毕业设计论文plc控制交流变频调速电梯系统的研究管理资料Word文档格式.docx
《毕业设计论文plc控制交流变频调速电梯系统的研究管理资料Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文plc控制交流变频调速电梯系统的研究管理资料Word文档格式.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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。
（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。
（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，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。
电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
变频调速电梯的特点:
（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小，结构简单，维护方便、可靠性高、价格低等优点。
（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;
调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。
（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。
2电梯设备与电梯发展动态
电梯的分类有各式各样:
（1）按用途分类有客梯、货梯等
（2）按速度分类
低速电梯
中速电梯
高速电梯
医用梯等
（3）按驱动电源分类
交流电梯
直流电梯
（4）按控制方式分类
有有层间控制、简易集选控制、集选控制、无司机控制、群控等
（l）曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。
电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。
（2）轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;
厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等。
（3）电器设备及控制装置有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。
（4）其它装置对重装置、补偿装置等。
（1）电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
（2）强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。
（3）限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
（4）行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。
（5）急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。
（6）厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才允许电梯启动;
在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。
（7）关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。
（8）超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。
（9）其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具—电梯得到了快速发展。
（1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，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，己由以前的变级调速（AC一VP）发展成为调压调速（AC一VV）及调频调压调速（Ac一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）电梯的逻辑控制己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，已使电梯的传动形式多样化。
（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，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、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，、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
3基本方案选择
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。
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，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。
1）通用变频器的发展
上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。
在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。
A、容量不断扩大
80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。
到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA，400KVA以下的已经系列化。
前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量己达180OKVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。
B、结构的小型化
变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSI）目前上市的绝大多数通用变频器，其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。
虽然控制简单，成本较低，但也有它的缺点。
比如，网侧电流波形严重畸变，影响电网的功率因数，谐波损耗大，电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。
现已开发出一种新型的采用PwM控制方式的自换相交流器，并己经成功地用作变流器中的网侧变流器。
电器结构形式与逆变器完全相同，每个桥臂均由一个自关断器件和一个二极管反并联组成。
其特点是:
直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数可保持为l，并且能量可以双向流通。
网侧变流器采用PwM控制交流器又称为“双PwM控制变频器”。
这种再生能量回馈式高性能通用变频器，代表着另一个新的技术动向。
它的大容量化，对于制动频繁的或可逆运行的生产设备十分有意义。
但因其价位高、投资大，所以在某种程度上限制了它的发展速度.
C、矢量控制变频器的通用化
在造纸、轧钢等应用领域，要求精度高，响应快，一般性的通用变频器已经不能胜任，，运算复杂、调整麻烦，，，对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术发展方向。
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。
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VS一616G5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，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。
通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。
最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。
如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;
金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;
在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。
2）通用变频器的功率输出驱动技术动向
采用变频器的调速传动技术，近年来取得惊人的进步。
人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。
日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。
8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。
32位数字信号处理器（DigitalSignalproeesser一DSp）的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。
目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”（RedueedInstruetionsetComputer一RISC），将指令执行时间缩短到纳秒级。
它是一种矢量（超标量）微处理器，其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。
有文献报道，RISC的运算速度可达100OMIPS，即10亿次/秒，相当于巨型计算机水平。
指令计算时间为Ins量级，是一般微处理器所无法比拟的。
有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PID调节器在线实时运算。
目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。
输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，%，使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。
无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。
采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。
VS一616G5型变频器简介
616G5型变频器的特点
VS一616G5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一616G5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。
（PLC）的选择
电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。
电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的必要前提。
:
主要方法有如下几种:
（l）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。
（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。
综合考虑后，本设计选择了日本OMRON公司生产的C系列P型机。
C系列P型机具有以下几方面的优点:
（l）P型机专用于开关量控制，其体积小，安装起来节省空间;
（2）其功能较强，在指令方面，具有ZkHz的高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用;
P型机有编码、译码、数据转换、可逆计数等功能。
从结构上看:
P型机包括主机单元、1/0扩展单元、1/0链接单元、A/D转换单元、D/A转换单元等;
（3）P型机采用的是箱体结构，其价格便宜，可靠性高:
（4）P型机的任一种CPU箱和任一种扩展箱均可配置在一起，因此，用户可根据所需的FO点数进行选件配置，使用灵活、方便。
4系统硬件设计
由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。
由于616G5是通用型变频器，因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要复杂得多.
IVS一616G5变频器的参数
616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。
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OHZ，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。
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计算。
设电梯曳引机电机功率为P:
，电梯运行速度为v，电梯自重为W，，电梯载重为W:
，配重为W:
;
，重力加速度为g，变频器功率为P。
在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P:
P:
=[（W】+WZ一W3）g+Fl」v
其中F，二K（Wl+wZ一w3）9+6为摩擦力，6可忽略不计。
电机功率P:
，变频器功率P应接近于电机功率P，，相对于PZ留有安全裕量，可取P、.
由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，.
能量回馈电网，.
在制动电阻上，
应使制动电流工z的值不超过变频器额定电流的一半，即I:
=U。
其中U。
，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.
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。
，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。
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等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
1、信号控制系统
电梯信号控制基本由PLC软件实现。
，输入到PLC的控制信号有:
运行方式选择（如自动、有司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
2、电梯控制系统实现的功能
（1）一台电机控制上升和下降
（2）各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）
（3）电梯到位后具有手动或自动开门关门功能
（4）电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键
（5）电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯
（6）待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客
（7），电梯停站4一6秒应能自动关门;
在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作.
（8）按钮开门。
在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。
（9）内指令记忆。
当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。
（10）自动定向。
当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。
（11）呼梯记忆与顺向截停。
电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。
（12）自动换向。
当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。
（13）自动关门待客。
当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。
（14）自动返基站。
当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。
3、电梯操作方式
1）单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤;
轿厢上行是只答应轿厢召唤，直至最高层;
自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。
2）单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤;
上行时顺应答轿厢和厅门上召唤。
直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。
本设计采用全集选操作方式。
4、速度给定曲线
为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。
人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。
为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线（S曲线）及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。
加速斜率是以速度给定从O加速到1000转/分所需要的时间来定义的。
其意义为加速度由。
加速到1000转/秒2所需要的时间。
因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。
增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。
同理，增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。
而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。
同理，制动曲线也可按此方法调整。
，图中a为加速度，v为速度。
5、减速及平层控制
电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车
升级会员 