基于PLC的变频调速电梯系统Word格式文档下载.docx

1、5）电源PLC的电源为PLC电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。1.1.3PLC的特点1、可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技和严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来

2、说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点减少到数百甚至数千分之一，故障大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。2、硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。3、易学易用，深受工程

3、技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法有规律，易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期缩短，同时容易维护。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生

4、产过程成为可能，适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，重量小于150g，功耗仅数瓦，是实现机电一体化的理想控制器。1.2PLC在电梯控制中的应用传统的电梯自动控制系统主要使用继电器解除其控制路线，具有通用性差、所占用的空间大、可靠性较差、维修量大以及故障多等缺点，从技术层面看这一系统终将被淘汰。对于以上问题PLC控制系统都能有效地解决，所以应用PLC电梯控制系统，能使电梯运行更为舒适、安全、方便。 1.2.1电梯控制系统构成 电梯控制系统由逻辑控制系统与电力拖动系统构成。电梯控制系统硬件由轿厢

5、操纵盘、厅门信号、PLC、变频器、调速系统构成，变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻。电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程。目前用于电梯的拖动系统主要有：单、双速交流电动机拖动系统，交流电动机定子调压调速拖动系统，直流发电机一电动机可控硅励磁拖动系统，可控硅直接供电拖动系统，VVVF变频变压调速拖动系统。当电梯减速运行时，电动机处于再生

6、发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。1.2.2 PLC电梯控制系统基本结构与其他类型电梯控制系统相比较，PLC 电梯控制系统也是由拖动控制系统以及逻辑控制系统两个部分所构成的。硬件设备主要包含主拖动系统、层号指示灯、调速装置、门机、厅外呼梯盘、机械系统、轿厢操作盘、PLC扩展以及主机等，其中PLC主机为控制系统的核心。只有通过PLC软件才能实现信号控制系统，其中包含开关门的运行、换速、平层信号、顺向截梯、运行控制、厅外召唤、门区以及轿内指令等控制程序。电梯的当前工作情况在拖动控制系统中主要是通过反馈信号，进而送入到PLC，然后经由PLC对拖动系统发出起动、切换速度以及平层等信号。1.

7、2.3 PLC电梯控制系统的主要功能以及工作原理 1、PLC电梯控制系统的主要功能1）自动返基站功能：若电梯设置基站，电梯将所有的指令完成以后，会自动返回到基站，然后停机待客。2）自动定向功能：若轿厢中操纵盘显示电梯位置相比选层指令来说处于不同的方向，电梯可以根据所记忆的先后顺序，自行确定所运行的方向。3）按钮开门功能：在电梯门关闭以后或者是开门的过程中，在起动电梯以前，如果想要打开电梯门，只需在操纵盘中按下开关按钮。4）提早关门功能与自动关门功能：电梯通常在停站 4-6s就能完全实现自动关门，如果在超时的时间之内将关门按钮按下，电梯门就能提前实行关门指令。5）下呼叫开关与上呼叫开关：一台具有

8、同一功率电动机在对轿厢的下降与上升进行控制的过程中，在各层间均设有下呼叫开关与上呼叫开关。6）自动关门待客：如果电梯将轿厢内的所有指令完成，并且又受到层外的任何呼叫信号，轿厢可以实现自动关门，并且根据预先所调定好的时间，将轿厢中的通风以及照明设备等自动关闭。7）待客自动开门功能：在某一层电梯停梯待客时，在外层按下召唤按钮以后，就能实现自动开门迎客。8）自动将门停靠：在电梯轿厢中如果同时有不同的选层指令出现，电梯应该在所调定的时间之内能够实现自动运行，并且按照先后顺序自动将门停靠。9）停靠应答：电梯在运行的过程中，可以根据记忆层之外的呼梯指令，能自动地对与运行方向相符合的召唤逐一地进行停靠应答。

9、2、PLC 电梯控制系统工作原理电梯控制系统主要是通过随机逻辑进行控制的，在运行的过程中电梯的不同输入信号的出现是随机的，也就是不能确定信号何时会出现，其主要的控制作用是经输入接口将内指令、外指令以及光脉冲等信号传输至PLC主机中，通过 PLC 主机有关软件，对不同逻辑信号进行处理与逻辑的运算，然后再经过输出接口将指令信号发出，进而使拖动控制系统与门机的实际运行需要得到满足。3、电梯故障诊断中PLC的程序设计以及实施 在电梯控制系统的改造中应用PLC，然后改造电梯控制系统以后，在外围元器件内将故障检测信号提取出来，将其作PLC的输入信号，这样不仅能完成PLC对电梯系统的有效控制，同时也能实时诊

10、断与检测电梯控制系统的运行情况。诊断程序的构成主要包含采集故障、搜寻故障、分离故障以及输出故障。在电梯出现故障以后，PLC 可以将电梯状态经指针寄存器发送到输出寄存器中，然后进行输出，故障信号便能在数字显示器中显示出来。由于PLC电梯控制系统具有调试周期短、系统较为稳定、干扰性强、便于维修、扩展方便、速度快以及运算性好等优点，是目前电梯控制系统中普遍使用的一种控制方式，电梯控制系统有着较多的信号输入点，根据初期投资来说，与继电器相比，PLC电梯控制系统的成本比较高，但是可以使用减少输入点的方法，解决初期成本投入高的问题。总之，PLC电梯控制系统安全可靠、乘坐舒适，电梯故障发生率小，具有一定的社

11、会效益和经济效益。2硬件系统设计本章主要讨论在可编程控制器的控制下，结合电梯模型的控制要求及特点，对 PLC 控制系统进行系统配置，设置变频器的相关参数。本章设计了电梯控制器的硬件电路及电气控制原理图，使电梯能够按照 S 形曲线运行，并实现电梯运行过程中的安全保护。2.1电梯控制性能要求2.1.1基本要求1）一层设有上行呼梯按钮、二层设有下降呼梯按钮。2）一层、二层和轿厢均设有7段码数码显示轿厢所在的楼层。3）轿厢内设置有选层按钮。4）轿厢内设置有开门和关门按钮。5）开门与关门不可同时进行。2.1.2附加要求1）电梯有强制工作、自动工作状态两种模式；2）电梯到位后，具有自动手动开门功能；3）轿

12、厢层间高速运行，快到相应楼层时，切换成低速运行，无速停车抱闸；4）行车方向由内选信号决定，顺向优先执行；5）内选、外呼信号具有记忆功能，执行后解除；6）内选信号、外呼信号、轿厢行驶方向及所在楼层位置均有显示；7）平层时，可自动开门、关门，有障碍物（夹人）自动改为开门；8）轿厢超重不能关门，发出警告信号；9）行车时，层门和轿门都不能开，开门后，不能行车，形成互锁；10）电梯具有各种安全保护装置。2.2 PLC的I/O分配及系统配置2.2.1 I/O分配本系统按照2层电梯进行设计，根据控制要求，PLC 输入信号有：外呼按钮、内选按钮、限位开关、手动开关、轿厢开/关按钮等。输出信号有：外呼信号指示、

13、内选信号指示、楼层显示信息、电梯上/下行信息、变频器控制信号等。输入/输出信号的具体分配如表2-1 所示。表2-1 I/O地址分配表PLC输入点电梯实物内部接口PLC输出点I0.0一层内选按钮Q0.0变频器STFI0.1二层内选按钮Q0.1STRI0.2一层外呼上按钮Q0.2一层内选指示I0.3二层外呼下按钮Q0.3二层内选指示I0.4开门按钮Q0.4一层外呼上指示I0.5关门按钮Q0.5二层外呼下指示I0.6关门障碍信号Q0.6门电机正转（开门）I0.7一层平层Q0.7门电机反转（关门）I1.0二层平层Q1.0电梯上升指示I1.1开门限位按钮Q1.1电梯下降指示I1.2关门限位按钮Q1.2电

14、梯超重指示I1.3轿厢上升限位Q1.3电梯检修指示I1.4轿厢下降限位Q2.0七段数码管依次为a,bgI1.5轿厢超重信号Q2.1I2.0检修开关Q2.2I2.1手动上行按钮Q2.3I2.2手动下行按钮Q2.4I2.3手动开门按钮Q2.5I2.4手动关门按钮Q2.6由表2-1可知，本系统需输入点数 19 点，输出点数19 点，考虑 15%-20%的裕量，故选择西门子 S7-200 系列 CPU226 PLC 为主机，配以 EM222DC 24V 数字量 8点输入扩展模块。CPU226 输入/输出点数为 24 入/16 出，EM222 为 8 入，形成输入点数 24 点，输出点数 24 点，满足

15、系统要求，其地址编号如图 2-1所示。图2-1 PLC主机、扩展模块I/O分配由于本系统中输入输出状态较多，因此需用到大量的PLC内部的辅助继电器，各继电器具体分配如表2-2 所示。表2-2 辅助继电器分配表编号状态说明M0.01电梯处于1层M0.3三相电机运转M0.1电梯处于2层M0.4开门按钮被按下M0.2门电机运转M0.5关门按钮被按下2.2.2电梯运行的速度曲线为了能准确平层，并使乘客有很好的舒适感，电梯的速度控制是至关重要的环节。电梯必须按照设定好的速度运行，才能保证电梯平层的准确性。当PLC接收到平层信息时，必须使轿厢及时降速并停在指定位置。为使乘客有乘车的舒适感，电梯的速度变化不

16、能跳变，特别是电梯启动和停止的时候，速度变化要缓慢，即轿厢运行的加速度比较小。综合上述要求，对于电梯的运行速度曲线采用S 形加减速方式。变频器具有S形曲线输出功能。其特点是在起始的一段时间，加速速度相对缓慢；在起动之后，基本成线性运行，加速度不变，而后，加速度逐渐减为零。这样，在整个加速过程中，速度与时间成关系呈S形方式，如图 2-2 所示。电梯轿厢按照S形速度曲线运行，会使得乘客的舒适感大大提高。图2-2 S速度曲线2.2.3变频器的参数设置本系统中，利用PLC控制变频器的目的是使曳引机能够实现平滑调速，从而使得乘客的舒适感大大提高。变频器的参数非常多，变频器的引脚也非常多，图 2-3 给出

17、了FR-A540 变频器其常用端子。图2-3 FR-A540变频器常用端子通过给输入端子不同的信号，变频器将 50HZ（工频）的三相交流电变换成给定信号对应的频率，FR-A540 变频器各端子的用法见表 2-3。表2-3 FR-A540变频器的各端子说明端子标号端子名称R,S,T交流电源输入连接工频电源U,V,W变频器输出接三相异步电动机正转启动STF信号处于ON便正转，处于OFF便停止反转启动STR信号处于ON便反转，处于OFF便停止RH多段速度选择高速用RH,RM,RL信号的组合可以选择多段速度RM中速RL低速SD公共输入端子接点输入端子的公共端JOG点动模式选择JOG信号处于ON时，用S

18、TF或STR点动运行为了使电梯的运行速度曲线采用S 形加减速方式，FR-A540变频器常用参数及其设定值，见表 2-4。表2-4 FR-A540变频器常用参数表参数号名称设定范围本系统设定参数值Pr.1上限频率0-120Hz50HzPr.2下限频率5HzPr.4多段速度设定（高速）0-400HzPr.5多段速度设定（中速）30HzPr.6多段速度设定（低速）Pr.7加速时间0-360s3sPr.8减速时间4sPr.20加减速参考频率1-400HzPr.79操作模式选择0-8 22.3电梯控制系统原理图2.3.1 PLC接线图电梯控制系统的接线图如图2-4所示。图2-4 PLC接线图2.3.2主

19、电路图电气控制系统主回路如图2-5所示。图中，M1为三相异步电动机；M2为直流电机；接触器KM1-KM2控制直流电机的运行；FR1,FR2为电机M1、M2过载保护用的热继电器；QF1,QF2,QF3分别为主电路、变频器和变压器的空气开关；变压器和整流桥用于得到24V 直流电压驱动门电动机。图2-5 电气控制系统主回路3 软件系统设计本章在第2章硬件设计的基础上，进行各模块的软件设计，给出各个控制环节的程序梯形图，从而完成电梯控制系统的软、硬件设计。3.1电梯的控制方式PLC对变频器的控制目的是使轿厢在楼层间运行时，高速旋转，平层前改为低速运行，再抱闸停车。对电梯的控制可以分为两种状态，强制工作

20、和自动工作状态。当电梯的初始位置需要调整或者电梯需要检修时，按下“检修”开关。电梯便进入强制工作状态，此时电梯不相应正常的呼叫，通过“手动上升按钮”、“手动下降按钮”可以使电梯沿着导轨上、下间自由移动。“手动关门按钮”、“手动开门按钮”只有电梯在各楼层时，轿厢门才能打开。当处理完毕后，可断开“检修”开关使电梯退出强制工作状态。电梯正常工作时，当检测到有外呼按钮或轿厢内的内选按钮有呼叫时，通过内选按钮记录情况，确定轿厢运行方向。电梯通过轿厢拖动系统，按照 S 形曲线低速启动转变为高速运行，当检测到平层信号后，再降速运行并停车抱闸，达到平稳过渡，实现舒适性。平层后开门，直到碰见开门限位开关，开门结

21、束。在一段固定延时时间内，若未检测到轿厢关门开关按下，轿厢门自动关闭。电梯按照顺向优先响应，逆向截车的原则，不断从一层启动到另外一层停止。3.2 系统的程序设计3.2.1强制工作电路当电梯需要检修时，按下“检修”开关。电梯便进入强制工作状态。结合2.1节的控制要求，设计的强制工作电路的梯形图如图3-1所示。3.2.2电梯选向电路改变电梯的运行方向，实际上就是改变电机的旋转方向。结合2.1节的控制要求，设计的电梯选向电路的梯形图如图3-2所示。图3-1 强制工作控制梯形图图3-2 选向控制梯形图3.2.3门电动机控制结合2.1节的控制要求，设计的门电动机电路的梯形图如图3-3所示。本程序中，电梯

22、平层之后延时1s自动开门，开门后延时10s自动关门。图3-3 门电动机控制梯形图3.2.4楼层显示控制本系统中，采用共阴极接法的七段数码管，结合2.1节的控制要求，设计的楼层显示控制电路的梯形图如图3-4所示。图3-4 楼层显示控制梯形图3.3电梯系统梯形图程序最终设计的整个系统的梯形图如图3-5所示。图3-5 系统梯形图4 总结 本次设计基本达到了设计目的，完成电梯的变频控制。利用通用变频器和 PLC实现了对电梯的调速控制，通过合理的控制器系统配置、参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。本论文通过查阅大量的文献资料，借助互联网和图书馆，结合电梯控制

23、实际，具体介绍了以下几个方面：1、可编程控制器的结构和工作原理2、可编程控制器在电梯中的应用3、二层电梯的硬件设计4、二层电梯的软件设计尽管本文做了大量的研究和基础性实验，由于受时间和设备约束，本设计很多不足之处，通过本次设计，不仅扩展了我的专业知识，而且增强了我分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了我严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，同时也培养了我们的协作能力。参考文献1何波. 电气控制及PLC应用M. 北京：中国电力出版社，2008.2陈宇, 段鑫. 可编程控制器基础及编程技巧M. 广州：华南理工大学出版社，1998.3吴晓君. 电气控制与可编程控制器应用M. 北京：中国建材工

24、业出版社，2004.4徐意. 基于S7_200PLC的变频调速电梯控制系统的研究D. 浙江工业大学, 2010.4.5陈登峰，肖海燕. 电梯控制技术M. 北京：机械工业出版社，2013.3.6方大千. 变频器、软启动器及PLC实用技术手册M. 北京：化学工业出版社，2014.1.7陈立定. 电气控制与可编程控制器M.华南理工大学出版社，2001.8王佳. 建筑电气CAD实用教程M. 北京：中国电力出版社，2014.1.9巫莉. 电气控制与PLC应用M. 北京：中国电力出版社，2008.5.10高峻峣. 工业电气控制从入门到精通M. 北京：机械工业出版社，2010.3.11 李国勇，卫明社. 可

25、编程控制器实验教程M. 北京：电子工业出版社，2008.9.12 中国知网13 阮航,童海滨.PLC电梯控制系统的设计J.河南科技,2011 （20）. 14 谷琛.浅谈PLC在电梯控制系统中的应用J.信息与电脑 （理论版）,2011（10）. 15 芦艳芳,朱贵宪.基于PLC的电梯控制系统设计J.煤炭技 术,2011（8）. 16 杨贵平,祁鸣书.PLC 在电梯控制中的应用J.湖南农机, 2011（7）. 17 李淑娥,李彦吉.PLC在电梯故障诊断中的应用J.电工技 术,2011（3）.致 谢本次课程设计不仅让我收获了专业技能，更培养了我团结协作的能力。当然首先应感谢就是我的指导老师冯增喜老师，老师今年刚好给我们带课，他的每一节课都能给我留下深刻的印象，老师不仅是授人以鱼，更是授人以渔，这次老师作为我们的指导老师从论文的选题、研究到撰写都倾注了他极大的心血。每当我们有不懂的问题，他总能热心的给我们解答。在他的精心指导和热情关心下，我才得以顺利完成论文。同时，要感谢我的队友们，在这次论文期间，