基于PLC的电梯变频调速控制系统的设计(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于PLC的电梯变频调速控制系统的设计 系： 专 业： 自 动 化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2010年 3 月 11 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（

2、或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述一、电梯变频调速系统的发展历史及概述随着时代的发展，社会经济环境的整体提升，电梯作为住宅、写字楼等楼宇内的垂直运输的重要工具，已经想其他交通工具一样，成为我们日常生活

3、中的一个不可或缺的组成部分。其拖动技术己经发展到了变频调速的技术，由原来的继电器控制已经发展到了PLC的逻辑控制。本次设计是以电梯控制技术为背景，针对以前的曳引式电梯的一些缺点，采用现代的PLC控制技术、变频调速技术。用三菱FX系列PLC在电梯变频调速控制，电梯的升降及起停的速度控制由变频器来控制，楼层的位置由旋转编码器来检测。可编程序控制器简称PLC，它的应用面广、功能强大、实用方便，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械

4、或生产过程，它是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程。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。近年来PLC发展很快，新产品、新技术不断涌现，特别是三菱公司最新推出的FX系列PLC，由于其功能强、性能价格比高，在国内占有很大的市场份额，FX系列的功能强、应用范围广，可以满足大多数用户的需要。本次设计采用了三菱公司的FX系列的PLC，三菱公司的FX系列的PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。它们之间用扁平电缆连接，紧密拼接后

5、组装一个整齐的长方体。其功能可以安装在PLC的基本单元内，这种功能扩展有：4点开关量输入板、2点开关量书出板、2路模拟量输入板、1路模拟量输出板、8点模拟量调整板、RS-232C、RS-485和RS-422通信接口板，能满足不同自动控制系统的要求。电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功能。也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。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代后半期开始，电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)

6、、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的更新促使电力变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。二、电梯变频调速系统的特点及优越性随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域。由于变频调速显著的节能

7、性、灵活的控制性及较高的可靠性，使得交流变频调速在电梯行业得到了广泛应用。变频调速电梯的特点：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、价格低等特点。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PWM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素，节能明显。三、PWM控制技术的发展PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一，1964年A.Schonun

8、g和H.stemmler首先把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。脉宽调制 (PWM)技术的发展和应用优化了变频装置的性能，变频调速系统采用PWM技术不仅能够及时准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。脉宽调制(PWM)技术种类很多，并且正在不断发展之中。基本上可分为四类，即等宽PWM法、正弦PWM法(SPWM),磁链追踪型PWM法及电流跟踪型PWM法。PWM技术的应用克服了相控原理的所有弊端，使交流电动机定子得到了接近正弦波形

9、的电压和电流，提高了电机的功率因数和输出功率。现代PWM生成电路大多采用具有高速输出口HSO的单片机(如80C196KC)及数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)(如TMS320LF2407A)，通过软件编程生成PWM。近年来，新型全数字化专用PWM生成芯片HEF4752, SLE4520, SA866, MA818等达到实用化，也取得了很好实际应用效果。变频调速系统采用PWM技术不仅能及时、准确的实现变压、变频控制技术，而且更重要的是抑制逆变器输出电压或输出电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，提高了电机的调速范围

10、。实际工程中目前主要采用的PWM技术是正弦PWN（SPWM），这是因为变频器输出的电压或电流波形更接近于正弦波形。SPWM方案多种多样，归纳起来可分为电压正弦PWM、电流正弦PWM和磁通正弦PWM等三种基本类型，其中电压正弦PWM和电流正弦PWM是从电源角度出发的SPWM，磁通正弦PWM（也称为电压空间矢量PWM）是从电机角度出发的PWM四、变频调速系统的控制变频调速系统的控制方式包括V/F、矢量控制(VC)、直接转矩控制(DTC)等。V/F控制主要应用在低成本、性能要求较低的场合;而矢量控制的引入，则开始了变频调速系统在高性能场合的应用。近年来随着半导体技术的发展及数字控制的普及，矢量控制的

11、应用已经从高性能领域扩展至通用驱动及专用驱动场合，乃至家用电器。交流驱动器已在工业机器人、自动化出版设备、加工工具、传输设备、电梯、压缩机、轧钢、风机泵类、，电动汽车、起重设备及其它领域中得到广泛应用。随着半导体技术的飞速发展，数字信号处理器的处理能力愈加强大，处理力度不断提升，变频调速系统完全有能力处理复杂的任务，实现复杂的观测、控制算法，传动性能也因此达到前所未有的高度。 从总体上来看，V/F及SVC、DTC控制在市场上应用最多，目前占据了市场80%以上的分额，FVC由于成本较高，码盘、电缆及其安装接线等涉及问题较复杂，其销量不大，主要在一些精度较高的场合应用。未来随着SVC观测模型的进一

12、步完善，以及先进控制策略的引人，SVC的调速范围、控制精度及动态响应性能将进一步提升，SVC与FVC的差距将进一步减小。而另一方面，通用变频调速系统中的FVC控制亦将通过内置位置控制，优化环路设计及反馈精度来提升动态特性，逐步替代SRV系统的部分应用场合。可以预见，技术的融合将引起这些控制方式在市场上的应用分布发生变化，相互重合的“灰色”区域会加大。参考文献1 汪志锋可编程序控制器原理与应用M山东：山东建材工业学院信息与控制工程系，20032 黄立培变频器应用技术及电动机调速M北京：人民邮电出版社，20033 张福恩交流调速电梯原理、设计及安装维修M北京：机械工业出版社，19934 刘裁文电梯

13、控制系统M北京：机械工业出版社，19965 皮壮行可编程序控制器的系统设计与应用实例M北京：机械工业出版社，20006 赵洪恕PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用J基础自动化，2000，7（1）7 陈海雄电梯产品的绿色呼唤J中国电梯，2001，（10）8 崔纳新变频调速器在电梯改造中的应用J电气传动自动化，2000，22（2）9 赵海锋变频变压调速技术在电梯中的应用J新技术新工艺，1997，（4）10 姚秋霞现代电梯浅析与展望J陕西广播电视大学学报，2002，4（3）11 杨长能可编程序控制器基础及应用M重庆：重庆大学出版社，199912 Humm Gerhard Teleservic

14、e-the Hotline to the liftJ Elevator World，1998，46（5）13 廖常初.FX系列PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005，4 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告一、课题的目的与意义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,多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。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。据统计,美国每天乘电梯的人

15、次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史，据说电梯起源于公元前236年的古希腊。当时阿基米德设计一种人力驱动的卷筒式卷扬机，人们把它看成是现代电梯的鼻祖。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963

16、年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。在当今随着社会的发展，建筑规模越来越大，楼层越来越多。计算机技术，通讯技术与控制技术的发展，使建筑物的智能化成为现实，而电梯是智能建筑中重要交通工具。其技术的发展也倍受人关注。对电梯的调速精度，调速范围，等动静态特性提出了更高的要求。传统的电气控制系统，采用的是继电器逻辑控制，由于触点多，故障率高，可靠性差，体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制

17、器（PLC），全面取代继电器控制系统，实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并可降低现场调试要求，是电梯控制技术的方向。现代电梯技术，更加强调运行质量和降低噪声，节约能源电梯控制将趋向多微机分散分层控制。电梯不仅是代步工具，也是人类文明的标志。其技术的发展正体现了社会的进步与文明。时至今日，电梯正进入全面发展的新时期二、课题发展现状和前景展望1、发展现状电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已经成为重要的建筑设备而不可或缺。随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯具有很高的安全要求，它以零部件的形式出厂，总装配在工地现场进行，通过机械零部

18、件之间的装配和机械装置与土建结构之间的的衔接完成安装，最终形成电梯产品。电梯技术的发展概况：1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（ACVP）发展成为调压调速（ACVV）及调频调压调速（ACVVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（P

19、LC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。5）智能群控管理得到广泛应用。6）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2、前景展望1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，中国的电梯用户不但对产品质量要求高，

20、而且对新技术的接受很快，所以变频变压调速技术、无机房电梯、永磁同步拖动技术、计算机控制技术、远程监控技术等推广迅速；随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，商场、机场和地铁项目明显增多，住宅电梯、自动扶梯和自动人行道的需求量继续看好；电梯是一种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而且更大程度上取决于完善的维修与保养。在用电梯总量的不断增加给维修服务业带来了发展机遇；配套件的专业化生产对提高产品质量、降低生产成本具有十分积极的作用，受到了许多电梯公司和维修保养单位的欢迎，仍然有发展空间2）技术含量更高，性能更

21、好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步无齿轮曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。3）安装更方便、更快捷。高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制，绿色

22、环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。三、课题主要内容和要求用三菱公司的FX2N系列PLC控制电梯的相关运行。本课题设计任务为六层，具体要求：1）选层自动定向：在无司机自动状态，除指令定向外，厅外召唤也可自动定向。2）起动运行：当PLC自动定向后，同时电梯轿门与各层厅门均已关好，相关接触器动做，桥厢运行。3）提前开门：电梯换速后，轿厢慢速进入平层区，PLC立即发出提前开门信号。4）平层停车：轿厢运行到达平层位置，切断电源，抱闸，并对该层的信号消号。5）直驶：屏蔽所有的外召唤信号，只登记所有外召唤信号。6）最近反向截车：对厅外反向呼梯信号具有最远反向截车控制功能。例如：电梯轿

23、厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，五层向下外呼梯，六层向下外呼梯，则轿厢先去六楼响应六层向下外呼梯信号。7）召唤信号顺向截梯。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到五楼，在此过程中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号，但不响应二层、三层、四层的向下呼梯信号。同时，如果电梯到达五层，如果六层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应五层向下的信号。否则，电梯轿厢将继续运行至六楼，然后向下运行响应五层的向下呼梯信号。四、研究方法、步骤和措施通过查阅利用各种文献资料，利用实验室现有的硬件及软件设备，掌握电梯变频调速系统的工作程序和原理。步骤安排:1. 1、弄清课题任务及基本要求,搜集资料，了解课题的研究现状,存在问题及研究意义,做好文献综述；2. 2、查阅资料,自学相关内容,确定课题总体方案,确定课题任务和研究重点,做好选题报告3、充分利用网络和计算机的功能，熟悉相关资料和设计要求； 4、用PLC编程完成软件部分的设计，并利用学校实验室上机调试； 5、总体检验设计报告，完成设计说明书。6、整理资料,准备答辩。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日专心-专注-专业