基于PLC的五层电梯控制系统设计Word文件下载.doc
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1.1乘客电梯：
为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。
1.2载货电梯：
主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。
1.3医用电梯：
为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。
1.4杂物电梯：
供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。
1.5观光电梯：
轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。
1.6车辆电梯：
用作装运车辆的电梯。
1.7船舶电梯：
船舶上使用的电梯。
1.8建筑施工电梯：
建筑施工与维修用的电梯。
1.9其它类型的电梯：
除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。
2.按驱动方式分类
2.1交流电梯：
用交流感应电动机作为驱动力的电梯。
根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。
2.2直流电梯：
用直流电动机作为驱动力的电梯。
这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。
2.3液压电梯：
一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。
2.4齿轮齿条电梯：
将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。
2.5螺杆式电梯：
将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。
2.6直线电机驱动的电梯：
其动力源是直线电机。
3.按速度分类
3.1低速梯：
常指低于1.00m/s速度的电梯。
3.2中速梯：
常指速度在1.00～2.00m/s的电梯。
3.3高速梯：
常指速度大于2.00m/s的电梯。
3.4超高速：
速度超过5.00m/s的电梯。
4.按电梯有无司机分类
4.1有司机电梯：
电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
4.2无司机电梯：
乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。
4.3有/无司机电梯：
这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。
5.按操纵控制方式分类
5.1手柄开关操纵：
电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。
5.2按钮控制电梯：
是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。
5.3信号控制电梯：
这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。
除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。
5.4集选控制电梯：
是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。
5.5并联控制电梯：
2～3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。
5.6群控电梯：
是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。
群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。
本文则主要介绍了我所在公司的无司机的中速乘客电梯如图2-1所示。
图2-1无司机中速乘客电梯的内部图
2.2电梯的结构
2.2.1电梯机房
我们要想了解电梯的组成部分就必须要了解电梯的整体结构以及大致框架如图2-2所示。
1.曳引机曳引机是电梯的驱动装置。
曳引机包括：
1）驱动电动机交流梯为专用的双速电动机或三速电动机。
直流梯为专用的直流电机。
2）制动器在电梯上通常采用双瓦块常闭式电磁制动器。
电梯停止或电源断电情况下制动抱闸，以保证电梯不致移动。
3）减速箱大多数电梯厂选用蜗轮蜗杆减速箱，也有行星齿轮、斜齿轮减速箱。
无齿轮电梯不需减速箱。
4）曳引轮曳引机上的绳轮称为曳引轮。
两端借助曳引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重，并依靠曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降。
图2-2电梯整体结构图
5）导向轮或复绕轮导向轮又称抗绳轮。
电梯轿厢尺寸一般都比较大，轿厢悬挂中心间的距离往往大于设计上所允许的曳引轮直径。
因此对一般电梯而言，通常要设置导向轮，以保证两股向下的曳引钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离。
对复绕的无齿轮电梯而言，改变复绕轮的位置同样可以达到上述目的。
2.限速器当轿厢运行速度达到限定值时，能发出电信号并产生机械动作的安全装置。
3.控制柜各种电子元器件和电器元件安装在一个防护用的柜形结构内，按预定程序控制轿厢运行的电控设备。
4.电源开关、照明开关
5.选层器、极限开关、机械楼层指示器、发电机组等部件要根据电梯规格种类、需要而设置。
2.2.2电梯轿厢部分
1.操作箱装在轿厢内靠近轿厢门附近。
用指令开关、按钮或手柄等，操作轿厢运行的电器装置。
2.轿内指层灯设置于轿厢内，客梯一般装在轿门上方，货梯一般装在轿厢侧壁，用以显示电梯运行位置和运行方向的装置。
3.自动门机装于轿厢顶的前部，以小型的交流、直流、变频电动机为动力的自动开关轿门和厅门的装置。
4.安全触板（光电装置）设置在层门轿门之间，在层门、轿门关闭过程中，当有乘客或障碍物触及时，门立刻停止并返回开启的安全装置。
载货电梯一般不设此装置。
5.轿门设置在轿厢入口的门。
6.称重装置能检测轿厢内负载变化状态，并发出信号的装置，适用于乘客或货物电梯等。
7.安全钳由于限速器作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置掣停在导轨上，同时切断控制回路的安全装置。
8.导靴设置在轿厢架和对重装置上，使轿厢和对重装置沿着导轨运行的装置。
9.其它部件轿顶安全窗、光电保护、超载装置、邻梯指示等部件，要视电梯规格、型号、种类及客户要求而设置。
2.2.3电梯层站部分
电梯的层站部分主要提供给乘客用来召梯以及保护乘客的部分，它主要包括电梯的层门、层门门锁、楼层指示灯、呼梯盒等。
1.层门设置在层站入口的封闭门。
2.层门门锁设置在层门内侧，门关闭后，将门锁紧，同时接通控制回路，轿厢可运行的机电联锁安全装置。
3.楼层指示灯设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢运行层站位置和方向的装置。
4.层门方向指示灯（限于某些电梯需要）设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢欲运行方向并装有到站音响机构的装置。
5.呼梯盒设置在层站门侧，当乘客按下需要的召唤按钮时，在轿厢内即可显示或登记，令电梯运行停靠在召唤层站的装置。
2.2.4曳引式客梯的工作原理
曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。
曳引轮一端连接轿厢，另一端连接对重。
轿厢和对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生摩擦力。
当外招呼板上有信号登记时，电梯轿厢上面的门机变频器收到信号并反馈到机房的主板内，主板进而把信号反馈给变频器使其做出判断电梯的上下，此时曳引轮驱动钢丝绳，使轿厢和对重作相对运动，即轿厢上升，对重下降；
轿厢下降对重上升。
于是，轿厢就在井道中沿导轨上下往复运行。
我公司GF-168曳引式客梯工作原理图如图2-3所示。
图2-3曳引式客梯工作原理图
3电梯硬件电路的选择
3.1PLC选择
1．PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1）最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
2）保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3）力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4）适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.可编程控制器选择原则
为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。
本系统为五层楼的电梯,采用集选控制方式。
所需输入/输出点数与内存容量估算如下:
1）输入/输出点的估算。
输入点有：
门厅按钮10个,轿厢内按钮9个,楼层感应传感器5个,轿厢门限位开关2个,检修开关及检修上下行3个,平层传感器2个，减速传感器2个，门锁和安全回路2个，PG卡反馈输入2个，共37个。
输出点有：
门厅召唤按钮指示共8个，楼层显示用七段码显示器引脚7个，开关门电动机驱动线圈2个，变频器控制引脚8，控制回路继电器及接触器4个，电梯上下行指示灯2，警报及蜂铃2个，总共33个。
2）内存容量的估算
用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。
因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。
本系统有开关量I/O总点数有70个，模拟量I/O数为0个。
利用估算PLC内存总容量的计算公式:
所需总内存字数=开关量I/O总点数×
（10～15）+模拟量I/O总点数×
（150～250）再按30%左右预留余量。
估算本系统需要约3K字节的内存容量。
3）输入／输出模块的选择
根据系统控制的要求，本系统的输入选用直流24V的输入模块。
输出模块选用开关量输出单元的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。
按照现场执行机构使用的电源的不同，可分为直流输出单元（晶体管输出方式或者继电器触点输出方式）和交流输出单元（晶闸管输出方式或者继电器触点输出方式）。
在继电器输出方式中，继电器作为开关元件，同时又是隔离器件。
发光二极管（LED）构成输出状态显示器，当PLC输出一个接通信号时候，内部电路使继电器线圈K通电。
继电器触点闭合使得负载回路的的负载L接通得电，VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势，同时状态指示发光二极管（LED）导通点亮。
根据负载的需要，负载回路的电源既可以选用交流电源，也可以选用直继电器输出形式。
特别也指出的是，继电器模式具有断点确切，可以实际切断所控制的回路电器连接的作用，同时这种模式既适合于直流又适合于交流的情况，因此这种模式在开关频率不是太高的情况下是首先选择的输出控制方案。
这种输出方案的原理如图3-1图所示。
图3-1电器模式输出单元
4）PLC机型的选择
FX0S、FX0N、FX2N是三菱公司近年来推出的微型可编程控制器。
它们都体积都比较小，但功能强大，内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大的差别。
但我们如表3.1对比一下就可以发现：
表3.1FXOS，FXON．FX2N性能比较
型号
I/O数
用户程序步数
功能指令
通信功能
基本指令执行时间
模拟量模块
FX0S
10-30
800步EEPROM
50
无
1.6～3.6ms
FX0N
24-128
2K步EEPROM
55
较强
有
FX2N
16-256
8K步RAM
298
强
0.08ms
FX0S的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统，FX0N可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。
根据输入/输出点数与内存容量的要求，再留出一定的I/O节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的FX2N系列的FX2N-80MR。
它的输入继电器X000-X047共40个，输出继电器Y000-Y047共40个，程序容量为8K字节,完全满足要求，也给以后功能扩展留了足够的空间。
综上所述，本次设计控制系统选用三菱公司FX2N-80MR。
3.2变频器的选择
1.变频器的选择原则
1）根据负载特性选择变频器。
如负载为恒转矩负载可选择安川公司VS-616G5系列变频器，ABB公司ACS400系列变频器等；
如负载为风机、泵类负载可选择西门子ECO、MM430变频器，ABB公司ACS800系列变频器等。
2）选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。
另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。
因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10％而温升会增加20％左右。
所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。
3）变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。
所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
4）当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。
如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。
另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/f控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。
5）对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。
6）使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。
而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。
因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。
7）变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。
另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。
8）变频器驱动绕线转子异步电动机时，由于绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。
9）变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量10％～20％，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。
10）对于压缩机、振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下，如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话，有可能发生因峰值电流使过电流保护动作现象。
因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。
11）选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。
否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。
12）单相电动机不适用变频器驱动。
根据以上原则并结合本次电梯设计的控制，选择安川公司的VS-616G5系列变频器，完全可以满足本次控制要求。
2.VS-616G5型变频器的特点
VS-616G5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。
这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调节功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。
其控制回路的接线端如图3-2所示。
图3-2变频器控制回路接线图
VS-616G5变频器的功能特点如下:
1）自学习功能
在矢量控制方式时有效。
像电机的使用受到限制、电机参数的设定非常困难那样的问题用独特的自学习功能已经解决。
变频器能自动设定电机铭牌值范围的电机参数。
由此从变频器专用电机到通用电机都可以进行矢量控制运行，电机可最大限度地发挥作用。
2）力矩控制
力矩控制在矢量控制（带PG）时有效。
多功能模拟量输入信号作为力矩指令对力矩进行控制。
力矩控制精度为±
5%。
可以切换力矩控制和速度控制运行。
3）V/f曲线设定
V/F曲线设定只有在V/f控制时有效。
可以选择适合用途的预先已设定的15种V/f曲线。
也可设定任意的V/f曲线。
4）频率指令的种类
频率指令有如下5种方法。
a．用数字式操作器数值指令；
b．用0~10V的电压值指令；
c．（负电压时，反方向运转）用0~±
10V的电压值指令；
d．用4~20mA的电流值指令；
e．用选择卡指令。
用5种中的哪一种，可用参数来设定。
在变频器内部，最多可设定9个频率指令。
从外部输入多段速指令时，最多可9段速运行。
5）PID控制
使用PID控制功能可实现简单的追踪控制。
所谓追踪控制，是用检测器将检出值反馈，使变频器的输出频率（电机的转速）与指令目标一致的控制方式。
6）零伺服控制
零伺服控制只有在矢量控制（带PG）时有效，既使电机速度为零状态也能发生150%以上力矩。
7）用反馈进行速度控制
本功能在带PG时有效，使用外接PG速度控制卡，可实现速度反馈控制，速度控制精度会有提高。
3.3主电路的设计
本次设计的主电路如图3-3所示。
拖动电机采用康沃CVF-160L-4电梯专用变频电动机，其功率15KW，额定电压380V，转速为1450r/min。
与变频电机可以匹配的变频器选用安川公司VS-616G5A4015。
变频器的额定容量26KVA，额定电压380V，三相交流供电，额定输出电流34A，适配电动机15KW。
图3-3电梯主电路
3.4控制电路的设计
3.4.1门锁安全回路的设计
安全回路，顾名思义就是要确保在用电梯的使用安全，它既考虑了乘客的人身安全又要考虑到电梯设备的本身安全。
所以在电梯的电路中是相当重要的电路。
该电路是将轿门锁、厅门锁回路串联作为一个检测信号，送到控制回路，作为运行的必要条件之一。
也只有在安全继电器JY和门锁继电器JMS都得电时电梯才可以运行。
其具体的设计如图3-4所示。
图3-4安全门锁电路
3.4.2电磁抱闸电路的设计
制动器是电梯最重要的安全保护装置之一，电梯每一次的正常运行起停都需要制动器的参与，并且几乎电梯上所有的电器保护（如门锁、极限、限位、超速等）都最终要通过切断抱闸线圈的电源来将电梯制停并使其保持静止状态。
本次电磁抱闸电路设计如图3-5所示。
图3-5电磁抱闸电路
如图DZZ是抱闸线圈，在其断电时制动器失电抱闸制动。
一般情况下，在抱闸接触器CB1、厅门锁继电器、主接触器、运行接触器常开触点都闭合的时候制动器松闸。
当该回路的任意一个触动断开时，DZZ失电抱闸。
3.4.3开关门控制电路设计
1）直流电动机的调速原理
负载不变的情况下，通过人工的方法改变电动机的转速，称为速度调节（简称调速）。
直流电动机与交流电动机的比较，最大的优点就是具有良好的调速性能，它可以在宽范围内实现平滑而经济的调速。
由（3-1）电动机的转速公式：
（3-1）
可知，直流电动机调速方法有三种：
第一，改变电枢回路电阻调速；
第二，改变励磁磁通调速；
第三，改变电源端电压U调速。
其中改变电动机电源端电压调速的特点如下：
a．为了使电机绝缘不受影响，通常只能降低电源端电压，故转速只能在低于额定转速的范围内调节（这正是我们所需要的控制）；
b．机械特性硬度不变，调速范围宽，调速稳定性好；
c．若能均匀调节电压，则实现无级调速。
根据以上特点，并结合本次设计选用的开门电机是它励电动机，所以选用改变电动机电源
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