【導(dǎo)讀】本次設(shè)計是圍繞我校圖書館進行設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)。求等情況設(shè)計的。我校圖書館大樓為六層建筑。電梯的電力拖動系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)兩大方面的設(shè)計。思想，并做好開題報告。對PLC的型號、變頻器的規(guī)格做出正確的選擇。制流程圖，完成硬件電路原理圖及相關(guān)的軟件編程。以后的工作夯實基礎(chǔ)。選層及選向控制、開關(guān)門控制等功能。按計劃進度，查閱資料，獨立思考，按時完成設(shè)計任務(wù)，模型并可正常運行。其整理成書面材料。統(tǒng)一格式來完成畢業(yè)設(shè)計（論文）。度的合理性；提供的參考文獻(xiàn)數(shù)量；是否同意下達(dá)任務(wù)書等方面進行審核。成績，并向?qū)W生公布。并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給出實際得分。

　　

【正文】 主要控制功能 再起動，下降控制，轉(zhuǎn)矩控制 .零點伺服控制 操作裝置 16字 X2線日語液晶顯示 接通插件板可選擇 16種（最多可裝 3塊） 保護功能 電機保護，變頻器過載，瞬時電流、電壓下降，過電壓，電壓缺相。 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 15 VS616G5 變頻器的特點如下： 1)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 2)有豐富的內(nèi)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。 變頻器計算 1）變頻器功率的計算 變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行選取。設(shè)電梯曳引機電機功率為 1P ，電梯運行速度為 v ，電梯自重為 1W ，電梯載重為 2W ，配重為 3W ，重力加速度為 g ，變頻器功率為 P 。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為 2P 有： ? ?? ?VFgWWP 1322 1 ???? 其中 ? ? sgWWWKF ???? 3211 為摩擦力， s 可忽略不計。 電機功率 P1，變頻器功率 P 應(yīng)接近于電機功率 1P ，相對于 2P 留有較大裕量，因此可以取 PP? 。 2）變頻器制動電阻參數(shù)的計算 由于電梯為位能 負(fù)載，電梯運行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動功能，帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果 .能耗制動電阻 ZR 大小應(yīng)使制動電流 ZI不超過變頻器額定電流的一半，即 20 NZZ IRUI ?? 其中 0U 為額定情況下變頻器的直流母線電壓。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 16 變頻器參數(shù)設(shè)置及自學(xué)習(xí)功能 變頻器參數(shù)設(shè)置的原則： 1）為減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些。 2）為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊。 3）零速一般設(shè)置為 0Hz，迅速抱閘功能將影響舒適感。 4）變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入。 為了使變頻器 工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設(shè)置后，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機進行自學(xué)習(xí)，而 VS616 — G5系列變頻器就具有曳引機參數(shù)自學(xué)習(xí)的功能，其方法是：將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)。顯然，這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。 電梯理想速度曲線的設(shè)計 電梯理想速度曲線總體說來是現(xiàn)代社會中人們對電梯的要求的概括，其中包括快速性，舒適性。然而快速 性和舒適性是一對相互矛盾的要求。 電梯快速性性能要求 電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的?？焖倏梢怨?jié)省時間，這對于處在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會中的乘客是很重要的。 提高快速性的方法主要有三種方法： 1）提高電梯的額定速度。電梯的額定速度提高，運行的時間縮短，達(dá)到了為乘客節(jié)省時間的目的。提高速度的同時應(yīng)加強安全性、可靠性的措施，故此梯速提高電梯的造價也隨之提高。 2）集中布置多臺電梯。通過增加電梯的臺數(shù)來節(jié)省乘客的時間，該方法不是直接提高梯速但同樣能夠達(dá)到目的。但電梯的臺數(shù)增加不是無限制 的，通常在乘客高峰期時，使乘客的平均候梯時間小于 30S 即可。 3）盡可能減少電梯起、停過程中的加減速時間。電梯是一個頻繁起、制動的設(shè)備，在起、制動階段不能太慢， GB/T10058— 1997《電梯控制技術(shù)》中就規(guī)定了電梯加減速度的最小值：“直流快速電梯平均加、減速度不小于 sm ，直流高速電梯平均加、減速度不小于 sm ?！边@就是對電梯快速性的要求。 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 17 電梯舒適性性能要求 1．由加速度引起的不適 人在加速上升或減速下降時 ，加速度引起的慣性力疊加到重力之上，使人產(chǎn)生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或減速上升時，加速度產(chǎn)生的慣性力抵消了部分的重力，使人產(chǎn)生上浮感，感到內(nèi)臟不適，頭暈?zāi)垦！? 考慮到人體生理上對加、減速度的承受能力， GB/T10058— 1997《電梯控制技術(shù)》中規(guī)定：“電梯的起、制動應(yīng)該平穩(wěn)、迅速，加、減速度的最大值不大于 sm 。” 2．由加速度變化率引起的不適 人體不僅對加速度敏感，對加加速度（或稱加速度變化率）也很敏感。用 a表示加速度，用ρ表示加加速度，則當(dāng)加加 速度ρ較大時，人的餓大腦感到暈眩、痛苦，其影響比加速度的影響還要嚴(yán)重。我們也稱加加速度ρ為生理系數(shù)，在電梯行業(yè)里一般限制生理系數(shù)ρ不超過 sm 。 [1] 電梯速度曲線 當(dāng)轎廂靜止或勻速升降時，轎廂的加速度和加加速度都是零，乘客不會感到不適，而在轎廂由靜止啟動到以額定速度勻速運動的加速過程中，或是由勻速運動狀態(tài)制動到靜止?fàn)顟B(tài)的減速過程中，既要考慮快速性的要求，又要考慮舒適性的要求，故有必要設(shè)計出電梯的運行速度曲線，使電梯轎廂按照這樣的速度曲線運行，既能夠滿足 快速性的要求，也能夠滿足舒適性的要求，科學(xué)、合理的解決快速性與舒適性的矛盾。 人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適性，將電梯的起動、制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線 (S 曲線 )及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及 S曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從 0加速到 1000 轉(zhuǎn) /分所需要的時間來定義的。其意義為加速度由 0加速到 1000 轉(zhuǎn) /秒所需要的時間。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。增大加速時間值起動曲線變緩， 反之，起動曲線變急。同理，增加 S曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之，起動曲線彎曲部分變急。而 S曲線變化率的變化，也可通過改變 S曲線起始、終了加速時間來實現(xiàn)，本設(shè)計采用的安川公司的 VS616 G5 系列變頻器就具有S 曲線加速時間設(shè)定功能，故將加速時間和 S 曲線加速時間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 18 如下圖所示，圖中 a為加速度， v 為速度。 圖 電梯運行速度曲線 圖 4. 3 中 ， 30t? 為加速過渡階段， 43 tt? 為穩(wěn)速運行階段（此時電梯速度為額定速度）， 74 tt? 為減速停車階段。由于變頻器在零速時有 %150 的額定轉(zhuǎn)矩，保證了電梯在零速（ 7t 時刻）時進行抱閘停車，消除了電梯停車時的沖擊，使乘客更具有舒適感。 電梯電氣控制系統(tǒng) 電梯模型結(jié)構(gòu) 1）電梯模型的主體結(jié)構(gòu)與控制柜 圖 。電梯主體包括升降電機、轎廂 、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，轎廂對應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開關(guān)，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 19 圖 六層電梯的簡化模型和控制柜示意圖 電梯控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務(wù)，實現(xiàn)各種性能的中心。主要包括 FX2N80MR 型 PLC、繼電器 /接觸器、顯示部分、開關(guān)電源。 LED顯示部分主要包括轎廂運行方向顯示、樓層顯示。 2）電梯層門 電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的?？空荆ㄏ蚓赖娜肟谔?，設(shè)置供司機、乘 用人員等出入的門。圖 。電梯層門旁裝有上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕） ,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有 LED 數(shù)碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。 3）轎廂內(nèi)控制屏 轎廂內(nèi)控制屏示意圖如圖 。其中包括上行、下行顯示及 LED層樓位置的顯示。另外還有 1 樓－ 6 樓的指令按鈕及登記顯示和有司機／無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態(tài)下還有指令專用開關(guān)，即只響應(yīng)指令信號，不響應(yīng)召喚信號。需要說明的是， 此 裝置在無司機狀態(tài)下，利用定時器控 制開門、關(guān)門和上下客時間；有司機狀態(tài)下，則直接由司機控制開門、關(guān)門和上下客時間。 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 20 圖 電梯層門示意圖 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計分析 為了應(yīng)用 PLC實現(xiàn)對電梯控制系統(tǒng)的預(yù)期控制，就必須對電梯控制系統(tǒng)進行深入的分析與研究，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求提出有效的總體控制方案與設(shè)計。首先我們要了解以下的問題： 1） PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 )的 工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。故應(yīng)遵循以下的設(shè)計基本原則： A、 PLC 的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求之外，特別應(yīng)指出的是還應(yīng)重點考慮該公司的產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)的情況，應(yīng)盡量選擇主流機型。 B、最大限度地滿足被控對象的控制要求。 C、在滿足控制要求前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。 D、保證控制系統(tǒng)的安全、可靠性。 E、考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇 PLC 容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 2） PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計的主要內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 應(yīng)包括： A、根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項控制指標(biāo)與經(jīng)濟預(yù)算，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。 B、根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字 I/O 點和模擬量通道數(shù)，進行 I/O 點初步分配，繪制 I/O 使用資源圖。 C、進行 PLC 系統(tǒng)配置設(shè)計，主要為 PLC 的選擇。選擇 PLC,應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 D、選擇用戶輸入設(shè)備 (按鈕、限位開關(guān)、傳感器等 )、輸出設(shè)備 (繼電器、接河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 21 觸器、信號燈等執(zhí)行元件 )，以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象 (電動機、電磁閥等 )。 E、設(shè)計控制程序。程序設(shè)計主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計梯形圖、編制語句表程序清單。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖的形式全面地表達(dá)出來。必要時還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。 3） PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計的步驟 在對一個控制系統(tǒng)進行設(shè)計之前，最重要的工作就是深入了解和分析系統(tǒng)的控制要求，只有這樣才可能提出準(zhǔn)確的、合理的系統(tǒng)總 體設(shè)計方案，進而實現(xiàn)各個階段的設(shè)計任務(wù)。其設(shè)計步驟流程圖如圖 所示： 圖 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計的步驟 電梯電氣控制系統(tǒng)設(shè)計方案 PLC 電梯控制系統(tǒng)的控制核心是 PLC。哪些信號需要輸入 PLC， PLC 需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細(xì)分析。輸入輸出點的確定是設(shè)計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。 1. PLC 機型的選擇 PLC 選擇的依據(jù)主要決定于由兩個方面：一是 I/O 的點數(shù)，二是用戶存儲 器分析控制對象，明確控制要求 PLC 型號選擇 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 總裝統(tǒng)調(diào) 是否符合 設(shè)計要求 設(shè) 計要求 調(diào)整硬件 調(diào)整軟件 投入運行 N N Y Y 河 南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第四章 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 22 的容量。 1） I/O 點數(shù)的估算根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后調(diào)整和擴充，一般應(yīng)加上 10%～ 15%的備用量。 2）用戶存儲器容量的估算用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素 (如 I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等 )有關(guān)，存儲器容量的選擇一般有兩種方法 : a)根據(jù)編程實際使用的節(jié)點數(shù)計算。這種方法可精確地計算出存儲器實際使用容量，缺點是要編完程序之后才能計算。 b)估算法：用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按下面給出的公式進行估算。 開關(guān)量輸入：所需存儲器字?jǐn)?shù) =輸入點數(shù) *10 開關(guān)量輸 出：所