基于PLC电梯调速控制系统的研究.doc

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基于PLC电梯调速控制系统的研究

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研究方向：

ResearchOnVariableVoltageVariableFrequencyElevatorSystemBasedOnPLC

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基于PLC电梯调速控制系统的研究

摘要

随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。

电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。

传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。

可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。

因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。

PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，控制系统的核心为PLC；交流变频调速是指电机的拖动控制系统由交流变频器来实现。

其次课题开发的主要任务和内容是：

建立“PLC控制交流变频调速电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用PLC集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经PLC运算、判断后通过变频器控制实现。

本课题的核心问题：

变频器的参数设置，以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求。

关键词：

电梯；PLC；变频调速；模块化

-45-

Abstract

Alongwithdevelopingmoderncity,increasinghighbuilding,theelevatorisbeginningtoplayavitalroleforwalkingtoolineverydaylife;thereforetheperformanceshouldbeimprovedforbotheconomyandefficiency.Asfarasthecomfortsenseconcerned,thetraditionalmotorusesthecontactortoshiftitsoperatingstate,andthedouble-speedasynchronousmotorstringsreactancetogetherwithresistanceinthestatortoalteritsvelocitymodulation,whichcouldnotmeetpassenger'scriterion.Moreover,thetraditionalcontrolsystemiscomposedoftherelaycontactorandcontrollogic,whichbringssuchdefectsas:

excessiveelectricalparts,weakfunction,over-frequentelectricfailure,lowreliabilityandshortlifeetc.

Theprogrammablelogiccontrol（PLC）isdesignedspeciallyforindustryenvironment,whichisbeingdevelopedbasedontherequirementofsequentiallogiccontrol.Herein,causeofitsallmerits,theelevator’srelaycontrolmodehasbeenreplacedbythePLCgradually.Atthesametime,asaresultofthedevelopmentofmotorACfrequencyinverter’stechnology,theelevator’sdrivingmodehasbeenreplacedgraduallybyitfromtheoriginalDCfrequencycontrol,whichcannotonlymeetthepassenger'scomfortcriterion,guaranteesteadyprecision,butalsoreducetheenergyconsumption,cuttheoperatingcost.Therefore,thePLCcontroltechnologyandthefrequencyinverterhasbeenbecomingthefocus.

ThePLCcontrol,whosecontrolsystemcoreisPLC,referstoberealizedusingPLCanditssoftwarefortheelevatorsignalcontrol;ACfrequencyinverterreferstoberealizedusingACtransduceronthesideofthemotor’sdraggingcontrolsystem.Andthemaincontentandassignmentsofthispaperare:

toestablishoverallframeof"PLCcontrolexchangefrequencyconversionvelocitymodulation’selevatorsystem”;tohandlewiththeelevator’srunningmodetogetherwithsomesignals,whicharesuchassecurity,inner-instruction,outer-call,hatchway,gateregion,switchgateandlimitation,usingPLC;tomaketheelevatorshowitsarrivalfloor,runningdirectionandresponseoflandingcall,torealizeitsgateoperatorcontrol;torealizethehoistmachine’sstart,run,brake,stop,includingcounterrotatingsignalandmulti-speedsignal,usingfrequencyinverterbyPLCafteroperation,judgments.

Thereisacoreprobleminthispaper:

Thefrequencyinverter’sparametersetup,tomeetthecriterionofitsrideefficiency,comfort,landingaccuracyandsecure.

Keywords:

Elevator;PLC;VVVF;Modular

目录

摘要 I

Abstract II

1前言 1

1.1电梯的控制要求 1

1.2电梯继电器控制系统的特点及存在问题 2

1.2.1电梯继电器控制系统的优点 2

1.2.2电梯继电器控制系统存在的问题 3

1.3可编程序控制器（PLC）及其在电梯控制中的应用特点 3

1.3.1PLC的特点 3

1.3.2PLC控制电梯的优点 4

1.4电梯变频调速控制的特点 4

1.5课题的主要研究内容 5

2电梯设备与电梯发展情况. 6

2.1电梯的起源 6

2.2电梯设备 6

2.2.1电梯的分类 6

2.2.2电梯的主要参数 7

2.2.3乘客电梯参数尺寸 9

2.2.4电梯的主要组成部分 11

2.2.5电梯的安全保护装置 11

2.3电梯的发展概况 11

2.3.1电梯技术发展概况 12

2.3.2电梯发展展望 12

3变频器的选择及其参数的设计 14

3.1变频器的分类 14

3.2变频器的选择 14

3.2.1选择变频器品牌型号 14

3.2.2选择变频器规格 14

3.2.3选择的变频器应满足的条件 15

3.3通用变频器 15

3.3.1通用变频器概况 15

3.3.2VS—616G5型通用变频器 16

3.4变频器的结构及其参数设计 18

3.4.1参数设计 19

3.4.2变频器自学习功能的应用方法 20

3.4.3变频器容量计算 21

3.4.4变频器制动电阻参数的计算 22

3.5异步电机的调速方法及经济技术比较 22

4PLC的选择及其硬件开发 26

4.1井道信号系统的设计 26

4.1.1干簧感应器的工作原理 26

4.1.2井道信号系统的设计 27

4.2PLC系统的硬件设计 29

4.2.1PLC控制系统设计的基本原则 29

4.2.2可编程控制器（PLC）的选型 31

4.3PLC控制系统硬件开发 32

4.3.1交流双速电梯的主电路 33

4.3.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 35

4.3.3设计思想 36

4.3.4I/O点数的分配及机型的选择 38

4.3.5程序流程图 41

5结论 42

参考文献 43

致谢 44

附图 45

1前言

随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。

电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。

电梯是垂直运输工具，属于位能负载，并且要求频繁起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，在空载上行或重载下行时，电动机的负载最小，甚至是处于发电状态，而电梯在重载上行或空载下行时，电动机的负载最大，是处于电动状态，这就要求电动机在四象限运行。

传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速，这满足不了乘客的舒适感；另外，传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。

可编程控制器（PLC:

ProgrammableLogicController）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。

因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。

1.1电梯的控制要求

人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。

但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主要的最基本的控制要求。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（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）满载控制。

当轿内满载时，不响应厅外召唤。

（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）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。

（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。

（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。

1.2电梯继电器控制系统的特点及存在问题

1.2.1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，易于理解和掌握，

适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。

（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。

（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。

1.2.2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。

（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扰。

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。

1.3可编程序控制器（PLC）及其在电梯控制中的应用特点

1.3.1PLC的特点

PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。

PLC与普通微机一样。

以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。

PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。

编程简单、灵活性强等特点。

（1）可靠性

对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。

1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。

2）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，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTTR，使可靠性提高。

3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。

4）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更简单的编程语言和更可靠的硬件。

采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。

例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。

6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。

例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。

（2）易操作性

PLC的易操作性表现在下列几个方面：

1）操作方便

PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。

大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。

编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。

更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接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上显示。

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，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。

采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。

3）维修方便

PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。

当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。

（3）灵活性

PLC的灵活性表现在以下几个方面：

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、功能模块和语句描述编程语言。

编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。

（2）扩展的灵活性。

PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。

它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。

（3）操作的灵活性。

操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。

1.3.2PLC控制电梯的优点

（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，外部线路简化。

（3）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。

1.4电梯变频调速控制的特点

随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。

电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。

变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。

（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。

（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

1.5课题的主要研究内容

课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）和变频器改造在用电梯自动控制系统。

由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。

因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。

针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。

调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车），并能节约大量电能。

论文的主要内容如下：

首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了比较全面的总结和介绍。

接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。

确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器（PLC）的选择。

然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与PLC的连接。

在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发实例。

最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。

2电梯设备与电梯发展情况.

2.1电梯的起源

1854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－历史上第一部安全升降梯。

从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。

以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。

150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。

自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。

各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。

为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。

电梯的基本结构如图2-1

2.2电梯设备

2.2.1电梯的分类

电梯的分类有各式各样：

一.电梯的分类:

1按用途分:

（1）客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.　

（2）货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.　

（3）客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.　　

（4）病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.　　

（5）住宅电梯代号Z供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.　　

（6）杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.