基于plc的載貨電梯控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 主要功能是限制轎 廂和對重的活動自由度 ， 使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動 。 導向系統主要由導軌 、 導靴和導軌架組成 。 （ 3） 轎廂 轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件 ， 是電梯的工作部分 。 轎廂由轎廂架和轎廂體組成 。 （ 4） 門系統 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 6 門系統的主要功能是封住層站入口和轎廂入口 。 門系統由轎廂門 、 層門 、 開門機 、 門鎖裝置組成 。 （ 5） 重量平衡系統 系統的主要功能是相對平衡轎廂重量 ， 在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內 ， 保證電梯的曳引傳動正常 。 系統主要由對重和重量補償裝置組成 。 （ 6） 電力拖動系統 電力拖動系統的功能 是提供動力 ， 實行電梯速度控制 。 電力拖動系統由曳引電動機 、 供電系統 、 速度反饋裝置 、 電動機調速裝置等組成 。 （ 7） 電氣控制系統 電氣控制系統的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制 。 電氣控制系統主要由操縱裝置 、 位置顯示裝置 、 控制屏 (柜 )、 平層裝置 、 選層器等組成 。 （ 8） 安全保護系統 保證電梯安全使用 ， 防止一切危及人身安全的事故發生 。 由限速器 、 安全鉗 、 緩沖器 、 端站保護裝置組成 。 電梯的主要拖動技術 (1)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 。 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 。 這種系統控制的電梯速度在 1 米 /秒以下 。 (2) 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系統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 2 米 /秒以下的電梯 。 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 7 (3) 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 。 因此常用于對對速度 、 舒適感要求較高的建筑物中 。 (4) 可控硅直流供電拖動技術 可控硅直接供電拖動系統在工業上早有應用 。 但用于電梯上卻要解決舒適感問題 (尤其是低速段 )。 應此應用較晚 ， 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%。 世界上最高速度的 10m/s 電梯就是采用這種系統 ， 其調速比達 1:1200。 (5)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 (1) 繼電器控制技術 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 )。 (2) 交流變頻變壓控制技術 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 8 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。 ① 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。 ② 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。 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 9 第 3章 貨梯控制系統的硬件設計 可編程控制器（ PLC） 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。 從控制功能來看，可編程控制器的發展大致經歷了 4 個階段： （ 1） 初級階段：從第一臺 PLC 問世到 20 世紀 70 年代中期 （ 2） 擴展階段：從 20 世紀 70 年代中期到 70 年代末期 （ 3） 通信階段： 20 世紀 70 年代末期到 80 年代中期 （ 4） 開放階段：從 20 世紀 80 年代中期開始 由于國際標準化組織提出了開放系統互連的參考模型 OSI，使 PLC 在開放功能上有較大發展。主要表現為通信系統的開放，使各制造廠商的產品可以通信， 通信協議開始標準化，使用戶得益。此外， PLC 開始采用標準化軟件系統，增加高級語言編程，并完成了編程語言的標準化工作。這一階段的產品有西門子公司的 S7 系列， AB 公司的 PLC5， SLC500，德維森的 V80 和 PPC11，加拿大 ONLINECONTROL 公司與合控電氣公司所開發的 OPENPLC 等。 可編程控制器（ PLC）的定義 由于 PLC 在不斷發展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。在二十世紀七十年代 PLC 問世后，由美國電氣制造商協會 (National ElectricManufacturer AssociationNEMA)對 PLC 下過如下的定義： PLC 是一種數字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序運算、計數計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 10 1987 年，國際電工委員會 (International Electrical CommitteeIEC)頒布了 PLC 標準草案，其第 3 版對 PLC 作了如下的定義： PLC 是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和控制系 統形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計。 可編程控制器（ PLC）的基本結構 PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。 （ 1） CPU 模塊 在 PLC 系統中， CPU 模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出。 （ 2） I/O 模塊 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡稱 I/O 模塊，它們是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和 CPU 模塊的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號。數字量（或開關量）輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的數字輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器，測速發電機和各種變送提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。數字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、批示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備。模擬量輸出模塊用來控制調節閥、變頻器等執行裝置。 CPU 模塊的工作電壓一般是 DC5V，而 PLC 的輸入 /輸出信號電壓一般較高，如DC5V 和 AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲 可能損壞 CPU 模塊中的元器件，或影響 PLC 的正常工作。在 I/O 模塊中，用光電耦合器、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負載。 I/O 模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。 （ 3） 編程裝置 編程裝置用來生成用戶程序，并對它進行編輯、檢查和修改。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型 PLC 編程，或者用來現場調試和維修。 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 11 （ 4） 電源 PLC 一般使用 220V 交流電源或 24V 直流電源。內部的開關電源為各模塊提供各種直流電 源。小型 PLC 一般可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關）提供24V 直流電源，驅動 PLC 負載的直流電源一般由用戶提供。 可編程控制器（ PLC）的工作原理 當 PLC 運行時，用戶程序中眾多的操作需要執行。但 CPU 是不能同時執行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執行一個操作。由于 CPU 的運算處理速度較高，使得外部出現的結果從宏觀上來看幾乎是同時進行的，這種分時操作的過程叫做CPU 對程序的掃描。掃描叢 0000 號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，再無中轉或跳轉的情況下，按存儲地址遞增的方向順序逐條掃描 用戶程序即執行，直到程序結束。每掃描完一次程序，就構成一個掃描周期。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重復。順序掃描的工作方式簡單，簡化了程序設計，并為 PLC 的可靠運行提供了可靠的保障。一方面，所掃描的程序被執行后，其結果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用；另一方面，還可以利用 CPU 設置的定時器來監視每次掃描是否超過規定的時間，從而避免了由于 CPU 內部故障使程序進入死循環而造成故障的影響。 （ 1） PLC 的基本工作如下 （圖 31） ： ① 輸入現場信息：在系統軟件的控制下，順次掃描各輸 入點的狀態 。 ② 執行程序：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據輸入狀態和指令內容進行邏輯運算 。 ③ 輸出控制信號：根據邏輯運算的結果，輸出狀態寄存器向各輸出點并行發出相應的控制信號，實現所要求的邏輯控制功能。上述過程執行完后，又重新開始，反復地執行。每執行一遍所需的時間稱為掃描周期。 PLC 的掃描周期通常為幾十毫秒。 基于 PLC的載貨電梯控制系統設計 12 圖 31 PLC 基本工作 過程圖 （ 2） 自診斷程序 每次掃描開始，先執行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和 CPU 等進行診斷，診 斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態，并與正常的標準狀態進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障。此時， PLC 立即啟動關機程序，保留現行工作狀態，并關斷所有輸出點，然后停機。診斷結束后，如無故障， PLC繼