PLC在电梯升降控制毕业论文.docx

PLC在电梯升降控制毕业论文.docx

《PLC在电梯升降控制毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC在电梯升降控制毕业论文.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

PLC在电梯升降控制毕业论文

摘   要

PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。

它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。

电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。

PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。

由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。

在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。

本文介绍了电梯的发展以及PLC在电梯控制中的应用。

具体的阐述了利用三菱公司的PLC技术对电梯进行速度的控制以及用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。

 关键字：

PLC；电梯；变频

ABSTRACT

PLC（ProgrammableLogicalController）tookonekindmostimportant,theapplicationsituationmostindustriescontrolmicrocomputer,itisconvenient,operationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoonredundantreliability,obtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelargescaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievement,graduallyformedhadthemanykindsofmeritsandminiature,medium,large-scale,ultralarge-scaleandsooneachkindofspecificationseriesproduct,appliedtomonitorsbetweenthecomputerfromthecontrolsystemmanycontrolsdomain.

Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,thebuildingismoreandmorehigh,buttheelevatorbecamethehighlevelbuildingtohavetheequipment.Afterhumanity'smorethancenturiesunremittingendeavors,theelevatoralreadyfromthehandleswitchoperationelevator,thepush-buttoncontrolelevatordevelopstothepresentgroupcontrolelevator,hasmadetheindeliblecontributionforthehighleveltransportation.

PLCinthecontrolintheelevatortheapplicationmainlytomanifestinitslogicalswitchcontrolfunction.ThisfunctionenablePLCtohavethelogicoperation,countswithfixedtimeaswellasthedatafeedsoutputfunction.Risesandfallsintheprocessintheelevator,eachlogicalswitchcontrolandPLCverygoodunion,verygoodrealizationtofluctuationcontrol.

ThisarticleintroducedtheelevatordevelopmentaswellasPLCintheelevatorcontrolapplication.TheconcreteelaborationhascarriedonthespeedusingMitsubishiCorporation'sPLCtechnologytotheelevatorthecontrolaswellascontrolsthefrequencyconversionvelocitymodulationrealizationelectriccurrent,inthespeeddoubleclosedloopfoundationwithPLC,indoesnotincreasethehardwareequipmentunderthecondition,therealizationelectriccurrent,thespeed,movethreelinkscontrols.

Essentialcharacter:

PLC;Elevator;Frequencyconversion

前言

可编程控制器简称PLC，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作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生产或生产过程。

它可靠性高，抗干扰能力强;配套齐全，功能完善，适应性强；系统设计周期短，维护方便改造容易等特点。

电气控制技术在工业生产、科学研究以及其它各个领域的应用十分广泛，以经成为实现生产过程自动化的重要手段之一。

尽管电器控制设备种类繁多、功能各异，但其控制理论、基本线路、设计基础是类似的。

电气控制与可编程控制器技术是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术的一种新兴技术，是实现工业生产、科学研究及其它领域自动化的法宝，电梯的实现，就是两种技术的结合与发展。

电梯作为在高层建筑中运输人员或货物的提升工具，以方便、灵活、安全的特点广泛应用于各个工厂，商场，住宅等高层建筑物，是一种不可缺少的垂直运输设备。

其运行特点是启动、停止、升降变化频率和承载变化大。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。

本设计的特点，首先是强调实践性，但又不失系统性。

设计时在取材方面，对一般文献中反映较多的内容，仅作简要叙述以保持内容的连贯性，而将重点放在工程中的实际问题上，安排了完整的工程设计实例贯穿于本设计，本设计还注重内容的新颖性，按中国自动化学会电气自动化委员会最近在“战略发展建议”中担出的学科范围，力求在某种程度上反映近年来国内外的最新发展，其中包括设计者本人的工程实践和研究结果。

本设计内容具有一定的广泛性，讨论了可靠性设计有关问题等。

根据当前电梯的发展趋势，注重反映新的PLC技术，将其融合到电梯控制中。

使本设计更加接近当今控制技术，力求具有实用性、先进性和系统性。

在本次毕业设计中，存在了不少的困难。

但在老师和同学们的帮助和支持下，特别是本次毕业设计指导教师李花老师的热情辅导，及时更正了设计中出现的错误和不妥之处，深表感谢！

1　概述

本章重点介绍关于PLC和电梯的基础知识。

关于PLC的特点和分类，以及电梯的发展、分类和定性分析等内容。

将PLC应用到电梯技术当中，使之更加的完善。

1.1　PLC的概述

1.1.1　PLC的基本概念

可编程序控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制设备。

它以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，目前被广泛应用于自动化控制的各个领域中。

国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程序控制器作了如下的定义：

“可编程序控制器是一中数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

他采用可编程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

事实上，PLC就是配置了输入/输出模块的工控计算机。

1.1.2PLC的特点

可编程控制器是面向用户的专业工业控制计算机，具有许多明显特点。

1）可靠性高

由于制造PLC时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如评比、滤波、隔离、故障诊断等，使PLC具有很强的抗干扰能力，其平均无故障运行时间可达到5万～10万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。

2）编程简单

PLC是面向工控现场设计的，考虑到大多数电气工程技术人员熟悉电气控制电路的特点，他经常采用的是一种面向控制过程的梯形图语言，梯形图语言与继电器原理图相类似，具有形象直观，易学易懂的优点，熟悉电气原理图的工程技术人员只需要几天的时间就可熟悉梯形图的语言

3）使用方便

使用PLC时只需进行和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制要求发生改变时梯形图程序修改非常容易。

PLC的功能强大，目前的PLC一般有逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理等基本功能，有的PLC还有A/D、D/A转换，通信联网的功能。

1.1.3PLC的分类

PLC通常可按输入/输出点数多少及结构特征两种方法分类。

按输入/输出点数多少PLC可分为微型、小型、中型及大型机。

微型、小型PLC输入/输出点数小于128点，以上两种机型通常为低档PLC；中型PLC输入/输出点数为128～512点；大型PLC输入/输出点数在512点以上。

按结构特征PLC可分为整体式、模块式、整体模块混合式三种类型。

整体PLC一般都是小型或微型机，集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集成到一个机壳内。

模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别制成模块，在应用中可以按照需要进行模块组装，大、中型PLC一般都是模块式结构，整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内，当其中的输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。

1.2电梯的发展、分类

1.2.1电梯的定义及现状

随着现代化城市高速发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来。

电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。

和汽车一样，电梯已成为人们频繁使用的交通运输设备。

在高层建筑中，电梯的作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，设计上稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。

因此，在现代建筑物中，电梯和扶梯的设计、使用和监控管理有着举足轻重的地位。

电梯的安装、使用和控制方式的好坏，直接影响着整个建筑的使用效率。

生活中，人们经常在使用电梯和自动扶梯，而很多人对电梯和自动扶梯没有正确的概念，甚至将电梯和自动扶梯都称为电梯。

这是不对的，那究竟什么是电梯，什么是自动扶梯呢？

正确的定义如下：

电梯——服务于规定楼层的固定式升降设备。

它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。

轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入或装卸货物。

自动扶梯——带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜送乘客的固定电力驱动设备。

自动人行道——带有循环运行（板式或带式）走道，用于水平或倾斜不大于12°输送乘客的固定电力驱动设备。

由此可见，自动扶梯和自动人行道是电梯家族的一个分支或近亲，但不同与电梯。

1.2.2电梯的分类

电梯的分类有多种方式，可按以下几种形式分类。

一、按用途分类：

乘客电梯（客梯）、载货电梯（货梯）、客货两用梯、住宅电梯、杂物梯（服务电梯）、病床电梯、特种电梯。

二、按速度分类：

低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯。

三、按驱动方式分类：

交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯。

四、按有无减速器分类：

有减速器的电梯、无减速器的电梯。

五、按曳引机房的位置分类：

机房位于井道上部的电梯、机房位于井道下部的无机房电梯。

六、按控制方式分类：

轿内手柄开关控制的电梯、轿内按钮控制的电梯、轿内或外按钮控制的电梯、信号控制的电梯、集选控制的电梯、2台或3台并联控制的电梯、梯群控制的电梯。

七、按拖动形式分类：

交流异步单速电动机拖动的电梯、交流异步双速电动机变极调速拖动的电梯、交流异步双绕组双速电动机调压调速拖动的电梯、交流异步单速电动机调频调压调速拖动的电梯、直流电动机调压调速拖动的电梯。

1.2.3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），依靠钢丝绳与曳引轮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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

1-减速箱；　　　　　2-曳引轮；3-曳引机底座；　　　4-导向轮；5-限速器；　　　　　6-机座；7-导轨支架；　　　　8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；　　　　10-紧急终端开关；11-导靴；　　　　　　12-轿架；13-轿门；　　　　　　14-安全钳；15-导轨；　　　　　16-绳头组合；17-对重，　　　　　　18-补偿链；19-补偿链导轮；　　20-张紧装置；21-缓冲器；　　　　22-底坑；23-层门；　　　　　　24-呼梯盒；25-层楼指示灯；　　26-随行电缆；27-轿壁；　　　　　　28-轿内操纵箱；29-开门机；　　　　30-井道传感器；31-电源开关；　　　32-控制柜；33-曳引电机；　　　　34-制动器

图1-1电梯的基本结构剖视图

1.2.4电梯定性分析

一.电梯理想运行曲线

根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am≤1.5m/s2,　加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+ρm跳变到-ρm或由-ρm跳变到+ρm的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。

智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。

其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。

变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。

即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4—10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。

2变频技术在电梯控制中的应用

2.1  变频拖动系统

2.1.1电梯变压变频（VVVF）拖动控制系统的原理

   交流电动机的转速公式为：

n=60f（1-s）/p；其中：

f为定子的供电频率，P为电动机极对数，s为电动机转差率。

 电梯是恒转矩拖动系统，为了获得最佳的舒适感，在电梯的拖动中一般采用恒转矩调速方式。

而电动机转矩M=K（U/F）2，K为常数，由此可知，为了获得恒定转矩的调速特点，获得最佳的舒适感，必须保证u/f不变，在变频的同时按比例供给电动机电压。

这种控制即为变频（VVVF）控制。

 变压变频（VVVF）拖动控制在调速过程中从高速到低速都可以保证有限的转差，电磁损耗小，因此全部调速范围内效率高，具有宽范围和高精度的调速性能。

并且在VVVF电梯的启动和制动过程中，通过均匀地改变电动机供电的频率和电压，达到平滑调节电梯速度的目的，可以获得良好的乘坐舒适感。

 VVVF电梯与其他拖动控制方式电梯比较，应用在位能负载条件下，节能约40%，可以最佳地利用电网能量。

同时VVVF系统还可以提高功率因素，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量20%以上。

2.1.2电梯变频矢量控制原理

变频器内部带有自动电流调节器即电流反馈系统，保证输出的力矩；通过编码器采样的脉冲作为速度反馈，变频器组成自动速度调节器，ASR，通过带编码器的矢量控制，逆变器能控制满量程电机的转矩脉动量，包括0HZ，是电梯乘坐舒适，平层精度好。

目前这是电梯高性能变频控制的主要采用的方式。

2.2变频电梯系统运行原理

电力电网送来的380V动力电源变为空控的支流电，经微电脑全数字化正弦SPWN的脉冲调制，转变为可调的，频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。

当电梯检修时，是点动运行方式电梯主板或PLC向变频器发出方向和检修运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般点动频率为10HZ），变频器再驱动机上作上、下慢速运行。

当电梯正常运行时，电梯主板或PLC向变频器发出方向或快速运行信号，同时将预先编制好的速度指令（模拟信号或数字信号）输出给变频器（一般满速频率为45HZ）运行。

当需要减速时，断开高速指令，输出沿理想曲线下降至停止。

在降速过程中，由于系统的惯性作用将动能通过能量回馈装置消耗在制动电阻上，因此牵引电机不会发热，可以不用强迫冷却风机变频器内部带电流反馈或速度反馈。

电梯的速度通过编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压（电流）和频率，使两者想等。

电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。

由于VVVF调速具备优异的调速性能和节能潜力，目前国内外均已研制生产出电梯专用变频器。

所以，电梯拖动调速方式以调频调速为主流，PLC+变频器的电梯控制系统应用非常广泛。

控制系统中，PLC主要完成逻辑控制，变频器主要完成曳引拖动的调速控制。

这种控制形式在旧电梯的改造中也得到广泛应用。

2.3　电梯拖动调速系统

拖动电动机采用国产CVF-160L-4电梯专用变频电动机，其功率15kW，额定电压330V，Y形接法，转速1450r/min。

与变频电动机配套，选用华为TD3100-4T0150E电梯专用变频器。

变频器额定容量21KV·A,额定电压380V，三相交流供电，额定输出电流32A，适配电动机15kW。

该变频器综合了国内外多种电梯专用变频器的特点，采用双DSP+MCU结构和先进的模块化设计，最高速为4.0m/s,最高楼层50层。

图2-1所示为该变频器用于电梯拖动的典型结构。

TD3100具有理想的电梯控制方式。

（1）精确的距离控制可运用其智能井道自学习功能，通过运行井道自学习程序，准确地测出每层的层高（脉冲数），并将其记忆在变频器当中。

这样虽然不在井道中设置减速感应器，却能准确地确定每层的减速点，提高运行控制精度。

（2）优化的速度控制功能在传统