【正文】 第 4 頁 共 72 頁 (3) PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (5) 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。 變頻調(diào)速控制電梯的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 (2) 變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM技術(shù) SVPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能 。 (3) 變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的 SPWM和 SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。電梯控制系統(tǒng)主要分為機(jī)械和電氣兩大部分，詳細(xì)介紹電梯系統(tǒng)的組成和分類，為下面系統(tǒng)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩曳引式結(jié)構(gòu)，其機(jī)械部分由曳引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)以及機(jī)械安全保護(hù)裝置組成；而電氣 控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護(hù)等系統(tǒng)組成。 圖 電梯基本結(jié)構(gòu) 1. 控制柜 (屏 ) 2. 曳引機(jī) 3. 曳引鋼絲繩 4. 限速器 5. 限速器鋼繩 6. 限速器張緊裝置 7. 轎廂 8. 安全鉗 9. 轎廂門安全觸板 10. 導(dǎo)軌 11. 對重 12. 廳門 13. 緩沖器圖 214538791011126 13 基于 PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 72 頁 (1)曳引系統(tǒng) 電梯曳系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅(qū)動電梯運(yùn)行。曳引機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動力，由電動機(jī)，曳引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型還可以增加曳引力。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇，門導(dǎo)軌架，等組成，層門設(shè)在層站入口處。 (4)轎廂 轎廂是運(yùn)送乘客或者貨物的電梯組件。轎廂架是轎廂體的承重機(jī)構(gòu)，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。對重由對重架和對重塊組成。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對重側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。曳引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或者直流電機(jī)。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號。調(diào)速裝置對曳引電機(jī)進(jìn)行速度控制。其中控制裝置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 72 頁 制柜上。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用箭頭指示電梯的運(yùn)行方向。機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷總電源的極限保護(hù)裝置。 電梯的種類 根據(jù)建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設(shè)置不同類型的電梯。 載貨電梯 ： 主要為 運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)，通常有人伴隨的電梯。 雜物電梯 ： 供圖書館、辦公樓、飯店運(yùn)送圖書、文件、食品等設(shè)計(jì)的電梯。 車輛電梯 ： 用作裝運(yùn)車 輛的電梯。 建筑施工電梯 ： 建筑施工與維修用的電梯。 (2)按驅(qū)動方式分類 交流電梯 ： 用交流感應(yīng)電動機(jī)作為驅(qū)動力的電梯。 直流電梯 ： 用直流電動機(jī)作為驅(qū)動力的電梯。 液壓電梯 ： 一般利用電動泵驅(qū)動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。 螺桿式電梯 ： 將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂，然后通過電機(jī)經(jīng)減速機(jī)（或皮帶）帶動螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。 電梯問世初期，曾用蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)作為動力直接驅(qū)動電梯，現(xiàn)已基本絕跡。 低速梯 ： 常指低于 。 高速梯 ： 常指速度大于 。 隨著電梯技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯速度越來越高，區(qū)別高、中、低速電梯的速度限值也在相應(yīng)地提高。 無司機(jī)電梯 ： 乘客進(jìn)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(yùn)行到達(dá)目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。 (5)按操縱控制方式分類 手柄開關(guān)操縱 ： 電梯司機(jī)在轎廂內(nèi)控制操縱盤手柄開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電梯的起動、上升、下降、平層、停止的運(yùn)行狀態(tài)。 信號控制電梯 ： 這是一種自動控制程度較高的有司機(jī)電梯。 集選控制電梯 ： 是一種在信號控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全自動控制的電梯，與信號控 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 72 頁 制的主要區(qū)別在于能實(shí)現(xiàn)無司機(jī)操縱。 群控電梯 ： 是用微機(jī)控制和統(tǒng)一調(diào)度多臺集中并列的電梯。 (6)其它分類方式 按機(jī)房位置分類， 則有機(jī)房在井道頂部的（上機(jī)房）電梯、機(jī)房在井道底部旁側(cè)的（下機(jī)房）電梯，以及有機(jī)房在井道內(nèi)部的（無機(jī)房）電梯。此外，還有雙層轎廂電梯等。 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)。 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?？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(hù)及變頻器工作狀態(tài)等信號輸入 PLC，經(jīng) PLC運(yùn)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(jī)發(fā)出控制信號。 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(shè)計(jì)（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。它使用 可編程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。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(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應(yīng)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(diǎn)。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)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。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(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的 PID 等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。其定時(shí)時(shí)間間隔可以由用戶加以設(shè)定。 (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(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而還能進(jìn)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(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。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。 (6) 通信把 PLC 作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級的可編程序控制器進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的處理和信息的 交換，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此 PLC 是實(shí)現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。電梯的上、下行由一臺電動機(jī)拖動，電動機(jī)正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一至四層有到位行程開關(guān) SQ1～ SQ4。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。 PLC 的選型 在工程應(yīng)用中可選用的 PLC 機(jī)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(yīng)用中各有千秋，至于要選擇哪種機(jī)型，就要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要及應(yīng)用水平。又因?yàn)殡娞菔请p向運(yùn)行的，所以 PLC 還需具有可逆計(jì)數(shù)器。所以 本次設(shè)計(jì)采用西門子 SIMATIC S7300 系列 PLC 機(jī)型。其中，小型的有 SIMATIC S7200 系列，最 小配置為 8 DI/6DO，可擴(kuò)展 2～ 7 個模塊，最大 I/O 點(diǎn)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 S7300 的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(hù)，其主要功能如下： (1) 高速的指令處理 ～ s? 的指令處理時(shí)間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 (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。 (5) 操作方式選擇開關(guān) 操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式。 (6) 方便用戶的參數(shù)賦值 一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進(jìn)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(shè)計(jì) 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(xùn)的費(fèi)用。 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(yīng)用，模塊化，無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任 務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。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(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。 S7300 是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)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(jī)架 (導(dǎo)軌 )或多個機(jī)架上。 CPU314/315/3152DP 最多可擴(kuò)展 4 個機(jī)架， IM360/IM361 接口模塊將S7300 背板總線從一個機(jī)架連接到下一個機(jī)架， SIMATIC S7300 系列 PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展。它的主要組成部分有導(dǎo)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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 CPU 以梯形圖 LAD、功能塊 FBD或語句表 STL 進(jìn)行編程。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。輸入信號進(jìn)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 SM321 有四種型號模塊可供選擇，即直流 16 點(diǎn)輸入、直流 32 點(diǎn)輸入、交流 16 點(diǎn)輸入、交流 8 點(diǎn)輸入模塊。 晶體管輸出 模塊只能帶直流負(fù)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(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。 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(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 SM331可選四檔積分時(shí)間： 、 、 20ms 和 l00ms，相對應(yīng)的以位表示的精度為 12和 14。 SM332 可以輸出電壓，也可以輸出電流。采用 4 線回路能獲得比較高的輸出精度。 PS307 系列模塊除輸出額定電流不同外 (有 2A、 5A、 10A 三種 )，其工作原理和各種參數(shù)都相同。 (4) 接口模塊 (IM) 接口模板 (IM360/361)用來在機(jī)架之間傳遞總線。接口模板必須安裝到特定的插槽。對于雙層組態(tài)，硬連線的 IM365 接口模板較為經(jīng)濟(jì) (不需要輔助電源，在擴(kuò)展機(jī)架上不能使用 CP 模板 )。有三種通信接口： RS232C， 20mA(TTY)和 RS422/RS485，有多種通訊協(xié)議可以使用。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)格相對較貴。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 72 頁 變頻器的分類 變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對變頻器分類 : (1) 按變換頻率的方法分 交─直─交變頻器 交─交變頻器 (2) 按主電路工作方式分 電壓型 變頻器