【導讀】隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調速精。度、調速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。低噪音等方面得到了極大的發(fā)展。通過該設計可以使學生掌握電梯的機械結構組成、工作。學生分析和解決生產實際問題的工程實踐能力。2）對采用PLC和變頻器的電梯電氣控制系統(tǒng)設計進行方案論證和方案分析。3）完成控制系統(tǒng)的硬件電路設計、PLC控制程序的設計。按照計劃進度、指導。教師的要求完成預定的工作量、提高論文的設計水平。電梯是高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。制，有完善的自檢測、自診斷、自保護功能，因而十分安全可靠。頻器可編制速度曲線的特點為電梯舒適度的提高，提供了技術支持。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，旋轉編碼器的使用，使PLC的內部的資源和功能得到了充分的利用。following：perfectself-test，self-diagnostics，self-protect．

　　

【正文】 的，只能針對具體情況加以限制； 內部干擾與系統(tǒng)結構有關，主要通過系統(tǒng)內交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設計系統(tǒng)線路來削弱和抑制內部干擾和防止外部干擾。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。 PLC 控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC 是專為工業(yè)控制設計的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 16 用。但是在 PLC 控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統(tǒng)的可靠性。PLC 使用環(huán)境溫度通常在 0℃ ～ 55℃ 范圍內，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離發(fā)熱量大的器件，同時應保證有足夠大 的散熱空間和通風條件。環(huán)境濕度一般應小于 85%，以保證 PLC 有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將 PLC 封閉安裝。此外，如果 PLC 安裝位置有強烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。 PLC 的電源與接地 PLC 本身的抗干擾能力一般都很強。通常，只能將 PLC 的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證 PLC 安全可靠運行的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給 PLC 接專用地線，并且接地點要與其它設備分開，如圖 32（ a）。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式，如圖 32（ b）。但是禁止采用串聯接地方式，如圖 32（ c），因為它會使各設備間產生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應盡可能靠近 PLC 。 圖 32 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。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的接地。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。交流地是 PLC 控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數字地等必須分開。數字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之 間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子 (LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當電磁干擾比較嚴重時，這個端子需與接大地的端子 (GR)連接。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 17 PLC 的輸入、輸出設備 輸入電路是 PLC 接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關量輸入為例，按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產生故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外，按 鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設計電路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有 4～ 20mA、 0～ 20mA 直流電流信號； 0～ 5V、 0～ 10V 直流電壓信號，電源為直流 24V。 對于開關量輸出來說， 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根據負載要求來決定，選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴重時導致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負載，晶體管輸出只能用于直流負載。此外， PLC 的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值，必 須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。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。這一方面可以通過選用高質量的元器件來提高可靠性，另一方面，在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷，當檢測到異常信號時，系統(tǒng)按程序自動轉入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若 PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護 PLC 的輸出觸點。 為了防止或減少外部配線的干擾，交流 輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地，其處理方式如圖 33。 圖 33 PLC 輸入與輸出處理方式 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 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合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用 “看門狗 ”方法對系統(tǒng)的 運動狀態(tài)進行監(jiān)控 PLC 內部具有豐富的軟元件，如定時器、計數器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用 看門狗 方法實現對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用 PLC 控制某一運動部件時，編程時可定義一個定時器作 “看門狗 ”用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。定時器的設定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動 看門狗 定時器。若運動部件在規(guī)定時間內達到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監(jiān)控對 象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或停止工作信號。 消抖 在振動環(huán)境中，行程開關或按鈕常常會因為抖動而發(fā)出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用 PLC 內部計時器經過一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗干擾的目的。 用軟件數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，常采用軟件數字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣五次，若某一次采樣值遠遠大于其它幾次采樣的幅值，那 么就舍去之。對于流量、壓力、液面、位移等參數，往往會在一定范圍內頻繁波動，則采用算術平均法。即用 n 次采樣的平均值來代替當前值。一般認為：流量 n= 12，壓力 n=4 最合適。對于緩慢變化信號如溫度參數，可連續(xù)三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號。對于具有積分器 A/D 轉換來說，采樣時間應取工頻周期 (20ms)的整數倍。實踐證明其抑制工頻干擾能力超過單純積分器的效果。 輸入輸出（ I/O）點數的估算 本系統(tǒng)控制四層電梯 ,采用集選控制方式。為了完成設定的控制任務 ,主要根據電梯輸入 /輸出點數確定 PLC 的機型。 根據電梯控制的要求，電梯應具有內呼和外呼按鈕、行程開關、開關門按鈕，以及相哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 19 應的指示燈，估算所需 I/O 口的數量，并繪制 I/O 口分配表，見表 31。 表 31 I/O 口分配表 序號 名 稱 輸入點 序號 名 稱 輸出點 0 一層內呼 0 一層內呼指示 1 二層內呼 1 二層內呼指示 2 三層內呼 2 三層內呼指示 3 四層內呼 3 四層內呼指示 4 一層外呼上 4 一層外呼上指示 5 二層外呼下 5 二層外呼下指示 6 二層外呼上 6 二層外呼上指示 7 三層外呼下 7 三層外呼下指示 8 三層外呼上 8 三層外呼上指示 9 四層外呼下 9 四層外聽下指示 10 開門開關 10 電梯上行門 11 關門開關 11 電梯下行門 12 一層平層 12 門電機開 13 二層平層 13 門電機關 14 三層平層 14 電梯上行指示 15 四層平層 15 電梯下行指示 16 開門限位 16 超重指示 17 關門限位 17 警報器 18 電梯上升極限位 18 一層指示 19 電梯下降極限位 19 二層指示 20 超重 20 三層指示 21 警報器按鈕 21 四層指示 22 激光傳感器 22 變頻器的選擇 隨著變頻 器性能價格比的提高，交流變頻調速己應用到許多領域，由于變頻調速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。目前有為電梯控制而設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。因此，本設計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器通過合理的配置、設計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設計的特點之一。 目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結構也不盡相同，但其總的控制思想卻是大同小異。 通用變頻器 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 20 上個世紀 80 年代 初，通用變頻器實現了商品化。在近 20 年的時間內，經歷了由模擬控制到全數字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個大發(fā)展過程： (1)容量不斷擴大 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實現了通用化。到了 90 年代初， BJT 通用變頻器的容量達到了 600KVA, 400KVA 以下的已經系列化?，F在 IGBT 變頻器的單機容量已1800KVA，隨著 IGBT 容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大。 (2)結構的小型化 變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路和全數字控制技術，結構設計上采用平面安裝技術等一系 列措施，促進了變頻電源裝置的小型化的發(fā)展。 (3)多功能和智能化 為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結了交流調速電氣傳動控制的大量實踐經驗，并不斷融入軟件功能。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。 (4)應用領域不斷擴大 通用變頻器經歷了模擬控制、數字控制、數?；旌峡刂?，直到全數字控制的演變，逐步地實現了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產機械、各類生產 工藝的適應性不斷增強。 安川 VS616G5 型變頻器 本設計中拖動調速系統(tǒng)的關鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行，以改善電梯運行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。 本次畢設采用安川 VS616G5 型全數字變頻器。它具有磁通矢量控制、轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合電梯類負載頻繁變化的場合。而且， VS616G5 變頻器的啟動、制動具有可任意調節(jié) 的 S 曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點，配以高精度的旋轉編碼器，控制精度可達 0. 01～ %，使得電梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。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)。 VS616G5 型變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現了矢量控制，通過其本身的自動哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 21 調諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉矩與較高的調速圍。VS616G5 變頻器的特點如下 : (1)包括電流矢量控制在內的四種控制方式均實現了標準化。 (2)有 豐富的內藏與選擇功能。 (3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 (4)保護功能完善、維修性能好。 (5)通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能 。 表 32 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。5% 400V 級 輸出特性 最大輸出電壓 3 相 ,380/400/415/440/460V(對應輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3 相 ,380/400/415/440/460V 5060Hz 電源 允許電壓波動 +10%， 15% 允許頻率波動 177。5% 控制 特性 控制方式 正弦波 PWM (V/f 控制、帶 PG反饋 V/F 控制、開、閉環(huán)矢量控制 4 種控制方式任選性 ) 啟動力矩 150%/1Hz(帶 PG, 150%/Ormin) 速度 控制范圍 1:100(帶 PG, 1:1000) 速度控制精度 177。0. 2%(帶 PG， 177。0. 02%) 速度響應 5Hz(帶 PG, 30Hz) 力矩限制 可采用 (參數設定： 4 級可變 ) 力矩精度 177。5% 力矩響應 20Hz(帶 PG, 40Hz) 頻率控制范圍 0. 1～ 400Hz 頻率控制精度 數字指令 :0. 01% ( 10 0C～ +40 ℃ ) 模擬指令 :% (250℃ ～ 177。10 ℃ ) 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 22 4 四層樓電梯控制系統(tǒng)設計 電梯控制系統(tǒng)模擬面板圖 外部模擬面 板圖 如圖 41 所示 圖 41 外部模擬面板 電動機控制電路圖 根據設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 42 所示。圖中 M1， M2為曳引電機和門電機，交流接觸器 KM1~KM4 通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。 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。 FU1 為熔斷器，起過電流保護作用。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 23 曳引電機 門電機 圖 42 電動機控制電路圖 PLC 外部接線圖 PLC 外部接線圖 如 圖 43 所示 ，其中包含主控制器 CPU224CN 及擴展模塊 EM223。 接線圖分為 DC 輸入端和 DC 輸出端。輸入端 DC24V 的負極接公共端 1M和 2M。輸入開關的一端接到 DC24V 的正極，輸入開關的另一端連接到 CPU224 或 ME223 各輸入端。輸出端 DC24V 的正極接 L+端。輸出負載的一端接到 DC24V 的負極，輸入開關的另一端連接到 CPU224 或 EM223 各輸出端。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 24 圖 43 PLC 外部接線圖 流程圖 電梯上下行流程圖見圖 44。假設電梯停在 N（ N=1,2,3,4）樓 ,M 樓有信號 ,M ＞ N 時，電梯上行； M＜ N 時，電梯下行。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 25 圖 44 電梯上下行流程圖 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，但如果反向外呼梯信號 前方向無其它內、外呼梯信號時，則電梯響應該外號。 電梯應具有最遠反向外梯響應功能。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四層向下外呼梯信號 【 10】 。 電梯響應流程圖見圖 45 所示 。 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 26 圖 45 電梯響應流程圖 當電梯到達系統(tǒng)控制的目標樓層時，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯門開，當門開到開門限位時，計時 3 秒鐘，然后關門，直到關門限位產生信號。此過程期間， 按開門按鈕電梯門 打開，按關門電梯門關閉，并且當門關閉動作時，門間來人會使光電傳感器產生信號，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯開關門流程圖見圖 46 所示 。 圖 46 電梯開關門流程圖 哈爾濱劍橋學院畢業(yè)設計 27 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