六层六站变频电梯的PLC控制系统设计biyesheji李长青Word格式.docx

1、1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 11.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 11.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 21.2.1 PLC的特点 21.2.2 PLC 控制电梯的优点 31.3 电梯变频调速控制的特点 41.4 课题的来源 41.5 课题的主要内容 52 电梯概述 62.1 电梯的类型 62.2曳引电梯的组成 82.2.1曳引电梯的基本结构 82.2.2曳引电梯的主要机械装置 112.3 电梯的性能要求 152.3.1 安全性 152.3.2 可靠性 152.3.3 平层精度 152.3.4 舒适性 163 变频器选择及其参数设计 163.1 变频器的分类 163.2

2、 变频器的工作原理及变频调速 163.2.1 变频器的工作原理 163.2.2 三相异步电动机的变频调速原理 183.3 变频器的选择 183.3.1 选择变频器规格 193.3.2 选择的变频器应满足的条件 193.4 通用变频器 193.4.1 通用变频器概况 193.4.2 VS616G5 型通用变频器 203.5 变频器结构及参数设计 213.5.1 参数设计的原则 213.6可编程控制器的工作原理与选型 243.6.1 可编程控制器的工作原理 243.6.1 三菱FX系列PLC特点 254 电梯控制系统的设计 264.1 电梯的控制要求 264.2 系统信号的确定以及软元件的选取 2

3、74.3 轿厢位置的检测与平层 294.3.1 旋转编码器的工作原理 294.3.2 编码器相关参数的设定 305.2.1 软件设计特点 315.2.3 模块化编程 324.3 软件设计 334.3.1 梯形图程序 335 经济性分析 40结论 41致谢 42参考文献 431 绪论 随着现代城市的发展，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。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。电梯是垂直运输工具，属于位能负载，并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小

4、，甚至是处于发电状态，而电梯在重载上行或空载下行时，电动机的负载最大，是处于电动状态，这就要求电动机在四象限运行。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: Programmable Logic Controller）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

5、 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。1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 （1） 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 （2） 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 （3） 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 （4） 多年来我国一直生产这类电

6、梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 （1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 （2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 （3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 （4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 （5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人

7、员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 1.2.1 PLC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、可靠性 对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 （1）PLC 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，与此同时，系统的维修简单，

8、维修时间短。 （2）PLC 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。 （3）PLC 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。 （4）PLC 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。 （5）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

9、源的断电保护；对存储器内容的保护等。 （6）PLC 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。2、易操作性 PLC的易操作性表现在下列几个方面： （1）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，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。 （2）编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电

10、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。 （3）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，以便维修。 3、灵活性 PLC 的灵活性表现在以下几个方面： （1）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。 （2）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

11、围的扩展。 （3）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。1.2.2 PLC 控制电梯的优点 （1）在电梯控制中采用 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 （2）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。 （3）PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （4）PLC 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。 （5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 （6）更改控制方案时不需改动硬件接线。1.3 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

12、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。 （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 SVPW

13、M 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。1.4 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 7080 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

14、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。1.5 课题的主要内容 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，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

15、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两大部分。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 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块

16、化编程思想，介绍了系统的软件开发实例。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。2 电梯概述2.1 电梯的类型 据国家标准GB/T70241997电梯、自动扶梯、自动人行道术语电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行于至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸卸货物与结构形式应便于乘客出入。 因此，电梯是一种间歇动作的，沿垂直方向运行的，电力驱动的，方便运输的升降设备，电梯在建筑设备中属于机械设备。目前，英、美、法、日等国习惯于将电梯、自动扶梯和自动人行道統归为垂直运输设备。由于分类依据的不同，电梯有不同的分类方法。 1.按用途分类电梯按用途分一般有以下几类。 （1）乘

17、客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 （2）载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。 （3）医用电梯：为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。 （4）杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 （5）观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 2.按额定速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类： （1）低速梯：常指低于1.00m/s速度的电梯。 （2）中速梯：常指速度在1.002.00m/s的电梯。 （3）高速梯：常指速度大于2.00m/s的电梯。 （4）超高速梯：速度超过5.00m/s的电

18、梯。 随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。 3.按拖动方式分类 按曳引电动机的驱动形式不同电梯可分为： （1）螺旋式电梯：通过螺杆旋转，带动安装在轿厢上的螺母使轿厢升降。 （2）齿轮齿条式电梯：这种电梯无需曳引钢丝绳，其电动机及齿轮传动结构装在轿厢上，依靠齿轮与固定在构架上的齿条之间的啮合来驱动轿厢的升降，如建筑工程用的电梯即为此种电梯。 （3）液压电梯：靠液压驱动的电梯。根据柱塞式液压缸设置方式的不同，液压电梯目前有以下两种：一是柱塞置顶式，柱塞直接支撑轿厢底部，使之升降；二是柱塞侧置式，液压缸设置在井道的侧面，借助曳引绳通过滑轮组与轿厢连

19、接使轿厢升降。 （4）直流电梯：采用直流电动机拖动的电梯。如采用直流发电机-电动机组拖动的电梯和直流可控硅励磁拖动的电梯，整流器供电的直流拖动电梯。 （5）交流电梯：采用交流电动机拖动的电梯。交流电梯又可分为采用交流异步双绕组电动机调压调速拖动的电梯，简称ACVV拖动电梯；采用交流异步单绕组电动机调频调压调速拖动的电梯，简称VVVF拖动电梯；采用交流异步双速电动机变级调速拖动的电梯，简称交流双速电梯，交流双速电梯是本文重点讲述的内容。 上述直流电梯和交流电梯由于运行过程中需要钢丝绳、滑轮等曳引装置，一般将他们统称为曳引电梯。2.2曳引电梯的组成2.2.1曳引电梯的基本结构 不同规格型号的电梯，

20、其基本结构情况不同，这里以曳引型电梯为例介绍。图2-1 曳引电梯的结构组成。Fig.2-1 Traction elevator structures 从上图中可看出一部完整电梯部件组成有如下图2-2所示的大致情况。图2-2 电梯的组成（从占用四个空间划分）Fig.2-2 Composition of Elevator （Divided from four space occupied） 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。如下图1-3所示。图2-3 电梯的八大系统示意图Fig.2-3 Eight elevator system diagram

21、 这八个系统的主要功能和组成如下表：表2-1 电梯八大系统简介Table 2-1 Introduction of Elevator s eight system功能主要构件曳引系统输出、传递动力，驱动电梯运行曳引机、钢丝绳、导向轮、返绳轮、制动器导向系统使轿厢和对重只能沿导轨运动导轨、导靴轿厢运送乘客或货物轿厢架、轿厢门系统运行时必须封闭，到站才能打开轿厢门、层门、门锁、开门机、防夹装置重量平衡系统平衡轿厢重量、补偿曳引绳重量的影响对重、补偿链电力拖动系统提供动力，并进行速度控制供电系统、调速装置电气控制系统对电梯实时控制操纵盘、呼梯盒、控制柜、楼层指示、平层开关、行程开关安全保护装置保证电梯

22、安全使用限速器、安全钳、缓冲器、超速保护、断相错相保护2.2.2曳引电梯的主要机械装置图2-4 曳引系统结构示意图Fig.2-4 Schematic structure hoisting system 曳引式电梯的主要机械系统包括曳引机、减速箱、曳引轮、曳引绳、导向轮，轿厢与门机、对重与补偿链，导轨导靴。此外，为了电梯的安全运行，还有必须配备制动器、限速器与安全钳、缓冲器等安全装置。电梯曳引系统的一般示意图如上图2-4。 1.曳引电动机 曳引电动机机是电梯的拖动机械，其作用是产生并传送动力，驱动轿厢和对重上下运行。分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。 无齿轮曳引机，一般以调速性能良好的直流电动机作为动力，由于没有机械减速机构，其传动效率高，噪声小，传动平稳，结构简单，用于速度大于2m/s的高速和超高速电梯上。有齿轮曳引机多用于速度小于2m/s的各种电梯上，为减小运行噪声和提高平稳性，一般采用蜗杆副作减速传动装置。这种曳引机主要由曳引机电动机、制动器及减速器等组成。 2.减速箱 对于有齿轮曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装减速器（箱）。目的：将电动机轴输出的较高转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大的曳引转矩，以适应电梯运行的要求。按传动方式分： （1）蜗轮蜗杆传动