毕业设计（论文）基于s7300的电梯控制系统的设计（软件设计）

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1、江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：基于西门子PLC S7-300电梯系统设计专题题目：基于西门子PLC S7-300电梯系统设计（软件设计） 学 院：电气工程与自动化学院专 业：自动化班 级：071班学 生： 学 号：29号指导教师：刘晖 职称：副教授时间：2011年6月江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书机电工程学院 自动化专业 07级（2011 届） 1班 学号 29 学生 袁舰题 目：基于s7-300的电梯控制系统的设计专题题目：基于s7-300的电梯控制系统的设计（软件设计）原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工

2、作目的等)： 工作基础：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。 研究条件：可编程控制器PLC、变频器、光电旋转编码器、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、门机及其他电气元件等。 应用环境：高层建筑，运送乘客和货物的固定式提升。 工作目的：传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：设计内容：（1）熟悉基

3、于s7-300的电梯控制系统的基本内容和基本原理。 （2）熟悉STEP7编程环境，并掌握编写梯形图的方法。 （3）熟悉该控制系统中所应用到的器件，如：可编程控制器PLC、变频器、拽引机等。 （4）掌握现场总线技术系统设计和面向对象设计的一般方法。 （5）利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，由此确定电梯位置。 （6）利用PLC扩展功能模块DA模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入DA，由DA转换成模拟量后将理想曲线输出。 （7）通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置、快速

4、换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。主要指标及技术参数：电梯控制系统的位移控制 ，速度控制，楼层计数， 快速换速 ，脉冲信号故障检测 。采用s7300PLC系统来处理接近开关信号、按钮信号以及电梯的控制开关和楼层显示等。具体要求：（1）学习并掌握西门子S7-300PLC的使用及STEP7开发环境编制程序。（2）掌握人机界面组态软件WinCC的使用。（3）通过对现场总线技术的学习，以及对微机控制系统知识的了解，（4）掌握现场总线技术在控制系统中的应用方法。 （5）了解PID算法等在控制系统中的作用，并掌握其应用。日程安排：第一阶段 现场调研： 认真收集有关资料，学习PLC的工作原理及指

5、令系统。第二阶段 了解系统： 了解PLC电梯控制系统的工作原理。第三阶段 提出硬件设计方案： 在前两个阶段的基础上，提出对整个系统的软件设计方案。第四阶段 程序设计： 根据系统的整体方案。针对自己的专题进行程序的编制。第五阶段 程序测试： 在微型计算机上进行程序的测试并修改运行。第六阶段 文件 编写设计说明书，准备答辩提纲，进行答辩。主要参考文献和书目：、1 西门子 (中国)深入浅出西门子s7200plc，北京航空航天大学出版社，2005，22 周洪，王均 . 工业过程网络控制理论的研究状况 . 自动化博览 .2002,19(5)28313 殷洪义 可编程序控制器选择设计与维护 20034 韩

6、京清 非线性PID控制器 1994(04)5 陈众，方璐，李楠 .VC 环境下小型工业监控软件的开发 . 计算计自动测量与控制 . 2000 ， 8(5):33-356 陈卫民，鲁连奎等 .PLC 工控系统中的网络设计 . 计算机应用研究 .2000,17(11):50517 Lee C H.Wang S D A self-organizing adaptive fuzzy controller 19968 郭健. 许姝韫. 陈庆伟 拟人智能控制在温控系统中的应用期刊论文 - 计算机测量与控制 2004(12)9 李英春. 王孟效. 姚鹏 基于S7-200PLC的纸机控制系统通讯设计期刊论文

7、- 计算机测量与控制 2003(11)10 王接风、谢云敏，可编程控制器原理与实践教程，上海：上海交通大学出版社，200711 Siemens ： SIMATIC PCS 7 过程控制系统 12 阳宪惠 . 现场总线技术及其应用 . 北京：清华大学出版社， 1999 ： 3513 Siemens.WinCC 用户手册 .Germany:Siemens AG ， 200114 白焰，吴鸿，杨国田 . 分散控制系统与现场总线控制系统 . 第一版 . 北京 : 中国电力出版社， 2000. 3-6015 Siemens.S7-300 cpu 31xc instruction list.Germany

8、:Siemens Aq200116 Siemens.S7-300-Module Specifications.Germany:SiemensAC200117 Series 90-70 Programmable Controler (Reference Manual)M. GE Fanuc Automation18 Siemens. S7-300 menu.Germany:Siemens AG,200319 Siemens. S7-300 configuration.Germany:Siemens AC200320 Siemens.S7-300 Getting Started e.Germany

9、:Siemens AC,200321 张智杰 .PLC 控制系统设计 . 电气传动自动化 .2002,24(6):505222 齐从谦，王士兰 .PLC 技术及应用 . 北京 : 机械工业出版社， 2000:35指导教师（签字）： 年 月 日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告机电工程学院 自动化专业 07级（届） 1班 学号29 学生 袁舰题 目：基于S7-300的 PLC电梯控制系统设计专题题目：基于S7-300的 PLC电梯控制系统设计（软件设计）本课题来源及研究现状：本课题来源：电梯，作为现代化城市必备的垂直交通运输

10、工具已经逐渐成为人们生活中必不可少的重要组成部分。我国的电梯事业历史不长，1979年以前我国电梯总产量约为 10000台，2004年国内电梯总产量已达11万多台，预计2010年电梯总产量突破30万台，电梯产业的飞速发展带动了电梯控制系统的长足发展。随着我国科技水平的不断提高，可编程控制技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛，而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。研究现状：目前的电梯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；二是控制方式用可编程控制器取代微

11、机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，PLC)是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。课题研究目标、内容、方法和手段：研究目标：掌握S7-300PLC控制系统的一般设计要求。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期，以三层电梯控制分析为例，重点分析电梯的软件设计，提出基于PLC电梯控制系统设计的实现方案。 研究内容：（1）熟悉电梯控制系统的基本内容和基本原理。（2）熟悉STEP7编程环境，并掌握编写梯形图的方法。（3）熟悉该控

12、制系统中所应用到的器件，如：控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等。（4）熟悉电梯的电力拖动部分。（5）掌握现场总线技术系统设计和面向对象设计的一般方法。（6）掌握用PLC的输出点直接控制变频器，实现电梯的正转、反转、停和多段速控制等。研究方法和手段：本课题通过文献研究及案例分析，提出控制系统硬件设计（包括执行机构及控制器的选择方案）及软件设计方案。用STEP7对S7-300编写梯形图程序，用WinCC对S7-300进行组态，实现监控和数据采集。通过模拟和实验，得出准确的控制系统软件设计方案。设计（论文）提纲及进度安排：设计提纲：Abstract摘要第一章、绪论 综述电梯的发展1.2

13、电梯继电器控制系统1.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点1.4 变频调速控制电梯的特点 第二章、方案选择 变频器的选择2.2 PLC的选择 第三章、系统的硬件开发 3.1 电梯设备 3.2 PLC控制系统硬件设计 电梯曳引电机的设计 3.4 电梯自动门的设计3.5 电梯称重装置3.6 光幕系统装置 换速和平层感应器装置3.8 电梯的安全保护环节 运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯3.10 I/O点数的估算与分配 第四章、系统软件开发 4.1 电梯的三个工作状态 4.2 确定系统软件开发方法 4.3 系统的软件开发过程 进度安排：第一阶段 现场调研： 认真收集有关资料，学习PLC的工作原理及

14、指令系统。第二阶段 了解系统： 了解电梯PLC控制系统的工作原理。第三阶段 提出硬件设计方案： 在前两个阶段的基础上，提出对整个系统的硬件设计方案。第四阶段 程序设计： 根据系统的整体方案。针对自己的专题进行程序的编制。第五阶段 程序测试： 在微型计算机上进行程序的测试并修改运行。第六阶段 文件 编写设计说明书，准备答辩提纲，进行答辩。主要参考文献和书目：1 李璐，张晓燕 .PLC 控制系统的故障诊断 . 计算机自动测量与控制 . 2001,9 2 胡绍林 , 孙国基 . 过程监控技术及其应用 . 北京 : 国防工业出版社 . 20013 汪志锋 . 可编程控制器原理与应用 . 西安电子科技大

15、学出版社 20014 Wang ninghui, Huang yao, Kou beifeng, Dugang. The Application of PLC in bag Precipitator Controllingo Proceedings of the 4th international confi. on Applied electrostaticso Dalian, 20015 王接风、谢云敏，可编程控制器原理与实践教程，上海：上海交通大学出版社，20076 李道霖 . 电气控制与 PLC 原理及应用（西门子系列） . 北京：电子工业出版社 . 20047 Siemens ： S

16、IMATIC PCS 7 过程控制系统 8 阳宪惠 . 现场总线技术及其应用 . 北京：清华大学出版社， 1999 ： 359 西门子 . S7-300 用户指南 . 200110 Siemens.WinCC 用户手册 .Germany:Siemens AG ， 200111 白焰，吴鸿，杨国田 . 分散控制系统与现场总线控制系统 . 第一版 . 北京 : 中国电力出版社， 2000. 3-6012 陈卫民，鲁连奎等 .PLC 工控系统中的网络设计 . 计算机应用研究 .2000,17(11):505113 Siemens.S7-300 cpu 31xc instruction list.Ge

17、rmany:Siemens Aq200114 Siemens.S7-300-Module Specifications.Germany:SiemensAC200115 Siemens.1446_CPU31xC_Technologicales Function.Germany:Siemens Aq200116 周洪，王均 . 工业过程网络控制理论的研究状况 . 自动化博览 .2002,19(5)283117 Series 90-70 Programmable Controler (Reference Manual)M. GE Fanuc Automation指导教师审核意见：指导教师（签字）：

18、年 月 日注：本表可自主延伸摘 要在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制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，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器(PLC)应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改

19、善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感，在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益，达到了理想的目的。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词： 电梯；变频器；PLC控制；变频调速ABSTRACTIn the modern social and economic

20、activities, computer technology, automatic control technology and power electronic technology has been rapid development, the lift has become a symbol of urban material. Especially in the high-rise building, the elevator is not a lack of vertical transportation equipment. With the rapid development

21、of high-rise buildings of today, the lift industry also has entered a new period of development, elevator control technology has been developed to the FM speed regulator, the logic control by the PLC to replace the original relay control, many of its functions traditional relay control system can no

22、t be achieved. The design for the status quo of Chinas elevator industry will be a programmable logic controller (PLC) used for four-storey elevator control logic, through the rational selection and design, not only to improve the reliability of the elevator, maintainability, and flexibility, while

23、extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. In this paper, the design of the elevator by the elevator when compared

24、with the traditional, in the run with good comfort, in life can save energy, and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose. The elevator control system has a mean layer, the Office of calls to the layer selected, manual and automatic functions with a set of features t

25、o control the election. In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control syste

26、m designed to lift the achievement of the program, Finally, the study of this thesis are summarized and prospects. Key words： Elevator; VFD;PLC control; VVVF目 录第一章 绪论11.1. 综述电梯的发展11.1.1 电梯的发展史11.1.2 电梯的发展趋势31.2 电梯继电器控制系统41.2.1 电梯继电器控制系统的优点41.2.2 电梯继电器控制系统存在的问题41.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点41.3.1 PLC的特点41.3.2

27、 PLC控制电梯的优点51.4 变频调速控制电梯的特点5第二章 方案选择62.1 变频器的选择62.1.1 变频器的分类62.1.2 简述通用变频器概况62.1.3 VS-616G5型通用变频器82.1.4 变频器的参数设置92.2 PLC的选择112.2.1 PLC的定义112.2.2 PLC的主要功能和应用122.2.3 PLC的选型122.2.4 SIMATIC S7-300系列PLC系统基本构成142.2.5 S7-300系列PLC模块性能简介14第三章 系统的硬件开发173.1 电梯设备173.1.1 电梯的分类173.1.2 电梯的主要组成部分173.1.3 电梯的安全保护装置18

28、3.1.4 一般电梯的控制要求193.2 PLC控制系统硬件设计203.2.1 PLC控制系统设计的基本原则203.2.2 PLC的控制系统的组成213.2.3 设计思想213.3 电梯曳引机设计253.4 电梯自动门的设计263.5 光幕系统装置273.6 换速和平层感应器装置283.7 电梯的安全保护环节29运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯313.9 I/O点数的估算与分配333.9.1 I/O点数的估算333.9.2 S7-300 输入/输出扩展模块选型表333.9.3 I/O点数的分配35第四章 系统软件开发374.1 电梯的三个工作状态374.1.1 电梯的自检状态374.1.2

29、 电梯的正常工作状态374.1.3 电梯强制工作状态374.2 确定系统软件开发方法384.2.1 软件设计特点384.2.2 软件设计流程图394.3 系统的软件开发过程404.3.1 电梯的外指令、内召唤信号的登记、消除回路404.3.2 电梯的平层信号处理424.3.3 电梯的选层定向及反向截梯回路434.3.4 内指令外召唤信号的保持474.3.5 各楼层停车信号494.3.6 自动开关门及其仿真50致 谢55参考文献56附 录57第一章 绪论随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

30、实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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，

31、抗干扰能力强、运行稳定等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。1.1. 综述电梯的发展 电梯的发展史在现代社会和经济活动中，电梯已是城市物质文明的一种标志。在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。每幢大型高楼都可以说是一座垂直的城市。电梯不仅是代步的工具，也是人类物质文明的标志。电梯问世不过100多年，但发展神速。作为升降设备，据说它起源于公元前236年古希腊阿基米德设计的一种人力驱动的卷筒卷扬机。事实上，早在公元前1115年至1079年之间我国劳动人民就已经开始使用“桔棒”、“辘护”等人力升降机。18世纪末瓦特发明了蒸汽机后，人们尝试用蒸汽机来驱动。1852年，美国人伊

32、莱沙格雷夫斯奥的斯（Elisha Gravies Otis）发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。这是世界上第一台具有安全装置的电梯，在电梯历史上具有划时代的意义。1889年，奥的斯公司推出了第一台电力驱动齿轮直接传动电梯。1903年，奥的斯公司设计出了槽轮式驱动电梯。槽轮式驱动也称为曳引式驱动，是在曳引绳的一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳与开有绳槽的曳引轮之间的磨擦来驱动重物作垂直运动。其设计思想为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。电梯曳引传动控制技术也经历了由简单到复杂的发展阶段。从19世纪末电梯问世开始，对于调速性能要求较高的电梯，都是采用直流电机

33、控制。直流电机控制系统具有调速范围宽、可连续平衡地调速以及控制方便、灵活、快捷、准确等优点。然而，早期的直流电机控制系统往往是直流发电机一电动机组调速系统，其体积、重量、能耗和噪声都很大。由于交流单速控制和交流双速控制电梯的结构简单、价格较低、使用维护方便，所以从电梯问世至今，交流单速控制和交流双速控制一直广泛地应用于调速性能要求不高的场合。交流双速电梯是靠改变定子绕组接线以变换电动机极对数P的方法进行调速。变极调速转速是成倍地变化，因此调速的平滑性差，但它在每个转速等级运转时，都具有较硬的机械特性，稳定性好，但乘坐舒适感差，普遍应用于货梯。 1967年，由于电子技术及半导体器件的发展，出现了

34、交流调压调速(ACVV)控制。交流调压调速是通过控制电动机定子绕组电压来改变转差率s的方法实现调速。交流调压调速系统采用调节器调节晶闸管交流调压电路中晶闸管的触发脉冲相位，即调节电动机的端电压，达到改变转速的目的。交流调压调速控制电梯在起动、稳速及制动的全过程中实现了闭环控制，将速度给定曲线以模拟量或数字量的形式送入电梯传动系统，在反馈控制的作用下，使电机转速跟踪给曲线变化。其制动减速可采用能耗制动、反接制动等方式，乘坐舒适感、平层精度均优于变极调速双速电梯，其缺点是电动机转子的发热较大、能量消耗较大。1976年，微处理器应用于电梯控制。在1980年，出现了将微机用于速度控制和运行管理控制的全

35、电子化交流反馈控制的电梯，其精确的控制使电梯的舒适感和群控性能得到进一步提高。应用微机取代继电器控制逻辑实现闭环控制，进一步提高电梯的性能和可靠性，并减少现场调试要求，是电梯控制技术的方向。1984年，由于固态功率器件的不断发展及微机技术的应用，出现了交流变频调速(VVVF)电梯控制系统。交流变频调速是通过调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率来调速的。它通过电压、电流和速度的信号反馈，由计算机对交流电动机进行精确调节控制，使电梯运行效率大大提高，运行性能更加完善。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层、准确、低噪音、安全等目标。由于其具有优越的调速性能、显著的节能效

36、果，已取代交流调压调速电梯成为电梯控制方式的主流。在电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。并已经开始淘汰16位以下微机控制系统。利用微机对电梯的控制不仅能使系统的动态品质的提高，也将大大提高电梯运行效率。它们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，使电梯从超低速到高速无级调速高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。在交流电机变频调速控制系统中通常采用矢量控制技术，这种控制方式能使得电机在各种速度运行时具有良好的机械特性，特别是在低速控制性能尤为突出。在电梯反馈系统方面，采用

37、绝对值位置编码器从电梯轿厢上反馈轿厢绝对位置信号，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，来达到优越的电梯运行效果。1.1.2 电梯的发展趋势(1) 电梯品种的变化电梯技术的研究与发展以及新产品的开发应该适应市场和社会发展的需要。电梯的品种要随着建筑需求而变化，电梯制造商提供的品种愈多，其市场占有量也一定愈大。随着超高层建筑的增多，就需要高速、大容量的电梯。近几年住宅电梯的开发的热潮已出现，多层及小高层大楼配置的廉价、实用可靠的经济型住宅电梯是一个必然趋势。无机房电梯是在电梯驱动装置及其布置方式上具有独特风格的一种产品。它把影响建筑整体造型美观和人们居室日照的楼顶机房去掉了，既节

38、省了建筑空间，又减低了制造成本。它代表了电梯技术的一种发展趋势。(2) 电梯的智能化计算机、通讯技术的发展，使大楼的信息得以快速传递，从而可实现大厦智能化。智能化的电梯首先要与智能化的大厦所有自动化信息系统联网，如与消防、保安、楼宇设备控制等系统交互联系，使电梯成为安全舒适、高效优质的服务工具。串行通讯以其布线简单，信息传输量大等优点，在电梯控制系统中的应用日益增多，由于去掉了微机接口板上大量输入和输出电路，减少了井道、机房中的布线数量，可靠性大大提高。电梯困人故障一直因扰着电梯的承包商，远程监控服务系统集通讯、故障、诊断、微处理机为一体，可以通过市话线传递电梯的运行和故障信息到远程服务中心。

39、远程维修监控中心始终监控着他们所承包的电梯，随时可以知道电梯的运行状态和发生故障的属性，维修人员去故障梯之前就已知道该维修的项目，减少了维修服务的成本和时间，这种预保养式的售后服务方式将是电梯工业技术发展的一个重要方向。1.2 电梯继电器控制系统1.2.1 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，价格较便宜。(4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉

40、、掌握的人员较多。1.2.2 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，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会

41、造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故2。1.3 PLC及其在电梯控制中的应用特点 1.3.1 PLC的特点 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，已成为目前在电梯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。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。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，

42、PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。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。1.3.2 PLC控制电梯的优点(1) 在

43、电梯控制中采用了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与报警显示，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。1.4 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环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速

44、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。第二章 方案选择 2.1 变频器的选择 随着变频器性能

45、价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 变频器的分类 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 ： （1） 交直交变频器 （2） 交交变

46、频器(2) 按主电路工作方式分 ： （1）电压型变频器 （2）电流型变频器(3) 按变频器调压方法的不同分： （1）PAM变频器 （2） PWM变频器(4) 按工作原理分类 ： （1） U/f控制变频器 （2）VC控制变频器 （3）SF控制变频器(5) 按照用途分类 ： （1）通用变频器 （2）高性能专用变频器 （3）高频变频器2.1.2 简述通用变频器概况通用变频器的发展上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程：(1) 容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，B

47、JT通用变频器的容量达到了600KVA, 400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅二、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA,随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。(2) 结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“能电力模块”(Intelligent Module)这种器件属于绝缘金属基底结

48、构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速可靠，传感信号也十分迅速。(3) 多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字信号处理器(Dig

49、ital Signal Processes-DSP)的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”(Reduced Instruction set Computer-RISC)，将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量(超标量)微处理器，其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用十提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道，RISC的运算速度可达1000MIPS,即10亿次/秒，相当十巨型计算机水平。指令计算时间

50、为Ins量级，是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PID调节器在线实时运算。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要。(4) 应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用十风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位

51、能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并巨还将继续扩大。 VS-616G5型通用变频器电梯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统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约

52、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，特别适合电梯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%使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，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

53、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、维修性能好。(5) 通过LCD操作装置，可提高操作性能。表2-1 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,200/208/220/23

54、0V(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, 15

55、0%/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 )2.1.4 变频器的参数设置由于采用PLC作为逻辑控制部件，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2-2所示。表2-2

56、 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网电压和电机铭牌数据直接输入，具体的设置如表2-3安川616G5变频器主要参数设置表表2-3 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

57、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

58、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2.2 PLC的选择 2.2.1 PLC的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。1980年PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association NEMA)对PLC下过如下的定义:PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令

59、，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义：PLC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，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点6。2.2.2 PLC的主要功能和应用PLC的主要功能和应用如下：(1) 开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。(2) 模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这