基于plc的自動電梯運行系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 2m/s 的電梯。如 ，；通常用在 10 層以上的建筑物內） 。（4）低速電梯（lm/s 及以下的電梯。如 ，，1m/s ；通常用在 10層以下的建筑或客貨兩用電梯或貨梯） 。按用途分類（1）乘客電梯（2）載貨電梯（3）客貨（兩用）電梯 （4）病床電梯（5）住宅電梯（6）雜物電梯（7）船用電梯（8）觀光電梯（9）車輛電梯按有無司機分類 4 （1）有司機電梯必須有專職司機操縱。（2）無司機電梯不需要專門司機，而由乘客自己操縱，具有集選功能。（3）有/無司機電梯根據電梯控制電路及客流量等，平時可改由乘客自己操縱電梯運行，客流大或必要時可由司機操縱。按操縱控制方式分類（1）手柄控制電梯（2）按鈕控制電梯（3）信號控制電梯（4）集選控制電梯（5）下(或)上集選控制電梯 （6）并聯控制電梯（7）梯群程序控制電梯（8）梯群智能控制電梯（9）微機控制電梯按拖動方式分類（1）直流電梯（2）交流電梯（3）液壓電梯（4）齒輪齒條電梯（5）螺桿式電梯（6）直線電機驅動電梯 電梯的主要組成電梯是把機電合成一體的大型復雜產品，為了研究的方便，必須首先對電梯的總體結構有概括認識。 電梯在空間上的組成一部電梯總體的組成有機房、井道、轎廂和層站四個部分，也可看成一部電梯占有了四大空間。轎廂所屬的主要構件：轎頂輪、轎廂架、轎廂底、轎廂門、自動門機構、自動安全觸板、平層感應器、護腳板、導靴、對重、電話、繩頭板。井道所屬的主要構件：轎廂導軌、對重導軌、導軌支架和壓道板，對重輪、隨線電纜、極限開關、端站限位開關、轎廂中間接線盒。機房 5 所屬的主要構件：控制柜、承重梁、導向輪、限速器、選層器、極限開關。層站所屬的主要構件：層樓顯示器、自動層門鑰匙開關、手動鑰匙開關、層門門鎖、層門框、層門地坎、呼梯鈕、到站鐘。 電梯功能的組成導向系統功能：限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作上、下運動。組成的主要構件與裝置：轎廂的導軌、對重的導軌及其導軌架。曳引系統功能：輸出與傳送動力，驅動電梯運行。組成的主要構件與裝置：曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪、反繩輪等。轎廂功能：用以運送乘客和(或)貨物的組件，是電梯的工作部分。組成的主要構件與裝置：轎廂架和轎廂體。門系統功能：乘客或貨物的進出口，運行時層、轎門必須封閉，到站時才能打開。組成的主要構件與裝置：轎廂門、層門、開門機、聯動機構、門鎖等。重力平衡系統功能：相對平衡轎廂重力以及補償高層電梯中曳引繩長度的影響。組成的主要構件與裝置：對重和重力補償裝置等。電器控制系統圖功能：對電梯的運行進行操縱和控制。電梯結構圖見圖 。 電梯的主要拖動技術電梯的拖動控制系統經歷了從簡單到復雜的過程，到目前為止應用于電梯的拖動技術主要有以下幾個方面。 6 單、雙速交流電動機拖動技術大家都知道交流電動機具有結構緊湊，維修簡單等特點。當電動機是單速時，稱為交流單速電梯，其速度一般不高于 。當電動機是雙速時，稱為交流雙速電梯，其速度一般不高于 1m/s。單、雙速交流電動機拖動系統采用開環方式控制，線路簡單，價格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應用。但它的缺點是舒適感較差，所以一般被用于載貨電梯上。 交流電動機定子調壓調速拖動技術交流電動機定子調壓調速拖動技術國外已大量應用于電梯。這種系統采用可控硅閉環調速，加上能耗或渦流等制動方式，使得它所控制的電梯能在中低速范圍內大量取代直流快速和交流雙速電梯。它的舒適感好，平層準確度高，而造價卻比直流電梯低，結構簡單，易于維護，多用于 2m/s 以下的電梯。 7 直流發電機—電動機可控硅勵磁拖動技術直流電動機具有調速性能好，調速范圍大的特點，因此很早就應用于電梯，采用發電機—電動機組形式驅動。它控制的電梯速度達 4m/s，但是，機組結構體積大，耗電大，維護工作量較大，造價高，因此，常用于對速度，舒適感要求較高的建筑物中。 可控硅直接供電拖動技術可控硅直接供電拖動技術在工業上早有應用，但用于電梯上卻要解決舒適感問題（尤其是低速段） ，因此應用較晚，它幾乎與微機同時應用，比起電動機—發電機組形式的直流電梯，它有很多優點。如：機房占地節省 35%，重量減輕 40%，節能 25%到35%。 交流調速拖動技術80 年代初，VVVF 變頻變壓系統控制的電梯問世。當電動機具有調壓（variable voltage 縮寫為 VV）調速裝置時稱為交流調速電梯，它采用交流電動機驅動，卻可以達到直流電動機的水平，其速度一般不高于 。當電動機具有調壓調頻（variable voltage variable frequency，縮寫為 VVVF）調速裝置時稱為交流調頻調壓電梯，簡稱VVVF 控制電梯，目前控制速度已達 6m/s。它的體積小，重量輕，效率高，節省能源等幾乎包括了以往電梯的所有優點。是目前最新的電梯拖動系統。本設計應用的就是這種拖動技術。 電梯的主要控制技術 繼電器控制技術對使用者來說，在編制程序時，可以不考慮微處理器及存儲器內部的復雜結構，也不必用各種計算機使用的語言，而是把 PLC 看成內部由許多“軟繼電器”組成的控制器，以便于提供使用者按設計繼電器控制線路的形式進行編程。這樣，從功能上來講，可以把 PLC 的控制部分看作是由許多“軟繼電器”組成的等效電路。必須注意的是電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器，它實質上是存儲器中的一 8 位的觸發器。觸發器為“1”態，相當于繼電器接通；為“0”態，相當于繼電器斷開。PLC 為用戶提供的繼電器一般是：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、移位寄存器、計時器、計數器等。這些繼電器統稱為 PLC 的元素。其中，輸入、輸出繼電器與外部用戶輸入，輸出設備連接，而其他繼電器與外部用戶設備沒有聯系，因此統稱為內部繼電器。繼電器由兩個主要的部件構成，一是(電磁)線圈，二是(常開、常閉)接點。一旦繼電器線圈經接點 A 接通電源，電流就流過線圈(稱為得電)，使電磁鐵吸動銜鐵。銜鐵通過機械作用使原來呈閉合狀態的常閉接點斷開(成為吸斷)，緊接著使原來呈斷開狀態的常開接點閉合( 稱為吸合) 。反之，繼電器線圈斷電，電源不再給線圈供電(稱為失電)，那么銜鐵釋放返回原位(簡稱復位)，常開接點也隨之斷開復位(稱為釋斷)，緊接著常閉接點也復位閉合( 稱為釋合)。 交流變頻變壓控制技術PWM 控制技術是通用型變頻器中應用十分廣泛的一種電壓和頻率控制方法，它可以極為有效地抑制輸出電壓的諧波，而且動態響應較好。在頻率控制、效率等諸方面都有著十分顯著的優點。PWM 控制的原理PWM 是 Pulse Width Modulation 的縮寫，即脈寬調制。 PWM 控制是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變為電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到改變電壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達到變壓變頻的目的。在變頻調速應用中，則主要是后者即變壓變頻。形成 PWM 波形的方法有很多種，其中最基本的方法是利用三角形調制波和控制波的比較。控制系統通過比較電路將調制三角波與各相的控制波進行比較，變換為邏輯電平，并通過驅動電路使功率器件交替導通和關斷，則變頻器輸出各相電壓波形。為使逆變器輸出電壓波形趨于正弦波，常采用 SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式。SPWM 控制逆變器開關模式信號通常情況下利用三相對稱的正弦波參考信號（控制波）與一個共用的三角波載頻信號（調制波）互相比較來生成。控制上常有單極性和雙極性兩種情 9 況。所謂單極性控制，是指在輸出的半個周波內同一相的兩個導電臂僅一個反復通斷而另一個始終截止。所謂雙極性控制是指在輸出的半個周波內同一相的兩個導電臂互補交替通斷，具體工作情況與單極性控制類似。 本章小結本章先對電梯的定義、種類、組成進行闡釋，從而對電梯有初步了解。電梯是由電力拖動用以載貨或載人的垂直升降裝置。空間上由轎廂、井道、機房、層站組成；包含導向系統、曳引系統、轎廂、門系統、重力平衡系統、電器控制系統、電力拖動系統、安全保護系統等。本章主要介紹的是電梯的拖動和控制技術。電梯的拖動技術主要有單、雙速交流電動機拖動技術、交流電動機定子調壓調速拖動技術、直流發電機—電動機可控硅勵磁拖動技術、可控硅直接供電拖動技術、交流調速拖動技術。本文主要用的是交流調速拖動技術。電梯的主要控制技術包括繼電器控制技術和交流變頻變壓控制技術。繼電器控制技術從功能上把 PLC 的控制部分看作是由許多“軟繼電器”組成的等效電路。交流變頻變壓控制技術主要介紹的是：（1）PWM 控制技術即脈寬調制。PWM 控制是利用半導體開關器件的導通與關斷把直流電壓變為電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到改變電壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達到變壓變頻的目的。在變頻調速應用中，則主要是后者即變壓變頻。通用型變頻器是應用十分廣泛的一種電壓和頻率控制方法，它可以極為有效地抑制輸出電壓的諧波，而且動態響應較好。 （2）SPWM 控制。形成 PWM 波形的方法有很多種，其中最基本的方法是利用三角形調制波和控制波的比較。控制系統通過比較電路將調制三角波與各相的控制波進行比較，變換為邏輯電平，并通過驅動電路使功率器件交替導通和關斷，則變頻器輸出各相電壓波形。為使逆變器輸出電壓波形趨于正弦波，常采SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式。包括單極性和雙極性兩種情況。單極性控制是指在輸出的半個周波內同一相的兩個導電臂僅一個反復通斷而另一個始終截止。所謂雙極性控制是指在輸出的半個周波內同一相的兩個導電臂互補交替通斷，具體工作情況與單極性控制類似。 10 3 貨梯控制系統的硬件設計隨著社會的不斷迅速發展，電梯的應用越來越廣泛也越來越必要。電梯的調速精度、調速范圍等靜態和動態特性提出了更高的要求，而且電梯的首要保證就是安全，所以采用可編程控制器是非常合適的選擇。 可編程控制器（PLC）可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列的優點。特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣環境的能力，受到用戶的青睞。因而在冶金、化工、交通、電力、機械等領域獲得了廣泛的應用，成為了現代工業控制的三大支柱之一。 可編程控制器（PLC）的發展可編程序控制器的發展與計算機技術、半導體集成技術、控制技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術的發展息息相關。這些高新技術的發展推動了可編程序控制器的發展，而可編程序控制器的發展又對這些高新技術提出了更高更新的要求，促進了它們的發展。從控制功能來分，可編程序控制器的發展經歷了下列四個階段。第一階段：從第一臺可編程序控制器問世到 20 世紀 70 年代中期，是可編程序控制器的初創階段。這一階段的產品主要用于邏輯運算和計時、計數運算，它的 CPU 由中小規模的數字集成電路組成，它的控制功能較簡單。其典型產品包括有 MODICON 公司的 084\ALLENBRADLEY(AB)公司的 PDQ2,DEC 公司的 PDP1日立公司的 SCY022 等。由于這些產品主要完成邏輯運算功能，因此被稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic ControllerPLC)。第二階段：從 20 世紀 70 年代中期到末期，是可編程序控制器的擴展階段。在這一階段，產品的主要控制功能得到了較大的發展，它的發展主要來自兩方面，從可編程序 11 控制器發展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運算，同時擴展了其他運算功能；而從模擬儀表發展而來的控制器，其功能主要是模擬運算，同時擴展了邏輯運算功能。因此，按習慣的分類方法，前者被稱為可編程序邏輯控制器(PLC)，后者被稱為單回路或多回路控制器。可編程序控制器的名稱縮寫為 PC(Programmable Controller)，但是為了與個人計算機(Personal Computer)的名稱縮寫 PC 相區別，通常還是把可編程序控制器簡稱為 PLC，這一階段的產品有 MODICON 公司的 184,284,384，西門子公司的 SYMATIC S3 系列，富士電機公司的 SC 系列等產品。第三階段：從 20 世紀 70 年代末期到 20 世紀 80 年代中期，是 PLC 通信功能實現階段。與計算機通信的發展相聯系，PLC 也在通信方面有了很大的發展，初步形成了分布式的通信網絡體系，但是，由于制造企業各自為政，通信系統自成系統，因此，各產品的互相通信是較困難的。在該階段，由于生產過程控制的需要，對 PLC 的需求大大增加，產品的功能也得到了發展，數學運算的功能得到了較大的擴充，產品的可靠性進一步提高。這一階段的產品有西門子公司的 SYMATIC S6 系列、富士電機公司的MICREX 和德州儀器公司的 T1530 等等。第四階段：從 20 世紀 80 年代中期開始是 PLC 的開放階段。由于開放系統的提出，使 PLC 也得到了較大的發展。主要表現在通信系統的開放，使各制造企業的產品可以通信，通信協議的標準化使用戶得到了好處。在這一階段，產品的規模增大，功能不斷完善，大中型的產品多數有 CRT 屏幕的顯示功能，產品的擴展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標準的軟件系統，增加了高級編程語言等。這一階段的產品