ag旗舰厅app下载_ag旗舰厅客户端下载

主页 > 访谈 > > 正文

ag旗舰厅app下载基于PLC的四层电梯控制系统

2020-05-11 02:56
字号
放大
标准
分享

  基于PLC的四层电梯控制系统_工学_高等教育_教育专区。河南理工大学毕业设计(论文)说明书 摘要 本文在阐述电梯和PLC的结构并工作原理的基础上, 使用PLC (西门子S7-200 CPU226) 及其扩展模块,设计了一个四层的电梯的控制系统。设计了电梯

  河南理工大学毕业设计(论文)说明书 摘要 本文在阐述电梯和PLC的结构并工作原理的基础上, 使用PLC (西门子S7-200 CPU226) 及其扩展模块,设计了一个四层的电梯的控制系统。设计了电梯的拖动回路,选择了曳 引电机,并使用了安川616G5变频器,设置了控制方式参数、运行方式参数、S特性曲线 参数等变频器参数,实现了曳引电机的启动、制动与调速。使用STEP7-MicroWIN SP9软 件编写了梯形图,并通过梯形图,实现了包括电梯的启动与制动、楼层指示功能、轿厢 内指令和轿厢外召唤信号的登记与消除、电梯运行方向的控制、电梯的开关门、超重报 警和手动按响警铃等功能。最后,使用S7-200编程仿真软件做了部分功能的仿真。 关键词:四层, 电梯, PLC, 控制系统 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 Abstract The structure and working principle of the elevator and the programmable logic controller (PLC) are introduced and PLC (Siemens S7-200 CPU226) whit its extension module is used in the design of a four-storey elevator control system in this paper. To designing the drag circuit of the elevator, major parameters of traction motor is selected and Yaskawa inverter is used to controlling the speed of the traction motor whit it’s parameters set, such as control mode parameters, operation mode parameters, S characteristic curve parameters and so on. Using the step 7-MicroWIN SP9 software to compiling ladder diagram, many functions, including elevator starting and braking, the floor indicator function, the car instructions and the car outside the call signal of registration and eliminate, running direction of the elevator control, elevator door switch, overweight alarm and manual according to sound the fire alarm, is realized. At last some simulation of the functions is did with the use of S7-200 programming simulation software. Key words: four-story, elevator, PLC, control system. 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 目 1 录 2 3 4 5 6 绪论 ............................................................................ 1 1.1 论文的背景及意义 .......................................................... 1 1.2 电梯控制系统发展现状 ...................................................... 2 1.2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 .................................. 2 1.2.2 PLC 在电梯控制中的应用特点 ........................................... 3 1.3 论文的主要内容 ............................................................ 4 电梯综述 ........................................................................ 5 2.1 电梯的定义与简介 .......................................................... 5 2.2 电梯的历史发展 ............................................................ 6 2.3 电梯的分类 ................................................................ 8 2.4 电梯的主要参数及性能指标 ................................................. 10 2.4.1 性能指标 ........................................................... 10 2.4.2 主要参数 ........................................................... 11 2.5 电梯的结构 ............................................................... 12 2.6 电梯的控制要求 ........................................................... 15 总体方案设计 ................................................................... 17 3.1 控制系统的组成 ........................................................... 17 3.2 信号控制系统 ............................................................. 17 3.3 基于 PLC 的电梯控制系统要实现的功能 ....................................... 18 硬件的选择与设计 ............................................................... 19 4.1 PLC 简介 .................................................................. 19 4.1.1 PLC 定义 ............................................................ 19 4.1.2 PLC 的特点 .......................................................... 19 4.1.3 PLC 的主要功能和应用 ................................................ 21 4.2 变频器的选择 ............................................................. 23 4.2.1 通用变频器概况 ..................................................... 23 4.2.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向 ................................... 24 4.2.3 VS 一 616G5 型变频器参数设置 ......................................... 26 4.3 其他硬件的选择 ........................................................... 29 4.3.1 曳引电机的选择 ..................................................... 29 4.3.2 电梯制动器原理 ..................................................... 29 4.4 PLC 系统硬件设计 .......................................................... 30 4.4.1 I/O 点估计 .......................................................... 30 4.4.2 选择 PLC 型号 ....................................................... 31 4.4.3 电梯硬件接线图 ..................................................... 32 软件设计 ....................................................................... 33 5.1 PLC 的编程语言与 STEP 7 概述 ............................................... 33 5.2 电梯 PLC 程序流程图 ....................................................... 34 5.3 梯形图设计 ............................................................... 35 仿真 ........................................................................... 44 6.1 S7-200 仿真软件的使用 ..................................................... 44 6.2 PLC 电梯控制系统仿真过程 .................................................. 45 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 6.2.1 内呼仿真 ........................................................... 45 6.2.2 报警信号仿真 ....................................................... 47 致 谢 .............................................................................. 50 参考文献 ........................................................................... 51 附录 ............................................................................... 52 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1 绪论 1.1 论文的背景及意义 在科学技术飞速发展、城市现代化进程突飞猛进的今天,电梯因为其高效、迅捷、 安全、可靠的垂直运输能力,已经成为了人们不可或缺的运输工具,它被广泛应用于几 乎所有现代高层建筑中,如办公大楼、宾馆、住宅、医院、仓库、工矿企业、码头、大 型货轮等。 此外,电梯使用频率也是非常之高。据统计,在美国乘其他交通工具的人数每年约 为 80 亿人次,而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次。在中国,电梯服务已有 100 多年 的历史了,特别在改革开放以后,电梯的使用数量更是快速增长。现在,电梯已完全融 入我们的生产、生活中,满足人们生活、工作及学习的需要。据统计,我国在用电梯已 达 40 多万台,每年还以约 5 万~6 万台的速度增长[1]。 如今,电梯之作用愈加显著,人们对电梯之需求愈加庞大。而电梯作为集机电一体 的复杂系统,不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域,还要考虑可靠性、舒适 感和美学等问题。其中,安全问题乃是重中之重,无容小觑。故在设计电梯时,对机械 零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数, 并且要保证安装调试以及售后 与维修都达到安全标准,这样,才能保证电梯的安全可靠性。 但,目前我国所应用的先进的电梯系统几乎都是国外设计制造的,其核心技术都是 保密的。我国拥有自主知识产权的技术应用很少,并与国外先进技术相比还有很大的差 距。国内电梯工业要想大力发展,就必须解决技术层面的问题。 早期的电梯自动控制系统的控制普遍采用继电器—接触器电路。然而,继电器、接 触器有诸多缺点: 体积庞大、 弧光放电较严重、 使用寿命有限、 可靠性不高、 接线复杂、 通用性和灵活性不够、生产周期加长以及扩展性较差,等等。还有,继电器—接触器控 制由触点的机械动作完成,因此它的工作频率低下而且机械触点还会出现抖动问题;继 电器控制逻辑一般不具备计数功能;同时随着楼宇层数的增加,继电器—接触器控制系 统过于庞大, 给设计带来不便。 基于上述种种原因, 基于继电器-接触器控制的电梯控制 系统有多种缺点,现已被淘汰。 目前常见电梯的控制主要有两种方式,即微机控制和 PLC 控制。微机控制是电梯控 1 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 制技术的发展方向,现在已有一些由微机控制的电梯新机型相继推出,使控制功能得到 增强,性能得到改善但其抗干扰能力差、设计维修难度、成本操作要求都比较高,不如 PLC。 由此可见,除了智能性以外,目前,微机控制的各项能力都不如 PLC 控制。最主要 的是当使用规模较小时, 用 PLC 控制可以显著降低因专门设计和制造微机控制装置的成 本,方便使用。因此,现代化楼宇等小型电梯控制系统中,PLC 控制成为主流。 1.2 电梯控制系统发展现状 继电器控制室最早的一种实现电梯控制的方法。但随着科技之发展,人们对电梯的 安全性、可靠性的要求越来越高,传统的继电器已经不能满足人们的需求。可幸的是, 科学技术,特别是计算机科学的长足发展为电梯控制方法提供了新的可能。 于是, 可编程逻辑控制器 (PLC) 应运而生, 鉴于其种种优点, 可以说是完爆继电器, 故目前,电梯的控制方式就由传统的继电器控制变为 PLC 控制。同时,由于电机交流变 频调速技术的较好发展,电梯拖动方式由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速, PLC 控制技术与变频调速技术之结合已成当下行业热点。 1.2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 电梯继电器控制系统的优点: (1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现,线路直观,容易理解和操作,便于一 般技术人员掌握。 (2)系统的保养、维修及故障检查较为简便,无需较高的技术和特殊的工具、仪 器。 (3)大部分电器为常用控制电器,更换方便,价格较便宜。 (4)多年来我国一直生产这类电梯,技术成熟,已形成系列化产品,技术资料图纸 齐全,熟悉、掌握的人员较多。 电梯继电器控制系统存在的问题: (1)系统触点繁多、接线线路复杂,且触点容易烧坏磨损,造成接触不良,因而故 障率较高。 (2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的控制功 能不易增加,技术水平难以提高。 2 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度难以提 高。 (4)系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。 (5)由于线路复杂,易出现故障,因而保养维修工作量大,费用高;而且检查故障 困难,费时费工。 电梯继电器控制系统故障率高, 大大降低了电梯的可靠性和安全性, 经常造成停梯, 给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底,不但会造成电梯机械部件损 坏,还可能出现人身事故。 1.2.2 PLC 在电梯控制中的应用特点 PLC 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰 能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自 80 年代后期 PLC 引入我国电梯行业以来, 由 PLC 组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。 并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中,PLC 系统一直是主流控 制系统。 PLC 控制系统有诸多优点,如:可靠性高、使用维修方便、编程调试简单、抗干扰 能力强等优点。其凭借这些优点,备受人们重视,成为最常用的电梯控制方式。 电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。 调速部分的性能对电梯运行是乘客的 舒适感有着重要影响,而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的 舒适感和运行的可靠性,现在都改为用 PLC 来控制电梯的运行,这样大大提高了电梯的 性能。 用 PLC 具体控制电梯时,主要有以下几优点(对比于继电器控制和微机控制) : (1)在电梯控制中采用了 PLC,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大 提高。 (2)去掉了选层器及大部分继电器,控制系统结构简单,外部线)PLC 可实现各种复杂的控制系统,方便地增加或改变控制功能。 (4)PLC 可进行故障自动检测报警显示,提高运行安全性,并便于检修。 (5)用于群控调配和管理,并提高电梯运行效率。 (6)更改控制方案时不需改动硬件接线 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (8)系统设计简单,一般技术人员很容易掌握 1.3 论文的主要内容 本次设计主要是设计一个以 PLC 控制系统控制的四层电梯。设计过程有以下几项: (1)分析电梯的主要结构和控制要求; (2)利用 PLC 技术实现四层电梯运行控制,包括:电梯的开关门控制、电梯的厅 召唤控制、电梯各层内呼、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制、电梯的调速控 制、安全控制以及一些辅助功能控制。此次设计采用德国西门子(Siemens)公司生产的 S7-200 型 PLC 及其扩展模块,利用其丰富和功能强大的指令,设计出梯形图; (3)利用 S7-200 的仿真软件对主要程序进行仿线 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2 电梯综述 自电梯产生至今已有大约一个世纪之久,这一个世纪,人类的历史真可谓是翻天覆 地,人类的进步以及所出的成就也是前所未有的。电梯作为人类科技在生活与生产中的 一个小应用,也在不断更新,不断发展。电梯从材质、样式、控制方法、操作方法、辅 助功能等方面都有很大变化。比如,在操控方面,步步推出手柄开关控制,按钮控制, 信号控制,集选控制,人机对话等。在外形上,从原来单一的长方形,多出一些特别的 扇形、三角形、半菱形、圆形等,当然这些多用于观光,这些可以使在乘坐电梯时透过 玻璃看到大楼以外的景色,除了可以作观光之用,还多少照顾到了幽闭恐惧症之患者。 电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份, 随着自动控制理论与微电子技术的发 展,电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化,交流调速是当前电梯拖动的主要 发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式:继电路控制系统、PLC 控制系统、 微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功 率大等缺点,目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能,但也 存在抗干扰性差,系统设计复杂,一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而 PLC 控 制系统由于运行可靠性高, 使用维修方便, 抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点, 倍 受人们重视等优点,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式,目前也广泛用 于传统继电器控制系统的技术改造。 2.1 电梯的定义与简介 电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载 运货物。也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直的或倾 斜角小于 15°的井道之中刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货 物。 习惯上不论其驱动方式如何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。 近几年来,随着国际社会对环保认识的关注,各大电梯公司现在在其电梯表面基本 都采用了粉末涂料喷涂,这是一种新型环保无溶剂的涂料,并且各种性能皆优于油漆。 5 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2.2 电梯的历史发展 人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。在商州时期,我国也已经出现 电梯的雏形了,就是提水用的辘轳,这是一种由木制的支架、卷筒、曲柄绳索构成的简 单的卷扬机,使用人力或畜力驱动,提升水的速度很慢。早在公元前 2600 年,埃及人 在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统,这套系统的基本原理至今仍无变化:即一 个平衡物下降的同时,负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203 年,在 法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机, 这才结束了用人力运送 重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后,起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其 后,威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯,液压的介质是水。在这些升降梯的基础 上,一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而,一个关键的 安全问题始终没有得到解决,那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时,负载平台就一定 会发生坠毁事故。 而自当 1831 年英国人法拉第发明电机以后, 德国最早出现了用电力拖动的升降机, 这就是线 年,在纽约水晶宫举行的世界博览会上,美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第 一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上,命令助手将平台拉升到 观众都能看得到的高度,然后发出信号,令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人 惊讶的是,升降梯并没有坠毁,而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯 安全装置发挥了作用。 “一切安全,先生们。 ”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观 看的人们挥手致意。谁也不会想到,这就是人类历史上第一部安全升降梯。 1889 年美国纽约的“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动机与蜗轮蜗杆电梯,提 升速度达到了 0.5m/s。 1900 年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。 1915 年已设计成功电梯自动平层控制系统。 1933 年美国制造出 6m/s 的高速电梯。 在第二次世界大战以后,美国的建筑业得以快速发展,促使电梯也进入发展时期, 新技术被广泛用于电梯。 1949 年研制出 4-6 台电梯的群控系统。 1955 年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。 1962 年在美国已出现了 8.5m/s 的超高速电梯。 6 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1967 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。 随着电力电子技术的发展, 在用晶闸管取 代直流发电机—电动机组的同时,研制出了交流调压调速系统,是交流电梯的调速性能 得到了明显改善。 1976 年将微处理器应用于电梯。 1977 年日本三菱电机株式会社开发出了 10m/s 的超高速电梯。 1984 年日本将交流变频调速系统用于 2m/s 以上的高速电梯。 1985 年以后,又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电 梯行业的当代技术。 1985 年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯,使其明显减少了占地面积。 1889 年 12 月,美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯,它采用直流电动机 为动力,通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索,悬挂并升降轿厢。 1892 年, 美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置, 取代传统的轿厢内拉动绳索的操 纵方式,为操纵方式现代化开了先河。 1993 年日本生产的 12.5m/s 世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。当前, 在电梯电力拖动方面,除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外,用交流变频调速方式 已成为高速电梯的主流。 应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制, 进一步提高电梯的性能和可靠性, 降低现场调试要求,是电梯控制技术的方向。电梯群控系统是现代电梯的技术的又一重 要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能,还具备 故障诊断功能。 在电梯品种方面,出现了双层电梯、大吨位的集装箱电梯等。 为适应摩天大楼对电梯的特殊要求,目前正在研制无绳直线驱动电梯。 此外,用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设 轿厢内通信设施以及轿厢不在安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置, 也是电梯 技术现代化的体现。同时,更着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性,进而主张电梯、 扶梯与大自然相协调, 对经济性、 能耗、 噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。 至此,电梯进入了全面快速发展的新时期。 奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后,搭乘升降梯就 不再是“勇敢者的游戏”了,升降梯在世界范围内得到广泛应用。生活在继续,科技在 发展,电梯也在进步。150 年来,电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操 纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对 7 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 话等等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿厢电梯展示出节省井道空间, 提升运输能力的优势;变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间;不同外形 ——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不 再封闭。如今,以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿,仍在继续 进行电梯新品的研发,并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主 机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款集纳了人类在机械、电子、光学等 领域最新科研成果的新型电梯竞相问世,冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉,人们的 生活因此变得更加美好。 2.3 电梯的分类 电梯种类繁多,各有所用,根据建筑的高度、用途及客流量(或物流量)的不同, 而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法如下: 1、按用途分类 乘客电梯:为运送乘客设计的电梯,要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 载货电梯:主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。 医用电梯:为运送病床、担架、救护车而设计的电梯,轿厢具有长而窄的特点。 杂物电梯:供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 观光电梯:轿厢壁透明,供乘客观光用的电梯。 车辆电梯:用作装运车辆的电梯。 船舶电梯:船舶上使用的电梯。 建筑施工电梯:建筑施工与维修用的电梯。 其它类型的电梯,除上述常用电梯外,还有些特殊用途的电梯,如冷库电梯、防爆 电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 2、按驱动方式分类 交流电梯: 用交流感应电动机作为驱动力的电梯。 根据拖动方式又可分为交流单速、 交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯:用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在 2.00m/s 以上。 液压电梯:一般利用电动泵驱动液体流动,由柱塞使轿厢升降的电梯。 8 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 齿轮齿条电梯:将导轨加工成齿条,轿厢装上与齿条啮合的齿轮,电动机带动齿轮 旋转使轿厢升降的电梯。 螺杆式电梯:将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹,再将带有推力轴承的大螺母安 装于油缸顶,然后通过电机经减速机(或皮带)带动螺母旋转,从而使螺杆顶升轿厢上 升或下降的电梯。 直线电机驱动的电梯:其动力源是直线电机。 电梯问世初期,曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯,现已基本绝迹。 3、按运行速度分类 电梯无严格的速度分类,我国习惯上按下述方法分类。 低速梯:常指低于 1.00m/s 速度的电梯。 中速梯:常指速度在 1.00~2.00m/s 的电梯。 高速梯:常指速度大于 2.00m/s 的电梯。 超高速梯:速度超过 5.00m/s 的电梯。 随着电梯技术的不断发展,电梯速度越来越高,区别高、中、低速电梯的速度限值 也在相应地提高。 4、按电梯有无司机分类 有司机电梯:电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。 无司机电梯:乘客进入电梯轿厢,按下操纵盘上所需要去的层楼按钮,电梯自动运 行到达目的层楼,这类电梯一般具有集选功能。 有/无司机电梯: 这类电梯可变换控制电路, 平时由乘客操纵, 如遇客流量大或必要 时改由司机操纵。 5、按操纵控制方式分类 手柄开关操纵:电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关,实现电梯的起动、上升、 下降、平层、停止的运行状态。 按钮控制电梯:是一种简单的自动控制电梯,具有自动平层功能,常见有轿厢外按 钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。 信号控制电梯:这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层,自动 开门功能外,尚具有轿厢命令登记,层站召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等 功能。 集选控制电梯:是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯,与信号控 制的主要区别在于能实现无司机操纵。 9 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 并联控制电梯: 2~3 台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制, 共用层站外召唤按 钮,电梯本身都具有集选功能。 群控电梯: 是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。 群控有梯群的程序控制、 梯群智能控制等形式。 6、其它分类方式 按机房位置分类,则有机房在井道顶部的(上机房)电梯、机房在井道底部旁侧的 (下机房)电梯,以及有机房在井道内部的(无机房)电梯。 按轿厢尺寸分类,则经常使用“小型” 、 “超大型”等抽象词汇表示。 此外,还有双层轿厢电梯等。 7、特殊电梯 斜行电梯,轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行,是集观光和运输于一体的输 送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后,斜行电梯发展迅速。 立体停车场用电梯,根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。 建筑施工电梯,是一种采用齿轮齿条啮合方式(包括销齿传动与链传动,或采用钢 丝绳提升) , 使吊笼作垂直或倾斜运动的机械, 用以输送人员或物料, 主要应用于建筑施 工与维修。 它还可以作为仓库、 码头、 船坞、 高塔、 高烟囱的长期使用的垂直运输机械。 2.4 电梯的主要参数及性能指标 2.4.1 性能指标 (1)安全性 电梯时运送乘客的,即使载货电梯通常也有人相伴随,因此对电梯的第一要求就是 安全。电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系,任何一个环节 出了问题,都可能造成不安全的隐患,以致造成事故。 (2)可靠性 电梯的可靠性很重要,如果一部电梯工作起来经常出故障,就会影响人们正常的生 产与生活,给人们造成很大的不便,不可靠也是事故的隐患,常常是不安全的起因。要 想提高可靠性,首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性,只有每个零部件都是可靠 的,整个电梯才能使可靠的。 10 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (3)停站的准确性 停站准确性又称平层准确度,平层精度。GB/T10058-1997《电梯技术条件》对轿厢 的平层准确度规定如表 2-1。 表 2-1 平层准确度表 电梯类型 交流双速电梯 额定速度(m/s) 0.25 或 0.5 0.75 或 1.0 交直流快速电梯 交直流高速电梯 1.5—2.0 ≥2.0 平层准确度(m/s) ≤±15 ≤±30 ≤±15 ≤±5 电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度,电梯的负载情况有密切关系。负载重, 则惯性大,提速高惯性也大。因此检查平层准确度时,分别以空载,满载,上下运行, 到达同一层站停测量平衡误差,取其最大值做平层站的平层准确度。 (4)振动、噪声及电磁干扰 现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因为要求电梯运行平稳,安静,无 电磁干扰。 (5)舒适感和快速感 电梯作为一种交通工具,对于快速性的要求是必不可少的,快速可以节省时间,这 对于快节奏的现代生活中的乘客是很重要的。 但是加速度和减速度的过分增大的不合理 变化又会造成乘客的不适感。 因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛 盾的因素。 (6)节能 现代电梯应该合理的选择拖动方式,以达到节能的目的。 2.4.2 主要参数 1)额定载重量(kg) :制造和设计规定的电梯载重量。 2)轿厢尺寸(mm) :宽×深×高。 3) 轿厢形式: 有单或双面开门及其它特殊要求等, 以及对轿顶、 轿底、 轿壁的处理, 颜色的选择,对电风扇、电线)轿门形式:有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。 11 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 5)开门宽度(mm) :轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 6)开门方向:人在厅外面对厅门,门向左方向的为左开门,门向右方向开启的为右 开门,两扇门分别向左右两边开启者为中开门,也称为中分门。 7)曳引方式:常用的有半绕 1:1 吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 半绕 2:1 吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕 1:1 吊索法,轿厢 的运行速度等于钢丝的运行速度。 8)额定速度(m/s) :制造和设计所规定的电梯运行速度。 9)电气控制系统:包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机 拖动,轿内按钮控制或集选控制等。 10)停层站数(站) :凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 11)提升高度(mm) :由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。 12) 顶层高度 (mm) :由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂 直距离。电梯的运行速度越快,顶层高度一般越高。 13)底坑深度(mm) :由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度 越快,底坑一般越深。 14) 井道深度 (mm) : 由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂 直距离。 15)井道尺寸(mm) :宽×深。 2.5 电梯的结构 电梯是机、电一体化产品。用电气其机械部分好比是人的躯体,电气部分相当于人 的神经,控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度,密切协同,使电梯可靠 运行。尽管电梯的品种繁多,但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结 构,其机械部分由曳引系统,轿厢和门系统,平衡系统,ag旗舰厅app下载导向系统以及机械安全保护装 置组成。而电气控制部分由电力拖动系统,运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系 统组成。电梯基本结构如图 2-1 所示[2]。 12 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 图 2-1 电梯的基本结构 1-控制柜(屏);2-曳引机;3-曳引钢丝绳;4-限速器;5-限速器钢绳;6-限速器张紧装置; 7-轿厢;8-安全钳;9-轿厢门安全触板;10-导轨;11-对重;12-厅门;13-缓冲器。 (1)曳引系统 电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力,驱动电梯运行。主要由曳引机,曳引 钢丝绳,导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的运行提供动力,由电动机,曳引轮,连 轴器,减速箱,和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连着轿厢和对重,依靠钢丝绳 和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距,采用复 绕型还可以增加曳引力。 (2)导向系统 导向系统由导轨,导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度, 使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。 13 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (3)门系统 门系统有轿厢门,层门,开门,连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口,由门扇, 门导轨架, 等组成, 层门设在层站入口处。 开门机设在轿厢上, 是轿厢和层门的动力源。 (4)轿厢 轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿 厢体的承重机构,由横梁,立柱,底梁,和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底,轿厢壁,轿 厢顶以及照明通风装置,轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由 额定载重量和额定客人数决定 (5)重量平衡系统 重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平 衡轿厢自重和部分额定载重。 重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳 长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。 (6)电力拖动系统 电力拖动系统由曳引电机,供电系统,速度反馈装置,调速装置等组成,的作用是 对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源,根据电梯配置可采用交流电机或者直 流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行 速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对曳引电机进 行速度控制。 (7)电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置,操纵装置,平层装置,和位置显示装置等部分组 成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求,控制电梯的运行,设置在机房中的控 制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层 装置是发出平层控制信号,使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层,是指轿厢在接 近某一楼层的停靠站时,欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同—平面的操作。位置显示装置 是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯, 厅门指示灯还用尖头指示电梯的 运行方向。 (8)安全保护系统 安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统,可保护电梯安全的使用。机械方 面的有:限速器和安全钳起超速保护作用,缓冲器起冲顶和撞底保护作用,还有切断总 电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。 14 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 2.6 电梯的控制要求 人们对现代电梯的自动化程度和智能性的要求越来越高, 常有以下基本功能, 其中, 有些是厂家作为标准功能配置在电梯上,有些是可按用户要求配置。 (1)集选控制。集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分 析处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记,停站延时自动关门起动 运行,同向逐一应答,自动平层自动开门,顺向截梯,自动换向反向应答,能自动应召 服务。 (2)满载控制。当轿内满载时,不响应厅外召唤。 (3) 故障重开门。 因故障使电梯门不能关闭时, 或者在关门的过程中又有乘客进入 的时候,使门重新打开再试关门。 (4) 独立操作。 只通过轿内指令驶往特定楼层, 专为特定楼层乘客提供服务不应答 其它层站和厅外召唤。 (5)特别楼层优先控制。特别楼层有呼唤时,电梯以最短时间应答。应答前往时, 不理会轿内指令和其它召唤。到达该特别楼层后,该功能自动取消。 (6)停梯操作。在夜间、周末或假日,通过停梯开关使用电梯停在指定楼层停梯 时,轿门关闭,照明、风扇断电,以利节电、安全。 (7)司机操作。由司机关门启动电梯运行,由轿内指令按钮选向,厅外召唤只能顺 向截梯,自动平层。 (8)清除无效指令。清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。 (9)开门时间自动控制。根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况,自动调整 开门时间。 (10)按客流量控制开门时间。监视乘客的进出流量,使开门时间最短。 (11)开门时间延长按钮。用于延长开门时间,使乘客顺利进出轿厢。 (12)下行集选。只在下行时具有集选功能,因此厅外只设下行召唤按钮,上行不 能截梯。 (13)强迫关门。当门被阻挡超过一定时间时,发出报警信号,并以一定力量强行 关门。 (14)光电装置。用来监视乘客或货物的进出情况。 (15)光幕感应装置。利用光幕效应,如关门时仍有乘客进出,则轿门未触及人体 就能自动重新开门。 15 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 (16)副操纵箱。在轿厢内左边设置副操纵箱,上面设有各楼层轿内指令按钮便于 乘客较拥挤时使用。 (17)电子触钮。用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。 (18)灯光报站。电梯将到达时,厅外灯光闪动,并有双音报站钟报站。 (19)停电时紧急操作。当市电电网停电时,用备用电源将电梯运行到指定楼层待 机。 (20)火灾时紧急操作。发生火灾时,使电梯自动运行到指定楼层待机。 (21)消防操作。当消防开关闭合时,使电梯自动返回基站,此时只能由消防员进 行轿内操作。 (22)故障检测。将故障记录在微机内存(一般可存入 8~20 个故障) ,并以数码 显示故障性质。当故障超过一定数量时,电梯便停止运行。只有排除故障,清除内存记 录后,电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能[3]。 不过是由于本次设计工作的时间有限,不可能实现下面的所有控制要求,只能完成 其中的一些最基本的控制要求。 16 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 3 总体方案设计 3.1 控制系统的组成 基于 PLC 的电梯控制系统和其他类型的电梯控制系统相似, 主要由信号控制系统和 拖动控制系统两部分组成。图 3-1 为基于 PLC 的电梯控制系统的基本结构图,由图可知 系统的主要硬件有 PLC 主机及扩展、 机械系统、 主拖动系统、 轿厢操纵盘、 厅外呼梯盘、 指层器、门机与调速装置等。 图 3-1 基于 PLC 的电梯控制系统基本结构图 系统控制过程核心就是为操纵盘、厅外呼梯盘、井道及安全保护信号通过 PLC 输入 接口送入 PLC,存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号,并通过输出借口向拖动和 门机控制系统发出控制信号。 3.2 信号控制系统 电梯信号控制几乎全部由 PLC 实现。 即用于电梯控制的各个信号由 PLC 控制单元处 理,这些输入到 PLC 的控制信号很多,具体如图 3-2 显示:运行方式选择(如自动、有 /无司机、检修、消防运行方式等) 、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、 旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 17 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 图 3-2 基于 PLC 的电梯信号控制系统框图 3.3 基于 PLC 的电梯控制系统要实现的功能 (1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; (2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; (3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 (4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有信号灯指示 (5)停层时可延时 3s 自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; (6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; (7)无内选时延时 8s 自动关门,但不能自动行车; (8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。 18 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 4 硬件的选择与设计 4.1 PLC 简介 4.1.1 PLC 定义 因为的 PLC 不断发展,所以很难对它下一个确切的定义。在不同时期 NEMA 和 IEC 等机构对 PLC 下过多个定义,在此并不枚举,但所有都定义表明,PLC 是一种能直接应 用于工业环境的数字电子装置,它与其他顺序控制装置不同。 4.1.2 PLC 的特点 PLC 能如此迅速发展的原因是由于它具有传统计算器与通用计算机所不及的一些下 列特点: 1、 可靠性。 可靠性包括产品的有效性和可维修性。 PLC 的可靠性高, 表现在下列几方面: (1)与继电器逻辑控制系统比较,PLC 可靠性提高的主要原因: I.PLC 不需要大量的活动部件和电子元器件, 它的接线也大大减少。 与此同时, 系统的维修简单、维修时间缩短,因此可靠性得到提高。 II.PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计, 例如, 冗余设计、 掉电保护、 故障诊断和信息保护及恢复等,使可靠性得到提高。 III.PLC 有较强的易操作性,它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点,因 对操作和维修人员的技能要求降低,容易学习和掌握,不容易发生操作的失误,可 靠性高。 (2)与通用的计算机控制系统比较,PLC 可靠性提高的主要原因: I.PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用计算机控 制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言,编程的出错 率大大降低,而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此,PLC 的 可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高. II.在 PLC 的硬件设计方面,采用了一系列提高可靠性的措施。例如,采用可靠 性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等,设 有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维 19 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 修的设计等等。 III.在 PLC 的软件设计方面,也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如, 采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的 显示等等。一份用户选用 PLC 原因的调查报告指出,在各种选用 PLC 的原因中,第 一位的原因是由于 PLC 可靠性高的用户达 93%。 其次, 才是性能和维修方便等原因。 可见,可靠性高是 PLC 的主要特点。 2、易操作性。PLC 的易操作性表现在下列三个方面: (1)操作方便对 PLC 的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了输人信息的显示,对大 中型的 PLC,编程器采用 CRT 屏幕显示,因此,程序的输人直接可以显示。更改程序的 操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找,然后进 行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 屏幕上显示。所以 PLC 具有操作方便的特点。 (2)编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说,梯形图 由于与电气原理图较为接近,容易掌握和理解,所以有利于程序的编写和学习。采用布 尔助记符编程语言时,由于符号是功能的简单缩写,十分有利于编程人员的编程。虽然 功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及,但是,由于它们具有 功能清晰、易于理解等优点,正为广大技术人员所接纳和采用,并发挥出更有效的功能 特点。 (3)维修方便,PLC 所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系 统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故 障代码的显示,或通过编程器和 CRT 屏幕的显示,很快地找到故障所在的部位,为迅速 排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展,有些 PLC 的制造企业提供了维修 用的专用仪表或设备,提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡 件或插件板,使维修工作变得十分方便。 PLC 的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性,例如,对需维修的部件设置在便 于维修的位置, 信号灯设置在易于观察的部位, 接线端子采用便于接线与更换的类型等, 这些设计使维修工作能方便地进行,从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化 工艺生产流水线作业,使维修用的备品备件简化,也使维修变得方便。 3、灵活性。PLC 的灵活性表现在下列三方面: (1)编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能 模块图和语句描述编程语言,只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样 20 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 性使编程方便,应用面拓展。由于采用软连接的方法,在生产工艺流程更改或者生产设 备更换时,可以不必改变 PLC 的硬设备,通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。 这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点,使 PLC 能大量地替代继电器顺序控制系统,成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔 性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程 控制系统(CIPS)中,PLC 正成为主要的控制设备,得到广泛的应用。 (2)扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规 模不断扩展,即可进行容量的扩展,功能的扩展,应用和控制范围的扩展。它不仅可以 通过增加输人输出单元增加点数, 通过扩展单元来扩大容量和功能, 也可以通过多台 PLC 的通信来扩大容量和功能,甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩 展它的功能,并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。 (3) 操作的灵活性。 操作的灵活性是指设计的工作量大大减少, 编程的工作量和安 装施工的工作量大大减少,操作十分灵活方便,监视和控制变得容易。在继电器顺序控 制系统中所需的一些操作可以简化,不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。 四、机电一体。化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠,向优质高产低耗要效 益,对过程控制设备和装置提出了机电一体化——仪表、电子、计算机综合的要求,而 PLC 正是这一要求的产物,它是专门为工业过程控制而设计的控制设备,它的体积大大 减小,功能不断完善,抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内, 把仪表、 电子和计算机的功能综合在一起。 因此, 它已成为当今数控技术、 工业机器人、 过程流程控制等领域的主要控制设备。 4.1.3 PLC 的主要功能和应用 PLC 的主要功能和应用如下: (1)开关逻辑和顺序控制这是 PLC 应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是 完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制, 从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。 (2)模拟控制在工业生产过程中,由许多连续变化的物理量需要进行控制,如温 度、压力、流量、液位等,这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛 要求,目前大部分 PLC 产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制 点数不多,同时混有较多的开关量时,PLC 具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外 某些 PLC 产品还提供了典型控制策略模块,如 PID 模块,从而可实现对系统的 PID 等反 21 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 馈或其他模拟量的控制运算。 (3)定时控制 PLC 具有很强的定时、计数功能,它可以为用户提供数十甚至上百 个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器,如果需要对于频 率较高的信号进行计数,可以选择高速计数器。 (4)数据处理新型 PLC 都具有数据处理的能力,它不仅能进行算术运算,数据传 送,而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能,有些 PLC 还可以进行浮 点运算、函数运算。 (5) 信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。 在信号连锁系统中, 采用高可靠性 的 PLC 是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统, 而对其中的逻辑运算等,可采用冗余的 PLC 实现。 (6)通信把 PLC 作为下位机,与上位机或同级的可编程序控制器进行通信,成数 据的处理和信息的交换,实现对整个生产过程的信息控制和管理,因此 PLC 是实现工厂 自动化的理想工业控制器。 4.1.4 PLC 与其他工业控制系统的比较 1、PLC 与继电器控制系统比较 从某种意义上说,PLC 是从继电接触控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之 处,如表 4-1 所示。 表 4-1 可编程序控制器与继电器柜的区别 可编程序控制器 控制方式 程序(软件) 继电器柜 继电器配线(硬件) 控制功能 指令以软件实现大规模高兴能控制 控制要素 变更控制 高可靠性,寿命长,高速控制。 更改程序可适应各种控制对象 器件功能有限,随规模加大而大型化 有触点,寿命有限,低速控制 更改器件之间连接,更改困难 2、PLC 与微型计算机的比较 PLC 也是随着微型计算机的发展而发展,PLC 实质上就是一台专为工业生产控制设 计的专用计算机。两者既有相似处有差别,如表 4-2 所示。 22 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 表 4-2 可编程序控制器与通用计算机的区别 比较项目 工作方式 编程语言 工作环境 对使用者的要求 可靠性 系统软件 适用领城 通用计算机 中断方式 汇编语言、高级语言 要求较高 需进行专门的学习培训才能掌握 商业级要求 功能强大,但占用存储空间过大 办公、管理,科学计算、家庭 可编程序控制器 扫描方式 助记符语句表、梯形图等 可在较差的环境下工作 语言易学,稍加培训即可使用 工业级,且有多种特殊设计 功能专用,占用存储空间小 工业控制 从上边的论述和比较可以看出。 由 PLC 的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电 器控制系统高的多,它是专门为工业控制场合设计的,所以他的稳定性也比一般通用计 算机要好的多,而且它操作简单灵活,易于实现系统升级和功能扩展所以在本设计中采 用 PLC 来进行逻辑控制。 4.2 变频器的选择 随着变频技术的发展,变频器的性价比的大大提高,交流变频调速已广泛应用于许 多领域,由于变频调速的诸多优点,使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。 4.2.1 通用变频器概况 通用变频器的发展 上个世纪 80 年代初, 通用变频器实现了商品化。在近 20 年的时间内,经历了由模 拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大发展过程。 1、容量不断扩大 80 年代初采用的 BJ T 的 PWM 变频器实现了通用化。到了 90 年代初,BJT 通用变频 器的容量达到了 600KVA, 400KVA 以下的已经系列化。 前几年主开关器件开始采用 IGBT, 仅三、四年的时一间,IGBT 变频器的单机容量已达 1800KVA,随着 IGBT 容量的扩大, 通用变频器的容量也将随之扩大。 2、结构的小型化 变频器主电路中功率电路的模块化,控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字 23 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 控制技术,结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施,促进了变频电源装置的小 型化。另外,一种混合式功率集成器件,采用厚薄膜混合集成技术,把功率电桥、驱动 电路、检测电路、保护电路等封装在一起,构成了一种“智能电力模块”(Intelligent Module)这种器件属于绝缘金属基底结构,所以防电磁干扰能力强,保护电路和检测电 路与功率开关间的距离尽可能的小,因而保护迅速且可靠,传感信号也十分迅速。 3、多功能和智能化 电力电子器件和控制技术的不断进步,使变频器向多功能化和高性能化方向发展。 特别是微机的应用,为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流 调速电气传动控制的大量实践经验,并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用 变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能, 即可以把原有生产机械的工艺水 平“升级”, 达到以往无法达到的境界, 使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。 目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的 VS616GS 变频器就有:(l)无 PG(速度传感器)V/f 控制;(2)有 PGV/f 控制;(3)无 PG 矢量控制:(4) 有 PG 矢量控制等四种控制方式。 通过控制面板, 可以控制上述四种控制方式中的一种, 以满足用户的需要。 4、应用领域不断扩大 通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制,直到全数字控制的演变, 逐步地实现了多功能化和高性能化,进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性 不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的 多机协调运行等,到目前为止,其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械,从反抗性 负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等 都已采用了通用变频器;金属加工机械,从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、 加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面, 如农用机械、 食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池,可以 说其应用范围相当广阔,并且还将继续扩大。 4.2.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向 采用变频器的调速传动技术,近年来取得惊人的进步。从技术发展动向来看,大致 有如下几个方面: 24 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 1、IGBT 的应用 最近几年来,IGB T 的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高,驱动电路 简单。用于通用变频器时,有如下明显的效果: (1)由于载波效率的提高(20KHz 或更高),负载电动机的噪声明显减少, 实现了 低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而 “消 失”。 (2)同样由于载波频率的提高,使电动机的电流(特别是低速时的电流)波形更加 趋于正弦波,因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。 (3)由于 IGBT 为电压驱动型,因而简化了驱动回路,使整个装置更加紧凑,可靠 性提高,成本降低。 (4)主开关器件如果采用 IPM,上述效果将更加明显。 2、网侧变流器的 PWM 控制的变频器 目前上市的绝大多数通用变频器,其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。虽然 控制简单,成本较低,但也有它的缺点。比如,网侧电流波形严重畸变,影响电网的功 率因数,谐波损耗大,电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。 现已开发出一种新型的采用 PWM 控制方式的自换相交流器, 并己经成功地用作变流 器中的网侧变流器。电器结构形式与逆变器完全相同,每个桥臂均由一个自关断器件和 一个二极管反并联组成。其特点是:直流输出电压连续可调,输入电流(网侧电流)波形 基本为正弦,功率因数可保持为 l,并且能量可以双向流通。 网侧变流器采用 PWM 控制交流器又称为“双 PWM 控制变频器”。 这种再生能量回馈 式高性能通用变频器,代表着另一个新的技术动向。它的大容量化,对于制动频繁的或 可逆运行的生产设备十分有意义。但因其价位高、投资大,所以在某种程度上限制了它 的发展速度。 3、矢量控制变频器的通用化 在造纸、轧钢等应用领域,要求精度高,响应快,一般性的通用变频器已经不能胜 任,往往要采用矢量控制方案.但是矢量控制往往需要速度传感器,运算复杂、调整麻 烦,对电动机的参数依赖性较大.目前,国内正在努力使矢量控制变频器实现通用化.因 此, 对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术 发展方向。 电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外,他的舒适度指标往往是选 择中的一项重要内容。 本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲 25 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 线运行,以改善电梯运行的舒适感;另外,由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用 电量的相当比例,因此,电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素,本设计选用 安川 VS 一 616G5 型全数字变频器,它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应 等一系列先进功能,可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率,同时降低了电 机运行损耗,特别适合电梯类负载频繁变化的场合。 另外,616G5 变频器的起动、制动具有可任意调节的 S 曲线%力 矩的特点,配以高精度的旋转编码器,控制精度可达 0.01-0.02%,使得电梯运行舒适感 好,零速抱闸,平层精度高。无须配专用电机,可自学习所配电机的各个参数,精确控 制任何品牌的电机。采用高性能 IGBT,载波频率 20KHZ,从而使变频器输出一个不失真 的正弦流波形,使电机始终运行于静噪音状态。 4.2.3 VS 一 616G5 型变频器参数设置 1、VS 一 616G5 变频器的特点如下: (1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 (2)有丰富的内藏与选择功能。 (3)由于采用了最新式的硬件,因此,功能全、体积小。 (4)保护功能完善、维修性能好。 (5)通过 LCD 操作装置,可提高操作性能。 2、VS-61665 变频器的参数 61665 变频器共有 9 组参数, 每一组参数的设定都具有特定的含义, 如表 4-3 所示。 表 4-3 参数 A组 B组 C组 D组 E组 F组 H组 功用 确定控制模式 选择运动功能 确定加减时间及转矩补偿时间 选择频率 确定运行压频曲线 保护设置 确定偏压标准 变频器参数表 26 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 下面,我们将对其中的一些参数进行设置,如表 4-4 所示。 表 4-4 变频器参数设置表 参数 A1-02 B1-01 B1-02 B1-03 B1-04 B2-01 B2-04 C1-03 C1-04 C2-01 C2-02 C2-03 C2-04 C5-01 C5-02 d1-01 E1-01 E1-04 E1-05 E1-06 E1-09 E2-01 E2-02 E2-03 E2-04 L3-04 名称 控制方式选择 频率指令选择 运行方式选择 停止方法选择 反转禁止选择 零速度级别 停止时直流制动时间 加速时间 2 减速时间 2 加速开始时 S 特性曲线时间 加速结束时 S 特性曲线时间 减速开始时 S 特性曲线时间 减速结束时 S 特性曲线时间 ASR 比例增益 ASR 积分时间 频率指令 1 输入电压设置 最高输出频率 最大电压 额定电压频率 最低输出频率电压 电机额定电流 电机额定滑差 用变频器的自学习功能获取 空载电流 电机极数 失速防止 27 4 0 设定值 3 0 1 0 0 0.2Hz 0.8S 1.5S 1.5S 0.2S 0.2S 0.2S 0.2S 5 1S 6.25Hz 380V 50Hz 380V 50Hz 0 230A 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 3、变频器多段速设计 本次设计采用两段速设计,即通过多段速指令 1 切换主速或辅速。图 4-1 为其接线 变频器两段速接线、制动电阻的选择 变频器制动电阻的选择: 根据由于电梯为位能负载, 电梯运行过程中产生再生能量, 所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够 将再生能量回馈电网,但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在 制动电阻上, 成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻 R1 的大小应使制动电流 I1 的值不超过变频器额定电流的一半,即 0 I1 = R1 ≤ 2I U 1 ( 4 - 1 ) 其中U0 为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工 作,因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。 28 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 4.3 其他硬件的选择 4.3.1 曳引电机的选择 对于交流曳引电机功率按净功率进行计算 Qν(1-) 102ηi N= 式中: KW ( 4 - 2 ) Q————— 额定载重量(Kg) ,对于该梯 Q=1000Kg υ————— 曳引轮节径线速度(m/s),该梯υ=1.6m/s; ————— 电梯平衡系数,这里ψ=0.5; η————— 机械传动效率,对于有齿轮曳引机取η=0.5; i————— 钢丝绳绕绳倍率,这里 i=1. 将 G=1000,υ=1.5, =0.5, η=0.5,i=1 代入公式 4-2 可计算 N= 14.7 (KW) 故而选用额定电压为 380V,容量为 15KW 电动机,极对数为 4,额定频率为 50Hz 的 三相绕线 电梯制动器原理 电梯制动器是通电时产生双向电磁推力,使刹车机构与电机旋转部分脱离,断 电时电磁力消失,在外加制动弹簧压力的作用下,形成失电制动的摩擦式制动器。 当电梯处于静止状态时,曳引电动机、电磁电梯制动器的线圈中均无电流通 过,这时因电磁铁间没有吸引力、制动瓦块在制动弹簧压力作用下,将制动轮抱 紧,保证曳引电机不旋转;当曳引电动机通电旋转的瞬间,制动电磁铁中的线圈同 时通上电流,电磁铁心迅速磁化吸合,带动制动臂使其制动弹簧受作用力,制动瓦 块张开,与制动轮完全脱离,电梯得以运行;当电梯轿厢到达所需停站时,曳引电 动机失电、制动电磁铁中的线圈也同时失电,电磁铁芯中的磁力迅速消失,铁芯在 制动弹簧的作用下通过制动臂复位,使制动瓦块再次将制动轮抱住,电梯停止工 作。 29 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 4.4 PLC 系统硬件设计 4.4.1 I/O 点估计 此次设计是一个基于 PLC 的四层电梯控制系统,在选择 PLC 型号之前,我们需要先 估计 I/O 点数,这是最主要的选择标准 根据电梯的层站数、梯型、控制方式、应用场所及具体控制要求,计算出 PLC 的输 入信号与输出信号的数量 (1)现场输入信号。电梯作为一种多层站、长距离运行的大型运输设备,在井道、 厅外及轿厢内有大量的信号需要通过输入接口送入 PLC,其中有: ①内呼按钮共 4 个,即内呼按钮去 1 楼、内呼按钮去 2 楼、内呼按钮去 3 楼、内呼 按钮去 4 楼,用于下达各层轿内指令。 ②外呼按钮共 6 个,即 1-3 层外呼向上和 2-4 层外呼向下,用于厅外乘客发出召唤 信号。 ③楼层感应干簧管共 4 个,即一层感应干簧管、二层感应干簧管、三层感应干簧管 和四层感应干簧管。感应干簧管安装在井道中每层平层位置附近,在轿厢上安装有隔磁 钢板,当电梯上行或下行,使隔磁钢板进入干簧管内时,干簧管中的触点动作发出控制 信号。干簧管主要用于:发出电梯减速信号;发出楼层指示信号。 ④开关门按钮共 2 个,用于乘客或司机手动开、关门控制。 ⑤厅门开关 1-4 层共 4 个,再加轿门开关 1 个共 5 个,分别安装在厅门、轿门上。 当它们全部闭合时,说明所有门都已关好,电梯允许运行;若上述开关有任何一个没有 闭合,说明有的门未关好,这时不允许电梯运行。为了节省输入点,设计门联锁回路图 如图 4-3 所示。只有全部门电气联锁开关在全部接通的情况下,控制柜内的门联锁继电 器方能吸合,门锁继电器的触点才能接通,将该对触点作为门安全信号送到 PLC 的输入 点,此时电梯才能运行。因此,厅门开关和轿门开关可以整合成一个输入点,达到减少 I/O 点数的积极意义。 30 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 图 4-3 门联锁回路 ⑥ 门区感应干簧管(用于判断电梯是否正好处于平层位置) 、上/下行极限限位开 关。 ⑦ 超重信号、警铃按钮 (2)现场输出信号。PLC 将执行结果通过输出接口控制以下输出设备: ①指示灯信号 14 个:外呼 1 上指示灯、外呼 2 上指示灯、外呼 2 下指示灯、外呼 3 上指示灯、外呼 3 下指示灯、外呼 4 下指示灯;内呼去 1 楼指示灯、内呼去 2 楼指示 灯、内呼去 3 楼指示灯、内呼去 4 楼指示灯;1 层位置指示灯、2 层位置指示灯、3 层位 置指示灯、4 层位置指示灯。 ② 曳引电机正转(电梯上行) 、曳引电机倒转(电梯下行) 、主/辅速切换。 ③其他控制信号:门电机正转(开门) 、门电机倒转(关门) 、超重警报以及报警警 铃输出共 4 个。 4.4.2 选择 PLC 型号 由以上分析可知,现场输入信号共 24 个,输出信号共 21 个,可选择西门子公司生 产的 S7-200CPU226 基本单元 (24 入/16 出, AC/DC 继电器输出方式) 外加扩展模块 EM222 (8 输出,24V DC) ,主机和扩展模块共有 24 入/24 出,满足本系统 24 个输入点,21 个 输出点的要求,并留有适度余量。S7-200PLC 是德国西门子公司研制生产出的一种叠装 式结构的小型可编程控制器。 它指令丰富、 功能强大、 可靠性高、 适应性好、 结构紧凑、 便于扩展、性能价格比高,且输出端可直接驱动 2A 的继电器/接触器线圈,抗干扰能力 强,广泛应用于各种自动化系统。S7-200 CPU226 主机可带 7 个扩展模块,用户程序存 储容量为 6.6K 字;内置高速计数器,具有 PID 控制器的功能;有 2 个高速脉冲输出端 和 2 个 RS-485 通信口;具有 PPI 通信协议、MPI 通信协议和自由口协议的通信能力。由 于是继电器输出方式,所以带载灵活,既可带直流负载,也可带交流负载。因此,适用 于本电梯系统控制。PLC 的 I/O 口定义、分配见表 4-5。 31 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 表 4-5 PLC I/O 端口分配表 输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 对应信号 1 层平层开关 2 层平层开关 3 层平层开关 4 层平层开关 内呼按钮去 1 楼 内呼按钮去 2 楼 内呼按钮去 3 楼 内呼按钮去 4 楼 外呼按钮 1 上 外呼按钮 2 上 外呼按钮 3 上 外呼按钮 2 下 外呼按钮 3 下 外呼按钮 4 下 轿厢内开门按钮 轿厢内关门按钮 开门限位 关门限位 超重感应 报警按钮 门区层感应干簧管 门安全信号 上行极限限位开关 下行极限限位开关 输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 对应信号 1 层位置指示灯 2 层位置指示灯 3 层位置指示灯 4 层位置指示灯 内呼去 1 楼指示灯 内呼去 2 楼指示灯 内呼去 3 楼指示灯 内呼去 4 楼指示灯 外呼 1 上指示灯 外呼 2 上指示灯 外呼 3 上指示灯 外呼 2 下指示灯 外呼 3 下指示灯 外呼 4 下指示灯 门电机正转(开门) 门电机倒转(关门) 曳引电机正转(上行) 曳引电机倒转(下行) 超重警报 报警警铃 多级速度指令 1 4.4.3 电梯硬件接线 河南理工大学毕业设计(论文)说明书 5 软件设计 5.1 PLC 的编程语言与 STEP 7 概述 PLC 的程序就是指 PLC 指令的有序合,PLC 运行程序就是按一定的顺序,执行这组 合中的指令。指令是指示使得 PLC 动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同, 这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲,指令的实质都是二进制机器码。 同普通的计算机一样,PLC 的编程软件通过编译系统把 PLC 程序编译成机器代码。 PLC 提供了功能较为完整的编程语言,以适应 PLC 在工业环境中的应用。利用 PLC 的编程语言,按照不同的控制要求编制不同的控制程序,这相当于设计和改变继电器控 制的硬件接线,也就是所谓的“可编程序” 。 PLC 的编程语言一般有五种:顺序功能图(Sequential Function Chart)、梯形图 (Ladder Diagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List) 和结构文本(Structured Text)。其中,顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD) 是图形编程语言,指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广 泛的 PLC 图形编程语言,梯形图与继电器控制系统的电路图相。

点击排行