PLC在电梯电气控制中的应用摘要.docx

PLC在电梯电气控制中的应用摘要.docx

《PLC在电梯电气控制中的应用摘要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC在电梯电气控制中的应用摘要.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

PLC在电梯电气控制中的应用摘要

 PLC在电梯电气控制中的应用摘要：

 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。

但由于电梯控制系统的复杂性，使继电器接触控制系统的接线复杂，可能使用成百上千的各式各样的继电器，由很多导线用复杂的方式连接起来，这样如果某个继电器损坏或者触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。

随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。

鉴于PLC的种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式也有原来直流调速逐渐过渡到了交流调速。

因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。

PLC技术的应用于电梯自动控制很好地解决了电梯控制系统过于复杂的问题。

　　作为通用工业控制计算机，（PLC）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、计时、计数和算术运算等操作的指令，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或生产过程。

　　PLC经过多年应用得到了不断的发展，具有显著的优点。

由于内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

PLC发展到今天已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

同时还具有体积小，重量轻，能耗低等优点。

正因为具有以上优点PLC技术广泛的应用于工业控制的各个领域，本文中PLC技术实现四层电梯自动控制便是很好的例证。

 本系统设计就是采用三菱PLC（FX2N）作为电梯的控制装置。

目 录

1绪论………………………………………………………………………………………1

1.1电梯简史………………………………………………………………………………1

1.2电梯的分类……………………………………………………………………………1

1.3曳引式电梯的基本结构………………………………………………………………2

2方案的选择………………………………………………………………………………8

2.1控制方式的选择………………………………………………………………………8

2.2拖动方案的选择……………………………………………...………………………8

2.3输入部分说明…………………………………………………..……………………8

2.4输出部分说明………………………………………………………………………10

3硬件电路设计 …………………………………………………….....………………11

3.1设计框图…..…………………………………………………………………………11

3.2变频器的介绍………………………………………………………………………11

3.3主电路设计…………………………………………………………………………15

3.4PLC控制电路的设计………………………………………………………………17

3.5参数的计算和元器件的选择………………………………………………………22

4软件设计………………………………………………………………………………26

4.1电梯运行流程图……………………………………………………………………26

4.2程序初始化及说明…………………………………………………………………27

5参考文献………………………………………………………………………………50

1绪论

 在寸土寸金的都市中，建造高层建筑是人类向地球索取更大活动空间的重要手段，林立的高楼大厦已成为现代化都市的重要标志。

而电梯是建筑高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送货物，是机械、电气结合的机电一体化产品。

 随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，对电梯的安全性和自动控制水平的要求越来越高。

由早期的继电器控制开始，到当今微电子技术普及，电梯的控制方式与控制手段发生了重大的变化，而交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向，其控制也日新月异，有微机PC控制、PLC控制和单片机控制。

 本设计四层楼的电梯，既考虑到其现代化发展的趋势，同时其安全可靠性和成本也是首要问题。

采用PLC作为其控制器，通过PLC控制其外设的变频器和旋转编码器来实现其电梯的稳定运行和精确的位移控制，其设计简单，安全性高。

 电梯作为建筑物的垂直交通工具，每天都和千百万乘客打交道，它的性能好坏，直接影响到人们的生产，生活，越来越引起人们的关注。

国家，地方和使用单位都制定了一系列的标准和规定，以确保电梯的使用安全和可靠。

1.1电梯简史

 1852年，世界上第一台在德国柏林电梯诞生了，采用电动机拖动。

以后，美国出现以蒸汽机为动力的客梯。

美国人奥的斯研究出电梯的安全装置，开创了升降机工业或者说电梯工业新纪元。

 1857年，世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼提供了重要的垂直运输工具。

 1889年，奥的斯（OTIS）公司在纽约试制成功第一台电力驱动蜗轮减速的电梯，这一设计思想为现代化的电梯奠定了基础，它的基本结构至今仍被广泛使用。

1.2电梯的分类

 电梯的定义为：

用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于15°的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。

习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。

 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。

1.2.1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。

1.2.2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.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。

1.2.3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。

 高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。

 超高速，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。

1.2.4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。

1.2.5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。

1.3曳引式电梯的基本结构

 曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，现将其基本结构介绍如下：

 1、曳引系统

曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。

 曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。

 曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。

 导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。

导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。

 当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。

反绳轮的个数可以是1个、2

 个甚至3个，这与曳引比有关。

 图1.1 曳引系统

1曳引机  2反绳轮  3机座  4曳引钢丝绳  5反绳轮

2、导向系统

 导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。

它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。

 导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。

 导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。

 图1.2   导向系统

3、门系统

 门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。

 轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。

 层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。

 开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。

 图1.3 门系统

4、轿厢

 轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。

它是由轿厢架和轿厢体组成。

轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。

轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。

轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。

 图1.4 轿厢

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的额定载重。

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平衡设计影响的装置。

 图1.5 重量平衡系统

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，对电梯实行速度控制。

 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直流电机。

 供电系统是为电机提供电源的装置。

 速度反馈装置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，与电机相联。

 调速装置对曳引电机实行调速控制。

 图1.6 电力拖动系统

7、电气控制系统

 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。

 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。

 控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。

 位置显示是指轿内和层站的指层灯。

层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。

 选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。

 图1.7 电气控制系统

8、安全保护系统

 安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。

 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等。

 电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。

 图1.8 安全保护系统

 1轿厢   2缓冲器   3安全钳

图1.9 曳引式电梯的基本结构

2方案的选择

2.1控制方式的选择

 电梯的运行是一个复杂的过程。

为了安全、方便、舒适地运行，除了需要良好的拖动系统外还必须有一套完善可靠的控制系统。

 电梯的控制方式有：

（1）、电磁继电控制系统

（2）、微机（PC）控制系统（3）、可编程控制器（PLC）控制系统（4）、单片机控制系统等。

 目前电梯的控制普遍采用以下两种方式。

一种是以微机（PC）作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能设定，实现电梯的自动高度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来控制的微机控制。

另一种是用可编程控制器（PLC）取代微机（PC）实现信号的集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种控制方法没有太多的区别。

国内大多的电梯厂家选用第二种控制方法，其原因在于生产规模小，自己设计制造微机控制装置成本高，而PLC可靠性高，成本低廉，程序设计方便灵活、使用维护简单、等优点正好弥补了微机控制系统的不足。

2.2拖动方案的选择

 方案选择：

电梯的控制包括控制系统和拖动系统。

 电梯的拖动系统经历了从简单到复杂的过程。

目前用于电梯的拖动系统主要有：

单、双速交流电动机拖动系统；交流电动机定子调压、调速拖动系统；直流发电机―电动机、晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电动系统；VVVF变频变压调速拖动系统。

 直流发电机―电动机、晶闸管励磁拖动系统具有调速性能好，调速范围大的特点，因此，很早就应用于电梯的拖动系统，它控制的速度可达4m/s。

但是这种机组结构体积大、耗电大、维护工作量大且造价高，常用于对速度、舒适感都要求比较高的场合。

 交流单、双速交流电动机拖动系统具有结构紧凑、维护方便。

线路简单、成本较低的优点，但舒适感较差（尤其反映在减速上）。

涡流制动、能耗制动的应用使其获得了较好的舒适感和平层精度，因而得到了广泛的应用。

 晶闸管直接供电动系统与直流发电机―电动机、晶闸管励磁拖动系统相比有以下优点：

机房占地节约35%、重量减轻40%、节能25%-35%、调速比可达1：

1200。

缺点是：

速度、舒适感都要求比较差。

 VVVF系统虽然采用交流电动机驱动，却可以达到直流电机的水平。

它体积小，重量轻，效率高，节省能源，几乎包括了以往所有拖动系统的优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。

 本设计采用VVVF变频调速拖动系统，整个拖动系统由一台YTD-7.5KW6/24电动机作主驱动电机，一台0.125KW电动机作开关门驱动电机。

其中主电动机双速正转运行，减速和加速运行，门电机正反转运行。

 本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制。

具有一定的代表性和普遍性。

2.3输入部分说明

1、工作方式选择：

 电梯的运行状态有自动，司机，检修三种本设计采用了的工作方式有：

自动、手动和检修三种功能选择。

 自动工作方式：

由PLC控制，自动检测信号再由PLC程序做出控制。

 检修工作方式：

当电梯出现故障时，电梯可由人工控制，以慢车方式上下运行

2、电梯运行中位置信号的检测：

 本系统应用相对计数方式运行前将各信号所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算各信号。

作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。

采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求，但和国外高性能的电梯相比还需要进一步改进。

3、开/关门到位信号：

 与开关到位的行程开关并接，作为一个输入点，可以用开关到位的常开触点并联在输入点上来区别开/关到位信号。

4、上/下极限位置：

 在电梯井道的上端和下端各装有一个极限开关，在电梯运行到极限位置的时候，电梯将停止运行

5、采用基站钥匙：

 在电梯的基站装一个钥匙开关，也就是电梯的一楼安装钥匙开关，通过钥匙开关控制电梯电源，来控制其运行和停止。

6、外呼：

 在顶层和基站各需一个外呼按钮（顶层下呼基站上呼），其它各层既有上呼又有下呼。

因此我们设计外呼设有6个输入点。

7、内选：

 本设计是四层电梯，必须每层配有一个内选按钮。

8、保护措施：

 其中任何一个信号就发出就必须立即就近停车，切断电源。

 a、主电路及控制电路的短路保护：

在主电路和控制电路的三相电源上装有熔断器，以防在发生短路的时候，及时切断电源，保护电机。

 b、过载保护：

在主电路上装有继电器。

 c、开/关门的安全保护：

在轿门上装有安全触板，当有物体触及安全触板时，带动门电机运行，使轿门开门。

 d、相序保护（相序调整）：

采用三相保护器，保护相序以及对相序的调整。

 e、超载，超速，过热，欠压保护措施：

设超载开关，当开关被触及，则门电机运行开门，同时接通报警装置，电梯停止。

设限速器，为光电检测装置，当速度过快时，限速器动作，电机停止。

设热继电器，防止过热。

9、相序纠正：

 为了防止相序发生错误，我们选用一个相序继电器，一旦发生差错，就输入一个信号，通过PLC程序自动调整相序。

10、无信号自动停机：

 在没有内选和外呼的信号下，通过延时程序将电梯的工作状态由运行转为停止状态，当有信号的时候，电机将恢复运行。

11、手动开关门：

 在电梯的内部设有一个手动开、关门。

 本设计经上统计：

输入部分共占用27个输入点。

2.4输出部分说明

1、控制电梯：

 通过PLC控制变频器来控制电梯的上行和下行。

2、控制电源站：

 控制电梯供电主接触器。

3、报警信号输出：

 故障报警：

在电梯非正常运行情况下，接通报警装置，同时断开安全回路，使电梯停止运行。

4、控制门电机控制：

 控制其门电梯的正反转接触器。

5、内选应答：

 每层对应一个内选应答信号。

6、层楼指示：

 每层对应一个层楼信号。

7、换速：

 即快速、慢速、稳速、爬行等转台的控制。

8、外部异常和异常复位：

 通过PLC控制变频器的来实现。

9、BB封锁：

 当碰到外部异常信号，变频器错漏脉冲信号，接通报警器的同时接通BB封锁，变频器停止输出。

 经统计输出占18个点。

3硬件电路设计

3.1设计框图

图（3.1）硬件设计框图

3.2变频器的介绍

3.2.1变频器的分类

 变频器分为交-直-交变频和交-交变频两种形式。

交-交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接变频器。

而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电，称为间接变频器。

 变频器主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成：

图（3.2）所示

 图（3.2）变频器的基本组成

 本设计采用间接变频器控制，按控制方式可分为U/F控制、转差频率控制、矢量控制。

 上述的U/F控制方式和转差率控制方式的控制思想都建立的异步电动机的静态数学模型上，因此，动态性能指标不高，对于动态性能比较高的可采用矢量控制变频器。

 采用矢量控制的目的：

主要是为了提高变频器的动态性能。

根据交流电动机的动态数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加于控制，即模仿自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。

3.2.2变频器的输入/输出及其引脚

1主电路

 R，S，T          为三相交流电源输入端，接L1，L2，L3。

 T1，T2，T3  为变频器的三相输出，接电机U，V，W端。

2变频器数字量输入

 引脚1（FWD-CM）正转/停止 接通：

电动机正相运转，轿箱牵引。

断开：

电动机减速停止，轿箱减速停止。

 引脚2（REV-CM）反转/停止 接通：

电机反向运转，轿箱下引。

         断开：

电动机减速停止，轿箱减速停止。

 引脚3               外部异常信号输入。

 引脚4               异常复位信号输入。

 引脚5（X5-CM）     快车  接通：

电机高速运行，轿箱快速运行。

 引脚6（X6-CM）     爬行  接通：

电机低速运行，轿箱爬行状态。

 引脚7（X7-CM）     慢车  接通：

电机低速运行，轿箱慢速运行（检修）。

 引脚8（X8-CM）     BB封锁信号输入。

接通：

变频器停止输出。

 引脚11：

1—8共同端。

3.2.3电梯变频器调速系统的构成：

图（3.3）电梯变频器调速系统构成

 PLC负责处理各种逻辑关系，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信号送到PLC，形成双向联络线。

3.2.4工作原理：

1正常运行状态的调速过程。

 电梯一次完整的运行过程，就是拽引电动机从起动、匀速运行到减速停车过程

 ①起动（正常运行的起动）

 当正转（或反转）或高速信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3s左右。

 起动时间可通过参数设置：

令C1-01=3S

 ②运行快车运行的速度对应频率为50Hz，只要换速信号位到来，就一直保持50Hz的速度运行，快车运行可通过参数设置：

令D1-02=50Hz

 ③爬行当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，爬行的输出频率为6Hz（也可以用4Hz）。

 爬行分为两段：

 a：

当换速信号到来，从50Hz到6Hz的减速过程在3s内完成。

 b：

以6Hz速度的爬行过程。

 当减速到6Hz以后，电梯爬行，只要平层信号没有到来，就一直保持6Hz爬行。

 减速时间可在运行前设置，令C1-02=3s

 爬行速度可在运行前设置，令D1-03=6Hz

 ④停车

 当平层信号到来时，PLC撤消正转（或反转）信号及爬行信号，此时电动机从6Hz减速到0Hz。

 电梯运行曲线如下图所示：

图（3.4）电梯运行曲线图

 在正常情况下，在整个启动、运行、及减速爬行段内，变频器的零速输出点及异常输出一直是闭合的，减速至0Hz后，零速输出点断开。

 注：

图中运行曲线可通过变频器进行设置，也可以配置运行曲线输入板，则将此板的模拟输出量送给变频器的频率指令模拟量送给变频器的频率指令模拟量输入端口，则整个运行速度就完全有曲线板的输出为理想曲线自适应调速运行。

2慢车

 慢车用于电梯调速及检修过程。

 当工作方式开关打到检修档，则PLC发出慢车信号，电梯以10Hz慢车速度运行。

 慢车速度可在变频器上设置；令D1–09=10Hz。

3电动机制动控制的处理

 1）当启动信号从PLC输出给变频器时，变频器开始运行，控制端子9–10信号立即输出给PLC，但PLC要在9–10信号有效0.8s左右后再送开制动闸，而在减速平层后，要在速度完全为0时及9-10信号无效后，再把制动器闸关紧。

 2）BB基极封锁应和制动信号同时从PLC输出，及电梯停在某层时，一直处于BB封锁状态，以防误动作。

3.2.5PLC输出给变频器的控制信号的产生

 ①正转（反转）/停止信号的过程。

 正转（反转）：

由呼梯信号及轿厢位