六层电梯升降变频控制系统课程设计(共34页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上1引言随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性，成功地解决了电梯运行的舒适感问题。过去，对中、低速电梯主要采用拖动系统来构成其曳引系统，应用变极方式实现电机的调速。因为这种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制，所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电梯，进行速度闭环控制，其舒适感和平层精度都有较大提高，但它却很难实现精确控制，并且能耗大，输人功率因数也低，影响了系统的整体性能。对于高速电梯，过去主要采用晶闸管直流调速系统，存在维护难等问题，并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较，变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。本设计内容针对低层楼房客梯控制系统进行认真分析，讨论了电梯控制系统设计的有关问题。根据当前电梯的发展趋势，注重反映新的PWM技术，利用先进的变频调速技术和强大的PLC功能实现了对电梯变频调速的控制，通过合理的设备选型、硬件电路连接和整体软件设计，完成电梯的各个功能，保证电梯的安全运行及应急状况处理。2概述电梯的概述电梯的概念电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间的固定式升降设备。广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passenger conveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。电梯的分类按用途分类：乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。按速度分类：低速电梯（速度不大于1.75m/s）中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)超高速电梯(速度大于6m/s)按有无减速器分类：有减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以下的电梯无减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以上的电梯按有无司机分类：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。按控制方式分类：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。电梯的工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：（1）电动机额定功率为7.5kW的3相异步电动机： 额定电压400VAC；额定电流15.3A，额定功率7.5kW, 额定转速1455 r/min；额定功率因数0.82，额定效率0.9。（2）采用两个固定频率，50HZ 对应1m/s 速度，6HZ 的速度用于减速停车。（3）起动和制动斜坡积分时间设定为3 秒，其中含有0.7 秒的平滑积分时间。（4）变频器采用远方控制方式。（5）变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。（6）变频器的报警处理3电梯变频调速控制系统3.1变频调速电梯系统运行原理电力电网送来的380V动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令使电梯轿厢作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。3.2变频器3.2.1变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示： 式（3.1）式中：为电机的电源频率，为电动机定子绕组的极对数，为转差率从上式3.1可看出，在极对数P和转差率不变的情况下，转速n与电机电源的频率成正比，改变电动机的频率就可以改变电动机的转速，从而实现电梯的零速起动。3.2.2变频器组成、工作原理及其分类 变频器组成及工作原理变频器通常由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图4.2所示。主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。图3.2 变频器主电路图其整流电路采用的是不可控的二极管整流电路，而变频器的输出频率和输出电压均由逆变器按PWM方式来完成。利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定开关器件的导通时间，从而实现调压。逆变器又称负载变流器，最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中的主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。中间直流环节。由于逆变器的负载是异步电动机，属于感性负载，故在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。此无功功率要靠中间直流环节的储能元件（电容或电抗）来缓冲，故又称中间直流环节为中间直流储能环节。 变频器的类型按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器按输出电压调节方式分：PAM方式，PWM方式，高载波变频率PWM方式按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器。3.2.3变频器机型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，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安川VS-616G5型全数字变频器，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。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、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。VS616-G5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变频器的标准规格：表3.1 616G5型变频器的标准规格电压220V400V容量范围1.2110KVA1.4460KVA电源电压频率200V： 三相 200V/208V/220V400V： 三相380V/400V/415V/440V/460V电压允许变动+10% -15%频率允许变动士5%控制特性控制方式正弦波PWM控制，V/f控制无传感器矢量控制(无PG)，带传感器矢量控制(带PG)带传感器V/f控制(用参数切换)启动转矩150%/1 Hz(无PG) I50%/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)转矩精度士5%转矩响应20Hz(无PG)以上 150HZ(带PG)以上频率控制范围0.14000HZ频率精度数字式指令士0.01 %(-10Cy+40C) 模拟指令士0. 1%(25C士l OC)频率设定分辨率数字式指令0.01 Hz/100Hz模拟式指令0.03HzJ60Hz输出频率分辨率0.01HZ过载量额定输出电流的150% 1 min频率设定信号-1010V 010V 420MA加减速时间0.016000S制动转矩约20%抑制高次谐波直流电抗器内带(200V 24kVA 400V 26kVA以下可选择)12相整流不能变动主要控制功能再起动，下降控制，转矩控制.零点伺服控制操作装置16字X2线日语液晶显示接通插件板可选择16种（最多可装3块）保护功能电机保护，变频器过载，瞬时电流、电压下降，过电压，电压缺相。VS-616G5变频器的特点如下： 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 有丰富的内藏与选择功能。 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 保护功能完善、维修性能好。 通过LCD操作装置，可提高操作性能。3.2.4变频器计算及其参数设置 变频器功率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选取。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W3，重力加速度为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有： 式（3.2）其中为摩擦力，s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留有较大裕量，因此可以取 式（3.3）变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能，带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高。采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻RZ大小应使制动电流IZ不超过变频器额定电流的一半，即 式（3.4）其中U0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。3.3电梯曳引电动机及其功率确定3.3.1电梯对曳引机的要求 电梯是一个大惯量的拖动系统，要求电动机有较大的过载能力。 电动机能承受频繁起、停，能承受较高的每小时合闸次数。 电梯的运行属于周期断续工作方式，要求选用周期断续工作制的电动机。 对于交流电梯，要求曳引电动机有足够的起动转矩和尽量小的起动电流。3.3.2曳引电动机额定功率的粗选根据力学关系导出曳引电动机的额定功率： 式（3.5）式中，K系数，K=1.11.6Kp平衡系数，Kp=0.40.5 取0.45Mn电梯额定载重量，Mn=1000Vn电梯额定速度，Vn=1.0m/s机械转动总效率，=0.5带入数据得Pn=11.8617.25KW根据实际电动机额定功率系列，粗选13KW的电动机即可满足要求。因此，电梯所选用的曳引电动机为YPTD160L14,电压：380V，功率：13KW，转速：1456r/min 。3.3.3曳引电动机过载、启动校验 初选电动机以上面介绍的方法粗选电动机的额定功率,将该电动机作为初选电动机可计算其额定转矩 式（3.6） 对交流电动机进行过载校验和起动校验1）过载校验 异步电动机机械特性曲线中最大转矩Mm与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的过载能力，用表示 式(3.7)被称作电动机的过载倍数或最大转矩倍数。在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，最大转矩Mm降低到原值的0.92倍，过载倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的最大转矩不能大于等于要求的最大负载转矩Mmz，电梯就会失控，走不出预定的速度曲线，电梯的舒适性和快速性就会变差。因此，而要考察电动机的过载能力 式(3.8)所选电动机满足上式条件，过载校验通过。2）起动校验 异步电动机的起动转矩MQ与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的起动能力，用KQ表示 式(3.9)KQ被称作电动机的起动转矩倍数。同样，在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，起动转矩降低到原值的0.92倍，起动转矩倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的起动转矩不能大于等于电梯满载时要求的负载起动转矩MQZ，电梯就转不起来。因此，需要考察电动机的起动能力 式(3.10)所选电动机满足上式条件，起动校验通过。只有过载校验、起动校验都通过了的电动机，才可以选作电梯曳引电动机。否则需要将初选电动机的额定功率适当加大后再进行上述校验，直至通过。当然，如果上述校验裕量很大，则可以适当减小电动机额定功率后再进行上述校验，直至裕量适当。4电梯电气控制系统4.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点4.1.1 PLC定义及其特点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与普通微机一样，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。 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。1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。2）PLC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。3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。4）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。5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。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;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。6）PLC的软件方面，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。 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:1）操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数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的显示，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。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分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，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 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、布尔助记符、功能表图、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。它可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。4.1.2 PLC控制电梯的优点 在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 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。 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。 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。 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 更改控制方案时不需改动硬件接线。4.2 PLC的选择PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。4.2.2 PLC机型的选择PLC选择的依据主要决定于由两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。 I/O点数的估算根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%15%的备用量。 用户存储器容量的估算用户应用程序占用多少内存与许多因素(如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等)有关。根据自己所设计的为六层的电梯控制系统，根据需要控制的开关、设备大约有32个输入点，28个输出点需进行控制，同时留有20%的裕量，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司的FX2N-80MR机型。FXZN系统PLC具有以下几方面的优点: FXZN配置灵活，除主机单元外，还可扩展1/0模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。 FXZN指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。 FXZN可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器(C251等)能接受脉冲编码器脉冲。 FXZN的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。4.3 电梯电气控制系统设计方案电梯电气控制系统设计方案的确定对于电梯电气控制系统整体软件设计起着至关重要的作用，这也是电梯电气控制系统的一个主贯穿线，它主要包括以下几个部分。 PLC的I/O地址分配：根据本设计中的电梯控制系统实现的控制功能和其实际的操作工艺过程，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。 PLC输入信号的确定：操作面板上应有各层的选层指令按钮，6层共有6个。有司机时，应有司机直驶专用开关和上行、下行按钮，需3点输入，检修时对应有检修开关，在开门和关门时应该有开关门限位开关，需要3点输入。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，6层共需10个输入按钮。其它输入有司机/无司机方式选择、电梯上下终端的限位等开关或触点。轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入。经以上分析，可知共需34点开关量输入端口。表4.1 输入地址分配表输入地址口含义输入地址口含义X001上终端限位开关X021内呼去2楼按钮X002下终端限位开关X022内呼去3楼按钮X003一楼上召唤按钮X023内呼去4楼按钮X004二楼上召唤按钮X024内呼去5楼按钮X005三楼上召唤按钮X025内呼去6楼按钮X006四楼上召唤按钮X026强迫向上按钮X007五楼上召唤按钮X027强迫向下按钮X010二楼下召唤按钮X030检修运行按钮X011三楼下召唤按钮X031司机/自动运行方式X012四楼下召唤按钮X032安全触板信号X013五楼下召唤按钮X033直驶按钮X014六楼下召唤按钮X034基站开关X015门锁信号X035开门限位开关X016开门信号X036关门限位开关X017关门信号X037超重信号输入端X020内呼去1楼按钮X040CO2传感器检测输入 PLC输出信号的确定：控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。上下行指示灯2点输出。开门、关门需2点输出。由于采用十进制显示方式，LED七段显示器需3点输出。电梯轿厢内输出各层的指令信号登记显示，共6点输出。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤登记显示，其它各层均设上下两个召唤登记显示，6层共需10个输出显示。轿厢照明与轿厢通风需要2点输出，故障报警也需要1点输出。经分析共需28点开关量输出端口。表4.2 输出地址分配表输出地址含义输出地址含义Y001楼层显示（高位）Y017电梯下行显示Y002楼层显示（中位）Y020一楼上召唤信号登记显示Y003楼层显示（低位）Y021二楼上召唤信号登记显示Y004KM1电动机正转Y022三楼上召唤信号登记显示Y005KM2电动机反转Y023四楼上召唤信号登记显示Y006开门继电器Y024五楼上召唤信号登记显示Y007关门继电器Y025二楼下召唤信号登记显示Y010内呼1楼指示灯Y026三楼下召唤信号登记显示Y011内呼2楼指示灯Y027四楼下召唤信号登记显示Y012内呼3楼指示灯Y030五楼下召唤信号登记显示Y013内呼4楼指示灯Y031六楼下召唤信号登记显示Y014内呼5楼指示灯Y032轿厢通风输出继电器Y015内呼6楼指示灯Y033轿厢照明输出继电器Y016电梯上行显示Y034故障报警指示 内部继电器的确定：表4.3 内部继电器地址分配表内部继电器功能内部继电器功能M1向上运行监视M1011楼层楼继电器M2向下运行监视M1022楼层楼继电器M3上方向选择M1033楼层楼继电器M4下方向选择M1044楼层楼继电器M5向上方向控制继电器M1055楼层楼继电器M6向下方向控制继电器M1066楼层楼继电器M7减速输出继电器M150平层继电器M11强迫向上M200自运行开门禁止继电器M12强迫向下M201开门辅助继电器M13关门启动继电器M202关门辅助继电器M14启车继电器T0门锁信号延时继电器M15运行继电器T1停站延时时间继电器M16安全触板继电器T2加速时间继电器M17直驶继电器T3减速时间继电器M18停层继电器T4照明延时时间继电器 轿厢层楼位置显示方式的确定：目前常用的轿厢层楼位置的显示方式有：二进制显示、直接位置显示、十进制显示。为了节省三菱FX2N-80MR PLC的I/O点数，故采用十进制的显示方式。即Y0Y1Y2输出经过译码器译码后，再经过驱动器点亮对应的段。“1”表示亮，“0”表示暗（共阴极显示），共可显示层，即07（000111），应用在电梯轿厢层楼显示中，即可显示第1层7层，本系统只是需要显示第16层。 PLC控制程序的编制方法：PLC梯形图的编制采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如：层楼继电器回路、召唤信号的登记与清除、内选信号指令登记与清除、开关门、运行方向的选择等。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系，且编程时要考虑各条指令间的逻辑关系。4.4 电梯电气控制系统软件设计电梯的整体运行过程：当乘客进入轿厢后，由乘客根据欲前往的层站，逐一按下相应层站的选层按钮，便完成了运行指令的预先登记，电梯便自动决定运行方向。再按启动按钮，电梯自动关门，当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始启动、加速，直至稳速运行。当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道内的行程开关向电梯控制系统发出转换信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入到平层区(即停靠层站上方或下方的一段有限距离)时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动取消，自动开门。对某类电梯，如果在平层时平层精度超过标准要求，则电梯进行校正运行，电梯以最低的速度慢行到准确平行位。如果继续平向运行，司机只需按下启动按钮，电梯便按预先登记的楼层，按序逐一自动停靠，自动开门。在电梯运行过程中，如果厅外有人按下厅门召唤电钮，只要此时的召唤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。当同向登记指挥都已被执行以后，电梯便自动换向运行，执行另一方向的运行登记指令。如果电梯在某一层站关门时，有人或物碰触了门安全触板，或被非接触式的光电式、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，可按下外上、下召唤按钮中与电梯欲行方向相同的一个按钮，电梯便立即开门，这种操作，用于为本层开门。如果由于乘客过多而超载，则电梯超载检测装置发出超载信号，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。如果停层时间到，便自动关门启动、加速，直至稳速运行。在运行过程中，可根据各楼层厅外召唤信号，对符合运行方向的召唤信号，将逐一应答，自动停靠，自动开门。在完成同向全部登记以后，如有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向运行，应答反向厅外召唤信号。如果没有召唤信号时，电梯便自动关门停机，或自动驶回基站待命。如果某一楼层再有召唤信号，电梯便自动启动前往应召。4.4.1 层楼继电器回路的实现要对电梯进行控制首要的问题是反映电梯实际所在的位置即楼层。传统的继电器控制层楼电路，需要在每层装设感应器，这种方法虽然简单直观，但由于设置感应器太多，占用PLC的I/O口也太多。由于PLC具有数据传送、算术计算、数据比较处理等功能，所以用PLC很容易实现层楼电路。启用一数据寄存器D0，电梯在最下层端站是将1送入D0，最上层端站时，将最高层数6送入D0，电梯每上升一层，D0将自动加一，电梯每下降一层，D0将自动减一，这样使D0中始终存放的是楼层的层数，然后将D0分别与1、2、3、6相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动相应的层楼继电器实现层楼电路。按照上述方法，六层六站的层楼继电器电路梯形图如4.2所示：图4.2 层楼继电器电路4.4.2 召唤回路召唤回路的作用：将厅外召唤信号记忆并显示，当电梯响应后应自动将其消除。记忆和消除可以用PLC的SET和RST指令来实现。位于层楼面的乘客欲前往任意一层楼，可通过按下电梯层门旁的上下召唤按唤来召唤电梯。当电梯到达乘客所召唤的那一层楼面时，立即清除该召唤信号。楼上召唤登记响应及清除功能梯形图如下图4.3所示：图4.3 召唤登记响应及清除功能梯形图4.4.3 指令回路指令回路的作用：将轿内指令信号记忆并显示，当电梯响应后应自动将其消除。记忆和消除可以用PLC的SET和RST指令来实现。根据理论依据及PLC梯形图编制原理，指令回路功能图如下图所示：图4.4 指令登记响应及清除功能梯形图4.4.4选向回路选向回路是根据目前电梯所在位置和指令、召唤的情况决定电梯的运行方向（向上或向下）。实际就是改变电动机的旋转方向。电梯在无司机工作状态下，由程序决定上行或下行。当电梯发出召唤信号或指令信号时，PLC自动根据轿厢目前所在层楼位置，来判定是上行还是下行。若 召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯上行 召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯下行 召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 无法定向图4.5 电梯选向回路梯形图4.4.5 电梯的开关门环节 电梯的开门环节主要有以下几种情况：1）电梯投入运行前的开门；2）电梯检修时的开门；3）电梯自动运行停层时的开门；4）电梯关门过程中的重新开门（防夹人功能）；5）呼梯开门。综合考虑以上的几种情况，利用PLC强大的编程功能，结合自己的思路，电梯的开门梯形图编制如下图所示：图4.6 电梯开门环节梯形图 电梯的关门环节有下面两种情况：1）电梯停用后的关门：此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开关梯钥匙旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯关闭。2）电梯自动运行时的关门：停站时间继电器延时结束后，电梯应该自动关门，停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。图4.7 电梯关门环节梯形图4.4.6 电梯起制动环节 起动环节起动环节的条件是：电梯的运行方向已经确定，轿厢的门已经关好。在本次设计中我采用的是利用时间继电器来控制电梯的加速度的时间，但是这个时间值不是绝对的，需要跟实际情况联系起来，根据调试来确定电梯的加速度时间。图4.8 变频器升降速原理图先将X1、X2豫置为频率升降端口，X1为升速端口，X2为降速端口。当KA1闭合时，X1得到信号，变频器的输出频率上升，KA1断开时，输出频率保持；当KA2闭合时，X2得到信号，变频器的输出频率下降，KA2断开时，输出频率保持。在利用升降速端子功能的豫置时必须同时豫置，否则无效。根据上述原理，利用加速时间继电器来控制KA1，就可以实现频率的逐步上升，达到无级调速的目的。图4.9 电梯起动加速环节梯形图 停车制动环节：电梯在停车制动之前，首先确定其停层的信号，即确定要停车的楼层，应该根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内的选层信号比较后得到。例如现有一个人要从四楼下降到三楼，则电梯在运动到三楼楼层中的楼层限位开关后，给PLC一个减速信号，而此信号就作为PLC控制变频器减速变频的控制信号。X041作为三楼的楼层限位开关，使用它触发一个时间继电器（减速时间继电器），是电梯按照设定好的频率下降曲线进行减速。减速时间是由现场设备决定的，通过电梯的安装调试可以准确的设定电梯在每层的减速时间。现假设在三楼停车减速时间经过调试为3S。图4.10 电梯三楼停车制动环节梯形图4.4.7 故障报警故障报警是在电梯轿厢运行中超出了电梯上下限位开关时，报警指示灯点亮，发出报警指示。 图4.11 电梯故障报警梯形图 图4.12 电梯轿厢通风环节梯形图5 总结变频调速电梯控制系统，经过最后的设计已经具备了自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）、轿厢层楼显示（十进制方式）、电梯直驶功能和反向最远停站功能、检修应急处理功能、自动开关门和应急手动开门、关门功能，基本上完成了电梯控制的各个环节，最终绘制出了系统的硬件接线图见附录。在本次设计中，自己充分运用了在校所学知识（运动控制技术、PLC、自动控制原理等），认真查阅相关资料，并联系当今社会中的主流的控制方式，结合PLC控制和交流变频调速技术，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计使控制系统结构简单，外部线路简化，提高了电梯运行质量和性能。也使电梯调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，基本上达到了设计任务书中所要求的任务。由于课程设计时间与资源有限，不能完整的将指令程序通过编程器送入PLC，进行系统模拟调试。待以后条件允许，可以对以上设计缺陷进行进一步完善，恳请老师谅解！参考文献1 张万忠. 可编程控制器入门及应用实例M. 北京：中国电力出版社，2008.3：137-148.2 王阿根. PLC控制程序精编108例M. 北京：电子工业出版社， 2009.12：91-96.3 韩安荣. 通用变频器及其应用M. 北京：北京机械工业出版社，2002.2: 38-51.4 张燕宾. 变频调速应用实践M. 北京： 机械工业出版社，2002.7：78-86.5 石健如. PLC在电梯位移控制中的应用M. 北京：中国电力出版社，2001.7：129-132.6 何 超. 交流变频调速技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.2：23-32.7 范永胜. 电气控制与PLC应用M. 北京：中国电力出版社，2007.2：39-51. 8