492 基于PLC的变频调速电梯控制系统设计

492 基于PLC的变频调速电梯控制系统设计,基于,plc,变频,调速,电梯,控制系统,设计 6264传感器及执行原件门 机主 机电 路HEF4752825382556264监控8098 1#群控8098计划 8098呼梯及显示82798279安全中断信号两片 8259呼梯及显示梯 厅 群控主机8098计划8098梯控 1#8098驱动系统轿 厢梯控 2#8098驱动系统梯控 3#8098 梯控 4#8098轿 厢轿 厢驱动系统 驱动系统轿 厢输入接口PLC输出接口分频信号运行方式选择 运行控制信号楼层显示安全保护信号开关门控制内指令信号外指令信号呼梯信号开关信号 平层信号运行方向指示拖动控制系统可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统M3信息控制系统指导老师杨香凡李卫图 3-1 电梯控制系统框图 图 3-2 电梯 PLC 信号控制系统框图图 6-1 群控系统总体结构图图 6-2 系统硬件电路原理图控制系统原理图设计者楼层获取梯形图轿内信号的登记与消除梯形图位置显示梯形图设计者指导老师控制系统程序流程图杨香凡李卫轿外信号的登记与消除梯形图开门控制梯形图关门控制梯形图电梯的选层定向梯形图电梯的消防运行梯形图电梯的消防运行指令图电梯的选层定向指令图开门控制指令图 关门控制指令图位置显示指令图楼层获取指令图轿内信号的登记与消除指令图 轿外信号的登记与消除指令图是否强制工作NYNY强制工作是否完成YNY设计者指导老师控制系统流程图杨香凡李卫启动主机逆变主机整流控制平 层开/关门初始化显示楼层到 站？目标层YN开 始返 回确定好梯查呼梯运行状态分析按规则分梯初始化串行通信图 5-2 系统流程图图 6-4（a）群控部分图 6-4（b）监控部分上电初始化 等待确认本层与目标层是否厅外呼叫是否轿厢呼叫目标层与本层是否相同电梯选向 电梯启动电梯加速电梯高速运行楼层检测是否目标层关门延时开门电梯制动平层检测电梯减速是否停止运动停止NYYNYN湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）工作中期检查表系 机电系 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机一 姓 名 杨香凡 学 号 2007964208 指导教师 李卫 指导教师职称 副教授题目名称 基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计题目来源 科研 企业其它 课题名称 基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计题目性质 工程设计 理论研究 科学实验 软件开发 综合应用 其它1、选题是否有变化 有 否 2、设计任务书 有 否资料情况3、文献综述是否完成 完成 未完成 4、外文翻译 完成 未完成由学生填写目前研究设计到何阶段、进度状况：分析确定了电梯控制系统的基本方案；认真学习了自已在设计过程中所要用到的 PLC 及变频器的基本知识及应用，同时也学习了自已在本次毕业设计中可能要用到的三菱编程器、AutoCAD 软件，在整体设计开发背景下，完成了电气硬件按线图，并通过绘图软件绘制完成，同时完成了相应的大部分程序编制工作。工作进度预测（按照任务书中时间计划）提前完成 按计划完成 拖后完成 无法完成工作态度（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）： 认真 较认真 一般 不认真质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况）由老师填写 优 良 中 差存在的问题与建议：指导教师（签名）：年 月 日建议检查结果： 通过 限期整改 缓答辩系意见： 签名：年 月 日注：1、该表由指导教师和学生填写。2、此表作为附件装入毕业设计（论文）资料袋存档。湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目： 学 院： 兴湘学院 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学 号： 2007964208 姓 名： 杨 香 凡 指导教师： 李 卫 完成日期： 2011 年 05 月 20 日 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书设计（论文）题目： 基 于 PLC 的 变 频 调 速 电 梯 控 制 系 统 设 计 学 号： 2007964208 姓名 杨香凡 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 李 卫 系主任： 一、主要内容及基本要求： 1、检索国外变频调速电梯控制系统的发展动态，分析国内的现状； 2、分析变频调速电梯控制系统设计的关键技术问题； 3、完成基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计的一体化设计； 4、完成 PLC 实现变频调 速电梯控制系统设计； 5、完成基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计中硬件的设计； 6、完成基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计中软件设计； 7、完成毕业论文的文稿工作，要求：总字数不低于一万字，使用 A4 编辑及打印装订成册； 8、技术图纸：控制系统原理框图 1 张（0 号）、控制系统程序图 1 张（0 号）、控制系统流程图 1 张（1 号）； 9、翻译英文技术资料：翻译课题相关英文资料。要求：3000 单词，复印原稿与翻 译(打印)稿同册装 订。 二、重点研究的问题：1、 基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计方案选择设计； 2、 基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计软件设计； 3、 基于 PLC 的变频调 速电梯控制系统设计中外围设备硬件的设计。 三、进度安排各阶段完成的内容 起止时间1 资料检索、查询 2011 年 2 月 20 日 3 月 5 日2 系统总体方案构思及设计 2011 年 3 月 6 日 3 月 20 日3完成基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计方案选择设计2011 年 3 月 21 日 4 月 10 日4完成基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计硬件设计； 2011 年 4 月 11 日 4 月 25 日5完成基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计软件的设计2011 年 4 月 26 日 5 月 10 日6 毕业设计说明书撰写和编辑 2011 年 5 月 11 日 5 月 19 日7交毕业设计说明书和图纸，答辩准备 2011 年 5 月 20 日 5 月 25 日四、应收集的资料及主要参考文献1 姜守亭,公利 滨.旋转编码器在 PLC 控制电梯中的应用J.应用能源技术， 2006 2 郝晓弘,张 萍.VS-616G5 变频器在电梯调速控制系 统中的应用J. 微计算机信息,20063 顾德仁,徐惠钢,郭文华. 基于 PLC 的电梯高精度位置控制的实现J.微计算机信息,2007 4钟国梁.VVVF 电梯拖动节能技术应用探讨J.电气应用， 2009 5 阮波,全书 海.一种新型电梯轿厢载荷测量装置J.仪表技术与传感器， 2006 6 肖军,孟令 军.可编程序控制器原理及应用M.北京:清华大学出版社，2008 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2007964208 姓名 杨香凡 专业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 毕业论文（设计）题目： 基 于 PLC 的 变 频 调 速 电 梯 控 制 系 统 设 计 评价项目 评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价评阅人： 2011 年 5 月 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学 号： 2007964208 姓名： 杨香凡 专 业： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 毕业论文（设计说明书） 50 页 图 表 3 张论文（设计）题目： 基 于 PLC 的 变 频 调 速 电 梯 控 制 系 统 设 计 内容提要：电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动，到交流调压调速(ACVV，Alternating Current Voltage)控制，发展到交流调压调频技术(VVVF，Variable Voltage Variable Frequency)控制，其逻辑控制也由 PLC代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频(VVVF，Variable Voltage Variable Frequency)技术，由于VVVF电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，研究并提出了基于可编程控制器 PLC 和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用安川 VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使 PLC 的内部的资源和功能得到了充分的利用。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，提高了电梯的控制水平，并改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。指导教师评语指导教师： 年 月 日答辩简要情况及评语答辩小组： 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任： 年 月 日目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题的研究背景 .11.2 电梯的国内外发展状况 .21.3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 .31.4 研究主要内容 .4第 2 章 电梯的概述 .62.1 电梯的基本结构 .62.2 电梯的种类 .8第 3 章 系统结构及基本方案的选择 .103.1 系统的总体结构 .103.2 设计思路 .113.3 PLC 控制系统与其他控制方式的比较 .123.3.1 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较 .123.3.2 PLC 控制系统与计算机控制系统的比较 .123.3.3 PLC 的选择 .133.4 变频器的选择 .14第 4 章 硬件设计及参数计算 .174.1 PLC 硬件设计 .174.1.1 可编程控制器机型的选择 .174.1.2 输入输出点分配 .174.2 变频器参数设置及计算 .184.2.1 变频器参数设置 .184.2.2 变频器自学习功能的应用方法 .204.2.3 变频器容量计算及制动电阻参数的计算 .20第 5 章 软件设计 .225.1 FX2N 系列的基本逻辑指令 .225.2 系统流程图 .245.3 梯形图 .255.3.1 利用旋转编码器获取楼层信息模块 .255.3.2 层楼位置显示模块 .275.3.3 指令信号的登记与消除 .285.3.4 开关门控制模块 .295.3.5 电梯的定向与选层换速模块 .315.3.6 电梯的消防运行模块 .325.3.7 电梯运行控制模块 .33第 6 章 电梯集成控制 .346.1 电梯集成控制概述 .346.2 总体方案 .346.3 系统硬件电路 .356.3.1 主电路的控制 .356.3.2 键盘及显示 .366.3.3 安全回路 .366.3.4 其他 .366.4 软件设计 .37结 论 .40参考文献 .41致 谢 .42外文资料翻译 .43外文资料 .47.I摘 要电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动，到交流调压调速(ACVV，Alternating Current Voltage)控制，发展到交流调压调频技术(VVVF，Variable Voltage Variable Frequency)控制，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频(VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)技术，由于 VVVF 电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，研究并提出了基于可编程控制器 PLC 和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用安川 VS-616G5 型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使 PLC 的内部的资源和功能得到了充分的利用。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，提高了电梯的控制水平，并改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。关键词PLC 控制；变频调速；模块化；电梯；微机控制.IIAbstractThe elevator is a necessary vehicle for high-buildings perpendicular transportationAlong with the rapid developing of drag and control technique，the elevator has been developed from the DC motor drive to the AC single speed and AC double speed motor drive， till the AC variable voltage(ACVV)control and then till the variable voltage variable frequency(VVVF) controlIts logic control also has been replaced by PLC from control-relay,which leads to the great progress of the elevators reliability, security, comfort,floor precision，lifting speed，power saving and noise preventingNew-made elevators all have employed the VVVF so that they work quite safely and reliably,cause which use micro-computer controlling so that there are some merits following：perfect self-test，self-diagnostics，self-protectIn this thesis it has studied and proposed the implementation project of elevators VVVF control system based on PLC and transducerThis thesis has been supported technically by the merit of compiling speed curve using ANCHUAN VS-616G5Analyzing reasonably the curve which can not only meets the claiming of rapidity but also avoids the effect from acceleration of gravityAnd the interior resource and function can be fully utilized using the rotary encoderIt has been developed a complete elevator control software in this thesis,having raised the elevators controlling level,improved the cozy feeling，so the effect of control comes more ideally KeywordsPLC control；Frequency Conversion；Modularization；Elevator；Micro-computer controlling.第 1 页 共 50 页第 1 章 绪论1.1 课题的研究背景电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。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，在电梯上已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，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，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。掘资料统计，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。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制第 2 页 共 50 页中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、 CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.2 电梯的国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。电梯作为建筑物内的主要运输工具已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。我国的国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，进入了“第三次浪潮” ，2004 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l 万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l 台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用电梯将达到 130万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到 135 万台，与 1980 年相比，25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 178。2005 年安装验收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的第 3 页 共 50 页电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了国际标准化组织 ISO/TCl78 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达 l 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。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：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、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，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分 。21.3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC 控制和微型计算机控制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用循回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色” ，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。目前意义上的“绿色” ，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调第 4 页 共 50 页与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。(1)智能化。我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。(2)安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。(3)与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化(OA)、楼宇自动化(BA)、通讯自动化(CA) 的正常运转。舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU 控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级等方面也有相应要求。第 5 页 共 50 页1.4 设计主要内容课题设计的主要内容是用可编程控制器和变频器设计二十三层居民楼电梯控制系统。调速系统采用交流变频调速，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。毕业设计说明书的主要内容如下：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介绍。接着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 PLC和变频器的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器参数设置及 PLC 的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与 PLC 的连接。最后，设计了软件流程图，完成系统模块化编程。第 6 页 共 50 页第 2 章 电梯的概述本章介绍了电梯系统的基本结构及各种分类方式。电梯控制系统主要分为机械和电气两大部分，详细介绍电梯系统的组成和分类，为下面系统设计做准备。2.1 电梯的基本结构 电梯是机电一体化产品。目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，其机械部分由曳引系统，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。电梯的基本结构如图 2-1 所示。1. 控制柜(屏) 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. 轿厢门安全触板 10. 导轨 11. 对重 12. 厅门 13. 缓冲器图2-1 电梯的基本结构(1)曳引系统电梯曳系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机，曳引214538 79101 126 13第 7 页 共 50 页钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，曳引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加曳引力。(2)导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3)门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。(4)轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。(5)重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。(6)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，它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统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。调速装置对曳引电机进行速度控制。(7)电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。第 8 页 共 50 页(8)安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.2 电梯的种类根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下：(1)按用途分类乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。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。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。观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯：用作装运车辆的电梯。船舶电梯：船舶上使用的电梯。建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。(2)按驱动方式分类交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在 2.00m/s以上。液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯：将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯：其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。第 9 页 共 50 页(3)按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。低速梯：常指低于 1.00m/s 速度的电梯。中速梯：常指速度在 1.002.00m/s 的电梯。高速梯：常指速度大于 2.00m/s 的电梯。超高速梯：速度超过 5.00m/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地提高。(4)按电梯有无司机分类有司机电梯：电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯：乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯：这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。(5)按操纵控制方式分类手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯：23 台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。(6)其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型” 、 “超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。第 10 页 共 50 页第 3 章 系统结构及基本方案的选择本章确定了系统的总体结构，并针对系统的总体结构，对变频器的类型进行了述，并确定由 PLC 来实现电梯信号控制，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。课题开发是基于 PLC 的电梯变频调速系统，采用变频器和 PLC 组成的变频调速电梯控制系统。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，逻辑部分由 PLC 来实现。3.1 系统的总体结构 系统采用集中控制方式，主要包括信号控制系统和拖动控制系统两大部分。图 3-1为电梯 PLC 电梯控制系统框图，主要硬件包括 PLC 主机及扩展、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、安全装置、显示装置、调速装置与主拖动系统等。控制系统的核心为可编程控制器(PLC)，操纵盘、呼梯盒、位置、安全保护及变频器工作状态等信号输入 PLC，经PLC 运算处理后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示信号，通过变频器向主拖动电动机发出控制信号。. 3-可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统M3信息控制系统1 电梯控制系统框图课题的核心问题有两个：一是变频器的参数设置以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求；二是由 PLC 编程实现电梯运行时各种信号控制。第 11 页 共 50 页输入接口PLC输出接口分频信号运行方式选择 运行控制信号楼层显示安全保护信号开关门控制内指令信号外指令信号呼梯信号开关信号 平层信号运行方向指示拖动控制系统3.2 设计思路(1)信号控制系统电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。电梯信号控制系统如图 3-2 所示，输入到PLC 的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/ 无司机、检修、消防运行方式等） 、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。图 3-2 电梯 PLC 信号控制系统框图(2)电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现如下功能：行车方向由内选信号决定，顺向优先执行；行车途中如遇呼梯信号时，顺向截车,反向不截车； 内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除； 内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示；停层时可延时自动开门、手动开门；无内选时延时 5s 自动关门，但不能自动行车；行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车；长短站减速距离分别设定。拖动控制系统第 12 页 共 50 页3.3 PLC 控制系统与其它控制方式的比较3.3.1 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电气控制的弱点就越来越明显。可编程控制器（PLC ）最早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 控制所代替。同时，由于机电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。因此，PLC 控制技术加变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。电梯继电器控制系统的优点：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；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；大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜；多年来我国一直生产这类电梯、技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉，掌握的人较多。但是，电梯继电器控制系统存在很多的问题：系统触点繁多、接线线路复杂、且触点容易烧坏磨损，成接触不良，因而故障率较高；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；电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性