【正文】 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 17 第三章 系統(tǒng)的硬件開發(fā) 電梯設備 電梯的分類 電梯的分類有各式各樣： (1) 按用途分類有客梯、貨梯、醫(yī)用梯、觀光電梯等。如果需要，在擴展機架可以安裝輔助電源。 IMS接口代表發(fā)送， IMR接口代表接收。 PS307可安裝在 S7300的專用導軌上，除了給 S7300 CPU供電外，也可給 I/O模塊提供負載電源。 (3) PS307電源模塊 PS307是西門子公司為 S7300專配的 24VDC電源。在輸出電壓時，可以采用 2線回路和 4線回路兩種方式與負載相連。l6 位模塊，分別為 4通道的 12位模擬量輸出模塊、 2通道的 12位模擬量輸出模塊、 4通道的 16位模擬量輸出模塊。l2 位模塊、 2AO179。 SM331可選四檔積分時間： 、 、 20ms和 l00ms，相對應的以位表示的精度為 12和 14。 ③ 模擬量輸入模塊 SM331主要由 A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 晶體管輸出模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊； 可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊； 繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。 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。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。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。 CPU以梯形圖 LAD、功能塊FBD或語句表 STL進行編程。 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 圖 S7300系列 PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖 S7300 系列 PLC 模塊性能簡介 (1) CPU模塊 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 15 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。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。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。 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。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。 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 14 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。 (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)省了入門和培訓的費用。 (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。 (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。 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。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。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，本次設計采用西門子 SIMATIC S7300系列 PLC機型。因為根據(jù)轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。 (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。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。 (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(shù)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。其定時時間間隔可以由用戶加以設定。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。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。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。 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 [6]。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、順序運江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 12 算、計時、計數(shù)和算術(shù)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。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(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 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，具體的設置如表 23 安川 616G5 變頻器主要參數(shù)設置表 表 23 安川 616G5變頻器主要參數(shù)設置 參數(shù) 名稱 設定值 說明 A102 控制方式選擇 2 不帶 PG矢量控制方式 B101 頻率指令選擇 1 B102 運行指令選擇 1 B103 停止方法選擇 0 B104 反轉(zhuǎn)禁止選擇 0 B201 零速電平選擇 B204 停止時直流制動時間 C103 加速時間 2 C104 減速時間 2 C201 加速開始時 s型曲線時間 C202 加速完了時 s型曲線時間 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 11 C203 減速開始時 s型曲線時間 C204 減速完了時 s型曲線時間 C501 ASR比例增益 1 5 C502 ASR積分時間 1 3S D109 檢修速度 200rpm E101 輸入電壓設置 380 E104 最高輸出頻率 50Hz E105 最大電壓 380 E106 額定電壓頻率 50Hz E109 最低輸出頻率電壓 0V E201 電機額定電流 按電機銘牌設置 E202 電機額定滑差 按電機銘牌設置 E203 電機空載電流 按電機銘牌設置 E204 電機極數(shù) 按電機銘牌設置 F101 PG常數(shù) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設置 F102 PG斷線檢測時的動作選擇 0 F103 超速時的動作選擇 0 F104 超度偏差過大時的動作選擇 0 F105 PG分頻比 根據(jù)電機極數(shù)設置 PLC 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。 ② 提高了運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車擊。常用參數(shù)如表 22 所示。10 ℃ ) 變頻器的參數(shù)設 置 由于采用 PLC 作為邏輯控制部件，故變頻器和 PLC 通訊時采用開關量而不用模擬量。0. 02% ) 速度響應 5Hz(帶 PG, 30Hz) 力矩限制 可采用 (參數(shù)設定： 4 級可變 ) 力矩精度 177。5% 控制 特性 控制方式 正弦波 PWM (V/f 控制、帶 PG 反饋的 V/F控制、開環(huán)矢量、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。 表 21 VS616G5型變頻器的標準規(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。 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 9 (4) 保護功能完善、維修性能好。 (2) 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)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(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍 [5]。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)。 另外， VS616G5 變頻器的啟動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的 S曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達 0. 01～ 0. 02%使得電 梯運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。 考慮以上各種因素，本設計選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器。 VS616G5 型通用變頻器 電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內(nèi)容。金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中心超高速伺服機的精確位置控制都已應用通用變頻器 。最初通用變頻器僅用十風機、泵類負載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應用領域得到了相當?shù)臄U展。 通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。指令計算時間為 Ins 量級，是一般微處理器所無法比擬的。它是一種矢量 (超標量 )微處理器，其功能著重點放在常用基本指令的執(zhí)行效率上，舍棄了某些運算復雜而使用率不高的指令，省下它們所占用的硬件資源用十提高基本的運算速度，達到了以“每秒上億條指令”為單位來衡量運算速度的程度。 32 位數(shù)字信號處理器 (Digital Signal ProcessesDSP)的應用將通用變頻器的性能提高一大步，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩控制，推出了“無跳閘功能”。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(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。特別是微機的應用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“能電力模塊” (Intelligent Module)這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關間的距離盡可能的小，因而保護迅速可靠，傳感信號也十分迅速。前幾年主開關器件開始采用 IGBT，僅二、四年的時一間， IGBT 變頻器的單機容量已達 1800KVA,隨著 IGBT 容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大。在近 20 年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全 數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 兩個大發(fā)展過程： 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 7 (1) 容量不斷擴大 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實現(xiàn)了通用化。 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(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。 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。 江西理工大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 第二章 方案選擇 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應用到許多領域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào) 速在電梯行業(yè)也得到廣泛應用。調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐