【正文】 月 日 I 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 摘 要 電梯是高層建筑不可 缺少的垂直方向的交通運(yùn)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。 V Abstract 1 緒論 7 電梯的基本結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤 !未定義書簽。錯(cuò)誤 !未定義書簽。 PLC 控制系統(tǒng)組成 軟件的組成 錯(cuò)誤 !未定義書簽。錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軟件抗干擾措施 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 18 IV 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 錯(cuò)誤 !未定義書簽。錯(cuò)誤 !未定義書簽。 27 編程元件明細(xì)表 33 電梯指層控制 38 參考文獻(xiàn) 隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對(duì)機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。美國(guó)一家保險(xiǎn)公司對(duì) 電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全 5 倍。 可編程序控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)。 PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 電梯的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣的速度成長(zhǎng)起來。這從客觀上導(dǎo)致了我國(guó)電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的電梯市 場(chǎng)。盡管如此，我國(guó)的電梯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的程度。 2020 年安裝驗(yàn)收電梯 124465 臺(tái)，截至 05 年底，我國(guó)的在用電梯總數(shù)已達(dá) 651794 臺(tái)。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電 梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。標(biāo)準(zhǔn)的高起點(diǎn)使我國(guó)電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。目前，國(guó)外除了以交流 電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。 PLC 控制是三種控制方式中最具有可靠性、實(shí)用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。電梯是載人的機(jī)電設(shè)備，要實(shí)現(xiàn) “綠色 ”，也就是強(qiáng)調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，強(qiáng)調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。 。智能化要求電梯有自動(dòng)安全檢測(cè)功能，讓電梯自己能夠檢測(cè)到電梯的故障所在，并及時(shí)報(bào)警予以排除。運(yùn)行安全不僅要消除電梯啟動(dòng)時(shí)較強(qiáng)的電磁輻射，使用安全材料和運(yùn)行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適 的好心情。 ，包括以下幾個(gè)方面： （ 1） 視覺協(xié)調(diào)。 （ 2） 消除電磁輻射。通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換 頻率及電壓。 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)現(xiàn)電梯控制的方法。同時(shí)，由于機(jī)電交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾，且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 （ 2） 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。 （ 6） 更改控制方案時(shí)不需要改動(dòng)硬件接線 【 5】 。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是用可編程控制器和變頻器設(shè)計(jì)二十三層居民樓電梯控制系統(tǒng) 。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了變頻器參數(shù)設(shè)置及 PLC 的選型、 I/O 點(diǎn)數(shù)分配以及旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的連接。 電梯的基本結(jié)構(gòu) 電梯是機(jī)電一體化產(chǎn)品。主要由曳引機(jī)，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(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂和層門的動(dòng)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(duì)重將平衡轎廂自重和部分額定載重。供電系統(tǒng)是為電機(jī)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(shí)，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的操作 。電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。 醫(yī)用電梯：為運(yùn)送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計(jì)的電梯，轎廂具有長(zhǎng)而窄的特點(diǎn)。 船舶電梯： 船舶 上使用的電梯。根據(jù)拖動(dòng)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(dòng)機(jī)帶動(dòng) 齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂升降的電梯。 （ 3） 按速度分類 電梯無嚴(yán)格的速度分類，我國(guó)習(xí)慣上按下述方法分類。 超高速梯：速度超過 。 有 /無司機(jī)電梯：這類 電梯可變換控制電路，平時(shí)由乘客操縱，如遇客流量大或必要時(shí)改由司機(jī)操縱。除具有自動(dòng)平層，自動(dòng)開門功能外，尚具有轎廂命令登記，層站召喚登記，自動(dòng)停層，順向截停和自動(dòng)換向等功能。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(biāo) 主要參數(shù)： （ 1） 額定載重量 （ kg） ：制造和設(shè)計(jì)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(yùn)行速度等于鋼絲的運(yùn)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(diǎn)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(biāo) （ 1）安全性 電梯時(shí)運(yùn)送乘客的，即使載貨電梯通常也有人相伴隨，因此對(duì)電梯的第一要求就是安全。 （ 3）停站的準(zhǔn)確性 停站準(zhǔn)確性又稱平層準(zhǔn)確度。15 交直流高速電梯 ≥ ≤177。 （ 4）振動(dòng)、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(jì)時(shí)就要兼顧快速性和舒適感這兩個(gè)互相矛盾的因素。 PLC 控制系統(tǒng)的硬件是由 PLC，輸入 /輸出（ I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。在 PLC 中各個(gè)模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構(gòu)成一個(gè)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(jì)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(chǔ)模塊和智能 I/O 模塊。有些機(jī)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(tái)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(chǔ)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(yǔ)言及編程支持工具軟件幾個(gè)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(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。所以程序設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格遵守生產(chǎn)工藝 的具體要求來設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 (3)PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。因此，應(yīng)用程序中不僅有 PLC 程序，還有計(jì)算機(jī)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(dòng)力設(shè)備電源分開配線，對(duì)于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)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(diǎn)要與其它設(shè)備分開，如圖 32（ a）。 圖 32 PLC 的接地 接地的目的通常有兩個(gè)，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(diǎn)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(diǎn)接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。 對(duì)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(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點(diǎn)不動(dòng)或接觸不良。 圖 33 PLC 輸入與輸出處理方式 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 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(jìn)入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機(jī)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(shí)，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(shí)器的設(shè)定值，為運(yùn)動(dòng)部件所需要的最大可能時(shí)間。 用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號(hào)的信噪比 為了提高輸入信號(hào)的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號(hào)真實(shí)性。一般認(rèn)為：流量 n= 12，壓力 n=4 最合適。 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)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(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但價(jià)格相對(duì)較貴。 通用變頻器 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 上個(gè)世紀(jì) 80 年代 初，通用變頻器實(shí)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)模集成電路和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用平面安裝技術(shù)等一系 列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化的發(fā)展。 (4)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大 通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn) 工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。而且， VS616G5 變頻器的啟動(dòng)、制動(dòng)具有可任意調(diào)節(jié) 的 S 曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá) 0. 01～ %，使得電梯運(yùn)行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。 (2)有 豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 表 32 VS616G5 型變頻器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 220V 級(jí) 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,200/208/220/230V(對(duì)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(dòng) +10%， 15% 允許頻率波動(dòng) 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(jí)可變 ) 力矩精度 177。 FR1， FR2 為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運(yùn)行過載時(shí)斷開主電路。輸入端 DC24V 的負(fù)極接公共端 1M和 2M。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 43 PLC 外部接線圖 流程圖 電梯上下行流程圖見圖 44。例如：電梯在一樓，而同時(shí)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(hào) 【 10】 。 圖 46 電梯開關(guān)門流程圖 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 操作原理簡(jiǎn)要說明 電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和