基于PLC的施工场地升降机控制系统设计毕业设计论文

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1、基于PLC的施工场地升降机控制系统设计摘 要升降机即简易的电梯，电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电梯得到快速发展。其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频器调速以其优异的调速性能

2、和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，PLC控制技术加变频器调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。本设计考虑到施工场地升降机的实际操作功能，所设计的控制系统针对的是四层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。关键词：电梯；变频器；PLC控制；变频调速AbstractLift that is, a simple lift. As the vertical transport of

3、modern high-rise buildings, the elevator and the lives of people closely related with the continuous improvement of the people on the elevator operational safety, efficiency, comfort requirements, the elevator rapid development. Drag technology has developed to a FM variable voltage control, logic c

4、ontrol instead of the original relay control by PLC.The elevator uses a PLC control software to achieve automatic control of the elevator operation, and reliability are increased. The control system structure is simple, external circuit is simplified, and can easily add or change of control function

5、s can also be automatic fault detection and alarm display, improve operational safety and easy maintenance. Motor AC inverter speed control technology is todays energy-saving, and to improve the process to improve product quality, improve the environment, a major means of technological advancement.

6、The inverter is its superior speed performance and from the braking performance, high efficiency, high power factor and energy-saving effect, the broad scope of application and many other benefits by the domestic and international public .that the most promising speed.Designed taking into account th

7、e practical features of the construction site lifts the control system design for a four-story elevator. Drag the governor of the elevator instead of the traditional relay control system by the inverter, so that the combination of PLC and speed drag devices, constitute the PLC sets the election cont

8、rol systems, elevator control, improved elevatorreliability of operation, to reduce the failure rate.Key words：Elevator，PLC control，VVVF，Inverter目录引言3一、绪论4本课题设计的背景41.2 本课题设计的内容5本课题设计的目的和意义5二、系统设计方案的确定5升降机的概述5升降机继电器控制系统6升降机继电器控制系统的优点6升降机继电器控制系统存在的问题62.3 PLC控制系统62.3.1 PLC控制升降机的优点72.4 变频调速控制升降机的特点7系统设计

9、的基本步骤8三、系统硬件设计83.1 PLC的选型83.1.1 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成93.2 变频器的选择113.2.1 VS-616G5型通用变频器11升降机的主要组成部分14升降机曳引电机及门电机电路图163.4 I/O点数的估算163.5 PLC外部接线图18第四章、系统软件开发194.1 升降机的三个工作状态19软件设计特点19软件设计流程图20系统的软件开发过程22结论和展望36致谢37参考文献38附录A：电气原理图39附录B：外文文献及译文40附录C：参考文献及内容简介44引言伴随着工厂自动化程度的提高，PLC可编程控制器在工厂中的应用也越来越广泛，而

10、且几乎涉及到工厂的各个方面，包括供电，生产，物料管理，运输等等。本文旨在通过实现施工升降机控制系统这样一个典型的实例，来展现PLC在现代化建设中的应用，同时利用这个典型的应用只要稍加变化就可以扩展为其他控制系统。采用可编程控制器来实现升降机的控制对于提高升降机运行的稳定性、降低升降机控制系统的成本以及缩短升降机系统的开发周期都具有实际意义。通过本课题的研究，可以在一定程度上推动升降机即电梯相关行业的发展，拓展PLC在自动化行业的应用领域，具有一定的经济和理论意义。一、绪论本课题设计的背景1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为满足市场需求，适应汽车生产工艺不断更新的需要，将汽车的生产方式

11、由大批量、少品种转变为小批量、多品种。为此要解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，要寻求一种比继电器更可靠，响应速度更快，功能更强大的通用工业控制器。于是可编程控制器应运而生，1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器，从此，PLC开始活跃于控制领域。而且其影响也越来越大，应用也越来越广泛。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）.但由于PC容易与个人计算机（program

12、mable computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置

13、，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短，成功率高 6.体积小，重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直

14、接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行升降机的PLC控制系统的设计，可以推动电梯行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计的内容1升降机类型的选择。综合升降机的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究四层升降机上下行控制，开、关门控制、内外呼叫控制。2硬件系统的设计。本课题设计的升降机要求运行迅速准确度高，在升降机的各层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对电梯的控制。由于本课

15、题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了升降机的经济实用、稳定的需要。3. 升降机控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求， 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展电梯也已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通

16、用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。因此PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。二、系统设计方案的确定电梯是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的机械设备。随着城市的发展，高层建筑的增多，升降机的应用也越来越广泛，分类也随之增多。如按照升降机的用途可分为以下几类：1、乘客，为运送乘客设计的升降机，要求有完善的安全设施以及一定的室内装饰。2、载货升降机，主要

17、为运送货物而设计，通常有人伴随的升降机。3、观光升降机，厢壁透明，供乘客观光用的升降机。4、车辆升降机，用作装运车辆的升降机。5、船舶升降机，船舶上使用的升降机。6、建筑施工升降机，建筑施工与维修用的升降机。7、其它类型的升降机，除上述常用升降机外，还有些特殊用途的升降机，如冷库升降机、防爆升降机、矿井升降机、电站升降机、消防员用升降机等。本设计课题为施工场地的升降机控制系统设计。以四层建筑场地升降机为模型，主要用于建筑施工与维修。升降机继电器控制系统升降机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

18、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，价格较便宜。(4) 多年来我国一直生产这类升降机，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。升降机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

19、，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。升降机继电器控制系统故障率高，大大降低了升降机的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且升降机一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成升降机机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.3 PLC控制系统PLC控制制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在升降机控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用十传统继电器控制系统的技术改造。 PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用

20、。自80年代后期PLC引入我国升降机行业以来，由PLC组成的升降机控制系统被许多升降机制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。升降机控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对升降机运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是升降机安全可靠运行的关键。为了改善升降机的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制升降机的运行，这样大大提高了升降机的性能。可编程控制器(Programmable Logic controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有

21、可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的二大支柱之一。2.3.1 PLC控制升降机的优点1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记

22、数功能。5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。2.4 变频调速控制升降机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。升降机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

23、、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。升降机使用先进的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，节能明显系统设计的基本步骤在升降机控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：升降机的工艺条件和控制要求。2.确定I/O设备。根据机械手控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。3.

24、根据I/O点数选择合适的PLC类型。4.分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。升降机系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个升降机系统设计的核心工作。6.将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。三、系统硬件设计3.1 PLC的选型在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为升降机是双向运行的

25、，所以PLC还需具有可逆计数器。就本次四层升降机的设计而言，上述三种机型都行，但根据市场的实际情况，本次设计采用西门子SIMATIC S7-300系列PLC机型。SIMATIC S7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8 DI/6DO，可扩展27个模块，最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得S7系列PL

26、C成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：(1) 高速的指令处理0.10.6 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。(2) 人机界面(HMI)方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。(3) 诊断功能CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。(4) 口令保护多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。(5) 操作方式选择开关操作方式选择开关像钥匙一样可

27、以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就能防止非法删除或改写用户程序。(6) 方便用户的参数赋值一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。(7) 浮点数运算用此功能可以有效的实现更为复杂的算术运算。3.1.1 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成SIMATIC S7-300系列PLC是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。SIMATIC S7-300有着广泛的应用领域，主要包括：纺织机械、

28、各种机床、通用机械工程应用、电器制造工业及相关产业。多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用接口模块对PLC进行扩展。S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架，SIMATIC S

29、7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图2.1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。图3-1 S7-300系列PLC系统构成框图S7-300系列PLC模块性能简介(1) CPU模块S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择

30、。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。 (2) 信号模块 数字量输入模块数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入模块。 数字量输出模块数

31、字量输出模块SM322将S7-300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。 模拟量输入模块SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长

32、，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相对应的以位表示的精度为8、12和14。 模拟量输出模块模拟量输出模块SM332目前有三种规格型号，即4AOl2位模块、2AO12位模块和4AOl6位模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。(3) PS307电源模块PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流

33、不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300 CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。(4) 接口模块(IM)接口模板(IM360/361)用来在机架之间传递总线。IMS接口代表发送，IMR接口代表接收。接口模板必须安装到特定的插槽。如果需要，在扩展机架可以安装辅助电源。对于双层组态，硬连线的IM365接口模板较为经济(不需要辅助电源，在扩展机架上不能使用CP模板)。(5) 通讯处理器模块CP340/CP341通讯处理模块用于建立点对点的低速连接，最大传输速率为19.2kbps。有三种通信接口：RS-232C

34、，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多种通讯协议可以使用。3.2 变频器的选择变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类:(1) 按变换频率的方法分 交直交变频器 交交变频器(2) 按主电路工作方式分 电压型变频器 电流型变频器(3) 按变频器调压方法的不同分 PAM变频器 PWM变频器(4) 按工作原理分类 U/f控制变频器 VC控制变频器 SF控制变频器(5) 按照用途分类 通用变频器 高性能专用变频器 高频变频器3.2.1 VS-616G5型通用变频器升降机的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系

35、统的关键在于保证升降机按理想的给定速度曲线运行，以改善升降机运行的舒适感；另外，由于升降机在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，升降机节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合升降机类负载频繁变化的场合。另外，VS-616G5变频器的启动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0. 010. 02%使得升降机运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无

36、须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速围5。VS-616G5变频器的特点如下:(1) 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。(2) 有丰富的内藏与选择功能。(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。(4) 保护功能完善、维修性能

37、好。(5) 通过LCD操作装置，可提高操作性能。VS-616G5型变频器的标准规格如表所示。表3.1 VS-616G5型变频器的标准规格220V级输出特性最大输出电压3相,200/208/220/230V(对应于输入电压)额定输出频率最大400Hz额定输入电压和频率3 相，200/208/220V 50Hz200/208/220/230V 60Hz电源允许电压波动+10%，-15%允许频率波动5%400V级输出特性最大输出电压3相,380/400/415/440/460V(对应于输入电压)额定输出频率最大400Hz额定输入电压和频率3相,380/400/415/440/460V 50-60Hz

38、电源允许电压波动+10%，-15%允许频率波动5%控制特性控制方式正弦波PWM (V/f控制、带PG反馈的V/F控制、开环矢量、闭环矢量控制4种控制方式任选性)启动力矩150%/1Hz(带PG, 150%/Ormin)速度控制范围1:100(带PG, 1:1000)速度控制精度0. 2%(带PG，0. 02%)速度响应5Hz(带PG, 30Hz)力矩限制可采用(参数设定：4级可变)力矩精度5%力矩响应20Hz(带PG, 40Hz)频率控制范围0. 1400Hz频率控制精度数字指令:0. 01% ( -10 0C+40 )模拟指令:0.1% (25010 )变频器的参数设置由于采用PLC作为逻辑

39、控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。(1) VS-616G5变频器的参数616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如表3.2表3.2 VS-616G5变频器的参数参数功用A组B组C组D组E组F组G组确定控制模式选择运行功能确定加减速时间及转矩补偿时间选择频率确定运行压频曲线保护设置确定偏差标准(2) 参数设计的原则： 减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些。 提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车击。 零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感。 变频器其他常用参数可根据电

40、网电压和电机铭牌数据直接输入，具体的设置如表3.3安川616G5变频器主要参数设置表表3.3 安川616G5变频器主要参数设置参数名称设定值说明A1-02控制方式选择2不带PG矢量控制方式B1-01频率指令选择1B1-02运行指令选择1B1-03停止方法选择0B1-04反转禁止选择0B2-01零速电平选择B2-04停止时直流制动时间C1-03加速时间2C1-04减速时间2C2-01加速开始时s型曲线时间C2-02加速完了时s型曲线时间C2-03减速开始时s型曲线时间C2-04减速完了时s型曲线时间C5-01ASR比例增益15C5-02ASR积分时间13SD1-09检修速度200rpmE1-01

41、输入电压设置380E1-04最高输出频率50HzE1-05最大电压380E1-06额定电压频率50HzE1-09最低输出频率电压0VE2-01电机额定电流按电机铭牌设置E2-02电机额定滑差按电机铭牌设置E2-03电机空载电流按电机铭牌设置E2-04电机极数按电机铭牌设置F1-01PG常数根据旋转编码器铭牌设置F1-02PG断线检测时的动作选择0F1-03超速时的动作选择0F1-04超度偏差过大时的动作选择0F1-05PG分频比根据电机极数设置(1) 升降机轿厢轿厢是运送乘客和货物的升降机组件，是升降机的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(2) 曳引机曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使升

42、降机运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(3) 升降机井道及导轨升降机井道是用以供升降机轿厢运行的通道。升降机导轨就是在轿厢和墙壁之间的轨道，上面有轮子在滑动，表面很光滑，用矫厢导轨支架来支撑。它可以用来防止轿相晃动。货梯和客梯上都装有。(4) 导向系统导向系统的主要功能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。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(5) 门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(6) 重量平衡系统平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在升降机工作中能使轿厢与对重间的重量差保持

43、在限额之内，保证升降机的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(7) 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实现升降机速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成 (8) 电气控制系统电气控制系统的主要功能是对升降机的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。升降机是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使升降机可靠运行。尽管升降机的品种繁多，但目前使用的升降机绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，

44、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升降机曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图3-3所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图3-3 电梯曳引电机及门电机电路图3.4 I/O点数的估算采用PLC构成四层简易升降机电气控制系统。升降机的上、下行由一台电动

45、机拖动，电动机正转为升降机上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1SQ4。升降机内有一至四层呼叫按钮K10K7和指示灯H10H7；升降机开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综上所述，输入点共有20个，输出点数

46、有16个。可编程控制器S7-300的I/O点数可达32/32个,足以满足要求。具体的I/O分配如表序号名 称输入点序号名 称输出点1一层平层1升降机上行记忆2二层平层2升降机下行记忆3三层平层3电机正转4四层平层4电机反转5内呼一楼5内呼一楼指示6内呼二楼6内呼二楼指示7内呼三楼7内呼三楼指示8内呼四楼8内呼四楼指示9一层外呼上行9一层外呼上行指示10二层外呼上行10二层外呼上行指示11三楼外呼上行11三楼外呼上行指示12二楼外呼下行12二楼外呼下行指示13三楼外呼下行13三楼外呼下行指示14四楼外呼下行14四楼外呼下行指示15手动开门15门电机正转16手动关门16门电机反转17开门限位18关

47、门限位19升降机上升极限位20升降机下降极限位3.5 PLC外部接线图第四章、系统软件开发4.1 升降机的三个工作状态升降机控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，升降机工作过程又细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。升降机在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的升降机工作过程。1、升降机的自检状态 PLC上电后，PLC中的程序己开始运行，但因为升降机尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使升降机处于平层状态已知楼层且升降机门处于关闭状态。升降机自检过程的目标为:先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，升降机

48、首先是升降机门处于关闭状态，然后升降机自动向上运行，经过两个平层点后停止。2、升降机的正常工作状态升降机完成一个呼叫响应的步骤如下: (1) 升降机在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比较，通过选向模块进行选向。 (2) 升降机通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。 (3) 当升降机检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，升降机进入减速状态，由中速度变为低速，并以低速运行到平层点停止。 (4) 平层后，经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关;再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。

49、升降机控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。3、升降机强制工作状态当升降机的初始位置需要调整或升降机需要检修时，应设置一种状态使升降机处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上消防/检修按钮按下后，使升降机立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行(或下行)按钮，升降机上行(或下行);一旦放开该按钮，升降机立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使升降机跳出强制工作状态。由于升降机的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现升降机的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，

50、以及升降机的相应状态适时的控制升降机的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。系统的软件设计有如下几个特点:(1) 采用优先级队列。根据升降机所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为升降机向上运行时，在升降机所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在升降机运行中实时排列的四个优先级队列。为实现随机逻辑控制提供了基础。(2) 采

51、用先进先出队列。根据升降机的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元(有呼叫时此单元为非零单元;无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列，我们利用先进先出读出指令，将第一个单元中数据送入比较寄存器。(3) 采用随机逻辑控制。当升降机以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车;如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。（4）对变频器的控制，PLC根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发

52、出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。软件设计流程图上电是否门厅呼叫是否桥厢呼叫初始化等待确认本层与目标层目标与本层是否同层选向启动快速运行加速楼层检测是否目标层减速平层检测制动开门延时关门是否停止运行停止系统的软件开发过程升降机的外指令、内召唤信号的登记、消除回路轿内指令和厅外召唤登记的条件是按下要登记的按钮，若此时升降机处在正常运行状态，而且升降机又不在登记的层楼，则该登记即为有效。轿内指令登记消除的条件是当升降机正常运行至登记楼层时，指令登记即被消除。厅外召唤消除的条件是:当升降机正常运行

53、至厅外召唤的楼层且升降机的运行方向与召唤按钮的方向一致时，厅外召唤即被消除。当在安全回路继电器动作、轿内电锁断开、检修等状态下指令信号不予登记，登记的信号即刻消除。(1) 外召唤信号登记及消除 厅外召唤信号同样需要进行登记，显示本层停车信号，此外还具有反向运行保号功能。(2) 内指令信号登记及消除内指令信号的处理包括信号的登记、显示基本层(停车)消息。信号的登记采用自锁原理，不论升降机上行或下行，当轿厢运行至有内指令的梯层时，均要换速停车，并消除登记信号，不需反射信号。点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，升降机自动返回一楼。（3）升降机的平层信号处

54、理（4）升降机的选层定向及反向截梯回路升降机的定向是综合考虑升降机的运行方式、轿内指令、厅外召唤及升降机所处楼层的位置的基础上，确定升降机的运行方向。选层是在有轿内指令或厅外召唤信号的情况下，升降机应响应哪个信号;升降机即将到达有轿内指令登记或与升降机运行方向相同的厅外召唤信号的楼层时，发出换速信号。在有司机正常运行状态下，由轿内指令及升降机所处的位置来确定升降机的运行方向;在无司机正常运行状态下，厅外召唤信号根据升降机的所处位置来参与升降机的定向。无论在有司机或无司机运行状态，对内指令，升降机均需换速平层停车，并且直驶时只停内选层站，当外召唤方向与升降机运行方向相同时，升降机换速停车，即顺向

55、截车；只有在无司机运行状态，升降机才对反向召唤信号应招服务。当有多个反向呼梯信号时，先应招最远的反向呼梯信号，即最远反向截梯，然后再以顺向截车方式应招其他外召唤信号。轿厢上行轿厢下行（5）内指令外召唤信号的保持轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使升降机能够继续响应其他乘坐信号（6）各楼层停车信号升降机在运行中，需要停靠目标楼层时，其减速过程是按照距离原则实现的，当与目标楼层距离为“零”时，速度也正好为零，即直接停靠，无慢爬。（7）自动开关门开关门控制程序是按照双开门有/无司机控制来设计的。主要完成升降机的手

56、动开门、无司机状态下的本层开门、升降机运行到达目的层站时的自动开门、手动关门、无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门等功能。本层开门是指升降机在停车状态和非检修(有/无司机)条件下，当轿厢所在层楼有上召唤且没有定下方向，或有下召唤而没有定上方向时，升降机自动开门，升降机本层开门的条件也可简化为:在停车状态下，当轿厢所在层楼有厅外召唤时，升降机自动开门。关门的条件有以下几种:停车状态下按关门按钮、无司机状态下自动关门、时间到、锁梯时钥匙开关断开。停止关门或不关门的条件:关门到位碰到关门限位开关、有开门信号、开门继电器吸合、超载开关动作。如梯形图所示，升降机到层停车后，延时2s开门，5s

57、后自动关门。并设有手动开门按扭和关门按钮。可实现即时开关门。结论和展望时光流逝，不知不觉我的大学生涯即将结束，毕业设计也接近尾声。本设计课题为基于PLC的施工升降机控制系统。主要研究四层升降机上下行控制，开、关门控制、内外呼叫控制。要求运行迅速准确度高，在升降机的各层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对升降机的控制。在设计之初，我查询了大量有关升降机的资料。总结起来施工升降机即用吊笼载人、载物沿导轨做上下运输的施工机械。更直接的说，所谓升降机就是简易的电梯装置。只不过设施简陋一点，功能少一点。

58、由于电梯目前的运用较广泛，在搜索资料的时候比较全面，我的课题设计主要是参考前人有关的电梯设计来进行的。想来应该能够满足施工升降机的需要。在进行PLC的芯片选择的时候，本想选用我校所学习的三菱系列PLC，考虑到现在社会发展的现状，认为还是西门子的比较跟的上现今人们的需求。由于对西门子系列的PLC没有什么接触，在设计之前我下载了很多相关的资料。如芯片手册、使用说明书、还有相关的模拟仿真软件。在西门子系列的单片机中S7-200和S7-300个人感觉都比较适合。S7-200适合比较简单的小型系统，且被普遍认为性价比较高，但考虑到施工升降机的楼层不是固定的，虽然本设计的四层施工升降机用S7-200绰绰有

59、余，但如果建设更高的楼层肯定存在缺陷。故最终确定选用西门子S7-300 PLC。在课题设计过程中出现了很多问题，当然在处理问题的同时，我也学到了很多有用的东西。撇开专业知识不谈，就设计所需的软件工具，有很多我都不会运用。在一番摸索和请教中，终于我的毕业设计也接近完成。由于时间紧迫，且个人能力有限，虽然总体设计要求达到了，但并没有进行系统仿真。没有进行系统仿真，很多隐藏的问题就没办法进行很好的解决。所以，客观的说，我所设计的施工升降机控制系统是存在安全隐患的。对此，我感觉很遗憾，更加认识到自身的不足。在本次毕业设计的进程中，我仔细梳理了所学的理论知识，结通过实际的应用，更加牢固的掌握了它们。也学

60、习到很多书本上所没有的知识，如，一个系统好，但厂家不一定会用最好的，而是用性价比最高的，或者说最能让他们利益最大化的那个。我们说设计的系统，大多都脱离实际更贴近理想化。我希望在以后的工作中，自己能因地制宜，很好的将所学的理论知识和实际相结合。将自己的工作干好、干精。致谢随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，升降机作为高层建筑中垂直升降的运输工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。本次毕业设计的课题为施工场地的升降机控制系统的设计，也就是升降机的简易形式。通过毕业设计，我学到了很多东西也发现了自己很多的不足。撇开专业知识不谈，就设计所需的软件工具，有很多我都不会运用。这才发现书本上的东西如果没有辅助的技能是发挥不出来很大的作用的。我们只有不断的学习新兴知识，不断的充实自己，才能不被社会所淘汰。通过查询图书，翻阅资料，在网上搜索资料，和老师、同学沟通，我