PLC控制多层电梯系统的设计与研究毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

1、 The design describes the basic structure of the elevator and the elevator works, and the PLC program for the analysis and design of the focus of the preparation. Whole is broadly divided into hardware and software design in two parts, and in the end of the paper summarizes the elevator development

2、and prospects.Key Words:elevator,PLC,frequency control,lad第一章 绪论1.1 设计背景当今社会，日新月异，高层建筑已经成为一个城市发展所必不可少的建筑，与之相伴随的电梯也在生产和生活中有了广泛的应用。我们所定义的电梯，就是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 还有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度的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式要便于乘客出入或装卸货物。目前，电梯的控制方式大致分为两种：一是采用

3、微机作为信号控制单元，二是采用可编程控制器（PLC）进行集选控制。两种方法各有优点。本次设计采用PLC对轿厢式电梯进行控制，这也是现在国内大多数电梯生产厂家所采用的电梯控制系统。1.1.1 发展现状升降工具在人类的历史上已经存在并应用了几千年，但驱动力一般是人力或畜力，直到1889年，升降机开始采用电力驱动，才真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现

4、，使电梯的运行性能明显改善。20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种

5、电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。电梯进入中国市场已有一百多年的历史，但真正中国自主研究电梯是在建国以后。1979年以前，建国以来30年间，全国生产安装电梯约1万台。这些电梯主要是直流电梯和交流双速电梯。中国电梯产业在引入外资后才进入了真正的大发展阶段，中国电梯产业在80年代以后发展史可以说就是一部外资引进的发展史，从外资进入中国电梯行业

6、的进程来看，中外电梯合资企业大体经历了如下四次发展阶段：中外合资中方控股、外方逐渐开始控股、基本由外方控股、全部为外方控股或独资。所以中国的电梯在技术方面一直没有自己的突破，所有的技术和大部分的设备都是依赖国外的大型电梯公司。 2000年5月，迅达电梯公司发布Eurolift无机房电梯。它采用高强度无钢丝绳芯的合成纤维曳引绳“SchindlerAramid”牵引轿厢。永磁电机无齿轮曳引机驱动。2000年，奥的斯公司发布Gen2无机房电梯。它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。无齿轮曳引机呈细长形，体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。2002年，

7、正在建设中预计2004年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等以实现在安全稳定的前提下进行超高速运行。2008年，日立电梯在廊坊国际电梯展会上推出的“环保电梯”是真正意义上的“低碳节能”的环境友好型电梯，创立了低碳电梯的新标准。通过变频空调和空气洁净器的应用，使轿厢空气更流通、更清新。而能量再生技术、无段速技术等节能技术的应用，使日立电梯更加节省能源，减少碳排放。2008年，科威嵌入式电梯控制器以其独有的能用梯

8、形图编程、兼容三菱PLC指令及编程环境、可自由组态显示、完全嵌入式结构设计、独特的程序加密方法，成为了关注的焦点。它独特的嵌入式电梯控制器可以让消费者通过梯形图语言设置自己需要的参数。1.1.2 发展趋势1.1.2.1 电力拖动系统拖动技术拖动技术从直流拖动到交流变极调速（交流双速），到交流变压调速、到目前应用最为广泛的变频变压（VVVF）调速技术。变频变压调速技术发展很快，其调速性能已完全可与直流电机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。1.1.2.2 电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模

9、糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。1.1.2.3 超高速电梯 曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。1.1.2.4 蓝牙技术在电梯上广泛应用蓝牙技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可

10、通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。1.2 关于PLC及PLC的特点PLC，即可编程逻辑控制器，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。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大

11、超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.2.1 PLC的发展历史1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。196

12、9年，美国研制出世界第一台PDP-14。1971年，日本研制出第一台DCS-8。1973年，德国研制出第一台PLC。1974年，中国研制出第一台PLC。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快便将其引入到可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中

13、，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现

14、代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2.2 PLC的主要特点PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。（1） 可靠性高，抗干扰能力强。（2） 通用性强，使用方便。（3） 功能强，适应面广（4） 编程简单，容易掌握（5） 减少了控制系统的设计及施工的工作量（6） 体积小、重量轻、功耗低、维护方便1.3 变频器及其特点1.3.1 关于变频器变频器的英文译名是VFD（Variable-

15、frequency Drive），它是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。变频器的主电路可分为两类：电压型和电流型。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器

16、，其直流回路滤波是电感。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到了广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使复杂的调速控制简单化，用变频器和交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，并且缩小了设备体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。1.3.2 变频调速控制电梯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

17、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3。（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，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。31.4

18、 本课题主要研究内容本课题所研究的主要内容是利用可编程序控制器和变频器控制电梯运行的系统。首先对电梯系统及PLC和变频器做一些基本的介绍，然后阐述电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为信号控制和调速两部分。在确定了系统的总体结构之后，用PLC控制电梯运行的逻辑信号，用变频器控制调节电梯的运行速度，选择出PLC和变频器的型号。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的I/O接口的分配，以及旋转编码器与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出软件流程图，编写出控制程序梯形图。第二章 电梯控制系统的设计方案2.1 电梯的介绍2.1.1电梯的种类乘客电梯：为运送乘客设

19、计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯：为运送病床、担架、医用车设计的电梯，轿厢长而窄。杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件等设计的电梯。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯：用作装运车辆的电梯。船舶电梯：船舶上使用的电梯。建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。2.1.2 电梯的主要参数及性能指标2.1.2.1 主要参数：（1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。（2）轿厢尺

20、寸（mm）：宽深高。（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门。（7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：（8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。（9）电气控制系统：包

21、括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。（11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面间的垂直距离。（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。一般电梯的运行速度越快，底坑越深。（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。（15）井道尺寸（mm）：深。2.1.2.2 性能指标（1）安

22、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。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。电梯技术条件对平层准确度规定如下：表2-1 平层准确度标准电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s）交流双速电梯0.25或0.5150.75或1.030交直流快速电梯1.52.0交直流高速电梯2.05电梯轿厢的平层准

23、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，这对于现代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和减速度的过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

24、。2.1.3 电梯的结构及组成部件电梯是机电一体化产品。分为机械部分，电气部分和控制部分。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。（1）曳引系统电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机，曳引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠

25、钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（3）门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。（4）轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定（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额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的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，它的作用是对电梯进行速度控制。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者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统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连。调速装置对曳引电机进行速