基于PLC及变频器在电梯控制中的应用.docx
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基于PLC及变频器在电梯控制中的应用
毕业论文（设计）
中文题目：
基于PLC及变频器在电梯控制中的应用英文题目：
PLCandinverter-basedcontroloftheelevator
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惠州学院HUIZHOUUNIVERSITY
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摘要
电梯走进人类生活已经有158年的历史，在现代社会中，它已经成为高层建筑不可缺少的垂直交通运输工具。
随着经济的不断发展，科技的不断进步，人们对电梯的要求也越来越高，电梯控制技术也得到了很快的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由PLC控制代替原来的继电器控制。
本文在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，采用了PLC和变频器实现对电梯的常规控制，通过合理的选择和设计，利用安川VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持，大大提高了电梯的控制水平，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。
同时，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。
最后，通过PLC程序设计实现电梯的变频调速、楼层计数、开门等控制，使电梯运行更加可靠、舒适、安全、经济。
关键词：
电梯PLC变频器变频调速旋转编码器
Abstract
Theelevatorstepinhuman'slifehasbeen158yearsofhistory,inthemodernsociety,it’sanecessaryvehicleforhigh-building’sperpendiculartransportation.Withthedevelopmentofeconomyandtheimprovementoftechnology,therequirementofelevatorismoreandmorepaidattentionto,sotheelevatorgetsquicklydevelopment,itstechnologyhasdevelopedtodragthePSAFrequencyControl,thelogiccontrolAlsobythePLCtoreplacetheoriginalrelaycontrol.
Thearticlewasbasedonthefundamentalstructureofelevator,clarifyingtheelevator'sdriveandcontrolprinciple,itadaptsPLCandinverter,achievingthenormalcontrolofelevatorbyreasonablechoiceanddesign,useofYaskawaVS-616G5-speedconvertercanbepreparedfortheliftofthecharacteristicsoftheimprovedcomfort,toprovideTechnicalsupport.Greatlyimprovingthecontroloftheelevator,sothattheliftreachedabettercontrolandoperationresults.Atthesametime,usingarotaryencoderpulseapositionfeedback,andlifttheprecisecontrolofdisplacement.Finally,PLCprogramdesignedtoachievethroughFrequencyControlofelevator,thefloorcount,toopenthedoorofcontrolandsoon,sotheelevatorismorereliable,comfortable,safe,affordable.
Keywords:
ElevatorPLCInverterFrequencyControlEncoders
第1章电梯概述...........................................................1
1.1电梯的组成和基本结构..............................................1
1.2电梯的主要参数....................................................4
1.3电梯的性能指标....................................................4
1.4电梯的种类........................................................5
第2章PLC及变频器.......................................................8
2.1PLC的相关介绍.....................................................8
2.1.1PLC简述.....................................................8
2.1.2PLC的功能和应用.............................................9
2.1.3PLC与其他工业控制系统的比较.................................9
2.1.4课题研究对PLC的选择........................................10
2.2变频器的相关介绍.................................................10
2.2.1变频器的定义................................................10
2.2.2通用变频器概况..............................................10
2.2.3课题研究对变频器的选择......................................11
2.2.4安川VS-616G5变频器简介.....................................11
第3章硬件设计..........................................................14
3.1电梯系统及主电路图...............................................14
3.2电梯的主电路图...................................................15
3.3PLC控制系统I/O分配..............................................16
3.3.1输入模块选择................................................16
3.3.2输出模块选择................................................17
3.4PLC外部接线图....................................................18
3.5变频器参数设置及计算.............................................18
3.5.1VS-616G5变频器主要参数设置.................................18
3.5.2控制电路端子的功能说明......................................19
3.5.3VS-616G5变频器多级调速的PLC控制...........................20
3.5.4变频器容量及制动电阻参数的计算..............................22
第4章软件设计..........................................................22
4.1程序设计思路.....................................................22
4.2系统梯形图.......................................................23
4.2.1开门........................................错误！
未定义书签。
4.2.2关门........................................错误！
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4.2.3层楼信号产生与消除..........................错误！
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4.2.4内选信号登记与消除..........................错误！
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4.2.5外呼信号登记与消除..........................错误！
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4.2.6定向........................................错误！
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4.2.7起动加速和稳定运行..........................错误！
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4.2.8停层信号....................................错误！
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4.2.9制动过程....................................错误！
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4.3程序语句表.......................................错误！
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4.4程序仿真.........................................错误！
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总结.....................................................错误！
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致谢.....................................................错误！
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参考文献.................................................................24
第1章电梯概述
1.1电梯的组成和基本结构
电梯是机电一体化产品。
其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。
各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。
尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；
而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
图1-1电梯的组成（从占用四个空间划分）
图1-2电梯的基本结构
图1-1是典型电梯的结构组成框图，是根据使用中电梯所占据的四个空间，对电梯结构作了划分；图1-2所示为曳引式电梯的组成和部件安装示意图，从两张图中不难看出一部完整电梯组成的大致情况。
根据电梯运行过程中各组成部分所发挥的作用与实际功能，可以将电梯划分为八个相对独立的系统，表1-1列明了这八个系统的主要功能和组成。
表1-1电梯八个系统的功能及主要构件与装置
1.2电梯的主要参数
1、额定载重量（㎏）：
电梯设计所规定的轿厢内最大载荷。
2、轿厢尺寸（㎜）：
轿厢内部尺寸：
宽×深×高。
3、轿厢型式：
单面开门、双面开门或其他特殊要求，包括轿顶、轿底、轿壁的表面处理方式，颜色选择，装饰效果，是否装设风扇、空调或电话对讲装置等。
4、轿门型式：
常见轿门有栅栏门、中分门、双折中分门、旁开门及双折旁开门等。
5、开门宽度（㎜）：
轿厢门和层门完全开启时的净宽度。
6、开门方向：
对于旁开门，人站在轿厢外，面对层门，门向左开启则为左开门，反之为右开门；两扇门由中间向左右两侧开启者称为中分门。
7、曳引方式：
即曳引绳穿绕方式，也称为曳引比，指电梯运行时，曳引轮绳槽处的线速度与轿厢升降速度的比值。
8、额定速度（m/s）：
电梯设计所规定的轿厢运行速度。
9、电气控制系统：
包括电梯所有电气线路采取的控制方式、电力拖动系统采用的型式等方面。
10、停层站数：
凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点称为停层站，其数量为停层站数。
11、提升高度（㎜）：
由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。
12、顶层高度（㎜）：
由顶层端站楼面至机房楼面或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。
13、底坑深度（㎜）：
由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离
14、井道高度（㎜）：
由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。
15、井道尺寸（㎜）：
井道的宽×深。
1.3电梯的性能指标
（1）安全性
电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电梯的第一要求就是安全。
电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。
（2）可靠性
电梯的可靠性很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障，就会影响人们正常的生产与生活，给人们造成很大的不便，不可靠也是事故的隐患，常常是不安全的起因。
要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。
（3）停站的准确性
停站准确性又称平层准确度，平层精度。
电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。
负载重，则惯性大，提速高惯性也大。
因此检查平层准确度时，分别以空载，满载，上下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度。
（4）振动、噪声及电磁干扰
现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。
因侧要求电梯运行平稳，安静，无电磁干扰。
（5）舒适感和快速感
电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间，这对于快节奏的现代生活中的乘客是很重要的。
但是加速度和减速度的过分增大的不合理变化又会造成乘客的不适感。
因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛盾的因素。
（6）节能
现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的。
1.4电梯的种类
1、根据电梯用途分类
（1）乘客电梯passengerlift
为运送乘客而设计的电梯，代号TK。
（2）载货电梯goodslift；freightlift
主要为运送货物而设计的电梯，通常有人伴随，代号TH。
（3）客货电梯passenger-goodslift
以运送乘客为主，但也可运送货物的电梯，代号TL。
（4）病床电梯、医用电梯bedlift
为运送病床（包括病人）及医疗设备而设计的电梯，代号TB。
（5）住宅电梯residentiallift
供住宅楼使用的电梯，代号TZ。
（6）杂物电梯dumbwaiterlift；servicelift
只能运送图书、文件、食品等少量货物，不允许人员进入的电梯，代号TW。
（7）船用电梯liftonships
船舶上使用的电梯，代号TC。
（8）观光电梯panoramiclift；observationlift
井道和轿厢壁至少有同一侧透明，乘客可观看轿厢外景物的电梯，代号TG。
（9）汽车电梯motorvehiclelift；automobilelife
用作运送车辆而设计的电梯，代号TQ。
（10）其他电梯
用作专门用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、建筑工地电梯等。
2、根据电梯运行速度分类
（1）低速梯：
轿厢额定速度小于等于1m/s的电梯，通常用于10层以下的建筑物，多为客货两用梯或货梯。
（2）中速（快速）梯：
轿厢额定速度大于1m/s且小于2m/s的电梯，通常用于10层以上的建筑物内。
（3）高速梯：
轿厢额定速度自2m/s起且小于3m/s的电梯，通常用于16层以上的建筑物内。
（4）超高速梯：
轿厢额定速度大于等于3m/s的电梯，通常用于超高层建筑物内。
3、按有无电梯机房分类
（1）有机房电梯根据机房的位置与型式可分为以下几种：
①机房位于井道上部并按照标准要求建造的电梯；
②机房位于井道上部，机房面积等于井道面积、净高度不大于2300㎜的小机房电梯；
③机房位于井道下部的电梯。
（2）无机房电梯根据曳引机安装位置分为以下几种：
①曳引机安装在上端站轿厢导轨上的电梯；
②曳引机安装在上端站对重导轨上的电梯；
③曳引机安装在上端站楼顶板下方承重梁上的电梯；
④曳引机安装在井道底坑内的电梯。
4、按曳引机结构型式分类
（1）有齿轮曳引机电梯：
曳引电动机输出的动力通过齿轮减速箱传递给曳引轮，继而驱动轿厢，采用此类曳引机方式的称为有齿轮曳引电梯。
（2）无齿轮曳引机电梯：
曳引电动机输出动力直接驱动曳引轮，继而驱动轿厢，采用此类曳引机方式的称为无齿轮曳引电梯。
第2章PLC及变频器
2.1PLC的相关介绍
2.1.1PLC简述
可编程逻辑控制器（PLC），是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
其特点有：
（1）可靠性
①PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。
与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高；
②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高；
③PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高；④PLC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系统更简单的编程语言和更可靠的硬件；
⑤在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施；
⑥在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
（2）易操作性
①操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作；
②编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用；
③维修方便，PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。
（3）灵活性
①编程的灵活性；②扩展的灵活性；③操作的灵活性。
（4）机电一体
专门为工业过程控制而设计的控制设备，体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
2.1.2PLC的功能和应用
（1）开关逻辑和顺序控制是PLC应用最广泛、最基本的场合；
（2）制造工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量；
（3）定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器；
（4）数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算；
（5）信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。
在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求；
（6）通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。
2.1.3PLC与其他工业控制系统的比较
1、PLC与继电器控制系统比较
（1）继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制。
PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制；
（2）继电接触控制系统体积大。
PLC控制系统结构紧凑，体积小；
（3）继电接触控制全为机械式触点，动作慢。
PLC内部全为“软接点”，动作快；
（4）继电接触控制功能改变，须拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦。
PLC控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便；
（5）PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短；
（6）PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强；
（7）PLC的应用范围比继电接触控制的要广泛；
（8）PLC可靠性比继电接触控制的高。
2、PLC与微型计算机的比较
（1）PLC输出输入口较多，中大型PLC输出输入口更多，便于多路多点控制；
（2）PLC编程简便，因为PLC是采用易于用户理解、接收和使用的梯形图编程语言，指令较少。
而计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比PLC编程复杂；
（3）PLC可靠性高，因为PLC是为工作环境条件比较恶劣的工业控制设计的；（4）PLC技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求比使用计算机时低；（5）PLC采用扫描方式工作，加之其他原因，PLC输入输出响应比计算机慢；（6）PLC体积较小，调试周期短。
2.1.4课题研究对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软件如何根据给定的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前提。
根据电梯选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，本设计选择了三菱公司生产的FX2N系统PLC。
FX2N系统PLC具有以下几方面的优点：
①FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。
②FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。
③FX2NPLC可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等能接受脉冲编码器脉冲。
④FX2NPLC的编程，可用编程器，也要以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC进行。
编程语言可用梯形图或指令表。
尤其是可用PC机对系统实时进行监控。
为调试和维护提
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