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基于plc和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-在線瀏覽

2024-09-12 13:58本頁面
  

【正文】 l control, is digital operation electronic device specialized in the industrial application environment. PLC possesses fast process speed and high reliability. Therefore, PLC can be able to ensure the elevator run normally, securely and reliably. In addition, the drive method of elevators has replaced the DC velocity modulation with frequency control due to the development of AC frequency control of motors. The frequency control not only satisfies the fort sense of passengers and ensures the stable precision, but also decreases the loss of power, saves resources and reduces expenses. The frequency control method based on PLC is applied to the elevator system and further researched. Key Word: The elevator。 同時(shí),由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,電梯的拖動(dòng)方式己由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了變頻調(diào)速,這不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度,還可以降低能耗,節(jié)約能源,減小運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)順序邏輯控制的需要發(fā)展起來的可編程控制器( PLC),它是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng),由于繼電器本身的機(jī)械和電磁慣性大,大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性。 1 摘 要 隨著現(xiàn)代社會(huì)和城市生活發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中,電梯是不可或缺的垂直運(yùn)輸設(shè)備。為了保證電梯運(yùn)行,既高效節(jié)能又安全可靠,必須改進(jìn)電梯控制方式。 PLC 處理速度快,可靠性高,能夠保證電梯正常、安全、可靠地運(yùn)行。本文將基于 PLC 的變頻調(diào)速方法應(yīng)用到電梯系統(tǒng)中,并對(duì)此方法進(jìn)行研究。 PLC。據(jù)我所知, 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文(設(shè)計(jì))不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 作者簽名: 日期: 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))授權(quán)使用說明 本論文(設(shè)計(jì)) 作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的規(guī)定,學(xué)校有權(quán)保留論文(設(shè)計(jì))并向相關(guān)部門送交論文(設(shè)計(jì))的電子版和紙質(zhì)版。學(xué)??梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì))的全部或部分內(nèi)容。 作者簽名: 指導(dǎo)教師簽名: 日期: 日期: 4 注 意 事 項(xiàng) 計(jì)(論文)的內(nèi)容包括: 1)封面(按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作) 2)原創(chuàng)性聲明 3)中文摘要( 300 字左右)、關(guān)鍵詞 4)外文摘要、關(guān)鍵詞 5)目次頁(附件不統(tǒng)一編入) 6)論文主體部分:引言(或緒論)、正文、結(jié)論 7)參考文獻(xiàn) 8)致謝 9)附錄(對(duì)論文支持必要時(shí)) :理工類設(shè)計(jì)(論文)正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字(不包括圖紙、程序清單等),文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。 、圖表要求: 1)文字通順,語言流暢,書寫 字跡工整,打印字體及大小符合要求,無錯(cuò)別字,不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2)工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙,要求部分用尺規(guī)繪制,部分用計(jì)算機(jī)繪制,所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。隨著社會(huì)的發(fā)展,建筑物規(guī)模越來越大,樓層越來越多,對(duì)電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。 課題的研究背景 電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng),不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域,還要考慮可靠 性、舒適感和美學(xué)等問題。事實(shí)上,在電梯上已經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。然而,只有在電梯的制造、安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量,才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。新制造的電梯都采用了對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù),由于 VVVF 電梯采用 PLC 控制,有完善的自檢測(cè)、自診斷、自保護(hù)功能,因而十分安全可靠??删幊绦蚩刂破鞑煌陧樞蚩刂破骱屯ㄓ玫奈C(jī)控制裝置 , 它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求,同時(shí)摒棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)方式,獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu),使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué),調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。由此,可編程序控制器 PLC 在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。電動(dòng)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(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種手段。 總之,利用 PLC 和變頻器對(duì)舊電梯進(jìn)行改造,不但可以增加電梯的舒適感、安全性、可靠性,還可以降低能耗,節(jié)約能源,減少運(yùn)行費(fèi)用。為滿足 電梯 安全性的要求, 變頻器 通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖發(fā)生器( PG, Pulse Generator ),完成速度檢測(cè)及反饋,形成閉環(huán)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給 PG 卡, PG 卡再將此反饋信號(hào)送給 變頻器 內(nèi)部,以便進(jìn)行 運(yùn)算調(diào)節(jié),所以旋轉(zhuǎn)編碼器和 PG 卡實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)運(yùn)行。 圖 電梯的控制系統(tǒng) 信 息 控 制 系 統(tǒng)轎 廂 操 作 盤 廳 外 呼 梯 盒安 全 裝 置 顯 示 裝 置拖 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng)變 頻 器M旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器 9 交流曳引電梯調(diào)速方式的發(fā)展 交流電梯與交流電機(jī)的發(fā)展緊密相連,至今已有三十多年的發(fā)展歷史,經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展歷程,大致可以分化為三個(gè)階段。電機(jī)通常采用兩種或兩種以上不同極對(duì)數(shù)的繞組制成,其中極對(duì)數(shù)少的繞組成為高速繞組,用于電梯的啟動(dòng)及穩(wěn)速運(yùn)行,極對(duì)數(shù)多的繞組成為低速繞組,用于電梯的制動(dòng)及維修。 第二個(gè)階段是八十年代盛行的交流調(diào)壓調(diào)速電梯,其性能優(yōu)越于交流雙速電梯。 第三個(gè)階段是九十年代至今,變壓變頻調(diào)速電梯開始占據(jù)了世界電梯的市場(chǎng)。電梯傳動(dòng)系統(tǒng)技中,由于大量采用微機(jī)控制技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)( PWM),其運(yùn)行效率得到了大幅度的提高,電梯的體積大為縮小。 VVVF 電梯以其獨(dú)特的先進(jìn)技術(shù)和性能,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層準(zhǔn)確、低噪音、安全等目標(biāo)。 目前,生產(chǎn) VVVF 電梯的公司已經(jīng)遍布世界各國,如日本的三菱公司、東芝公司、日立公 司,美國的奧的斯公司等大的電梯制造廠家,他們?cè)?VVVF 電梯的研制和進(jìn)一步開發(fā)等方面,都取得了驕人的成就。但遺憾的是,這些公司多為合資企業(yè),電梯控制的關(guān)鍵部分的變頻器、控制器等重要組成部分,很大程度依賴進(jìn)口,其核心技術(shù)牢牢控制在國外大公司手中。 10 隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝 的發(fā)展,電梯的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化,體積小型化,材料輕型化,工藝先進(jìn)化,外觀漂亮化。 ( 2) 技術(shù)含量更高,性能更好。因?yàn)橛来磐綗o齒輪曳引機(jī)具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),所以永磁同步曳引機(jī)逐步成為新型曳引機(jī)的主流,將來很有可能取代 VVVF 技術(shù)。 ( 3)安裝更方便、更快捷 高效、安全、可重復(fù)使用的無腳手架安裝,將是高層電梯安裝的主要方式。此外,電梯的雙向安全裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保 、 安全、環(huán)保、節(jié)能、舒適,也將是未來電梯的重要發(fā)展方向。 主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器,其直流回路濾波是電感。 變頻器的工作原理 電壓反饋信號(hào) Uf 與交流電源同步,信號(hào) US送入 PWM1 回路產(chǎn)生出符合電動(dòng)機(jī)的信號(hào),作為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的 PWM1 信號(hào),控制正弦與再生部分 中開關(guān)器件,使之作為二極管整流橋工作。交流電抗器主要是限制回饋到電網(wǎng)的再生電 11 流,減少對(duì)電網(wǎng)的干擾,起到保護(hù)功率開關(guān)元件的作用。實(shí)行電流環(huán)與速度環(huán)的 PWM2信號(hào),輸入正弦電流。這部分有兩個(gè)功能,一是將電網(wǎng)三相正弦交流電壓整流成直流,向逆變部分提供直流電源;二是在減速制動(dòng)時(shí),有效控制傳動(dòng)系統(tǒng)能量回饋給電網(wǎng)。根究系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),既可作整流器使用,也可作有源逆變器使用。逆變器部分同樣是有 IGBT 模塊組成,作為無源逆變器,向交流電動(dòng)機(jī)供電。在該電源系統(tǒng)中,由電解電容器構(gòu)成平波器。 ( 4)檢測(cè)部分。 ( 5)控制回路??刂苹芈?主要完成電力傳動(dòng)系統(tǒng)的指令形成,電流、速度和位置控制,產(chǎn)生 PWM1 控制信號(hào),故障診斷、檢測(cè)、顯示,電梯的控制邏輯管理、通訊和群控等任務(wù)。 2) 變頻器產(chǎn)品說明書都提高標(biāo)稱功率數(shù)據(jù),但實(shí)際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。根據(jù)具體的工程情況,可以有以下的幾種選擇方式: 12 ( 1)按照標(biāo)稱功率選擇,一般做為初步投資估算依據(jù); ( 2)按照電動(dòng)機(jī)額定電流選擇,多用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目; ( 3)按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇,多用于改造工程; ( 4)按照轉(zhuǎn)矩過載能力選擇。 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn) ( 1)變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動(dòng)機(jī),比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 ( 3)變頻調(diào)速電 梯調(diào)速范圍寬,控制精度高,動(dòng)態(tài)性能好,舒適、安靜、快捷,已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。它采用可編程的控制器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與運(yùn)算操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。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(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要求。 13 PLC 的系統(tǒng)構(gòu)成 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),所以其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 12。其由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成,這些電路都集中在一塊芯片上,通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線,與存儲(chǔ)器的輸入和輸出接口電路相連。 CPU 接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后, CPU 從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)指令解 釋后,按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),去啟閉有關(guān)的控制電路,分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等操作,完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。 ( 2) 存儲(chǔ)器 編 程 器編 程 器中 央 處 理 器C P U中 央 處 理 器C P U輸入單元輸入單元輸出單元輸出單元系 統(tǒng)程 序存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng)程 序存 儲(chǔ) 器用 戶程 序存 儲(chǔ) 器用 戶程 序存 儲(chǔ) 器電 源電 源 14 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。邏輯變量和其它一些信息。用戶程序是用戶根據(jù)工 程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的程序。 ROM 是存放 PLC 制造廠家寫入的系統(tǒng)程序,并永遠(yuǎn)駐留在 ROM 中, PLC 去電后再上電, ROM 內(nèi)容不變。為防止掉電后信息丟失,配有后備鋰電池。 PLC 產(chǎn)品樣本或使用說明書中給出的存儲(chǔ)器形式或容量等均指用戶存儲(chǔ)器。 ( 3) 輸入單元 輸入單元是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 被控設(shè)備相連的輸入接口,是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入 PLC的橋梁。輸入類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。接口電路內(nèi)部有濾波,電平轉(zhuǎn)移,信號(hào)鎖存電路。 ( 4) 輸出單元 輸出單元也是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件,把輸出信號(hào)送給控制對(duì)象的輸出接口。輸出類型有繼電器 輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排。 ( 5) 電源 電源的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部所需的直流電源。電源輸入類型有:交流電源( 220V 或 110V),直流電源(常用的為直流 24V)。 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后,其工作過程一般分為三個(gè)階段,即輸 入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。在整個(gè)運(yùn)行期間, PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。因此,如果輸入是脈沖信號(hào),則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。在掃描每一條梯形圖時(shí),又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)
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