基于plc的變頻調速電梯控制系統設計與實現(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 通訊自動化(CA)的正常運轉。 錯誤 !未找到引用源。 舒適感。通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以 CPU 控制電壓及頻率的連續變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優化設計而成的理想運行曲線，實現更穩定、更舒適的運行。 對現代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經濟性、能耗、噪聲等級等方面也有相應要求。 設計主要內容 課題設計的主要內容是用可編程控制器和變頻器設計二十三層居民樓電梯控制系 需圖紙找 251133408 第 5 頁 共 50 頁 統。調速系統采用交流變頻調速，在各種負載下都有良好的調速性能和準確的停車性能，滿足乘客的舒 適感和保證平層精度（即準確停車），并能節約大量電能。 畢業設計說明書的主要內容如下： 首先對電梯系統及可編程控制器（ PLC）、變頻器作了比較全面的介紹。接著確定了系統的總體結構，由 PLC 來實現電梯信號控制，變頻器實現變頻調速，完成了 PLC和變頻器的選擇。然后是系統硬件開發，完成了變頻器參數設置及 PLC 的選型、 I/O 點數分配以及旋轉編碼器與 PLC 的連接。最后，設計了軟件流程圖，完成系統模塊化編程。 需圖紙找 251133408 第 6 頁 共 50 頁 第 2 章 電梯的概述 本章介紹了電梯系統的基本結構及各種分類方式。電梯控制系統主要分為機械和電氣兩大部分，詳細 介紹電梯系統的組成和分類，為下面系統設計做準備。 電梯的基本結構 電梯是機電一體化產品。目前使用的電梯絕大多數為電力拖動、鋼絲繩曳引式結構，其機械部分由曳引系統，轎廂和門系統，平衡系統，導向系統以及機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統，運行邏輯功能控制系統和電氣安全保護等系統組成。電梯的基本結構如圖 21 所示。 1. 控制柜 (屏 ) 2. 曳引機 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. 導軌 11. 對重 12. 廳門 13. 緩沖器圖 21 電梯的基本結構 (1)曳引系統 電梯曳系統的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由曳引機，曳引鋼214538791011126 13 需圖紙找 251133408 第 7 頁 共 50 頁 絲繩，導向輪和反繩輪組成。曳引機為電梯的運行提供動力，由電動機，曳引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。曳引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加曳引力。 (2)導向系統 導向系統由導軌，導靴和導軌架組成 。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軌做升降運動。 (3)門系統 門系統有轎廂門，層門，開門，連動機構等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇，門導軌架，等組成，層門設在層站入口處。開門機設在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。 (4)轎廂 轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風裝置，轎廂裝飾件和轎廂內操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數決定。 (5)重量平衡系統 重量平衡系統由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設計影響的裝置。 (6)電力拖動系統 電力拖動系統由曳引電機，供電系統，速度反饋裝置，調速裝置等組成，它的作用是對電梯進行速度控制。曳引電機是電梯的動力源，根據電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統是為調速系統提供電梯運行速度信號。一般采用測速發電機或速度脈沖發生器與電機相連。調速 裝置對曳引電機進行速度控制。 (7)電氣控制系統 電梯的電氣控制系統由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的停靠站時，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到同一平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內和廳門的指示燈，廳門指示燈還用箭頭指示電梯的運行方向。 (8)安全保護系統 需圖紙找 251133408 第 8 頁 共 50 頁 安全保護系統包括機械的和電氣的各種保護系統，可保護電梯安全的使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用，還有切斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環節中都有體現。 電梯的種類 根據建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下 ： (1)按用途分類 乘客電梯 ： 為運送乘客設計的電梯，要求有完善的安全設施以及一定的轎內裝飾。 載貨電梯 ： 主要為運送貨物而設計，通常有人伴隨的電梯。 醫用電梯 ： 為運送病床、擔架、醫用車而設計的電梯，轎廂具有長而窄的特點。 雜物電梯 ： 供圖書館、辦公樓、飯 店運送圖書、文件、食品等設計的電梯。 觀光電梯 ： 轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。 車輛電梯 ： 用作裝運車輛的電梯。 船舶電梯 ： 船舶 上使用的電梯。 建筑施工電梯 ： 建筑施工與維修用的電梯。 其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫 電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。 (2)按驅動方式分類 交流電梯 ： 用交流感應電動機作為驅動力的電梯。根據拖動方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調壓調速、交流變壓變頻調速等。 直流電梯 ： 用直流電動機作為驅動力的電梯。這類電梯的額定速度一般在 以上。 液壓電梯 ： 一般利用電動泵驅動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。 齒輪齒條電梯 ： 將導軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動機帶動齒輪旋轉使轎廂升降的電梯。 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，然后通過電機經減速機（或皮帶）帶動螺母旋轉，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。 直線電機 驅動的電梯 ： 其動力源是直線電機。 電梯問世初期，曾用蒸汽機、內燃機作為動力直接驅動電梯，現已基本絕跡。 (3)按速度分類 電梯無嚴格的速度分類，我國習慣上按下述方法分類。 需圖紙找 251133408 第 9 頁 共 50 頁 低速梯 ： 常指低于 。 中速梯 ： 常指速度在 ～ 。 高速梯 ： 常指速度大于 。 超高速梯 ： 速度超過 。 隨著電梯技術的不斷發展，電梯速度越來越高，區別高、中、低速電梯的速度限值也在相應地提高。 (4)按電梯有無司機分類 有司機電梯 ： 電梯的運行方式由專職司機操縱來完成。 無司機電梯 ： 乘客進入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運行到達目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。 有 /無司機電梯 ： 這類電梯可變換控制電路，平時由乘客操縱，如遇客流量大或必要時改由司機操縱。 (5)按操縱控制方式分類 手柄開關操縱 ： 電梯司機在轎廂內控制操縱盤手柄開關，實現電梯的起動、上升、下降、平層、停止的運行狀態。 按鈕控制電梯 ： 是一種簡單的自動控制電梯，具有自動平層功能，常見有轎外按鈕控制、轎內按鈕控制兩種控制方式。 信號控制電梯 ： 這是一種自動控制程度較高的有司機電梯。除具有自動平層，自動開門功能外，尚具有轎廂命令登記，層站召喚登記，自動停層，順向截停和自動換向等功能。 集選控制電梯 ： 是一種在信號控制基礎上發展起來的全自動控制的電梯，與信號控制的主要區別在于能實現無司機操縱。 并聯控制電梯 ： 2～ 3 臺電梯的控制線路并聯起來進行邏輯控制，共用層站外召喚按鈕，電梯本身都具有集選功能。 群控電梯 ： 是用微機控制和統一調度多臺集中并列的電梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。 (6)其它分類方式 按機房位置分類，則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側的（下機房）電梯，以及有機房在井道內部的（無機房）電梯。 按轎廂尺寸分類，則經常使用 “ 小型 ” 、 “ 超大型 ” 等抽象詞匯表示。此外，還有雙層轎廂電梯等。 需圖紙找 251133408 第 10 頁 共 50 頁 第 3 章 系統結構及基本方案的選擇 本章確定了系統的總體結構，并針 對系統的總體結構，對變頻器的類型進行了述，并確定由 PLC 來實現電梯信號控制，完成了電梯控制系統中變頻器和可編程控制器的選擇。 課題開發是基于 PLC 的電梯變頻調速系統，采用變頻器和 PLC 組成的變頻調速電梯控制系統。電梯的調速部分選用高性能的矢量控制變頻器，邏輯部分由 PLC 來實現。 系統的總體結構 系統采用集中控制方式，主要包括信號控制系統和拖動控制系統兩大部分。圖 31為電梯 PLC 電梯控制系統框圖，主要硬件包括 PLC 主機及擴展、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、安全裝置、顯示裝置、調速裝置與主拖動系統等。控 制系統的核心為可編程控制器 (PLC)，操縱盤、呼梯盒、位置、安全保護及變頻器工作狀態等信號輸入 PLC，經 PLC運算處理后由輸出接口分別向顯示電路發出呼梯、定向等顯示信號，通過變頻器向主拖動電動機發出控制信號。 . 31 電梯控制系統框圖 課題的核心問題有兩個：一是變頻器的參數設置以滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求；二是由 PLC 編程實現電梯運行時各種信號控制。 可 編 程 控 制 器 變頻器 旋轉編碼器 顯示裝置 安全裝置 廳外呼梯盒 轎廂操縱盤 拖動控制系統 M 3~ 信息控制系統 需圖紙找 251133408 第 11 頁 共 50 頁 輸入接口 PLC 輸出接口 分頻信號 運行方式選擇 運行控制信號 樓層顯示 安全保護信號 開關門控制 內指令信號 外指令信號 呼梯信號 開關信號 平層信號 運行方向 指示 拖動控制系統 設計思路 (1)信號控制系統 電梯信號控制基本由 PLC 軟件實現。電梯信 號控制系統如圖 32 所示，輸入到 PLC的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有 /無司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器、光電脈沖、開關門及限位信號、門區和平層信號等。 圖 32 電梯 PLC 信號控制系統框圖 (2)電梯控制系統實現的功能 電梯的控制系統實現如下功能： 錯誤 !未找到引用源。 行車方向由內選信號決定，順向優先執行； 錯誤 !未找到引用源。 行車途中如遇呼梯信號時，順向截車 ,反向不截車； 錯誤 !未找到引用源。 內選信號、呼梯信號具有記憶功能，執行后解除； 錯誤 !未找到引用源。 內選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均由信號燈指示； 錯誤 !未找到引用源。 停層時可延時自動開門、手動開門； 錯誤 !未找到引用源。 無內選時延時 5s 自動關門，但不能自動行車； 錯誤 !未找到引用源。 行車時不能手動開門或本層呼梯開門 ,開門不能行車； 錯誤 !未找到引用源。 長短站減速距離分別設定。 拖動控制系統 需圖紙找 251133408 第 12 頁 共 50 頁 PLC 控制系統與其它控制方式的比較 PLC 控制系 統與繼電器控制系統的比較 繼電器組成的順序控制系統是最早的一種實現電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學技術的發展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電氣控制的弱點就越來越明顯。 可編程控制器（ PLC）最早是根據順序邏輯控制的需要而發展起來的，是專門為工業環境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。同時，由于機電交流變頻調速技術的發展，電梯的拖動方式已由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速。因此， PLC 控制 技術加變頻調速技術已成為現代電梯行業的一個熱點。 電梯繼電器控制系統的優點：所有控制功能及信號處理均由硬件實現，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握；系統的保養、維修及故障檢