【正文】 r control, improved elevator of operation, to reduce the failure rate.Key words：Elevator；PLC control；VVVF；Inverter目次摘要 IAbstract II1 緒論 1 本課題設(shè)計(jì)的背景 1 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 3 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng) 4 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 4 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 4 PLC控制系統(tǒng) 5 變頻調(diào)速控制升降機(jī)的特點(diǎn) 6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 PLC的選型 7 PLC的CPU選型 11 PLC系統(tǒng)配置 11 變頻器的選擇 12 變頻器調(diào)速方式的確定 17 升降機(jī)的主要組成部分 17 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 194 系統(tǒng)軟件開發(fā) 22 升降機(jī)的三個工作狀態(tài) 22 升降機(jī)的自檢狀態(tài) 22 升降機(jī)的正常工作狀態(tài) 22 升降機(jī)強(qiáng)制工作狀態(tài) 23 軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn) 23 系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程 255 結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 401 緒論 伴隨著工廠自動化程度的提高，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller 簡稱PLC）在工廠中的應(yīng)用也越來越廣泛，而且?guī)缀跎婕暗焦S的各個方面，包括供電，生產(chǎn)，物料管理，運(yùn)輸?shù)鹊?。采用可編程控制器來?shí)現(xiàn)升降機(jī)的控制對于提高升降機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、降低升降機(jī)控制系統(tǒng)的成本以及縮短升降機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)周期都具有實(shí)際意義。 本課題設(shè)計(jì)的背景1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司為滿足市場需求，適應(yīng)汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，將汽車的生產(chǎn)方式由大批量、少品種轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種。于是可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺可編程控制器，從此，PLC開始活躍于控制領(lǐng)域。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，使可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller 簡稱PLC）從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器（programmable controller簡稱PC）.但由于PC容易與個人計(jì)算機(jī)（programmable puter）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程器的縮寫。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。PLC是集自動控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。 具有：1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) ；2）設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少 ；3）功能強(qiáng)、通用性好；4）開發(fā)周期短，成功率高；5）體積小，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。與繼電——接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占空比繼電——接觸器控制系統(tǒng)??；價(jià)格上能與繼電——接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與于之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等[2]。 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容施工升降機(jī)是建筑施工中必不可少的機(jī)械設(shè)備之一。本課題對施工升降機(jī)的總體方案、選型、結(jié)構(gòu)、驅(qū)動裝置、安全裝置分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，具體包括：1) 升降機(jī)類型的選擇。2) 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了升降機(jī)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定的需要。在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)出機(jī)械手控制的要求。隨著人們對升降機(jī)運(yùn)行安全性、高效性、舒適性等要求的提高，升降機(jī)得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。升降機(jī)控制要求接入設(shè)備使用簡便，對應(yīng)于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單，具有人性化的人機(jī)界面，配備應(yīng)用程序庫，加快編程和調(diào)試速度。因此PLC在升降機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，非常有實(shí)際價(jià)值[1]。隨著城市的發(fā)展，高層建筑的增多，升降機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，分類也隨之增多。2) 載貨升降機(jī)，主要為運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)，通常有人伴隨的升降機(jī)。4) 車輛升降機(jī)，用作裝運(yùn)車輛的升降機(jī)。6) 建筑施工升降機(jī)，建筑施工與維修用的升降機(jī)。本設(shè)計(jì)課題為施工場地的升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng) 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)的故障率高，大大降低了升降機(jī)的安全性和可靠性，十分容易造成停梯，會給乘客帶來諸多不便和驚擾，并且如果升降機(jī)沖頂或撞底，不僅僅會造成升降機(jī)機(jī)械部件的損壞，甚至可能發(fā)生人身事故。2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類升降機(jī)，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。且升降機(jī)一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成升降機(jī)機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故[3]。2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪音大?？傊缃褚呀?jīng)很少使用升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)了。 PLC是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。升降機(jī)控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。為了改善升降機(jī)的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制升降機(jī)的運(yùn)行，這樣大大提高了升降機(jī)的性能。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動化的三大支柱之一。調(diào)速部分影響著升降機(jī)運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感，邏輯控制部分則是對升降機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全可靠性起到了關(guān)鍵作用。具體體現(xiàn)了以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：1) 控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。3) 控制速度上看：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動；而PLC通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而無抖動一說。5) 可靠、維護(hù)看：電器控制觸點(diǎn)多，會產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護(hù)性能差；PLC無觸點(diǎn)，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。電動機(jī)交流變頻技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種手段。1) 變頻調(diào)速升降機(jī)使用的是異步電動機(jī)，比同容量的直流電動機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。2) 確定I/O設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。4) 分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。6) 將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 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)樯禉C(jī)是雙向運(yùn)行的，所以PLC還需具有可逆計(jì)數(shù)器。SIMATIC S7系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價(jià)格比較高的PLC系統(tǒng)。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，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(yīng)用的首選產(chǎn)品[8]。2) 人機(jī)界面方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對話的編程要求大大減少。4) 口令保護(hù)多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。這樣就能防止非法刪除或改寫用戶程序。7) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算用此功能可以有效的實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。SIMATIC S7300有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括：紡織機(jī)械、各種機(jī)床、通用機(jī)械工程應(yīng)用、電器制造工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用接口模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機(jī)架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。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。 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S7300有CPU312 IFM、CPU31CPU31CPU314 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。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。在本設(shè)計(jì)中選用CPU 312 IFM，它是一種緊湊型 CPU，用于對處理速度要求很高的應(yīng)用。這對于升降機(jī)的速度控制很適。 ms/1000 條指令。多排最多可組態(tài) 32 個模塊；DI16xDC24V:6ES7 3211BH000AA0數(shù)字輸入模塊 DI16 24 V，分成 16 組，不能和主站總線的子模塊進(jìn)行組態(tài)；DI16/DO16x24V/：6ES7 3231BL000AA0數(shù)字 I/O 模塊 DI16 24 V + 16DO 24 V / A；系統(tǒng)配置圖如下 系統(tǒng)配置圖1 系統(tǒng)配置圖2 變頻器的選擇變頻器的種類很多，并且根據(jù)不同的種類可分為：交─交變頻器，電壓型變