【文章內(nèi)容簡介】 類 有司機電梯 ： 電梯 的運行方式由專職司機操縱來完成。 無司機電梯 ： 乘客進入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運行到達目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。 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。 (5)按操縱控制方式分類 手柄開關操縱 ： 電梯司機在轎廂內(nèi)控制操縱盤手柄開關，實現(xiàn)電梯的起動、上升、下降、平層、停止的運行狀態(tài)。 按鈕控制電梯 ： 是一種簡單的自動控制電梯，具有自動平層功能，常見有轎外按鈕控制、轎內(nèi)按鈕控制兩種控制方式。 信號控制電梯 ： 這是一種自動控制程度較高的有司機電梯。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。 集選控制電梯 ： 是一種在信號控制基礎上發(fā)展起來的全自動控制的電梯，與信號控 畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 72 頁 制的主要區(qū)別在于能實現(xiàn)無司機操縱。 并聯(lián)控制電梯 ： 2～ 3 臺電梯的控制線路并聯(lián)起來進行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。 群控電梯 ： 是用微機控制和統(tǒng)一調(diào)度多臺集中并列的電梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。 (6)其它分類方式 按機房位置分類， 則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側(cè)的（下機房）電梯，以及有機房在井道內(nèi)部的（無機房）電梯。 按轎廂尺寸分類，則經(jīng)常使用 “ 小型 ” 、 “ 超大型 ” 等抽象詞匯表示。此外，還有雙層轎廂電梯等。 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設計 第 10 頁 共 72 頁 第 3 章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本方案的選擇 本章確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并針對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，對變頻器的類型進行了述，并確定由 PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。 課題開發(fā)是基于 PLC 的電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用變頻器和 PLC 組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)。電梯的調(diào)速部分選用高性能 的矢量控制變頻器，邏輯部分由 PLC 來實現(xiàn)。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)采用集中控制方式，主要包括信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩大部分。圖 31為電梯 PLC 電梯控制系統(tǒng)框圖，主要硬件包括 PLC 主機及擴展、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、安全裝置、顯示裝置、調(diào)速裝置與主拖動系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)的核心為可編程控制器 (PLC)，操縱盤、呼梯盒、位置、安全保護及變頻器工作狀態(tài)等信號輸入 PLC，經(jīng) PLC運算處理后由輸出接口分別向顯示電路發(fā)出呼梯、定向等顯示信號，通過變頻器向主拖動電動機發(fā)出控制信號。 . 圖 電梯控制系統(tǒng)框圖 課題的核心問題有兩個：一是變頻器的參數(shù)設置以滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求；二是由 PLC 編程實現(xiàn)電梯運行時各種信號控制。 可 編 程 控 制 器 變頻器 旋轉(zhuǎn)編碼器 顯示裝置 安全裝置 廳外呼梯盒 轎廂操縱盤 拖動控制系統(tǒng) M 3~ 信息控制系統(tǒng) 畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 72 頁 的選擇 PLC 的定義 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。 1980 年 PLC 問世后，由美國電氣制造商協(xié)會 (National Electric Manufacturer Association NEMA)對 PLC 下過如下的定義 : PLC 是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用 可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 1982 年，國際電工委員會 (International Electrical Committee IEC)頒布了 PLC 標準草案， 1985 年提交了第 2 版， 1987 年的第 3 版對 PLC 作了如下的定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸 出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計。 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有與其他順序控制裝置不同的特點。 PLC 的主要功能和應用 PLC 的主要功能和應用如下： (1) 開關邏輯和順序控制這是 PLC 應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜的控制要求。 (2) 模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需 要進行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領域?qū)δM量 控制的廣泛要求，目前大部分 PLC 產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關量時， PLC 具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些 PLC 產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如 PID 模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的 PID 等反饋或其他模擬量的控制運算。 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設計 第 12 頁 共 72 頁 (3) 定時控制 PLC 具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設定。對于計數(shù)器，如果需要對于頻 率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。 (4) 數(shù)據(jù)處理新型 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術運算，數(shù)據(jù)傳送，而還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些 PLC 還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。 (5) 信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的 PLC 是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的 PLC 實現(xiàn)。 (6) 通信把 PLC 作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的 交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此 PLC 是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 I/O 點數(shù)的估算 采用 PLC 構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕 K1 和指示燈 H1，二層有上升呼叫按鈕 K2 和指示燈 H2 以及下降呼叫按鈕 K4 和指示燈 H4，三層有上升呼叫按鈕K3 和指示燈 H3 以及下降呼叫按鈕 K5 和指示燈 H5，四層有下降呼叫按鈕 K6 和指示燈H6。一至四層有到位行程開關 SQ1～ SQ4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕 K10～ K7 和 指示燈 H10～ H7；電梯開門和關門按鈕 SB5 和 SB6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵 KM3和 KM4 控制，關門到位由行程開關 ST1 檢測，開門到位由行程開關 ST2 檢測。轎廂上行和下行由接觸器 KM1 和 KM2 控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。 綜上所述，輸入點共有 20 個，輸出點數(shù)有 16 個。 PLC 的選型 在工程應用中可選用的 PLC 機型很多，比如三菱公司的 FX 系列、 OMRON 公司的C 系列、西門子等，它們功能都差不多，在工程應用中各有千秋，至于要選擇哪種機型，就要根據(jù)自己的設計需要及應用水平。因為根 據(jù)轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控 畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 72 頁 制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運行的，所以 PLC 還需具有可逆計數(shù)器。就本次四層電梯的設計而言，上述三種機型都行，但根據(jù)課本學習和熟悉程度， I/O 數(shù)量及輸入、輸出類型， S7300 的 I/O 點數(shù)可達 32/32 個，可以滿足 I/O 口點數(shù)。所以 本次設計采用西門子 SIMATIC S7300 系列 PLC 機型。 SIMATIC S7 系列 PLC 是德國西門子公司在 S5 系列 PLC 基礎上于 1995 年陸續(xù)推出的性能價格比較高的 PLC 系統(tǒng)。其中，小型的有 SIMATIC S7200 系列，最 小配置為 8 DI/6DO，可擴展 2～ 7 個模塊，最大 I/O 點數(shù)為 64DI/DO、 12AI/4AO；中小型的有 SIMATIC S7300 系列；中高檔性能的有 S7400 系列。 SIMATIC S7 系列 PLC 都采用了模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點，使得 S7 系列 PLC 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應用的首選產(chǎn)品。 SIMATIC S7300 的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能如下： (1) 高速的指令處理 ～ s? 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應用領域。 (2) 人機界面 (HMI) 方便的人機界面服務已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機對話的編程要求大大減少。 (3) 診斷功能 CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。 (4) 口令保護 多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改。 (5) 操作方式選擇開關 操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就能防止非法刪除或改寫用戶程序 。 (6) 方便用戶的參數(shù)賦值 一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設計 第 14 頁 共 72 頁 I M3 6 5S M3 3 2S M3 3 1F M3 5 1I M3 6 5S M 32 2S M3 2 1P S 3 0 7P G其 他 P L CO PC P U 模 塊通 信 部 件處 理 部 件??M P I背 板 總 線訓的費用。 (7) 浮點數(shù)運算 用此功能可以有效的實現(xiàn)更為復雜的算術運算。 圖 S7300 系列 PLC 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 SIMATIC S7300 系列 PLC 系統(tǒng)基本構(gòu)成 SIMATIC S7300 系列 PLC 是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應用，模塊化，無排風扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任 務的方便又經(jīng)濟的解決方案。 SIMATIC S7300 有著廣泛的應用領域，主要包括：紡織機械、各種機床、通用機械工程應用、電器制造工業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用接口模塊對 PLC 進行擴展。 S7300 是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架 (導軌 )或多個機架上。除了電源模塊、 CPU 模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再 安裝 8 個信號模塊或功能模塊。 CPU314/315/3152DP 最多可擴展 4 個機架， IM360/IM361 接口模塊將S7300 背板總線從一個機架連接到下一個機架， SIMATIC S7300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖 所示。它的主要組成部分有導軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM)、信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。它通過 MPI 網(wǎng)的接口直接與編程器 PG、操作員面板OP 和其它 S7PLC 相連。 畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 共 72 頁 S7300 系列 PLC 模塊性能簡介 (1) CPU 模塊 S7300 有 CPU312 IFM、 CPU31 CPU31 CPU314 IFM、 CPU315/3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 等 8 種不同的中央處理單元可供選擇。 CPU3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 都具有現(xiàn)場總線擴展功能。 CPU 以梯形圖 LAD、功能塊 FBD或語句表 STL 進行編程。 (2) 信號模塊 ① 數(shù)字量輸入模塊 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部信號 電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU 采樣。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。 數(shù)字量輸入模塊 SM321 有四種型號模塊可供選擇，即直流 16 點輸入、直流 32 點輸入、交流 16 點輸入、交流 8 點輸入模塊。 ② 數(shù)字量輸出模塊