基于s7200plc的变频调速电梯控制系统设计本科毕业论文Word格式文档下载.docx

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指导教师签字：

摘要

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。

采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电动机拖动到交流单速、交

流双速电动机驱动，到交流调压调速控制，发展到交流调压调频技术控制，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。

新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频技术，由于vwF电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。

在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，重点分析了电梯改造中如何用变频器和PLc来完善电梯控制系统，研究并提出了基于PLc和变

频器的电梯控制系统的实现方案，利用FR-A540型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。

通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使PI_c的内部资源和功能得到了充分的利用。

采用PLc对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

该系统具有先进、可靠、经济的特色。

该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。

具有集选控制的特点。

关键词：

电梯，PLC，变频器，控制系统

ABSTRACT

Theelevatorisindispensableforthehigh-risebuildingofverticaltransportationtools.AsaresultofthetraditionalelevatoroperationlogicControlsystemadoptsrelaylogiccontrolcircuit.Usingthiskindofcontrolcircuit,easilyoutoforder,maintenanceinconvenience,shortoperatinglife,andtakeupthespaceislargefaults.Fromthepointoftechnologydevelopment,thesystemwillgraduallybeeliminated.Withtherapiddevelopmentoftheelevatordrivetechnology,controltechnology,theelevatorfromdcmotortodragtothesinglespeed,communication

Flowtwo-speedmotordrives,acregulatingspeedcontrol,developmenttotheacvoltageregulatorcontrolfrequencymodulationtechnology,thelogiccontrolalsobyPLCinsteadofrelaycontrol,maketheelevatorrunningreliability,safety,comfort,flatlayerprecision,speed,savingenergyandreducingconsumption,reducenoisegotgreatdevelopment.Inthestudybasedonthebasicstructureoftheelevator,thispaperexpoundsthedragprincipleandcontrolprincipleofelevator,analyzedElevatortransformationinhowtoimprovetheelevatorcontrolsystemwithfrequencyconverterandPLc,studyandputforwardbasedonPLcandvariableFrequencyoftheelevatorcontrolsystemimplementationscheme,usingFR-A540invertercanpreparethespeedcurveCharacteristicsfortheimprovementofelevatorcomfort,providesthetechnicalsupport.Throughrationalanalysisofthespeedcontrolcurvecanbeeither

Meettherequirementofquicknessandavoidstheeffectofaccelerationofgravity,theuseofrotaryencoder,makePI_chasmadefulluseofinternalresourcesandfunction.AdoptingPLctocontroltheelevatorsignalsystem,developedacompleteelevatorcontrolsoftware,improvetheleveloftheelevatorcontrol,andimprovetheintimacyoftheelevatorrunning,maketheelevatorhasreachedtheidealcontroleffect.Thesystemhasadvanced,reliable,andeconomiccharacteristics.Theelevatorcontrolsystemwiththedriveroperationandnodriveristhefunctionofmanualandautomaticoperation,andreferstothelayer,thehallcall,selectthelayer,choosetowaitforafunction.Hasthecharacteristicsofthesetofselectedcontrol.

Keywords:

Elevator,PLC,Transducer,Controlsystom

第六章设计结论…………………………………………………………………………59

参考文献…………………………………………………………………………………..60

致谢………………………………………………………………………………………..61

附录………………………………………………………………………………………..62

第1章绪论

1.1电梯的历史

很久之前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。

公元前1100年前后，我国古人发明了辘轳，它采用卷筒的回转运动完成升降动作，因而增加了提升物品的高度。

公元前236年，希腊数学家Archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。

这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。

19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。

1845年，威廉?

汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。

尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台安全升降机诞生。

1889年，升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。

电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。

19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。

20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。

20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。

1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。

1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。

1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。

由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。

这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。

随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电动机拖动到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速控制，发展到交流调压调频技术（vvvF）控制，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。

1.2世界电梯行业发展现状

电梯技术的发展在现代化城市的高速发展中,一幢幢高楼拔地而起。

电梯是楼房里上下运送乘客或货物的垂直运输设备。

随着电梯技术的发展,绿色化、低能耗、智能化、网络化、蓝牙技术的电梯一定能为人类提供更好的服务。

无齿轮,远程监控技术将是电梯工业的主要研究方向。

2000年5月，迅达电梯公司发布Eurolift无机房电梯。

它采用高强度无钢丝绳芯的合成纤维曳引绳“SchindlerAramid”牵引轿厢。

永磁电机无齿轮曳引机驱动。

每根曳引绳大约由30万股细纤维组成，其曳引绳比传统的钢丝绳轻4倍，绳中嵌入了石墨纤维导体，使得能够监控曳引绳的轻微磨损等变化。

2000年5月，据ElevatorWorld报道，意大利Maspero电梯公司在意大利伯尔尼亚冬季滑雪地安装了一台斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿导轨运行，斜行电梯是一种坡道交通工具。

2000年，奥的斯公司发布Gen2无机房电梯。

它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。

无齿轮曳引机呈细长形，体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。

2002年4月17～20日，三菱电机公司在第5届中国国际电梯展览会上展出了倾斜段高速运行的自动扶梯模型。

可铰接伸缩的驱动齿条结构在运行时可使梯级的间隔发生变化，从而使速度也产生变化。

其倾斜段的速度是出入口水平段的速度的1.5倍，这样既缩短了乘客的乘梯时间，也提高了乘客上下扶梯的安全性与平稳性。

2002年，台北国际金融中心大厦安装日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。

该电梯连接地下1层和第89层观光层，提升高度为388m。

2003年2月，奥的斯公司发布新型的NextStep?

自动扶梯，它采用Guarded?

踏板设计，梯级踏板和围裙板成为协调运行的单一模块；

它还采用了其它一些提高自动扶梯安全性的新技术，自动扶梯技术又一次更新。

1.3、电梯行业的发展趋势

据中国电梯协会统计，1980年我国电梯产量为2,249台，2007年达21.6万台，是1980年的96倍，26年中平均每年增长约19%。

2007年我国的电梯产量超过全球总量的一半。

我国不但是全球最大的电梯市场，而且形成了全球最强的电梯生产能力，成为电梯领域的世界工厂和制造中心。

尽管电梯产量飞速增长，我国电梯的市场需求远未达到饱和的程度。

电梯行业的市场容量与建筑和基础设施等社会固定资产的投资，以及与社会生活品质的提高有密切的关联。

未来电梯行业的发展趋势如下：

一、未来无机房电梯的需求将成为电梯发展亮点，将有更多的开发商选择无机房电梯，而无机房电梯价格稳中有升，特别是安全可靠的第四代无机房电梯，将成为购买热点。

同时电梯企业之间的合作将有更好的趋势。

二、观光电梯的式样将一改过去半园及菱形的局面，象WALESS平面观光电梯只在原来价格上增加8000元的产品更受用户欢迎，还有WALESS的1/4园无机房观光电梯可以让建筑设计与施工更简单，成本更低，成为未来观光电梯的抢手货。

为此在未来观光电梯的式样将从原来2种增加到5-6种，让用户可以选择更多的观光式样，并满足低价用户选择观光电梯以及别墅观光电梯的需求。

三、住宅电梯的多样性及综合成本选择为未来的发展趋势。

在未来住宅电梯的多样性表现在有机房与无机房电梯并存；

住宅廉价电梯与高档电梯并存；

普通住宅电梯与住宅观光电梯并存的局面。

同时开发商为了开发利益，在电梯井道土建设计、施工及电梯设备采购安装上将多方面考虑，为此不再只比较电梯设备的价格，而综合考虑成本将逐步成为选择住宅电梯的基本要求之一。

四、未来电梯企业的广告费用将比以前增多，而且将更多地考虑广告的实用性和有效性。

五、电梯标准化生产将在一些企业实施，通过标准化生产来降低生产成本服务用户、提高产品质量是电梯产品发展的另外一个趋势，而这个趋势可能将从中国开始走向全球。

六、安装和售后服务质量将成为未来的另外一个重要提高的趋势，而且重视培养安装队伍也将成为今后几年重要的教学重点之一。

七、同时本人认为在未来一些原来的知名品牌将受到新崛起的有新技术品牌的威胁，中国电梯行业将更多地参与国际竞争，而更多的投资商将分享电梯这份蛋糕。

八、节能电梯是未来几年发展的主要趋势。

电梯行业发展趋势也迫使采购趋势的改变，采购趋势的更新也将迫使电梯行业发展趋势符合采购需要，在今后几年无论是行业发展和采购趋势。

随着社会经济水平的提高和人口老龄化程度的加剧，既有建筑加装电梯的需求已引起政府的高度重视。

据上海有关部门预测，2006-2010年间上海约有20余万栋多层旧楼房将加装电梯。

从全国来看，此部分需要的住宅电梯总量每年至少10万台以上。

如果我国的电梯总量达到了150万台，电梯的平均寿命按20年计，则每年仅更新就有7.5万台的需求。

1.4电梯的结构

图1-1电梯结构图

电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.

一.曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.

曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.

二.导向系统

导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.

导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.

三.轿厢

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.

轿厢由轿厢架和轿厢体组成.

四.门系统

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.

门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成.

五.重量平衡系统

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常.

系统主要由对重和重量补偿装置组成.

六.电力拖动系统

电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.

电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.

七.电气控制系统

电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.

电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏（柜）,平层装置,选层器等组成.

八.安全保护系统

保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生.

由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成.

第2章PLC系统与变频器概述

2.1PLC的历史和结构介绍

2.1.1PLC的发展

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.1.2PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

2.1.3PLC的CPU

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

2.1.4PLC的I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。

常用的I/O分类如下：

开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

2.1.5PLC的电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

2.1.6底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

2.1.7PLC系统的其它设备

1、编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

2、人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

3、输入输出设备：

用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

图2-1PLC基本结构

2.2可编程序控制器的工作方式

2.2.1.PLC的扫描工作方式，

可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。

从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。

可编程序控制器工作时的扫描过程如图1所示，包括五个阶段：

内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。

PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。

扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

2.2.2可编程序控制器的编程语言

PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD，LadderDiagram）、功能块图（FBD，FunctionBlockDiagram），