七层电梯的毕业设计

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1、 真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。PLC控制VVVF调速电梯作者：牛余俊摘 要：随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制

2、系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控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，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属

3、能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。关键词: 电梯 变频器 PLC控制 变频调速Abstract：With the development of science and technology in recent years, Chinas elevator production technology developed rapidly. Some elevator works are also constantly improving th

4、e design and modification process. Production of newer replacement elevator, elevator mechanical system is divided into two parts and control systems, automatic control theory and with the development of semiconductor technology, elevator controls drag way, great changes have occurred , AC elevator

5、speed is the current direction of the main drag. There are currently three types of elevator control system Control: Following the circuit control system (early installation of the elevator control system for a number of relays), PLC control system, computer control system. Relay control system due

6、to a failure rate, poor reliability, control mode Power consumption is not flexible and large, etc, have become obsolete. microcomputer control system in intelligent control, although there is a strong feature, but there are also poor immunity, system design complexity, the general maintenance staff

7、 could not master the technology, its maintenance defects . The PLC control system as high reliability, easy maintenance, strong anti-interference, design and debugging advantages of short cycle, have become people attach importance to the advantages, has become in the elevator control system, contr

8、ol method used most, is also widely used in traditional relay control system transformation. 2 / 50 Currently 7 80s electrical installation in many parts of the lift control system with the relay contacts, circuit complexity, wiring and more high failure rate, maintenance is difficult, and many have

9、 been idle, its lead system pulled over AC two-speed motor system-for-speed, low efficiency, poor speed performance, seriously affecting the quality of the lift operation. Because of these lifts AC Voltage Control System, AC two-speed motor drive system performance and ride comfort poor, AC Voltage

10、Speed Control System is a type of mechanical energy without major problems, to save money, most of the old-fashioned elevator user wishes to lift the electrical control system to reform, improve the operating performance of the elevator. Therefore, the elevator control technology research, searching

11、 for the transformation of our old-fashioned method of lift is of great significance Key Words Elevator Ttransducer PLC control Variable-frequency adjustable-speed一、绪论在我国，社会经济水平的不断提高，高层建筑越来越多，对建筑物的要求也越高，其中电梯是楼房不可或缺的运输工具。众所周知电梯在我国的使用日益增多，无论是日常生活还是生产销售环节，电梯都给人们带来很大的便利，不但节省人力物力还有时间。电梯作为高级楼盘的运输工具，需要频繁载人

12、载物，因此要求电梯必须要有足够的强度和安全性。为了保证电梯及乘客的人身安全，不至于发生超速事故。梯在速度监控方面必须高度重视，也就是电梯的安全钳-限速器保护装置。这里我们主要探讨限速器装置原理及维护保养要求。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制，PLC控制一般具有可靠性高、易操作性、灵活性强、编程简单等特点。变频调速电梯使用了先进的SPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能：调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适

13、、安静、同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。电动机交流变频调速技术是当今节电、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主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、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被国内外公认为最有发展前途的调速方式。（一）选题的目的和意义随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具与人们的日常生活密不可分。近年来，大量先进的控制技术应用于电梯系统中，使电梯控制系统的控制性能得到很大的改善，但仍有不少问题需要进一步研究。目前，国内使用的先进的电梯控制系统

14、基本上都是国外电梯公司制造的，或由国外电梯公司提供其控制系统部分，但与国外的先进技术仍有较大的差距。另外，从控制技术研究的角度看，国外已有的先进控制技术，很多都掌握在各个大电梯公司手中，其核心技术并不公开，而国内现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足，如何把先进的技术应用于电梯控制之中，进一步提高现有电梯系统的运行效率，满足乘客的需求，是目前急需解决的问题。针对上述现状，本设计希望对电梯控制系统做较为深入的研究，尤其在控制技术的应用研究方面做一定的探索。（二）国内外电梯的研究现状1、国内研究现状解放前，全国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。

15、我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代已初具规模。改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥的斯公司、上海三菱公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产。目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的

16、性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量已达1万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。近年来，为保证电梯质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、

17、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，都在进行着一系列实质性的工作，为加速步入世界先进行列打下了良好的基础1。2、国外研究现状当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上

18、己经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量、在国外，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。3、电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电

19、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。电动机交流变频调速技术是当今节电、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主要手段。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。电梯变频调速的特点：（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）变频调速电梯使用了先进的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

20、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，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显的得到了提高2。4、本设计研究内容本设计的研究内容主要包括以下几个方面：（1）首先介绍了电梯的基本知识，概括的介绍了电梯的基本结构，运行曲线以及电梯的运行过程简介等。（2）介绍可编程控制器的定义及特点可编程控制器的基本结构、以及可编程控制器的基本工作原理。（3）介绍了电梯PLC控制的基本原理，详细分析和研究了在电梯PLC控制中，如何用PLC设计编制电梯控制系统。（4）电梯控制系统的硬件设计。（5）电梯控制系统的软件设计。本设计针对四层电梯的控制系统

21、，采用欧姆龙C60P型号可编程控制器设计电梯的楼层位置指示、轿内指令、厅外召唤指令、自动手动开关门控制等控制任务，来实现电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，具有很强的逻辑处理能力，在控制系统中发挥了重要作用。二、电梯的概述（一）电梯的基本结构简介电梯是“机”与“电”紧密结合的复杂产品，其基本组成包括机械部分与电气部分，但从空间上考虑一般分为以下几部分。1、机房部分 包括电源开关、曳引机、限速器、极限开关、控制柜与信号柜、机械选层器以及电源接线板、导向轮、制动抱闸装置、机座等。2、井道部分 包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器钢丝绳张紧装

22、置、随行电缆和分线盒、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。3、门系统 门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门起闭的动力源。4、层站部分 包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。5、轿厢部分 包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、层装置、安全窗、导靴、开门机轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等3。6、其他系统 （1）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。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配制可采用交流电机或直流电机。供电系统是

23、为电机提供电源的装置。调速装置对曳引电机实行调速控制。速度反馈装置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。（2）电气控制系统。电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置等组成，它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。 操纵装置包括内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置现实装置是指轿厢内和的指层灯。层站上一般显示电梯运行方向或轿厢内所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。（3）安全保护系统。安

24、全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。（二）电梯设备1、电梯的分类 根据不同的分类方式，可将电梯分为不同的种类，目前电梯的基本分类方法如下：(1)按驱动方式分类，有交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电动机驱动的电梯。(2)按用途分类，有乘客电梯、货载电梯、客货两用电梯、病床电梯、服务电梯、观光电梯、车辆电梯、船舶电梯、住宅电梯等。(3)按额定速度分类，我国习惯上按下述方法分类：1）甲梯 也称高速电梯，速度在2m/s以上，其规格有2m/s、2.5m/s、3m/s

25、，有的电梯速度已经达到6m/s、10m/s。2）乙梯 也称中速电梯，速度在12m/s之间，其规格有1.5 m/s和1.75 m/s。3）丙梯 也称低速电梯，速度在1m/s以下，其规格有0.25m/s、0.5m/s、0.75m/s和1m/s。4）超高速电梯 速度超过5m/s的电梯。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的提高。(4)按控制方式分类，有手动操纵控制、按钮控制、信号控制、层间控制，简易集选控制、并联控制、群控电梯等4。(5)特殊电梯，有斜行电梯、立体停车场用电梯、建筑施工电梯等。2、电梯的主要组成部分(1)曳引电动机齿轮曳引机为电梯的提升机构

26、，主要由驱动电机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成5。(2)自动门机用来完成电梯的开门和关门。电梯的门有厅门和轿门。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许起动运行。检修状态时，可以在不关门状态下运行。(3)层楼指示灯层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现在多由数码管组成，且与呼梯盒构成统一结构。(4)呼梯盘呼梯盘也叫召唤按钮箱，用来在每层站召唤电梯。基站与顶站只有一只按钮，中间层站由上呼与下呼两个按钮组成。按钮下带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接

27、收并记忆。满足呼梯要求时，呼梯记忆灯将熄灭。(5)操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发出动作命令。操纵箱上设有与电梯层站数相同的内选层按钮、上下行起动按钮、开/关门按钮、急停按钮、电梯运行状态选择钥匙开关以及照明、层楼指示灯的控制开关。(6)停层装置在电梯的井道内每层站装有一只感应器，当轿厢运动到相应层站时，其感应器发出信号，以此检测电梯所处位置。 （三）电梯运行过程简介对于有司机操纵的电梯，当乘客进入轿厢后，司机根据乘客选定的层站，按下选层按钮，完成运行指令的登记，电梯便自动决定运行方向；当按下启动按钮时，电梯便自动关门，待门锁处的微动开关的闭合，则门锁继电器吸合，电梯便开始启动、

28、加速，直至稳定运行。当电梯到达停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道传感器向电梯拖动控制系统发出换速信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入平层区时井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动开门，自动消号。在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅外召唤按钮，只要申请乘梯方向符合此时电梯的运行方向，则电梯能被顺向截停。当同一方向的登记指令都已被执行后，司机只需按下启动按钮，电梯便自动换向运行，执行另一方向的运行登记指令。当电梯关门时，若有人或物触碰了门安全触板，或由非接触式的光电式、电子式装置检测到关门障碍时，电梯便停止关门并立即转为开门。如果欲乘电梯的乘客正逢电梯关门时，可按下厅外

29、上、下召唤按钮中与电梯欲行方向相同的一个按钮，电梯并立即开门。如果由于乘客过多而超载，则电梯超载检测超载装置发出超载信号，在声光提示的同时，阻止电梯启动并开门，直到满足限载要求，电梯方能恢复正常运行6。对于无司机操纵的电梯，当乘客进入轿厢后，只需按下前往的层站按钮，则电梯按照规定的68s停站时间延迟后，便自动关门启动，加速至稳速运行。在运行过程中可逐一登记各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向的召唤信号，将逐一停答，自动停靠，自动开门，自动消号。当完成了同向全部登记指令以后，如有反向的厅外召唤信号，刚电梯自动换向运行，如果没有厅外召唤信号，电梯就自动关门停机，或自动驶回基站待命。当再次接收到厅外召

30、唤信号时，电梯便再次自动启动，完成新的运行。1、速度给定曲线为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的7。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒2所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加S曲线变化

31、率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现。理想的电梯速度给定曲线如图2-1所示，图中a为加速度，v为速度。图2-1 电梯速度给定曲线三、可编程序控制器可编程序控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一8。（一）可编程序控制器的发展历史在可编程序控制器

32、问世以前，工业控制领域中继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、寿命短、尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差。1968年，美国通用汽车公司根据多品种、小批量、不断翻新汽车品牌的战略思想，为了在每次汽车改型时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了研制新型逻辑顺序控制装置的招标指标。其主要内容如下：1、编程方便，现场可修改程序。2、系统单元能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。3、系统的维修必须简单易行。4、体积小于继电器控制装置。5、能与中央数据收集处理系统进行通信。6、输入

33、电源是市电。7、输出电源是市电，负载电流在2A以上，可直接驱动电磁阀和接触器。8、具有灵活的扩展能力。9、成本可以继电器控制装置竞争。10、用户存储器容量至少在4KB以上。从上述指标可以看出，研制新型逻辑顺序控制装置的核心是当今可编程序控制器最基本的功能，主要有： (1)用计算机系统代替继电器控制装置。(2)用软件程序代替硬件接线。(3)输入输出信号可以和外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。1969年，美国数字设备公司制成了世界上第一台可编程序控制器，在美国通用汽车公司生产线上使用，取得了成功。从此，开创了可编程序控制器的新时代9。（二）可编程序控制器的定义和特点1、可编程序控制器的定义 在

34、二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会对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，并实现逻辑运算、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，国际电工委员会颁布了PLC标准草案，1987年的第三版对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，并能通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的设备都应该易于与工业控制系统形成一个

35、整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它可通过编程完成所需的各种运算，能很好地与外部设备连接并进行信息交换。2、可编程序控制器的特点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以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，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。PLC的可靠性高表现在下列几个方面。1)与继电器逻辑控制系统比较，PLC不需要大量的

36、活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，系统的维修简单，PLC还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MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。PLC还具有编程简单，操作方便等特点，因此对操作人员的技能要求降低，操作人员容易学习和掌握，一般不容易发生操作的错误，可靠性因此提高。2)与通用的计算机控制系统比较，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控制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，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高；在硬件方面，采用了一系列提高可靠性的

37、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。在软件方面，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、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更改的操作。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显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作可直接根据所需的地址编号进行搜索，然后进行更改。2）编程方便：采用布尔助记符编程时，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

38、维修技能的要求降低。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、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。（4）机电一体化为使工业生产过程的控制更平稳，更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，

39、而可编程控制器正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，具有体积小、功能强，抗干扰性好等优点，它将机械与电子部件有机的结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合和集成在一起，因此它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备，成为工业自动化三大支柱（可编程序控制器、机器人CAD/CAM）之一10。（三）可编程序控制器的基本结构及工作原理1、 可编程序控制器的基本结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不同，但是结构与工作原理则大同小异，通常由中央处理单元CPU、存储器、输入输出等部分组成。如图3-1所示：图3-1 可编程序控制器的基本结构（1）主机主机

40、部分包括中央处理器、系统程序存储器、用户程序及数据存储器、输入输出扩展接口、外部设备接口和电源等部分组成。中央处理器是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路，用于运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，将结果送到输出端，并响应外部设备的请求以及进行各种内部判断等。（2）输入/输出(I/O)接口 I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备。（3）输入/输出扩展单元 I/O扩展接口用于将外部输入/输出端子数的扩展单元和基本单元连接在一起。输入输出扩展接口有并行接口、串行接口

41、和双口存储器等多种形式。（4）外部设备接口外部设备接口是PLC主机实现人-机对话、机-机对话的通道。通过它，PLC可以与编程器、打印机等外部设备相连。该接口的功能是串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。 （5）编程编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。（6）电源单元 电源是供给PLC电源的器件，通常为输入设备提供直流电源。它的作用是把外部的供电电源变换成系统内部各电源所需的电源。可编程序控制器的电源一般采用开关电源，特点是输入电

42、压范围宽、体积小、重量轻、效率高。2、 可编程序控制器的工作原理PLC的基本工作如下：（1）输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态。（2）执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。（3）输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。为了提高工作的可靠性，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，还要进行故障自诊断，完成与编程器的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各

43、输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试各部分的当前状态，并与标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断输出点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有通信请求。如果有则进行相应的处理。例如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电

44、，出现故障等才停止工作11。四、电梯PLC控制系统的硬件设计（一）总体设计思想电梯控制系统可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时乘客的舒适感有着重要的影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制。电梯控制系统的硬件结构图如图41所示，主要由下列部分构成：图4-1 硬件结构框图1、可编程控制器PLC完成系统逻辑控制部分PLC负责逻辑控制部分：处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给PLC形成双向联络关系是系统的核心。2、变频器实现电动机调速高速电梯（1.6m/s）以上

45、的速度一般都采用专用变频器。一般低速电梯采用低价格的通用变频器也可以满足要求。3、旋转编码器和PG卡，实现闭环运行为满足电梯的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A 、B两相脉冲，根据A、B脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。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变频器内部，以便进行运算调节。4、制动电阻，消耗回馈电能，并抑制直流电压升高当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能。这时同步转速下

46、降，交-直-交变频器的直流部分电压升高，为了能消耗回馈电能，并抑制直流电压升高，还必须配置制动电阻。（二） PLC控制系统设计分析为了应用PLC实现对系统的预期控制，就必须对控制系统进行深入的分析与研究，根据系统的控制要求提出有效的总体控制方案与设计，在本节中主要介绍PLC控制系统的设计步骤与控制模式的确定。1、系统设计的内容及步骤PLC控制系统是由PLC与用户输出、输入设备连接而成的，用以完成预期的控制目的与控制要求。因此，PLC控制系统设计的基本内容应包括：（1）分析总体功能要求，确定系统硬件配置:根据电梯需要实现的控制功能、调速方式、安全方面等的综合分析，对电梯的硬件系统(如接触器、继电

47、器、PLC型号、变频器等)进行总体安排。（2）计算PLC的I/O点数:经过上述分析后，根据所确定的电梯层站数、控制方式等，计算控制系统的输入信号及输出信号的数量，同时对输入、输出信号是模拟量还是数字量要分开考虑，然后分类统计出各输入、输出量的电压类型、等级、数量。（3）进行PLC系统配置设计，主要为PLC的选择，应包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。2、控制电路的设计在对一个控制系统进行设计之前，最重要的工作就是深入了解分析系统的控制要求，只有这样才可能提出准确的、合理的系统总体设计方案，进而实现各个阶段的设计任务。本控制电路包括设计主拖动电路、信号控制电路、PLC

48、的I/O电路、操纵盘的原理图及配线图。如图所示4-2为 PLC控制设计步骤流程图。图4-2 PLC控制设计步骤流程图3、 PLC控制系统设计电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图4-3为电梯PLC控制系统的基本结构框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号12。图4-3电梯PLC控制系统的基本结构图（1）信号控制系

49、统电梯信号控制基本由PLC软件实现。机械选层器与绝大部分继电器已被PLC取代。电梯信号控制系统如图4-4所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制信号、层内外指令、安全保护信号、光电脉冲、开关门信号、门区和平层信号等。（2）减速及平层控制电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的数时即

50、可发出减速命令。本设计采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过编码器检测、软件实时计算以下信号：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、和平层信号。（3）轿厢的启动与运行轿厢在运行方向确定，轿厢门已关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。（4）安全保护电梯的安全保护很多，如冲顶与蹲底，断钢丝绳，轿厢内人员的跌落、逃生等保护，还有消防运行等多项。图4-4 电梯PLC信号控制系统框图4 、I/O接口的电路设计I/O电路表示PLC与操

51、纵盘、井道以及控制柜其他电器之间的连接，根据输人信号的作用和输出类型进行I/0地址分配。决定运行方式和运行条件等重要输人信号应排列在前面，如安全信号、门连锁、有/无司机、门机信号、检修、消防等输人信号。负载电压类型和等级相同的输出合为一组，利用同一公共输出点。如指示灯电路可作为一组输出，接触器、继电器常用220V，另用一组输出。在分配了I/O地址后，应画出I/O接口线路图，列写I/O及内部辅助继电器、定时器等的地址分配表，以便进行梯形图的设计。5、电梯控制系统实现的功能(1)一台电机控制上升和下降。(2)各层设上/下呼叫开关。(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。(4)电梯内设有层楼指令

52、键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。(6)待客自动开门。当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。(7)自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门。(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运

53、行方向。(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。(12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。 (13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。(14)自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。（三）变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，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

54、其价格相对较贵。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。电梯的调速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，电梯节约用电日益受到重视13。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它的技术特性为：可直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；适用于各种应用场合，在低速下实

55、现平稳起动及其精确的运行；它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制；它将V/f控制、矢量控制、闭环V/f控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制特别适合电梯类负载频繁变化的场合，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。另外，VS-616G5变频器的起动、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0.01 0.02%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

56、弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。1、VS-616G5型变频器的简介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范围。VS-616G5型变频器的特点如下：VS-616G5型变频器是安川电机公司推出的通用型变频器。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范围。VS-616G5变频器的特点如下：图4-5为616G5变频器的框图。(1

57、)具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转距自适应等一系列先进功能。(2)可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率。(3)能降低电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。(4)VS-616G5变频器将所有功能分为9个功能组，功能组内分许多主功能，主功能又分为许多子功能。(5)在多种模式下工作，对不同的工作模式，程序设定的项目不尽一致。(6)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。(7)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。(8)保护功能完善、维修性能好。(9)通过LCD操作装置，可提高操作性能。图4-5 VS-616G5变频器框图2、变频器结构及参数的设置由于采用PLC作为逻

58、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。由于616G5是通用型变频器，因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要复杂得多。VS-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见表4-1所示14。变频器参数设置的原则：(1)为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；(2)为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，可以减小停车冲击；(3)零速一般设置为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感；(4)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

59、体的设置见表4-2。表4-1 变频器参数参数功用A组确定控制模式B组选择运行功能C组确定加减速时间及转矩补偿时间D组选择频率E组确定运行压频曲线F组保护设置G组确定偏差标准表4-2 616G5变频器主要参数设置表参数名称设定值说明A102控制方式选择2不带PG矢量控制方式B101频率指令选择1B102运行指令选择1B103停止方法选择0B104反转禁止选择0B201零速电平选择0.1HzB204停止时直流制动时间1.0SC103加速时间22.0SC104减速时间22.0SC201加速开始时S型曲线时间0.6SC202加速完了时S型曲线时间0.6SC203减速开始时S型曲线时间0.6SC204减

60、速完了时S型曲线时间0.6SD109检修速度200rpmE101输入电压设置380VE104最高输出频率50HzE105最大电压380E106额定电压频率50HzF101PG常数旋转编码器铭牌设置F102PG断线检测时的动作选择0F103超速时的动作选择03、变频器的配置及容量选择VS-616G5变频器用在电梯调速系统中时，必须配PG卡及旋转编码器，以供电动机测速及反馈。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A，B两种脉冲，当A 相脉冲超前B相脉冲90时，可认为电动机处于正转状态，相反则可认为电动机处于反转状态。旋转编码器根据AB脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并根据A

61、，B脉冲的频率测得电动机的转速。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。A，B两脉冲波形如图4-6所示。图4-6 A，B两脉冲波形VS-616G5应用在电梯调速系统中时，必须配置制动电阻。当电梯减速运行时，电动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，制动电阻的作用就是消耗回馈电能，抑制直流电压升高。（1）变频器容量的计算 变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为V，电梯自重为W1，电梯载重为W2，配重为W2，重力加速度为

62、g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2： (4-1)其中为摩擦力，可忽略不计。电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有安全裕量，可取P1.5。（2）制动电阻参数的计算能耗制动电阻RZ的大小使制动电流Iz的值不超过额定电流的一半，即： (4-2)在式（4-2）中为额定情况下变频器的直流母线电压。由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率15。表4-3 VS-616G5型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2-100KVA1.4-160KVA电源电压频率200V：三相200/208/220V400V：三相380

63、/400/415/440/460V电压允许变动+10% -15%频率允许变动士5%控制特性控制方式无传感器矢量控制(无PG)带传感器矢量控制(带PG)启动转矩150%/1 Hz(无PG) 150%/0 r/min(带PG)速度控制范围1：100(无PG) 1：1000(带PG)速度控制精度士0.2%(无PG) 0.02%(带PG)速度响应5Hz(无PG) 30Hz(带PG)转矩极限有转矩精度士5%转矩响应20Hz(无PG)以上1 SOHZ(带PG)以上频率控制范围0.1-400Hz频率精度数字式指令士0.01 %(-lOC-+40C)频率设定分辨率数字式指令0.01Hz/100Hz过载量额定输出电流的150%1min频率设定信号-lOV-1OV， O-1OV， 4-20mA加减速时间0.01-6000.Os保护功