根據電梯控制的要求，需要22個輸入21個輸出點，可選用CPU226CN作為主控制器。它集成24輸入/16輸出，共40個數字量I/O點；可連接7個擴展模塊，最大擴展168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點；具有12K字節(jié)程序和8K字節(jié)數據存儲空間和6個獨立的30KHZ高速計數器，兩路獨立的20KHZ高速脈沖輸出，1個RS485通訊/編程口。是具有較強控制力的控制器，用于控制電梯的運行16。輸入輸出分布如

42、下表。序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層平層I0.00電梯上行記憶Q0.01二層平層I0.11電梯下行記憶Q0.12三層平層I0.22電機正轉Q0.23四層平層I0.33電機反轉Q0.34內呼一樓I0.44內呼一樓指示Q0.45內呼二樓I0.55內呼二樓指示Q0.56內呼三樓I0.66內呼三樓指示Q0.67內呼四樓I0.77內呼四樓指示Q0.78一層外呼上行I1.08一層外呼上行指示Q1.09二層外呼上行I1.19二層外呼上行指示Q1.110三樓外呼上行I1.210三樓外呼上行指示Q1.211二樓外呼下行I1.311二樓外呼下行指示Q1.312三樓外呼下行I1.412三樓外呼下行指示Q1.

43、413四樓外呼下行I1.513四樓外呼下行指示Q1.514手動開門I2.014門電機正轉Q1.615手動關門I2.115門電機反轉Q1.716開門限位I2.2 17關門限位I2.3 18電梯上升極限位I2.419電梯下降極限位I2.54.3 變頻器的選擇隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調速已應用到許多領域，由于變頻調速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。目前，有為電梯控制而設計的專用變頻器早已問世，其功能較強，使用靈活，但其價格相對較貴。因此，本設計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設計的特點之一

44、。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結構也不盡相同，但其總的控制思想卻是大同小異。4.3.1 變頻器的原理變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現代使用的變頻器主要采用交-直-交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源提供給電動機，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形16。中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。如圖4-2所示。圖

45、4-2 變頻器的基本構成變頻器是利用輸出功率可改變的交流電力拖動設備。變頻器調速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調節(jié)技術逆變?yōu)轭l率可調、幅度也隨之改變的三相交流電。以此為電源再供給電機使用。如圖4-3所示。圖4-3 變頻器的電路連接示意圖4.3.2 變頻器的選擇電梯的調速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，它的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內容。本設計中拖動調速系統(tǒng)的關鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。

46、考慮以上各種因素，本設計選用安川VS-616G5型全數字變頻器，它具有磁通矢量控制、轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能8，可以最大限度地提高電機功率因數和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合17。4.3.3 VS-616G5型變頻器的特點VS-616G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實現了矢量控制，通過其本身的自動調諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉矩與較高的調速范圍。VS-616G5變頻器的特點如下:(1) 包括電流矢量控制在內的四種控制方式均實現了標準化。(2) 有豐富的

47、內藏與選擇功能。(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。(4) 保護功能完善、維修性能好。(5) 通過LCD操作裝置，可提高操作性能4.3.4 VS-616G5型變頻器的結構及參數設置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關量而不用模擬量。由于616G5是通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數設置比專用型變頻器要復雜得多。616G5變頻器共有9組參數，每一組參數的設定都具有特定的含義。常用參數如表4-3 10。表4-3變頻器參數參數功用A組確定控制模式B組選擇運行功能C組確定加減速時間及轉矩補償時間D組選擇頻

48、率E組確定運行壓頻曲線F組保護設置H組確定偏差標準參數設置的原則:(1) 為減小啟動沖擊及增加調速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數宜小些，而積分時間常數宜大些；(2) 為了提高運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊；(3) 零速一般設置為0Hz，速抱閘功能將影響舒適感；(4) 變頻器其他常用參數可根據電網電壓和電機銘牌據直接輸入，具體的設置見表4-4。表4-4安川616G5變頻器主要參數設置表參數名稱設定值說明A1-02控制方式選擇2不帶PG矢量控制方式B1-01頻率指令選擇1B1-02運行指令選擇1B1-03停止方法選擇0B1-04反轉禁止選擇0B2-01零速電平選

49、擇0.1HzB2-04停止時直流制動時間1.0sC1-03加速時間22.0sC1-04減速時間22.0sC2-01加速開始時S型曲線時間0.6sC2-02加速完了時S型曲線時間0.6sC2-03減速開始時S型曲線時間0.6sC2-04減速完了時S型曲線時間0.6sC5-01ASR比例增益15C5-02ASR積分時間13sD1-09檢修速度200rpmE1-01輸入電壓設置380vE1-04最高輸出頻率50HvE1-05最大電壓380E1-06額定電壓頻率50HvE1-09最低輸出頻率電壓0vE2-01電機額定電流按電機銘牌設置E2-02電機額定滑差按電機銘牌設置E2-03電機空載電流按電機銘牌

50、設置E2-04電機極數按電機銘牌設置F1-01PG常數按電機銘牌設置F1-02PG斷線檢測時的動作選擇0F1-03超速時的動作選擇0F1-04超度偏差過大時的動作選擇0F1-05PG分頻比根據電機極數設置4.3.5 變頻器自學習功能的應用方法為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數設置后，需使變頻器對所驅動的電動機進行自學習，而616G5就具有曳引機參數自學習的功能，其方法是:將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關參數，變頻器將根據識別到的結果調整控制算法中的有關參數。顯然，這一組自學習到的參數，是和變頻器匹配的最佳參數，使變頻器能對該

51、電動機進行最佳控制。4.3.6 變頻器容量及制動電阻參數的計算(1) 變頻器容量的計算變頻器的功率可根據曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行計算。設電梯曳引機電機功率為P1，電梯運行速度為v，電梯自重為W1，電梯載重為W2，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-W3)g+F1v (4-1)其中F1=K(W1+W2-W3)g+f為摩擦力，f可忽略不計。K是傳動系統(tǒng)中隨牽引力變化的摩擦力的摩擦系數。電機功率P1，變頻器功率P應接近于電機功率P1，相對于P2留有安全裕量，可取P1.5 P2。因為：K=0.02，W1=1

52、600Kg，W2=800Kg，W3=2000 Kg，g=9.8m/s2，v=1.5m/s代入以上各參數，得P2=7.2 KW。電機功率P1=11 KW，變頻器的功率P應接近于電機功率P1，相對于P2留有較大裕量，可取P=1.5 P2=10.8KW。(2) 變頻器制動電阻參數的計算由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產生再生能量，所以變頻調速裝置應具有制動功能。帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器雖然能夠將再生能量回饋電網，但成本太高。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。能耗制動電阻Rz的大小應使制動電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即 I

53、Z=UD/RZIN/2 (4-2) 其中UD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。根據這個原則，日本三菱公司為各種型號的變頻器配備了制動電阻，查閱變頻器的使用說明書可得，電機額定功率為11 KW時，選用的制動電阻型號為R01.1400W60。本文采用24V增量式旋轉編碼器，它與主電動機同軸相連，編碼器產生的脈沖直接輸入PLC的高速脈沖計數輸入端I2.7，在PLC中通過對此脈沖的計數，可以用程序計算出電梯走過的距離及當前的速度18，從而完成調速系統(tǒng)的位置和速度反饋。接口示意圖如上圖4-4。圖4-4 調速系統(tǒng)接口示意圖變頻器的

54、Q1.8端為變頻器故障復位的信號輸入端，使得變頻器停止工作。Q1.6、Q1.7分別為曳引機的正反轉輸入信號，I2.6是變頻器故障輸入到PLC，I2.7是旋轉編碼器的輸入計數端。VOL+、VLL-是調頻調壓的電壓控制端。這些端口通過PLC的擴展實現。第五章 軟件設計5.1 電梯控制系統(tǒng)的主流程圖根據電梯控制要求，電梯在邏輯控制程序操控下往復運行，其循環(huán)過程為： 指令登記，判斷電梯的運行方向；起動運行，在運行途中實現順向截梯、廳呼梯信號和轎內選擇指令的記憶等操作。到達選層層站后，換速平層并消號，并完成開、 關門操作等。PLC 程序采用模塊化設計實現上述功能，其結構清晰、便于調試, 如轎廂內外指令的

55、登記與消號自動定向、選層換速、順向截梯及層樓數指示等模塊.模塊間不完全獨立,它們之間存在著有機聯系通過修改 PLC 控制程序可實現多種電梯運行方式19。圖5-1 電梯控制系統(tǒng)主流程圖5.2 梯形圖5.2.1外召喚信號登記及消除5.2.2內指令信號登記及消除點動內呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。本系統(tǒng)設一樓為基站，兩分鐘內無任何操作，電梯自動返回一樓。5.2.3電梯的平層信號處理5.2.4選層定向及反向截梯1.轎廂上行2.轎廂下行5.2.5內指令外召喚信號的保持轎廂的內呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關門操作。開關門執(zhí)行一次之后，信號取消。使電梯能夠

56、繼續(xù)響應其他乘坐信號。5.2.6各樓層停車信號5.2.7自動開關門 如梯形圖所示，電梯到層停車后，延時2s開門，5s后自動關門。并設有手動開門按扭和關門按鈕?？蓪崿F即時開關門。第六章 上位機組態(tài)監(jiān)控軟件6.1 上位機軟件設計概述組態(tài)軟件是數據采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的軟件平臺工具，是工業(yè)應用軟件的一個組成部分。組態(tài)軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種

57、工控設備和常見的通信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。組態(tài)王軟件是國內第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的在國內使用較廣泛的軟件品牌(更早的品牌多數已經湮滅)。相對于其它組態(tài)軟件，組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持，也提供多種硬件驅動程序。本文使用的組態(tài)王軟件的較新版本組態(tài)王kingview6.5320。1)組態(tài)王kingview6.53的主要性能特點。組念王是亞控科技公司自主開發(fā)的組態(tài)技術軟件，其技術在不斷的創(chuàng)新中，組態(tài)王kingview6.53主要的性能特點簡要列舉如下：a畫面制作系統(tǒng)：支持無限色和過渡色，

58、使用戶輕松構造面無限逼真、美觀的畫面。并且提供圖庫、按鈕、位圖、可視化動畫連接向導等功能，使畫面設計過程變得簡單易行。b報警和事件系統(tǒng)：分布式報警管理提供多種報警管理功能，還可以記錄應用程序事件和操作員操作信息。c報表系統(tǒng)：提供一套全新的、集成的內嵌式報表系統(tǒng)，內部提供豐富的報表函數，用戶可創(chuàng)建多樣的報表，提供報表工具條，操作簡單明了。d控件：支持Windows標準的Active X控件(主要為可視控件)，包括Microsoft提供的標準Active X控件和用戶自制的Active X控件；新增三個功能強大的控件，即數據表格控件、歷史曲線控件、PID調節(jié)控件eOPT：開發(fā)人員可以從任何一個OP

59、C服務器直接獲取動態(tài)數據，并集成到組態(tài)王中；同時組態(tài)王作為OPC服務器，可向其他符合OPC規(guī)范的廠商的控制系統(tǒng)提供數據。f通訊系統(tǒng)：支持遠程撥號、支持開發(fā)中進行硬件測試、支持網絡DDE，實現組態(tài)王與excel和vb程序間通過網絡進行數據交換。g安全系統(tǒng)：采用分級和分區(qū)保護的雙重保護策略，使工程的安全性大大提高。2)組態(tài)王系統(tǒng)的結構“組態(tài)王”是運行于Microsoft Windows 98，NT、2000和XP版本中文平臺的全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、COM組件等新技術，實現了實時多任務，軟件運行穩(wěn)定可靠。工程瀏覽器(PROJMAK)：是一個具有集成開發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建工程

60、，并對工程進行管理。可以查看工程的各個組成部分，完成構造數據庫、定義外部設備等工作。開發(fā)系統(tǒng)(TOUCHMAK)：開發(fā)系統(tǒng)是應用程序的開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中完成設計畫面、動畫連接等工作。TOUCHMAK具有先進完善的圖形生成功能；數據庫中有多種數據類型，能合理地抽象控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡單的操作辦法。運行系統(tǒng)(TOUCHMAK)：組態(tài)王軟件的實時運行環(huán)境。在TOUCHMAK中建立的圖形畫面只有在TOUCHIVEW中才能運行。TOUCHVIEW從工業(yè)控制對象中采集數據，并記錄在實時數據庫中。它還負責把數據的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并生成歷史數據文件。畫面的“開發(fā)系統(tǒng)”和“運行系統(tǒng)”由“工程瀏覽器”調用，且兩個系統(tǒng)可以獨立于“工程瀏覽器”工作。3)組態(tài)王制作一個工程的一般過程建立新組態(tài)王工程的一般過程是