基于PLC的电梯控制系统软件研究设计.docx

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基于PLC的电梯控制系统软件研究设计

随着现代经济和城市生活的发展，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具，电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著。

传统继电器电梯控制系统，由于继电器本身的机械和电磁惯性大，大大降低了电梯系统的可靠性和安全性。

为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠，必须改进电梯控制方式。

根据顺序逻辑控制的需要发展起来的可编程控制器（PLC），它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、安全、可靠地运行。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。

本文将基于PLC的变频调速方法应用到电梯系统中，并对此方法进行研究。

首先，分别阐述了电梯继电器控制和PLC控制的特点，突出讲述继电器电梯控制系统暴露的缺点以及PLC电梯控制系统所具有的优点，并对电梯的变频调速控制进行了介绍。

其次，在阅读了大量国内外相关文件资料的基础上，对电梯技术和电梯设备的发展进行了综述。

然后，介绍了变频器类型以及参数设计的相关知识。

同时介绍了PLC选型原则以及PLC控制系统的设计思路。

在此基础上，根据电梯系统自身的工作状态要求，进行电梯系统的PLC软件开发，通过软件开发的特点，结合PLC自身的控制规律，设计出可实现一定功能的PLC电梯控制系统。

最后的模拟调试结果表明，基于PLC的变频调速电梯系统运行效率高，系统安全可靠性强，并且系统构造简单易于实现，满足了对电梯系统期望的要求。

关键词:

电梯，可编程控制器，变频调速，旋转编码器

Abstract

Alongwiththedevelopmentofmoderneconomyandcitylife,theelevatorhasbecomeaessentialwalkingtoolforpeopleindailylife,andtheperformanceofelevatorsobviouslyinfluencespeople’slives.ThetraditionalelevatorsystembasedonrelaylargelydecreasesthereliabilityandsecuritysincethemechanicalandelectromagneticinertiaofrelayisbigInordertoensuretheefficiencyandreliablesecurities,thecontrolmethodofelevatormustbechanged.Theprogrammablelogiccontroller（PLC）,whichdevelopsbasedonsequencelogicalcontrol,isdigitaloperationelectronicdevicespecializedintheindustrialapplicationenvironment.PLCpossessesfastprocessspeedandhighreliability.Therefore,PLCcanbeabletoensuretheelevatorrunnormally,securelyandreliably.Inaddition.ThedrivemethodofelevatorshasreplacedtheDCvelocitymodulationwithfrequencycontrolduetothedevelopmentofACfrequencycontrolofmotors.Thefrequencycontrolnotonlysatisfiesthecomfortsenseofpassengersandensuresthestableprecision,butalsodecreasesthelossofpower,savesresourcesandreducesexpenses.ThefrequencycontrolmethodbasedonPLCisappliedtotheelevatorsystemandfurtherresearched.

Firstly,theessayrespectivelypresentsthecharacteristicsoftheelevatorsystembasedonrelaycontrolandPLCcontrol,speciallyformulatesthedefectsexposedfromrelaycontrolsystemandtheadvantagesofPLCcontrolsystem,introducesthefrequencycontrolofelevators.Secondly,basedonreadingmanydomesticandinternationalrelativeliteratures.Thedevelopmentofelevatortechniquesandelevatordevicesisoverviewed.Andthen,therelativeknowledgeoffrequency-converterisintroduced。

theprincipleofPLCmodelelectionanddesignschemeofPLCcontrolsystemareintroducedaswell.Onthebasisofthese,thePLCsoftwareofelevatorsystemisdevelopedaccordingtotheworkingstatesdemandsoftheelevator.AelevatorsystembasedonPLCcontrolisdesignedthroughcombiningthecharacteristicsofsoftwaredevelopmentandtherulesofPLCcontrol.Finally,theanalogexaminationshowstheelevatorfrequencycontrolbasedonPLCpossesseshighoperationalefficiencyandstrongsystemsecurity.Thesystemstructureissimpleandeasilyrealized,andsatisfiesthedemandsoftheelevatorsystemexpected.

Keywords:

Elevator,ProgrammableLogicControl（PLC）,FrequencyConversion&VelocityAdjustment,RevolvingEncoder

摘要………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………II

1绪论……………………………………………………………………………………1

1.1电梯控制系统的发展及特点……………………………………………………1

1.1.1交流曳引电梯调速方式的发展……………………………………………1

1.2了解可编程控制器（PLC）及其在电梯控制中的应用…………………………2

1.2.1PLC的特点…………………………………………………………………2

1.2.2PLC控制电梯的优点………………………………………………………3

1.2.3电梯变频调速控制的特点…………………………………………………4

1.3课题的来源………………………………………………………………………4

1.4课题的主要研究内容……………………………………………………………5

2电梯设备与电梯发展动态……………………………………………………………6

2.1电梯的出现………………………………………………………………………6

2.2电梯设备简介……………………………………………………………………6

2.2.1电梯的分类…………………………………………………………………6

2.2.2电梯的主要参数……………………………………………………………6

2.2.3电梯的安全保护装置………………………………………………………7

2.3电梯的发展简况…………………………………………………………………8

2.3.1电梯技术发展简况…………………………………………………………8

2.3.2电梯发展展望………………………………………………………………9

3调速变频器类型选择及其设计参数………………………………………………10

3.1变频器的分类及选择…………………………………………………………10

3.1．1变频器的分类…………………………………………………………10

3.1.2变频器的类型选择………………………………………………………10

3.1.3变频器的规格选择………………………………………………………10

3.1.4选择的变频器应满足的条件……………………………………………10

3.2通用变频器简介及选择………………………………………………………11

3.2.1通用变频器简介…………………………………………………………11

3.2.2VS一616G5型通用变频器………………………………………………12

3.2.3VS-616G5型通用变频器电梯调速系统……………………………………14

3.2.4变频器结构及参数设计………………………………………………………14

4PLC的选择及其控制系统的硬件开发………………………………………………16

4.1电力调速系统的应用与发展………………………………………………………16

4.2电机调速系统的设计………………………………………………………………16

4.3异步电机的调速方法及经济技术比较……………………………………………17

4.4井道信号系统的设计………………………………………………………………20

4.5电梯控制系统的设计………………………………………………………………20

4.6可编程控制器（plc）的选型………………………………………………………21

4.7设计思路……………………………………………………………………………21

4.7.1电梯控制系统实现的功能……………………………………………………21

4.7.2点数的分配及机型的选择……………………………………………………22

5系统软件开发…………………………………………………………………………25

5.1电梯的自检状态……………………………………………………………………25

5.2电梯的正常工作状态………………………………………………………………25

5.3系统的软件开发过程………………………………………………………………25

5.3.1开关门环节……………………………………………………………………25

5.3.2电梯初始化环节………………………………………………………………26

5.3.3停层信号的登记与消除环节…………………………………………………26

5.3.4外呼信号的登记与消除环节………………………………………………26

5.3.5电梯的定向环节………………………………………………………………26

5.3.6、电梯的上升与下降…………………………………………………………27

5.3.7层楼位置指示…………………………………………………………………27

5.3.8616G5参数设置………………………………………………………………28

5.4程序框图设计………………………………………………………………………28

致谢…………………………………………………………………………………………30

参考文献……………………………………………………………………………………31

附录A电梯梯形图控制程序………………………………………………………………32

1绪论

从19世纪50年代美国人OTIS发明出真正意义上的电梯以来，电梯控制技术就越来越显示出其重要性。

随着我国经济的高速发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。

而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。

传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。

可编程控制器（PLC:

ProgrammableLogicController）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

鉴于其种种优点，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，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。

因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。

1.1电梯控制系统的发展及特点

1.1.1交流曳引电梯调速方式的发展

交流电梯与交流电机的发展紧密相连，至今已有三十多年的发展历史，经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程，大致可以划分为三个阶段:

第一个阶段是70年代，其主要标志是交流双速电梯，它采用改变牵引电机极对数来实现调速。

电机通常采用两种或两种以上不同极对数的绕组制成，其中极数少的绕组称为高速绕组，用于电梯的起动及稳速运行，极数多的绕组称为低速绕组，用于电梯的制动及维修。

这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。

第二个阶段是80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。

调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。

第三个阶段是90年代，变压变频调速电梯（VVVF电梯）开始占据了世界电梯的市场。

VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。

电梯传动系统中，由于大量采用微机控制技术和脉宽调制技术（PWM技术），其运行效率得到了大幅度的提高，电梯的体积大为缩小。

现代交流调速技术向电梯控制领域的渗透，使得交流调速电梯的调速性能几乎完全可以和直流电梯相媲美。

由于变压变频调速（VVVF）的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。

VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。

由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。

目前，VVVF电梯已经遍布世界各国，如日本的三菱公司、东芝公司、日立公司、美国的奥的斯公司等大的电梯制造厂家在VVVF电梯的研制和进一步开发等方面，都取得了骄人的成就。

在我国，电梯工业起步较晚，改革开放以来，也取得了一定的进步，如上海三菱、天津奥的斯、中国迅达、苏州迅达、广州电梯工业公司等五家电梯生产厂家，其产品都有一定的市场份额和技术含量。

但遗憾的是，这些公司多为合资公司，电梯控制关键部分的变频器、控制器等重要组成部分很大程度依靠进口，其核心技术牢牢控制在国外大公司手中。

1.2了解可编程控制器（PLC）及其在电梯控制中的应用

1.2.1PLC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，实现字运算和数据存储，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、灵活性强等特点。

1.2.1.1可靠性

⑴PLC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，系统的维修简单，维修时间短。

⑵PLC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MTTR，使可靠性提高。

⑶PLC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。

⑷PLC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，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

⑸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。

⑹PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。

例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。

1.2.1.2易操作性

⑴操作方便

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。

⑵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，十分有助于编程人员的编程。

⑶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减低。

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，方便维修。

1.2.1.3灵活性

PLC的灵活性表现在以下几个方面：

⑴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。

⑵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。

⑶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。

1.2.2PLC控制电梯的优点

⑴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。

⑵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。

⑶PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。

⑷PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

⑸用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。

⑹更改控制方案时不需改动硬件接线。

1.2.3电梯变频调速控制的特点

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。

⑴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。

⑵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。

⑶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，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

1.3课题的来源

变频器以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。

在电梯业也是如此，目前国内70～80年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。

维修困难，属于能耗型调速，效率低，发热量大，调速性能指标较差，严重地影响电梯运行质量。

应对这些电梯进行更新和改造。

但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。

近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。

利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。

1.4课题的主要研究内容

课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）和变频器改造在用电梯自动控制系统。

由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。

因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。

针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。

调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车），并能节约大量电能。

论文的主要内容如下：

首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的总结和介绍。

接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制及显示等部分。

确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。

然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与变频器的连接。

在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，结合实际硬件电路，设计并用STEP7绘制出梯形图。

2电梯设备与电梯发展动态

2.1电梯的出现

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。

从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。

以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。

150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。

自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。

各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。

为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。

2.2电梯设备简介

2.2.1电梯的分类

电梯的分类有各式各样：

⑴按用途分类乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯住宅电梯；特种电梯。

⑵按速度分类低速电梯1m/s以下；高速电梯1~2m/s超高速电梯4m/s以上。

⑶按驱动电源分类交流电梯速度一般小于2m/s,直流电梯速度一般大于2m/s。

⑷按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制有无