【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 論文題目： 基于 PLC 的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： 侯 軍 龍 指導(dǎo)教師： 劉玉蘭老師 院 校： 山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院 專 業(yè)： 自 動 化 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 2 摘 要 電梯是高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。通過合理分析所得速度控制曲線既可以滿足快速性的要求又避免了重力加速度效應(yīng)，旋轉(zhuǎn)編碼器的使用，使 PLC 的內(nèi)部的資源和功能得到了充分的利用。 電梯是集機電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。然而只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達到高質(zhì)量，才能 全面保證電梯的最終高質(zhì)量。據(jù)資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為 80 億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540 億人次之多。自 1969年針對工業(yè)自動控制的特點和需要而開發(fā)的第一臺 PLC問世以來，迄今己 30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機控制裝置。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機技術(shù)的普遍應(yīng)用。 總之 ，電梯的控制是比較復(fù)雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。電梯作為建筑物內(nèi)的主要運輸工具已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€不 可缺少的組成部分。上世紀 80 年代以來，隨著經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大。 全世界平均 1000 人有 l 臺電梯，我國如果要達到這個水準，還需要增加 70 萬臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺 ! 我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進口，而且有一定的出口。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術(shù)、遠程監(jiān)控技術(shù)等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。在一些發(fā)達的工業(yè)國家，電梯的使用相當普遍。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。 隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。 目前意義上的“綠色”，一般是強調(diào)“天然”的一面，強調(diào)與山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 6 環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。我們這罩所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。 (2)安全。同時，電梯運行安全也要求電梯在運行中發(fā)生故障時，不但要使乘客容易與外界溝通聯(lián)系，而且電梯本身應(yīng)當能自動播放讓乘客感到放松的音樂，徹底消除產(chǎn)生緊張不安的情緒。有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設(shè)備。以 CPU控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應(yīng)要求，利用計算機優(yōu)化設(shè)計而 成的理想運行曲線，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更舒適的運行。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 8 PLC 控制所代替。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù) 雜、且觸點容易燒壞磨損，成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。 PLC 控制電梯的優(yōu)點：（ 1）在電梯控制中采用了 PLC、用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。（ 5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。 針對老式電梯采用的繼電器邏輯 控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（ PLC）來控制電梯。主要由曳引機，曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪組成。 (2)導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風(fēng)裝置，轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。 (7)電氣控制系統(tǒng) 電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組成。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的停靠站時，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到同一平面的操作。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。 醫(yī)用電梯 ： 為運送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計的電梯，轎廂具 有長而窄的特點。 船舶電梯 ： 船舶 上使用的電梯。根據(jù)拖動方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調(diào)壓調(diào)速、交流變壓變頻調(diào)速等。 齒輪齒條電梯 ： 將導(dǎo)軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂升降的電梯。 (3)按速度分類 電梯無嚴格的速度分類，我國習(xí)慣上按下述方法分類。 超高速梯 ： 速度超過 。 有 /無司機電梯 ： 這類電梯可變換控制電路，平時由乘客操縱，如遇客流量大或必要時改由司機操縱。除具有自動平層，自動開門功能外，尚具有轎廂命令登記， 層站召喚登記，自動停層，順向截停和自動換向等功能。山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 15 群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。 電梯的主要參數(shù)及性能指標 主要參數(shù)： （ 1）額定載重量（ kg）：制造和設(shè)計規(guī)定的電梯載重量。 （ 5）開門寬度（ mm）：轎廂門和廳門完全開啟的凈寬度。全繞 1： 1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲的運行速度。 （ 10）停層站數(shù)（站）：凡在建筑物內(nèi)各層樓用于出入轎廂的地點均稱為站。 （ 13）底坑深度（ mm）：由層底端站樓面至井道底面之間的垂直距離。 性 能指標 （ 1）安全性 電梯時運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人相伴隨，因此對電梯的第一要求就是安全。 （ 3）停站的準確性 停站準確性又稱平層準確度。 15 交直流高速電梯 ≥ ≤177。 （ 4）振動、噪聲及電磁干擾 現(xiàn)代電梯是為乘客創(chuàng)造舒適的生活和工作環(huán)境。因此在電梯設(shè)計時就要兼顧快速性和舒適感這兩個互相矛盾的因素。 PLC 控制系統(tǒng)的山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 19 硬件是由 PLC，輸入 /輸出（ I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。在 PLC 中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構(gòu) 成一個系統(tǒng)。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。智能模塊的種類很多，如高速計數(shù)模塊， PID 調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能 I/O 模塊。有些機器的電源除了供內(nèi)部電路使用外 ，還向外提供 24VDC 的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關(guān)等也可以向 PLC 送控制指令。編程器 PLC 的重要外圍設(shè)備之一，它可以將用戶編寫的程序送到PLC 的用戶程序存儲器。 軟件的組成 PLC 控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。 2. 應(yīng)用軟件 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成 PLC實際控制任務(wù)而編制的各種軟件。所以程序設(shè)計人員必須深入現(xiàn)場，嚴格遵守生產(chǎn)工藝的具體要求來設(shè)計應(yīng)用程序。 (3)PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計需要計算機，自動控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識。因此，應(yīng)用程序中不僅有 PLC 程序，還有計算機程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。環(huán)境濕度一般應(yīng)小于 85%，以保證 PLC 有良好的絕緣。通常，只能將 PLC 的電源與系統(tǒng)的動力設(shè)備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給 PLC 接專用地線，并且接地點要與其它設(shè)備分開，如圖 24（ a）。 圖 34 PLC 的接地 接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。在 PLC 控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架，它們是懼空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。數(shù)字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。以開關(guān)量輸入為例，按鈕、行程開關(guān)的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。 對于開關(guān)量輸出來說， PLC 的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負載要求來決定，選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴重時導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 26 圖 35 屏蔽電纜的處理 軟件抗干擾措施 硬件抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結(jié) 合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。定時器的設(shè)定值，為運動部件所需要的最大可能時間。 用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號的信噪比 為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。一般認為：流量 n= 12，壓力 n=4 最合適。 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 本系統(tǒng)控制四層電梯 ,采用集選控制方式。目前有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器早已問世，其功能較強，使用靈活，但價格相對較貴。 通用變頻器 上個世紀 80 年代初，通用變頻器實現(xiàn)了商品化。 (2)結(jié)構(gòu)的小型化 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用 大規(guī)模集山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 30 成電路和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用平面安裝技術(shù)等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化的發(fā)展。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平升級，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。 本次畢設(shè)采用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器。采用高性能 IGBT，載波頻率 20KHZ，從而使變頻 器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。 (2)有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 表 31 VS616G5 型變頻器標準規(guī)格 220V級 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,200/208/220/230V(對應(yīng)于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3 相， 200/208/220V 50Hz 200/208/220/230V 60Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波動 177。0. 02%) 速度響應(yīng) 5Hz(帶 PG, 30Hz) 力矩限制 可采用 (參數(shù)設(shè)定： 4 級可變 ) 力矩精度 177。 FR1， FR2 為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。輸入端 DC24V的負極接公共端 1M 和 2M。 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 35 圖 43 PLC 外部接線圖 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 36 流程圖 電梯上下行流程圖見圖 44。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。 圖 46 電梯開關(guān)門流程圖 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 39 操作原理簡要說明 電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進行呼叫操縱，其操縱內(nèi)容為電梯運行方向。 當有外呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時 3S后自動關(guān)門。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯。 在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi) 、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。 L1 為一層指示、 L2 為二層指示、 L3 為三層指示、 L4 為四層指示， SQ1～ SQ4 為到位行程開關(guān)。 圖 45 電梯響應(yīng)流程圖 山東科技大學(xué)本科 畢業(yè)論文 38 當電梯到達系統(tǒng)控制的目標樓層時，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信