毕业设计基于PLC的电梯控制系统设计文档格式.docx
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液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VY）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
（3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器—接触器控制发展为可编程序控制器（（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。
（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。
如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。
（5）智能群控管理得到广泛应用。
（6）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，己使电梯的传动形式多样化。
然而随着人们生活水平的提高以及科学技术的快速发展，人们对电梯的外观、性能和环保等方面的要求也发生着微妙的变化，从而也影响着电梯的发展方向。
1.2电梯发展展望
（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化
随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统也逐渐趋向结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
（2）技术含量更高，性能更好
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今己成为电梯行业的标准配置，但是永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流;
由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
（3）安装更方便、更快捷
高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;
随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。
此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保—安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。
第二章电梯设备
2.1电梯概念、分类及工作原理
2.1.1电梯概念
电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°
的刚性导轨之间的固定式升降设备。
广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。
狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。
自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。
自动人行道（Passenger
conveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。
2.1.2电梯的分类
按用途分：
乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、船用电梯、观光电梯、汽车电梯。
按驱动方式分：
曳引式电梯、强制驱动电梯、液压式电梯。
按速度分：
低速电梯（速度不大于1.75m/s）
中速电梯（速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s）
高速电梯（速度大于2.5m/s小于或等于6m/s）
超高速电梯（速度大于6m/s）
2.1.3电梯工作原理
现以乘客曳引式电梯为例介绍其的工作原理：
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
2.2电梯继电器控制系统的优点及存在问题
2.2.1电梯继电器控制系统的优点
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
2.2.2电梯继电器控制系统存在的问题
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;
而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
2.3电梯PLC控制系统的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能，控制程序也可随工艺改变。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，易于与计算机通信，提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线
第三章可编程序控制器（PLC）
可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
但是由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯的用PLC作为可编程控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
3.1PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强的特点。
（1）可靠性:
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
A.PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
B.PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。
C.PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
D.PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性的元件;
采用先进的工艺制造流水线制造;
对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;
对电源的断电保护;
对存储器内容的保护等。
F.PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波;
软件自诊断;
简化编程语言等。
（2）易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:
A操作方便。
对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
B编程方便。
PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。
C维修方便。
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
（3）灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:
A.编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
B.扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
C.操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
3.2PLC系统组成及各部分的功能
PLC由中央处理单元（CPU），存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。
除此而外，还有编程器，打印机，计算机等外围设备。
其结构框图如下：
图3—1PLC系统组成框图
（1）中央处理单元
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，核心部件，其性能决定了PLC的性能。
它是由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。
作用：
处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。
（2）存储器
存储器是具有记忆功能的半导体电路，由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。
作用：
存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。
系统程序：
控制PLC完成各种功能的程序，由PLC生产厂家编写，并固化到只读式存储器ROM中，用户不能访问。
用户程序：
用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。
通过编程器输入到PLC的随机存储器RAM中，允许修改，由用户启动运行。
（3）输入单元：
输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。
接收主令元件，检测元件传来的信号。
输入类型：
直流输入，交流输入，交直流输入。
输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的抗干扰能力。
接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。
各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块供用户选用。
（4）输出单元
输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。
将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。
输出类型：
继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。
输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。
输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。
（5）电源
将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。
类型：
目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。
3.3PLC的发展趋势
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，但PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。
面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击，大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；
更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；
但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。
面对种种预计，我认为PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
在全球工业计算机控制领域，开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。
随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。
对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。
此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。
第四章PLC控制电梯硬件选择
本设计通过多种方案的比较和对照，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。
4.1变频器机型选择
随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，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，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。
电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。
综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，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。
VS-616G5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。
这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。
VS-616G5变频器的特点如下:
（1）包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。
（2）有丰富的内藏与选择功能。
（3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。
（4）保护功能完善、维修性能好。
（5）通过LCD操作装置，可提高操作性能。
表4—1616G5型变频器的标准规格
电压
220V
400V
容量范围
1.2—110KVA
1.4—460KVA
电源
电压频率
200V：
三相200V/208V/220V
400V：
三相380V/400V/415V/440V/460V
电压允许变动
+10%-15%
频率允许变动
士5%
控制特性
控制方式
正弦波PWM控制，V/f控制
无传感器矢量控制（无PG），
带传感器矢量控制（带PG）
带传感器V/f控制（用参数切换）
启动转矩
150%/1Hz（无PG）I50%/0r/min（带PG）
速度控制范围
1:
100（无PG）1:
1000（带PG）
速度控制精度
士0.2%（无PG）0.02%（带PG）
速度响应
5Hz（无PG）30Hz（带PG）
转矩极限
有
转矩精度
转矩响应
20Hz（无PG）以上150HZ（带PG）以上
频率控制范围
0.1—4000HZ
频率精度
数字式指令士0.01%（-10C—y+40C）
模拟指令士0.1%（25C—士lOC）
频率设定分辨率
数字式指令0.01Hz/100Hz
模拟式指令0.03HzJ60Hz
输出频率分辨率
0.01HZ
过载量
额定输出电流的150%1min
频率设定信号
-10—10V0—10V4—20MA
加减速时间
0.01——6000S
制动转矩
约20%
抑制高次谐波电源
直流电抗器
内带（200V24kVA400V26kVA以下可选择）
12相整流
不能变动
主要控制功能
瞬停再起动，下降控制，转矩控制.零点伺服控制等
操作装置
16字X2线日语液晶显示
接通插件板可选择
16种（最多可装3块）
保护功能
电机保护，变频器过载，瞬时电流、电压下降，过电压，电压缺相。
4.2变频器参数设置及自学习功能
变频器参数设置的原则
（1）为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些。
（2）为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击。
（3）零速一般设置为0Hz，迅速抱闸功能将影响舒适感。
（4）变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。
为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是:
将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。
显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。
4.3变频器容量计算
4.3.1变频器功率的计算
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选取。
设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为v，电
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