毕业设计(论文）PLC电梯控制系统

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1、摘要摘要电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。它有多种控制方式，如继电器控制，PLC控制等。PLC控制电梯有如下的特点：1，可靠性高， PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。本文介绍了一种控制的VVVF的电梯控制系统，通过与其它电梯控制系统比较，得出了其控制的优越性，并对其进行了较详细的软硬件

2、设计，对于软硬件设计采用了模块化设计的思想，并说明了控制方式的可行性。 关键词 可编程控制器；电梯；电梯控制；变频器；梯形图 AbstractElevator, developed with the construction of high architecture of vertical transportation tools. In the modern society, elevator, like cars, steamboats has become indispensable transportation tool for human beings. There are seve

3、ral control ways, such as relay and PLC control, and so on. The features of PLC control elevator are the following: First, high reliability. The MTBF of PLC can generally reach 30000 to 50000 hours. And it can easily adapt to the environments. That it can work reliably under the industrial environme

4、nt. Second, easily program. The commonly used programming language is ladder diagram language, which is imagic and can be easily mastered. When the working process need to be changed, the program can be changed on spot, which is convenient and flexible. Third, small volume and compact structure and

5、it is easy to install and maintain This paper introduces the system structure of a VVVF (variable voltage variable frequency) elevator control system with PLC, we can find the advantage of this control method by compared with others, we achieve its hardware and software design in detail with a idea

6、of module and clarifies that this control mode is feasible.Keywords: PLC; elevator; elevator control; transducer; ladder diagram摘要目录目 录摘要Abstract第1章 绪论 11.1 电梯的地位和作用11.2 电梯的发展简史11.3 电梯的分类21.4 本章小结3第2章 电梯系统综述 42.1 电梯的基本结构42.2 电梯的控制方式82.3 本电梯控制系统实现的主要功能92.4 本章小结10第3章 系统总体设计 113.1 系统总体要求113.2 系统总体方案的确定

7、113.3 系统基本原理123.4 本章小结12第4章 主要硬件的使用说明 134.1 可编程控制器（PLC） 134.2 可编程控制器的基本原理134.3 变频器164.4 本章小结19第5章 系统硬件设计 205.1 主电路设计205.2 门电路设计225.3 辅助电源设计245.4 照明回路设计255.5 安全抱闸回路设计275.6 灭弧电路设计285.7 本章小结28第6章 系统软件设计 296.1 PLC机型选择296.2 I/O地址分配 326.3 门控程序设计366.4 司机状态控制程序设计406.5 厅、轿内外上下呼叫及楼层显示程序设计416.6 电梯定向及选择控制程序设计47

8、6.7 曵引机控制程序设计506.8 平层程序设计536.9 消防、报警程序设计536.10 本章小结 54总结 55致谢 56附录 57参考文献 68个人简历 69第1章 绪论第1章 绪论1.1 电梯的地位和作用随着科学技术日新月异地发展，人们物质文化水平的逐步提高，建筑业得以迅速的发展，在高层建筑物里，电梯的作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，现代的超高层建筑往往是多功能，多用途的综合性大楼，如位于美国芝加哥的约翰汉考克中心大楼，共有100层，其中有商店，停车场，住宅，瞭望台和餐厅。第1、2层是商店，第3-9层是停车场，第10-43层是办公室，再上去直至第90都是住宅和商店等，顶层是瞭望

9、台和餐厅以及电视播放室，大楼里共有电梯43台，扶梯12台，电梯最高运行速度为9m/s，进进出出上上下下工作、生活、购物和居住都十分方便，除了以上列举的高层建筑需要多种电梯之外，对于服务性和生产性的部门同样需要一定数量的服务电梯和载货电梯；另外在建筑工地上还需要外用人货电梯。完全可以想象随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。1.2 电梯的发展简史早期的电梯使用直流电机驱动。用改变接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯运行速度。后来发明了交流感应电动机，在1900年开始用于驱动电梯。最初的交流电动机是单速的，电梯运行性能很不理想，直到发明了交流双

10、速电机，才基本满足了电梯运行要求。在20世纪前半叶，发明了发电机-电动机组调速系统，能较好地满足电梯调速的高要求，因此在这期间，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑的电梯速度调节，几乎都是采用此类调速系统来实现。进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化。由于固体功率器件的不断发展，和微机技术的应用，出现了交流变频调速（vvvf）系统。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动以外，采用交流变频调速方式取代直流调速方式已成为高速电梯的主流。应用微机全面取代继电器控制，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

11、术的方向。现代电梯技术更加强了运行质量和降低噪声。电梯控制趋向多微机和分散分层控制。电梯群控系统是现代电梯技术的又一重要部分，它不但有完善的分区服务，运行监控，客流交通统计分析，还具备故障诊断功能。此外，用电子位置传感器取代机械运输器，用更先进的装置取代安全触板，增设轿厢内外的通讯，语音提示功能也是电梯技术现代化的体现。1.3 电梯的分类1.3.1 按用途分类（1） 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯，主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量较大的场合，这类电梯为了提高运送效率，其运行速度较快，自动化程度较高，轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度。而且安全设施齐全。（2） 载货电梯：为运送货

12、物而设计，运行速度较低，主要用于两层楼上的车间和各类仓库等场合。（3） 病床电梯：为运送病人而设计的电梯。（4） 杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等，并不允许人员进入，这种电梯安全设施不齐全。（5） 住宅电梯：供住宅楼使用的电梯。（6） 客货电梯：主要用作运送乘客，但也可运送货物的电梯，它与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。（7） 特种电梯：如船舶电梯，观光电梯。1.3.2 按速度分类（1） 低速梯：速度v1.0m/s的电梯（2） 快速梯：速度1.0m/sv 控制柜 2 曳引机 3 曳引钢丝绳4 限速器 5 限速器钢绳6 限速器张紧装置 7 轿厢 8 安全钳9 轿厢

13、门安全触板 10导轨 11对重12 厅门 13 缓冲器2.1.1 曵引系统电梯曵引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曵引机、曵引钢丝绳、导向轮组成。2.1.2 轿厢和门系统（1）轿厢主要由轿厢体和轿厢架组成，其中，轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶构成，在门处轿底前沿设有轿门低坎，为了出入安全，在轿门地坎下面设有安全防护板（2）电梯门分为厢门和厅门。轿厢门用来封住轿厢出入口，厅门用来封住进道出入口，客梯常采用中分式全封闭门，由装在轿顶部的自动开门和关门。这种门称为自动门，自动开门机构以调速直流电动机为动力，通过曲柄连杆和摇杆滑块机构，将直流电动机的旋转动转换为开关门的直线运动，轿

14、门也可以在轿内和轿外手动开门。厅只能由轿门通过闭合装置带动开关门，它是被动门。（3） 重量平衡系统重量平衡系统是由对重和补偿装置组成，如图所示。1-轿厢 2-对重 3-平衡补偿装置 4-电缆Fig2.2 The system of height and balance图2-2重量平衡系统对重是平衡轿厢的平衡重和轿厢，分别悬挂在曵引钢丝绳两端。对重由以槽钢为主体所构成的对重架和对重块组成。轿厢侧的重量为轿厢自重和负载之和，而负载的大小却在空载与额定负载之间随机变化。因此，只有当轿厢自重与负载这和与对重相等时，电梯处于完全平衡状态。此时的电梯载重称为电梯的平衡点。而电梯处于变化范围内的相对平衡状态

15、时，应使曵引绳两端的强力的差值小于曵引绳与曵引轮之间的摩擦力所限定的最大值，以保证电梯曵引系统的正常工作。1-上端站开关 2-上限位开关 3-上极限开关 4-下端站开关 5-下限位开关 6-下极限开关（4） 导向系统Fig2.3 Switches of overfreight protection in terminal图 2-3 终端超载保护开关导向系统是由导轨、导鞭和导轨架组成，它们相互配合以确定轿厢和对重的相对位置，并对它们运动起导向作用。（5） 安全保护系统对于现代电梯的运行必须保证安全，为此，设置了电气安全保护装置和机械安全保护装置组成的电梯安全保护系统。a.气安全保护装置为了保证电

16、梯安全运行，在井道中设有终端超越保护装置。实际上，这是一组防止发端站（即大楼中电梯的最低停靠层站）或上端站（即大楼的最高停靠站）的行程开关。能在轿厢或对重在撞底、冲顶之前，通过轿厢的打板触碰，这些开关来切断电路或总电源，在电磁制动器的制动保闸作用下，迫使电梯停止运行。终端超越保护装置，包括上、下端站强迫换速开关，上下限位开关，和上、下极限开关，它们在井道中的位置如图所示。其中上下端站强迫换速开关较先，上下限位开关和上下极限开关。稍后动作。上下端站强迫换速开关设置在井道底部或顶部对应位置。当电梯由于失控而冲向井道的底部或顶部时，首先经过并使其动作的是上下端站开关，强迫电梯换速、减速、并最后停止。

17、如果上下端站强迫换速开关不起作用，电梯继续越出底层或顶层位置，则上下限位开关动作，迫使停止运行。如果上下限位开关失效，则电梯撞上上下极限开关，上下极限开关动作，切断系统安全回路，强迫电梯停止运行。b.机械安全保护装置为了防止由于电梯的电气控制系统出现故障而使电梯超速运行，出现重大事故，采用了机械安全保护装置。具体地来说，就是限速器和安全钳，这两者总是相互配合使用。(1)限速器限速器是检测轿厢超速的装置，安装于机房。当轿厢上下运行时，使带动限速器绳同步移动，从而带动限速器轮转动。这样，就可以通过限速器轮的旋转运动所产生的离心力来检测轿厢速度。(2)安全钳安全钳是在限速器的操纵下，利用自锁夹紧原理

18、，将轿厢夹紧在轨道上，从而实现轿厢紧急制动的一种安全装置，对电梯运行提供最后的保护。c.缓冲器缓冲器安装于井道底坑，位于轿厢和对重正下方，为保护乘客和设备的安全，需要缓冲器来吸收和消耗电梯非正常运行的能量。（6）电力拖动系统电力拖动系统是由曵引电动机，速度反馈装置，电动机调速控制系统和拖动电源系统部分组成。（7）电气控制系统电梯的电气控制系统是由控制装置、操纵装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置部分是根据电梯的运行逻辑功能，控制电梯的运行，设置在机房的控制柜中。操纵装置是轿厢内的按钮和厅门口召唤按钮。用来控制电梯的运行。平层装置是用来发出平层信号，使电梯准确平层。位置显示用来显示轿厢所在

19、楼层位置的轿内和厅门指示灯。厅门指示灯还用箭头显示电梯运行方向。2.2 电梯的控制方式2.2.1 继电器控制方式继电器电梯控制系统是较早期的产品，这类系统主要由接触器，继电器和开关组成。由于继电器使用较早，人们积累了大量的电器控制系统的知识和设计经验，比如，有成形的且被多年运用证明可靠的控制线路，设计较简单，特别在交流调速系统被应用到电梯拖动以来，用继电器控制系统控制电梯运行，也被实践证明比较可靠。虽然化的调速性能并没有直流电机调速系统好，但也能为大家所接受。由于该系统中大量使用接触器，继电器，各种开关，组成逻辑控制和一些保护线路，线路复杂维护困难，并且由于受继电器触点数量的限制，很难设计出高

20、性能控制系统。此外，继电器控制系统另一个致命弱点是为了满足不同的要求而改变线路困难，即系统的灵活性，可移植性差。2.2.2 可编程控制器式电梯控制系统PLC控制系统是一种电梯控制系统。它是利用可编程控制器为核心元件，通过化实现绝大部分逻辑控制功能，再附加一些接触器，开关元件，保护电路而构成的控制系统。它将逻辑控制功能设计，从系统整体设计中划分开来，即软件，硬件分开进行设计是PLC电梯控制系统的一大特点。系统控制过程为从PLC的输入模块将必要的信号输入，通过PLC程序的执行，再通过输出模块，从而达到控制系统的目的。由于PLC实现了绝大部分逻辑控制功能，控制线路简单，发生故障的可能性大为降低，这对

21、系统而言，大有好处。PLC本身是工业用品，搞干扰能力强具有较高的可靠性，另外，可编程控制系统的控制功能通过软件来实现，并且在设计过程中不需要考察触点数目以及触点容量。而且编程语言（即梯形图）和继电器方法类似，因而具有较高的灵活性，但是，PLC电梯控制对电梯实现群控系统较困难。从总体来看，PLC电梯控制是比较理想的电梯控制系统，现在这种控制方式大为采用。2.2.3 微机控制式电梯控制系统微机式电梯控制系统是另一种电梯控制系统方式。这种方式类似于PLC控制方式，但两者又不完全相同。这种控制系统控制功能更为强大，尤其是在电梯群控系统的应用上。在这种系统中，它将多台电梯集中排列，共用厅外召唤信号，由计

22、算机根据客流情况和各梯所在楼层的位置，自动调度。微机控制系统理论上是全数字控制系统。但是由于微机控制系统的数据通讯是全数字，因此需要在微机的I/O接口之前，加上数据采样，电平转换。数模转换装置，此外，微机系统抗干扰能力较弱，对环境要求较高。从发展方向来看，它是电梯控制系统的发展方向。2.2.4 比较总结从以上分析，我们可以看出，继电器控制系统是质量较差的控制系统，属于需改造系列；可编程控制系统优势比较明显，能满足大多数控制的需要，是目前比较实用的控制系统，微机控制系统是性能更高，但成本也较高的控制系统，是电梯控制系统的发展方向。本次毕业设计的控制系统，是以系统实用为大前提，因此选用PLC电梯控

23、制系统，这是本文对上述三种方案进行比较的原因。2.3 本电梯控制系统实现的主要功能本电梯具有乘客操作（自动），专职司机操作两种操作方式。电梯在底层和顶层分别设有一个向上，向下按钮，中间各层分别有向上，向下召唤按钮，轿内操纵厢上设有与停靠站数相等。当候梯的乘客按下目的层指令按钮，指令信号位置决定电梯运行方向。向上行进的过程中，按指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直至有这些信号登记的最高层，或有向下召唤登记的最高层站为止，之后，反向向下，按指令信号和向下召唤信号逐一停靠，直至完成最后一个命令，停靠站，整个过程中，自动关门，启动，运行，减速，平层，开门。在轿厢操纵厢内分设两个开关：司机/自动，检修。可

24、进行司机状态及自动状态，检修状态的变换。当司机/自动开关处于自动状态，通过PLC内部程序，召唤指令信号自动定向，按下关门按钮，或自动关门后，随后顺向应答停靠。若按下“直驶”按钮，则电梯只应答轿厢内指令，而不应答层站召唤信号。当处于司机操作态，通过PLC内部程序，外层召唤指令失效，电梯受司机控制，同样顺向应答，停靠。当处于检修状态时，通过PLC内部程序切除所有正常运行环节，当门关闭后，按下轴上点动按钮，（STS）或下点动按钮（SJX）时，PLC输出检修速度指令。电梯运行检修速度，松开按钮，电梯停止。当需轿厢顶检修时，轿顶检修开关（SZH1）置换到检修状态，轿顶检修盒的顶上点动按钮，（SDS）和下

25、点动按钮（SKX），控制电梯的上下运行。轿顶检修优先于轿内检修，轿内检修优先于机房检修。当无任何信号，非检修状态，门未关闭前，具有轿内指令优先定向功能。电梯的基站设有钥匙开关，用以控制电梯的开关。电梯的每层厅外设有楼层指示灯，用于显示轿厢的位置。电梯开门，关门，可手动又可自动，并具有消防开关，以防止意外情况发生。2.4 本章小结本章简要介绍了电梯的基本结构，给出了电梯的结构图。对电梯的构成系统做了简要介绍，并对电梯的控制方式进行了分析和比较，得出了本次设计的控制方式可编程控制器式电梯控制系统。第3章 系统总体设计第三章 系统总体设计3.1 系统的总体要求本电梯系统为五层全集选（有/无）司机，乘

26、客电梯系统，由于本电梯是乘客电梯，电梯运行，伴随频繁的起动，加速和制动减速过程，因此，要求系统必须具备运行的高效率，即电梯必须具备快速性。因为电梯是垂直升降的运输设备，与乘坐水平方向交通工具相比，人对电梯运行速度的变化较为敏感，要求电梯具有乘坐舒适感，无显著摇摆和冲击振动，即要求电梯运行平稳，另外，系统必须运行可靠，能确保系统能正常运行，在异常情况下，必须具备完善应急保证措施。3.2 系统总体方案的确定系统总体方案包括硬件部分和软件部分。系统的软件部分，即逻辑功能控制部分，已经选定用PLC来实现，因此，系统总体方案确定实质就是硬件部分方案的确定。硬件部分确定主要指调速系统的确定。3.2.1 调

27、速方案的选择现行的电梯的调速方案分为交流调速和直流调速两种。直流调速多为大容量电梯，并且本电梯是频繁启停的乘客电梯，容易缩短电机的寿命，本人选择交流调速系统在电梯系统中，交流调速也有两种方式:交流调压调速（ACVV）和交流变频调压调速系统（VVVF）。下面就加以比较，选择较适合调速方案。ACVV电梯，就是利用交流调压调速来调节曵引机运行速度，它是通过改变电动机定子电压来实现调速，适用于中低速度电梯。这种系统的控制回路是采用模拟电路来实现，但模拟控制电路在灵活性，通用性方面存在不足，而且控制回路也较复杂。虽然ACVV系统现在也可以采用计算机实现全数字化控制，这样会造成电梯价格升高，这有背本次设计

28、以实用为目的而选择PLC控制的初衷，故不选择它。VVVF调速系统在运行过程中，通过改变电机供电的电压和频率，达到平滑调节电梯速度的目的。变频变压调速的电梯系统，可获得较好的乘坐舒适感，平层精度高，而且由于系统启动时，采用降压起动方式，具有明显的节能效果，本次设计的电梯控制系统是以VVVF与调速方式的电梯控制系统。3.2.2 闭环及方案的选择对电梯的调速系统是否采用闭环调速，现在并没有一致意见，可闭环，也可开环。我采用闭环调速。因为电梯在实际运行时，曵引机的工作状态不是理想的恒转矩，或恒功率状态。系统的负载在厢零负载与轿厢额定负载之间随机变化，而要求运行速度在一定程度上恒定，并且开环系统的机械特

29、性曲线比闭环机械特性曲线软，系统带负载能力较弱。为了保证系统在轻载时速度不至于过快，而负载较重时，运行速度不至于太慢，影响运行效果，故采用闭环系统。闭环系统即采用速度反馈系统。闭环系统的主要测速元件有测速电动机和光电编码器两种。如果采用测速发电机，将增加系统成本。为了降低系统成本，故选择光电编码器作为测速元件。3.3 系统基本原理该电梯系统是由拖动部分和控制部分组成。拖动部分由变频器，曵引机，光电编码器组成，它带动电梯的上下运行，加速、减速而控制系统由功能接触器，PLC组成。位置信号，呼叫信号或其他信号被送入PLC，通过内部程序执行，实现对变频器的通讯。以达到进行控制的效果，同时显示输出相关状

30、态。电梯的PLC控制系统框图如下Fig3.1 The principle of control system图 3-1 控制系统原理框图第4章 主要硬件的使用说明3.4 本章小结本章给出了设计要求，根据要求，分析并确定了闭环调速方案，为了明确电梯的控制原理，给出了控制系统原理框图。第4章 主要硬件的使用说明4.1 可编程控制器（PLC）PLC(programmer logic controller),即可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程控制器的存储器，用来在其内部进行逻辑运算。顺序控制、定时、计算和运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出

31、，控制机械的生产过程，PLC及其有关外围设备，都易于扩充功能原则设计。4.1.1 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强工业生产一般对控制设备有很高的可靠性要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠的工作，平均无故障间隔（MTBF）高，故障修复时间短。（2）功能完善PLC具有数字和模拟量的输入输出，逻辑算术运算定时，计数，顺序控制，功率驱动，通信，人机对话，自检记录和显示功能，使控制水平大提高。（3）编程简单，使用方便目前，大多数PLC均采用继电器式控制形式的“梯形图”编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观，又易于接受，因此普遍受到欢迎。（4）控制程序可变，具有很好的灵活性PLC只

32、需改变程序就可以满足不同的要求，是PLC较继电器控制无可比拟的优点。（5）扩充方便，组合灵活PLC产品大多为模块化设计，都有扩充插口，可以适应各种不同的工业控制需要。4.2 可编程控制器的基本原理4.2.1 基本组成形式PLC基本部分有输入部分，逻辑部分和输出部分。输入部分是指各种按钮、行程开关，接近开关，转换开关。逻辑部分是由各种继电器及触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路。输出部分是各种继电器。接触器和电磁闸以及信号灯等执行电器。输入逻辑输出图4.1基本组成形式Fig 4.1 The format of basical structure各部分的主要功能作用：输入部分：它收集并保存被控对象

33、实际运行的数据和信息。逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并且按照被控对象的实际动作要求，做出逻辑反映。输出部分：可提供正在被控制的许多装置中的某些设备实时操作处理。（1）主要逻辑部件a. 继电器逻辑：1 输入继电器 2输出继电器 3内部继电器定时器逻辑：1定时条件,2定时语句,3定时器当前值,4定时继电器;计数器逻辑：1计数器的复位信号,2计数器的计数信号,3计数器设定值的记忆单元,4计数器当前计数值单元,5计数器继电器.b. 触发器逻辑 c. 移位寄存器d. 数据寄存器可编程控制器内部存储单元有“I”和“O”这两种状态，对应于继电器的“ON”“OFF”状态，软件为“软继电器”，它与通常的物

34、理继电器相比有以下特点：e. 体积小，功耗低f. 无触点，速度快，寿命长g. 有上千个常开、常闭触点，供程序使用，在使用过程中不考虑触点容量。（2）PLC内部硬件组成a. CPU（centrol process unit）它是PLC核心组成部分，功能与微机的CPU功能一致。b. 系统程序存储器它用以存放系统工作程序（监控程序），模块化应用功能子程序，命令解释、功能子程序调用管理，存储各种系统参数等功能。c. 用户存储器用以存放用户程序，即存放通过编程器输入的用户程序d. 输入输出组件（I/O）模块I/O模块是CPU与现声I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。e. 编程器编程器是用于用户程序的

35、编制、编辑、调试检查和监视。f. 外部设备g. 电源其原理图如下所示：图 4-2 PLC原理图Fig 4.2 The principle of PLC（3）PLC工作过程的特点PLC工作过程是周期循环扫描的工作过程，如图4-3所示：PLC采用集中采样，集中输出的工作方式，减少了外界干扰的影响。PLC工作过程分三阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段.图 4-3 PLC扫描工作原理图Fig 4.3 The principle of PLC scanning（4）PLC对输出的处理原则a. 输入映像存器的数据，取决于输入端子板上各输入点的上一个刷新期间的接通/断开状态。b. 程序如何

36、执行取决于用户所编制的程序和输入/输出映像寄存器的内容及其它各元件映像寄存器的内容。c. 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。d. 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。e. 输出端子的接通/断开状态，由输出锁存器决定。4.3 变频器4.3.1变频调速的简单原理及控制方式异步电动机的转速n=(1-s),可见改变供电频率f1,可以改变同步转速而实现调速运行。而在调速时，希望电动机的主磁通保持额定值不变，磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机负载能力下降，磁通太强，则处于过磁状态，使电流过大，就限制了定子电流的负载分量，电动机如不过热

37、，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通是定转子合成的，为保持其恒定又要变频调速，有如下方法：电机理论：在三相异步电动机中，=4.44*=* :电势常数。由此可知，值是由，共同决定的，只要保持一定的关系，即可使，不变或少变。a. 基频以下的恒磁通变频调速。（额定转速以下调速）为保持不变，要求在以下，与成正比的变化，即/=const,这种控制又称恒磁通变频调速。但是，难于检测和直接控制，当和 的值较高时，定子阻抗压降相对较小，可忽略不计。则可以近似地保持定子电压与频率的比值为常数，即认为= ，保持（=const即可。）这就是恒压比控制方式，是近似的恒磁通控制。当频率较低的时候，和 都变小，定子漏

38、阻抗压降（主要是定子电阻压降）不能再忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。b. 基频以上的弱磁变频调速频率由增大，但电压受额定电压的限制不能再升高，必须使=V不变，那么主磁通会随的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似恒功率调速方式。这种情况下要求使用有弱磁调速能力的电机，因此本系统不工作在这种情况下，所以我们的最高频率选为工频50Hz。综上所述，两种情况，异步电机变频调速的两种工作方式联合工作，形成了变压变频（VVVF）的调速控制。4.3.2变频器的工作原理变频器实现VVVF变压变频调速有两种方式：交-交变频系统,交-直-

39、交变频系统，交-直-交系统是较常用的而且是系统是使用的型式，下面就以它为例说明变频器工作原理。变频器的主要组成部分有：整流器、滤波器、逆变器，控制部分，如图4-4所示。整流器是晶闸管三相桥式电路，它的作用是将定频定压交流电变换为可调的直接电流电。然后作为逆变器的直流供电电源。逆变器也是晶闸管三相桥式电路，但它的作用与整流器相反，它将直流电变换为可调频率的交流电。它是变频器的关键所在。中间滤波环节由电容器或电抗器组成，它的作用是对整图 4-4 变频器原理图Fig4.4 The principle of transducer直后的电压或电流进行滤波，根据中间的滤波方法不同，又可分为两种形式：用电容

40、滤波为电压型，其特点是电源阻抗小，类似于电压源，逆变输出的电压波型为较平的矩形波；采用电感滤波为电流型，其特点是电源阻抗大，类似电流源，逆变输出的电流波形为一较平直的矩形波，电压波形为正弦波，控制部分提供一定的控制整流器和逆变器的运行状态，以实现f,v的协调变化。对于交-直-交系统，变频是由变频器完成的，而变压有多种方式，如自耦变压、直流调压、斩波等，其中PWM脉宽调制型变压，使变频变压都在变频器上进行，使变频器的功率变换级为两个，控制级变为一个，可提高功率因数，又可改善输出波形，成为变频器的重要发展方向。本系统使用的是安川公司的Vs-616G5系列通用变频器，使用的是正弦型PWM调制式，现将

41、其原理介绍如下：三相SPWM逆变器采用双极性脉宽调制，三相共用一个峰值一定的载波三角形三个相互差120度的正弦参考信号。（这些信号由控制电路部分提供给晶闸管控制极）。我们以直流电源电压中间电位作参考，则输出的三相PWM电压。以a相为例说明其工作原理：当开关VT1导通电流Ia正向流动时，电流从电源正端VT1管流入电机a相绕组，由b相绕组（当VT6管导通时）或c相绕组（当VT2管导通或者同时经b、c）相绕组（当VT6和VT2同时导通时）流回电源负极，构成电流通路；当Ia流向不变，VT1关断时，由于感性负载电流不能突然中断，Ia将由逆变器a相下桥臂二极管续流，电流Ia仍沿原方向流动，这时a相绕阻外加

42、负电压，进行双极性工作，使电流快速减小。Ia反相流动及另两相电流也是齿状的交流波，这样逆变器输出的每相脉冲调制电压流形对称且脉宽成正弦分布，也就是说输出电压的正弦基波分量外，还有少数谐波含量，从而逆变了逆变。通过改变调制脉冲电压的调制周期，就可以Fig 4.5 The main circuit of three posture bridge in anti mutation machine 改变输出电压的频率，改变电压的脉冲宽度可以改变输出基波电压的大小。也就是说，载波的三角波峰值一定，改变参考信号Vr的频率和幅值，就可以控制逆变器输出基波电压频率的高低和电压的大小，也就是正弦式（参考信号是正

43、弦波）PWM变频的原理。4.3.3 安川616G5的技术特性616G5通用变频器可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出，它有四种技术特性：a. 接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩。b. Vs-616G5适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动，并且极精确的运行。c. 它的自动调整功能可使各种电机达到高性能的控制。d. Vs-G5将U/F控制、矢量控制、闭环U/F控制，闭环矢量控制的四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制最适合电梯控制要求。4.4 本章小结本章介绍了电梯设计的主要硬件，可编程控制器和变频器。对于可编程控制器，介绍了其特点，基本组成和工作过程。对于变频器

44、，介绍了其原理和控制方式。了解了各主要硬件的功能和作用。第5章 系统硬件设计第5章 系统硬件设计5.1 主电路设计主电路是电梯系统硬件的核心部分，由它拖动电梯的上下运行，而且也是安全性、可靠性要求较高的部分，它主要由电源输入部分，电源控制部分，异常保护部分。调速闭环部分、通讯部分组成，如图5-1所示。（1）组成该部分主要由电源、安川616G5变频器，旋转编码器和保护控制通讯电路组成。Q1为主控开关。控制整个系统的电源。L53为变频器电源控制线，当开梯电锁（SKT）旋向开梯位置，KzK1,KzK2接触器闭合。变频器电源接通。L00是保闸控制线路，是为确保电梯停止时，电梯的位置和电梯本身的安全。通

45、讯部分是指PLC与变频器之间的通讯。PLC控制的输入，控制电梯的上、下运行方向，以及电梯的运行速度的状态，即高速、低速（爬行）。检修速度。光电石旋转编参码器，DGK用以供电动机M测速反馈。RA为制动电阻，当电梯减速运行时，曵引机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，这时同步转速下降，交-直-交变频器的直流部分电压升高，制动电阻的作用是消耗回馈电能。（2）速度闭环的实现VS-616G5变频器在该系统中，需要配有PG卡和旋转编码器构成闭环系统。当曵引机带动旋转编码器旋转时，旋转编码器输出A、B两相脉冲，当A相脉冲超过B相脉冲，认为电动机处于正转状态，根据A、B脉冲相序，可判断电动机转动方向，并可根据

46、A、B脉冲的频率测得电动机转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给616G5内部，以便进行运算调节。（3）调速系统电路原理电梯的一次完整的运行过程，就是曵引机从启动，匀速运行到减停车的过程。当正转（或反转）及高速信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始启动，启动时间3S左右，然后维持50Hz速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，此时爬Fig 5.1 The design of main circuit图 5-1 主电路设计行的输出频率为6Hz。从50Hz到6Hz的减速过程在3S内完成，当到达6Hz的速度以后就以此

47、速度爬行。当平层信号到来时，PLC撤掉正转（反转）信号，爬行信号，此时电动机从6Hz减到变频器的零输出点，及异常输出点，一直闭合，减至0Hz之后，零速输出点断开。通过PLC抱闸及自动开门，这就是一个完整的运行过程。5.2 门电路设计5.2.1 电梯的开关门过程现代电梯讲究工作效率，门都有启闭迅速的特点，但是为避免在起始端和终端发生冲击，要求自动门电机应具有自动调速功能。为了达到启闭迅速，而又不能在起始端发生冲击，电梯的门在启闭时应具有理想的速度变化。（1）门过程速度曲线其变化过程：低速启动运行（t1）加速到全速运行（t2）减速运行（t3）停机惯速运行到门全开（t4）。开门时间T=t1+t2+t

48、3+t4；开门平均速度V=L/T m/s.在开门过程中，t2阶段的主运动，一般占整个行程的60以上，其余均属缓冲行程，目的是为了使启动及停止时平稳，不同规格的电梯，开门时间不相同，因此对t1,t2,t3,t4的所占比例，随电梯规格而异。（2）门速度变化曲线其变化过程是：全速起动运行（t1）第一级减速运行（t2）第二级减速运行（t3）停机惯性运行至全闭（t4）对于关门过程，t1阶段是主运动，常占整个行程的70左右。当厅门装有自闭机构时，门具有自闭趋势，这个趋势使关门时门机全速起动而不会造成冲击。一般来讲，关门平均速度低于开门平均速度，这是为了安全起见，防止关门时将人夹住，客梯厅门设有安全触板。5

49、.2.2 门电路设计门电路设计，即门电机运行控制电路设计，门电机通常采用直流电动机，因为它具有起动力矩大，调速性能好，并采用他励方式。门电机拖动部分由电动机M2，以及减速机构构成，控制电路控制电动机的正反转运行，及调节开关门速度。（1）调速原理电梯门电动机采用变压调速方法，电动机的转速与电枢电压有如下关系式：n=,式中：N电动机转速，r/min；U电枢端电压，V；I电枢电流，A；电磁常数，励磁磁通，Wb；从上式可以看出，改变电枢端电压U，即可改变电机转速，改变电枢两端电压，采用电阻分压线路。（2）门电气线路如图5-2所示：Fig 5.2 The Electrical Circuit of Th

50、e Door图5-2 门电气线路（3）调速过程关门时，KGM吸合，KKM释放，电流从BA，电阻RMD与RGM构成分压电路，随着门的运动，SG1被动作时，分压减少，速降低，当SG2被动作时，速度再降低，门以更低的速度闭合，至最后碰撞关门极限开关，KGM释放，电动机停止。开门时，KKM吸合，KGM释放，电流反向AB流动，电阻RMD与RKM构成分压电路，门电机开始加速起动，速度开始上升，随着开门过程的进行，SK1被动作，开始减速，当SK2被动作时，速度再降低，直至门完全开碰撞开门极限开关，使KKM释放，电动机停止运行。5.3 辅助电源的设计在电梯系统中，除需要主电源外，还需要辅助电源，例如控制电源，

51、照明电源，直流电源等，在本系统中，需要AC220V电源，供PLC及扩展单元作电源使用；AC24V电源供显示电路使用；AC110V电源供急停，门锁电路使用；110V直流电源供门控电路使用。诸多电源，如果分别使独立的调压装置，造成成本升高，也可造成故障多发，甚至电源互相短接，因此就尝试能否找到元件尽可能少，而且外部连线较为简单的电路满足要求，控制变压器，就能满足这种要求。控制变压器就是能提供不同种类，或同种类不同等级的电源，它可以根据用户目的，而进行适当的改变。本次毕业设计所用的控制变压器原理如图5-5所示：图 5-3 辅助控制变压器Fig 5-3 The aided control transf

52、ormer控制变压器本质与普通变压器没有区别，但它有多个输出。由于其内部存在变压线圈和整流电路，因此，可以输出交流，直流两种电源，并且输出电压可以由用户改变。该台控制变压器对电压输入，有4对电压输出。输入端为380V交流电源，在进入控制变压器前端，有熔断器和电源继电器，利用继电器的常开触点，来控制变压器的电源。TC1四对输出，AC220V是对PLC基及扩展单元进行供电。AC24V是状态显示电路电源。AC110V是对继电器线圈供电；DC110V是对门控电路的门电机进行供电，以达到直流调速较理想的调速效果。通过使用控制变压器Tc1，解决了系统大部分辅助回路的用电问题，使系统得到优化。5.4 照明回

53、路的设计根据系统的需要，可以将照明电源分为普通照明电源和应急照明电源两种。普通照明电源是系统在正常工作运行时，系统必须具备的照明电源。应急照明电源是系统处于异常运行状态，为了让乘客在紧急情况下，安全疏散不致于发生意外事故而必备的电源。5.4.1 普通照明电源回路设计系统的普通照明是根据实际情况而设定的。总的来讲，应该包括轿内照明灯。轿内风扇，轿顶照明。底坑照明。轿内照明灯和风扇是处于长期运行状态，轿顶和低坑属于短时运行。由于轿顶和底坑检修时，考虑到安全因数，使用36VAC电源，因此考虑使用另一个变压器TC2.从理论上来讲，轿顶，轿厢。底坑的所有的输出装置，都可以以按钮、开关作为输入信号。经过P

54、LC内部程序运行，来执行控制，但这样会增加输入输出点数，增加了成本，另外加重PLC的负担以后，扫描周期增长，滞后效应就会明显。并且，本制身控制不复杂，直接控制实施也方便，因此，设计时，直接用按钮开关实施控制。原理如图5-6所示：在原理图中，SZ1为轿内照明开关，SZ1按下，轿内照明灯EM1，开始工作。SFA为轿内风扇开关，SFA闭合上，轿内风扇开关开始工作。XD1,XK1分别为轿顶，底坑220VAC电源插座，SZ2,SZ3分别为轿顶，底坑照明开关按钮，EM2,EM3为轿顶，底坑照明灯，XD2,XK2为轿顶，底坑交流36V电源。5.4.2 应急照明电源设计应急照明电源对轿内应急灯，轿内应急按警铃

55、进行供电。原理很简单，在异常情况下，按下轿内应急按钮，警铃HL发出声音报警，EM4应急灯发出光信号，声光双重报警。既能让乘客迅速撤离，又能引起消防人员或管理人员的注意，采取措施，消除故障或危险。当然，上述现两种电源并不能完全包括照明灯。或显示，或报警装置。但基本上解决了主要的照明电源。还是可行的。Fig 5.4 The power of normal lighting图 5-4 普通照明电源5.5 安全、抱闸回路设计5.5.1 安全回路设计为了保证系统安全运行，将所有的安全触点、开关串联后，控制急停接触器，（KJT）的运行，只要有一个安全触点、开关动作，KJT即释放，使电梯停止运行。安全触点、

56、开关有：安全钳开关SAQ,安全窗开关SAC，轿顶急停开关SJT1,轿内急停开关SJT2,机房急停开关SJT3,底坑急停开关SJT4.涨绳轮开关SXS1,轿厢缓冲器开关SXHQ,对重缓冲器开关SZHQ,上行极限开关SVJ,下行极限开关SDJ,限速器SXS.Fig 5-5 The Design of security circuit图 5-5 安全回路设计轿内联锁开关(SJM)，厅门联锁开关（STM1,STM2,STM3,STM4,STM5）,只有当轿门和厅门全部关闭时，KMS吸合时，才能使电梯运行，如图5-7所示。主回路、控制回路用熔断器作为短路保护。缺相，错相保护：变频器只有缺相保护功能，当错

57、相时，变频器输出正常，不影响系统工作。5.5.2 抱闸回路当电梯安全回路处于正常状态时，即急停接触器（KJT）吸合，轿门或层门全部关闭，门锁接触器KMS（吸合），且满足松闸条件时，抱闸接触器KBZ吸合，制动线圈接通，松开机械制动器，原理图如呼5-8所示图 5-6 抱闸回路设计Fig 5.6 The Circuit of Stopping Brake5.6 灭弧电路设计Fig 5-7 The Design of Eliminating Arc circuit图 5-7 灭弧电路设计当接触点切断电路时，如电路中电压超过10-12V时，电流超过80-100mA，在拉开的两个触点将出现强烈火花，这实际上是一促人民币体放电现象，称为电弧。电梯系统属于启停频繁的系统，接触器的接通、断开频繁。因此有使用来灭弧装置的必要。为了减少电弧的产生，采用RC放电电路，利用电阻消耗电路存储的电能，例如，在变频器的电源控制线路中，就存在此类情况。第6章 系统软件设计5.7 本章小结本章对主要硬件电路进