四层电梯PLC设计 毕业设计.doc

高等职业学院摘 要电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具，多层厂房和多层仓库需要有货梯、高层住宅需要有住宅梯、百货大楼和宾馆需要有客梯等等。电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由plc代替原来的继电器控制。本论文在已有的通用变频器的基础上，采用plc和变频器对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，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。关键词:plc控制、变频调速、适感电梯、舒前 言本次设计是以电梯控制技术为背景，针对以前的拖曳电梯的一些缺点，采用现在流行的plc控制技术。变频器调速技术。现场总线技术来实现电梯的各种控制。本次系统采用的是西门子的可编程控制器。西门子可编程控制器编程方法简单易学、功能强、性价比高、硬件设备齐全、应用范围不断扩大，电梯为四层结构：一层、二层、三层、四层。厢的上下运行使用一台西门子变频器。在牵引钢缆上的导轮中有一个装有两相旋转编码器，用于测量上、下移动的脉冲数，系统通过脉冲数确定楼层位置以及平层数据、电梯的所有按钮、指示灯信号全部送s7-200，在s7-200中编程对其进行控制。本变频器调速电梯组由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢系统、重要平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。整个电梯可以通过本身的控制开关控制，还可以通过触摸屏进行远程的监视和控制。电梯的程序分为手动和自动，通过电梯低部的转换开关进行控制，s7-200完成对变频器的启停控制，变频器的升降速度按照它本身的参数运行，因此通过对变频器的参数进行设置可以改变它的升降速度和频率。52目 录摘 要- 1 -前 言- 2 -目 录1第1章、绪 论31.1 plc简介及其特点31.1.1电梯控制中plc控制的优点41.2 变频调速控制的特点51.3电梯发展趋势5第2章 变频器及plc的选择62.1 plc的选型72.1.1 s7-200 plc的特点72.1.2 cpu型号的选择82.2变频器合理选择92.2.1变频器工作原理9第3章 电梯系统硬件设计113.1电梯的结构分析113.1.1电梯的组成113.1.2电梯的主要电气设备123.1.3电梯工作原理153.2控制方案选择153.3电梯的硬件设计163.4 变频器的设置193.4.1. 变频器的工作方式193.4.2. 变频器的停车和制动功能193.4.3 变频器的参数设置203.5编码器模板24第4章 电梯的软件设计284.1电梯的软件分析284.1.1电梯控制系统实现的功能284.1.2电梯操作方式294.1.3速度给定曲线294.2 梯形图程序设计304.2.1、开门及关门控制程序304.2.2 楼层信号的产生与清除环节314.2.3内选层信号的登记与清除环节314.2.4外呼信号的登记与消除环节314.2.5 电梯的定向环节324.2.6停层信号产生环节374.2.7停车制动及运行环节374.3 楼层计算404.4 楼层位置指示41第5章 控制系统仿真调试435.1 developer编程及仿真软件调试画面435.2 gt designer2 version 2.79h触摸屏画面445.3 gt simulator2 version 2.79h触摸屏软件仿真调试44结 束 语47致 谢48参考文献49第1章、绪 论1.1 plc简介及其特点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，实现通道(字)的运算和数据存储，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。a.plc不需要大量的活动组件和接线电子组件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。b.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mtbf，降低了mttr，使可靠性提高。c.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。d.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 计算机控制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，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。e.在plc的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的组件;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。f.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;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:a、操作方便对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。b、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，容易掌握和了解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。c、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降低。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:a.编程的灵活性。plc采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、菜单图，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。b.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。c.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。1.1.1电梯控制中plc控制的优点(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与报警显示，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。1.2 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。电动机交流变频调速技术是当今节电、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主要手段。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。变频调速电梯的特点:(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，己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，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。1.3电梯发展趋势如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。电梯今后的发展将主要呈现以下趋势。（1）超高速电梯随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。（2）大型超载重电梯用导轨随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行平稳性提出了新的要求。（3）新型自动扶梯导轨随着社会进步、城府对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国政道的需求加速增长。为实现公共场所的无障碍通行，大量的体育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。（4）无机房电梯导轨对于高度在20层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本。此外，人们要求电梯节能、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源等等，而这些都会对电梯导轨的运行技术不断提出新的要求。第2章 变频器及plc的选择本设计通过多种方案的比较和对照，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。2.1 plc的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以plc还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择了德国西门子公司生产的s7-200系列p型机。2.1.1 s7-200 plc的特点s7-200 plc是smiatic s7家族中的小型可编程控制器，适用于各行各业、各种应用场合中的检测、监测及控制的自动化。s7-200的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制，到极复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。s7-200将高性能与小体积集成一体，运行快速，并且提供了丰富的通信选项，具有极高的性能/价格比。s7-200的系统的硬件、软件都易于使用。s7-200系统坚持一贯的模块化设计，不但能够经济地满足目前的项 目要求，也为将来扩展提供了开放的接口。s7-200易于编程，引入了编程工具箱（toolbox）概念，设计了许多编程向导（wizard）以方便用户完成一些比较复杂的程序设计工作。所有的s7-200 cpu都有一个为cpu、扩展模块和其他24 vdc用户电源要求提供电源的内部电源。s7-200 cpu提供系统中任何扩展所需的5 vdc逻辑电源。选用扩展模块时，必须确保cpu可提供所选扩展模块要求的5v电源；如果配置设备要求的电源超出cpu提供的电源范围，则必须拆卸一个模块，或选择一个功能更大的cpu。所有的s7-200 cpu还提供一个24 vdc传感器电源，可为输入点、扩展模块上的继电器线圈电源或其他要求提供24 vdc。如果外接设备电源要求超过传感器电源的预算，就必须在系统中增加一个外接24 vdc电源。安装一个外接24 vdc电源，必须核实外接电源不得与s7-200 cpu传感器电源并连。要想进一步减小电气噪声，则应将不同电源的公共导线（m）连接在一起。2.1.2 cpu型号的选择s7-200系列plc的常见cpu型号及性能见表2-1。表2-1 simatic s7-200 cpu主要性能表项 目cpu 221cpu 222cpu 224cpu 226程序存储器4kb4kb8kb8kb用户存储器类型eepromeepromeepromeeprom本机i06入4出8入6出14入10出24入16出护展模块数量无2个模块7个模块7个模块数字量i0128入128出128入128出128入128出128入128出模拟量i0无16入16出32入32出32入32出33mhz下布尔指令执行速度037s指令037s指令037s指令037s指令内部继电器256256256256计数器定时器256256256256256256256256顺序控制继电器256256256256内置高速计数器4个(20khz)4个(20khz)6个(20khz)6个(20khz)模拟量调节电位器1122脉冲输出2(20khz，dc)2(20khz，dc)2(20khz，dc)2(20khz，dc)通信中断1发送器2接收器； 1发送器2接收器； 1发送器2接收器； 1发送器2接收器； 定时中断2(1255ms)2(1255ms)2(1255ms)2(1255ms)硬件输入中断4，输入滤波器4，输入滤波器4，输入滤波器4，输入滤波器通信口数量(rs-485)1112支持协议0号口：1号口：ppi，dpt，由口nappi，dpt，由口nappi，dpt，由口nappi，dpt，由口naprofibus点到点(netrnetw)(netrnetw)(netrnetw)(netrnetw)根据输入/输出量的要求，我们选择cpu226cn、集成的数字量输入/输出为24入/16出、还不能满足需要，我们可以借助扩展模块来达到需求。2.2变频器合理选择随着变频器性能价格比的提高，交直变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早己问世，其功能较强，使用灵活，而且与plc是一个生产厂家，维修方便等特点。因此，本设计采用德国西门子公司的micromaster440型变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。变频器的基本作用就是将工频电源变为适当频率的交流电源。早期的变频器性能差，效率低，进入20世纪80年代后，由于电力电子器件和微电子技术及计算机技术的发展，变频调速技术得到了高速的发展。目前的交流调速系统已经可以与直流调速系统相媲美。2.2.1变频器工作原理变频器分为交交和交直交两种形式。交交变频器可将工频交流直接变换成频 率、电压均可控制的交流电，又称直接变频器。而交直交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电通过逆变器变换成频率、电压均可控制的交流电，它又称为间接变频器。目前通用变频器都是交一直一交变频器。交一直一交变频器的基本构成如图2-1所示，由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制电路组成，各部分作用分述如下：（1）micromaster440型变频器的特点micromaster440型变频器简称mm440变频器，是德国西门子公司一种三项电动机速度控制和转矩控制的变频器系列其应用广泛。这种变频器在恒定转矩（ct）控制方式下功率范围为120w200kw，在可变转矩（vt）控制方式下功率可达250kw，有很多型号可供用户选用。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谐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。micromaster440型变频器的特点如下:(1)易于安装、调试。 (2)具有牢固的emc设计(3)可由it中性点不接地电源供电。 (4)对控制信号的响应是快速和可重复的。(5)参数设置功能强大，参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置。 （6）具有多个继电器输出，多个模拟量输出（7）6个带隔离的数字输入，并可切换为npn/pnp接线。（8）2个模拟输入：ain1（010v，0-20ma、-10 +10）和ain2（0-10v， 0-20ma)；2个模拟输入也可作为第7和第8个数字输入。（9）具有v/f控制性能，有两种v/f控制方式：1）磁通电流控制（fcc）能改善动态响应和电动机的控制特性。2）多点v/f特性控制第3章 电梯系统硬件设计3.1电梯的结构分析3.1.1电梯的组成系统由轿厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成，如图3-1所示。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合产品.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。（1）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机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。（2）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。（3）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。(4）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。（5）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。（6）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。 （7）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。（8）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。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。3.1.2电梯的主要电气设备电梯plc的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图3-2为电梯plc控制系统的基本结构图，主要硬件包括plc主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为plc主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过plc输入接口送入plc，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。(1）曳引电动机： 齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。(2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门：电梯的门由厅门（每层站一个）和轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行）。(3）层楼指示层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或led点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。(4）呼梯盒呼梯盒也叫呼唤按钮或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地1m左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已经被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。(5）操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯层数相同的内层选按钮（带指示记），上、下行启动按钮(带上、下行指示记忆灯，检修时用)，开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。(6）平层及开门装置该装置由磁铁板和上、下平层感应器1kr、2kr组成。上行时，1kr首先插入隔铁磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2kr插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2kr首先插入隔磁铁板，发出减速信号至1kr插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。(7）停层装置在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电磁所处位置和产生平层信号。(8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下行限位开关，上、下行强迫停止开关，极限开关。电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢挟持在导轨上。限速器时用以检查电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关sq1、sq2动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关sq0动作切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。3.1.3电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其它载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。从而，保证了电梯正常工作运行的安全。3.2控制方案选择控制系统采用plc为信号处理装置，采用变频器提供变频信号驱动电动机。plc对控制系统各种输入及反馈信号进行分析后，向变频器发出速度给定信号和正转、反转及启动和停车命令信号。控制系统的硬件结构如图3-3所示。为了保证速度控制的精度及低速运行时变频器输出电流不减小，使得电动机输出的电磁转矩仍能满足负载机械的要求，变频器和电动机之间通过轴编码器引入了速度闭环，从而使得变频器工作于闭环编码器反馈矢量控制方式，该控制方式的优点是电动机零速时仍然具有额定转矩的负载能力；速度控制的精度更高；速度控制和转矩控制的动态性能得到改善。3.3电梯的硬件设计本设计按四层电梯为例有22个输入信号，20个输出信号，选择s7-200可编程控制器不能满足需要。还需要加扩展模块1。cpu模块的i/o配置及地址分配见表3-1，电梯plc硬件接线如图3-4所示，i/o点分配见表3-2。表3-1 cpu模块的i/o配置及地址分配主机模块0模块1模块2模块3cpu2268in4in/4out4ai/1aq4ai/1aqi0.0 q0.0i3.0i4.0 q2.0aiwo aqwoaiw8i0.1 q0.1i3.1i4.1 q2.1aiw2aiw10i0.2-i2.7i3.2i4.2 q2.2aiw4aiw12q0.2-q1.7i3.3-i3.7i4.3 q2.3aiw6aiw14图3-4 电梯plc控制系统硬件接线图（1）表3-2 plc控制系统i/o分配表输入元件输出元件k门锁输入行i0.0km1开门继电器q0.0 sb1开门按钮i0.1km2 关门继电器q0.1 sq1开门限位i0.2km3 上行继电器q0.2sb2关门按钮i0.3km4 下行继电器q0.3sq2关门限位i0.4e1 上行指示灯q0.4sq3上行限位i0.5e2 下行指示灯q0.5sq4下行限位i0.6e3 1层指示灯q0.6sb31楼内选i0.7e4 2 层指示灯q0.7sb42楼内选i1.0e5 3层指示灯q1.0sb53楼内选i1.1e64层指示灯q1.1sb64楼内选i1.2e7 1层内选指示灯q1.21sb11楼上行i1.3e8 2层内选指示灯q1.32sb12楼上行i1.4e9 3层内选指示灯q1.43sb13楼上行i1.5e10 4层内选指示灯q1.52sb22楼下行i1.6e11 1楼上呼记忆灯q1.63sb23楼下行i1.7e12 2楼上呼记忆灯q1.74sb24楼下行i2.0e13 3楼上呼记忆灯q2.01kr1楼感应器i2.1e14 2楼下呼记忆灯q2.12kr2楼感应器i2.2e15 3楼下呼记忆灯q2.23kr3楼感应器i2.3e16 4楼下呼记忆灯q2.34kr4楼感应器i2.4变频正转 q3.15kr平层楼感应器i2.5变频反转 q3.2一速控制q3.4二速控制q3.5三速控制q3.63.4 变频器的设置3.4.1. 变频器的工作方式变频器的工作方式设定为外部模拟电压控制的工作方式。操作台上的主令控制器通过传动装置与一个滑动电位器相连，司机通过操作台上的主令控制器给出-10v+10v模拟电压信号，此信号经a/d转换后再送入plc，经过plc处理后再送入d/a转换器变换为010v模拟电压，然后再送入变频器的模拟电压输入端ain1。变频器的开关量输入共有三个，分别为正转/停(数字输入din1)、反转/停（数字输入din2）、急停（数字输入din3），变频器有一个故障开关量输出信号(数字输出1），此信号进plc处理。3.4.2. 变频器的停车和制动功能（1）off1这一命令使变频器按照选定的斜坡下降速率减速并停止转动。斜坡下降时间的参数设置见 p1121。on 命令和后继的 off1 命令必须来自同一信号源。off1 可以同时具有直流注入制动或动力制动功能。（2）off2这一命令使电动机依惯性滑行，最后停车。（3）off3off3 命令使电动机快速地减速停车。在设置了off3 的情况下，为了起动电动机，二进制输入端必须闭合 (高电平)。off3 为高电平，电动机才能起动并用 off1 或 off2 方式停车。如果 off3 为低电平，电动机就不能起动。斜坡下降时间的参数设置见p1135。off3 可以同时具有直流制动功能。（4）直流注入制动直流注入制动可以与 off1 和 off3 同时使用。向电动机注入直流电流时，电动机将快速停止。（5）动力制动 动力制动即串入外部耗能电阻制动。电动机在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压ud不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使ud保持在允许范围内。制动电阻rb就是用来消耗这部分能量的。3.4.3 变频器的参数设置1.电动机参数的设置1）恢复变频器工厂默认值。设定p0010=30和p0970=1，按下p键，开始复位，复位过程大约需要3min,结果可使变频器的参数恢复到工厂默认值。2）设置电动机参数。本例设计电梯的额定载重量为1000kg，额定速度为1.5m/s，大约能承载13人。为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电梯运行的受力情况比较复杂。曳引电动机的容量一般可按静功率的经验公式计算： 一般选择电机的额定功率总是略大于计算值，因为还须考虑轿厢运行产生的附加阻力及满载轿厢启动等因素。故电动机型号为ytd-225s，电动机参数设置见表3-3.电动机参数设置完成后，设p0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。3）设置数字输入控制端口参数，见表3-4。表3-3 电动机参数设置参数号 设置号说明p00311设用户访问级为标准级p001001快速调试p010000工作地区：功率kw表示，频率为50hzp0304230380电动机额定电压（）p03053.2516.9电动机额定电流（）p03070.757.5电动机额定功率（kw）p030800.8电动机额定功率因数（cos）p03105050电动机额定频率（hz）p031102800电动机额定转速（r/min）表3-4 数字输入控制端口参数参数号出厂值设置值说明p00312设用户访问级为标准级p070022命令源选择由端子排输入p070111on接通正转，off停止p070212on接通反转，off停止p100021由键盘（电动电位）输入设定值p108000电动机运行的最低频率（hz）p10825050电动机运行的最高频率（hz）p1040540设定键盘控制的频率值1）恢复变频器工厂默认值。设定p0010=30和p0970=1，按下p键，开始复位，复位过程大约需要3min,结果可使变频器的参数恢复到工厂默认值。2）设置电动机参数。电动机参数设置见表3-3.电动机参数设置完成后，设p0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。3）设置三段固定频率控制参数，如表3-5所示，速度运行曲线如图3-5所示，三段速频率接线图如图3-6所示。2.操作控制plc及变频器均在工作状态，满足相关条件时，电动机可按不同的速度运行。（1）第一速控制。plc输出端子q3.4得电，变频器数字输入端口din1为“on”，端口din2为“off”，变频器工作在由p1001参数所设定的频率为5hz的第一段上，电动机运行在对应的280r/min的转速上。（2）第二速控制。plc输出端子q3.5得电，变频器数字输入端口din2为“on”，端口din1为“off”，变频器工作在由p1002参数所设定的频率为20hz的第二段上，电动机运行在对应的1120r/min的转速上。（3）第三速控制。plc输出端子q3.6得电，变频器数字输入端口din1为“on”，端口din2为“on”，变频器工作在由p1003参数所设定的频率为50hz的第一段上，电动机运行在对应的2800r/min的转速上。（4）电动机停车。当系统处于停止运行状态时，辅助继电器m27.0=0,其器线圈断电，电动机停止运行。表3-5 三段固定频率等主要控制参数表参数值出厂值设置值说明p070311端子3接通正转，off停止p070411端子4接通反转，off停止p100023选择固定频率设定值p100105设定固定频率1（hz）p1002520设定固定频率2（hz）p10031050设定固定频率（hz）3.plc联机多段速频率控制通过s7-200plc 和mm440变频器联机，实现电动机三段速频率控制。电梯的上行与下行对应电动机的正转与反转，由变频器的3#、4#端子及plc的q3.1和q3.2决定。不管正转与反转都按图3-5所示速度图运行。电梯在运行状态下，辅助继电器m27.0得电，这时，变频器自动按设定的速度图运行（见图3-5），工作流程如图3-7所示。电动机首先运行在第一段，频率为5hz,对应电动机的转速为280r/min ;延时0.5s后，电动机正向运行在第二段，频率为20hz,对应电动机的转速为1120r/min ;延时0.5s后电动机正向运行在第三段，频率为50hz,对应电动机的转速为2800r/min ;之后的工作过程见流程图图3-7。3.5编码器模板控制系统中micromaster 440变频器工作于闭环编码器反馈控制方式。与无传感器矢量控制slvc和变压/变频控制v/f 相比，这种控制方式具有以下优点：零速时仍然具有额定转矩的负载能力；速度控制的精度更高；速度控制和转矩控制的动态性能得到改善。micromaster 440变频器通过编码器模板与高压晶体管逻辑htl或者晶体管晶体管逻辑ttl数字编码器连接。编码器模板直接安装在 mcromaster 440变频器的输入和输出i/o模板上。为了保证编码器能够正确完成其功能，必须遵照下面列出的指导原则：编码器模板与编码器之间的连线只能采用具有双绞线电缆。电缆的屏蔽层必须与编码器模板上的屏蔽线接线端子相连接，如图3-8所示。如果编码器电缆具有“屏蔽/地/接地”接线端，这一接线端应该与编码器模板上的 pe (保护接地)端子相连接。信号的屏蔽电缆的安装位置一定不要紧靠动力电缆。编码器模板不输入编码器的“零脉冲”和变频器的“零脉冲”。图3-8 编码器模板的接地与屏蔽端子micromaster编码器模板具有12个连接端子，这些端子的用途如表3-8所示。 表3-8 编码器模板的连接端子端子说明a通道 aan通道 a取反b通道 bbn通道 b取反z零脉冲 (不用)zn零脉冲取反 (不用)18vhtl 链接端子 (仅指端子 lk & 18v )lk轴编码器的电源电压5vttl 链接端子 (仅指端子 lk & 5v )ve轴编码器的电源0v轴编码器的电源pe保护接地编码器模板可以与ttl编码器、htl编码器和需要外接电源的编码其连接，其连接方法基本相同，现以ttl编码器为例进行介绍。（1）确认变频器电源已经断开。（2）确认dip开关已经根据编码器的类型正确地进行了设定。请参看表3-9。表3-9 dip开关的设定值dip开关123456ttl 120单端输入ononononononttl 差动输入offonoffonoffonhtl 5 k单端输入onoffonoffonoffhtl 差动输入offoffoffoffoffoff（3）把编码器模板安装到变频器上。（4）将编码器的“通道 a”连接到编码器模板的“a”端。参看图3-9。（5）将编码器的“通道a取反”连接到编码器模板的“an”端。（6）将编码器的“通道b”连接到编码器模板的“b”端。（7）将编码器的“通道b取反”连接到编码器模板的“bn”端。（8）把编码器模板的“lk”和“5v”端子连接到一起 (这一端子具有短路保护 功能)。（9）把编码器模板的“ve”和“0v”端子与编码器的电源端子连接一起。（10）接通变频器的电源电压。（11）根据控制要求进行参数设置。如果编码器的类型属于ttl差动输入方式，并且要求使用的电缆很长 (大于50m)，那么，dip开关2，4和6可设定为on，这样可以使120 终端阻抗的作用激活。从编码器到编码器模板的电缆应是一条全长无中间接头的完整电缆。如果编码器类型是ttl单端输入方式，就只有一条接到“a”通道的连线。若编码器为htl编码器，则上述第9步应该为把编码器模板的“lk”和“18v”端子连接到一起。编码器需要外接电源时lk端接外部直流5-24v电源。为了使编码器模板的功能与变频器正确地匹配，必须对编码器模板参数进行设定，具体的设定就不在叙述了。 图3-9 ttl编码器的接线第4章 电梯的软件设计4.1电梯的软件分析电梯信号控制基本由plc软件实现。电梯信号控制系统如图4-1所示，输入到plc的控制信号有:运行方式选择(如自动、有司机、检修、消防运行方式等)、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信4.1.1电梯控制系统实现的功能(1)一台电机控制上升和下降(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能(4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客(7)自动关门与提早关门在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门;在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。(12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。(13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。4.1.2电梯操作方式(1)单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤;轿厢上行是只答应轿厢召唤，直至最高层;自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。(2)单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤;上行时顺应答轿厢和厅门上召唤。直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。4.1.3速度给定曲线为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线(s 曲线)及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及s曲线变化率决定的。加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒z所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。同理，增加s曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓，反之，起动曲线弯曲部分变急。而s曲线变化率的变化，也可通过改变s曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的mm440变频器就具有s曲线加速时间设定功能，即可获得理想的起动曲线。具体调整时间在第三章介绍,理想的电梯速度给定曲线如图4-2所示。4.2 梯形图程序设计为方便起见，将程序设计分为几段讨论。4.2.1、开门及关门控制程序自动运行时电梯的开门存在以下三种情况：（1）呼梯开门电梯到达某曾站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。（2）自动停层时的开门电梯在停层时，至平层位置，m7接通，电梯应开始开门。（3）电梯关门过程中的重新开门在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门，这时可以通过开门按钮实施重新开门。（4）电梯自动运行时的关门停站时间继电器t37延时结束时，电梯应自动关门、停站。时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。开关门环节的梯形图如图4-3所示。m0.0为开门禁止辅助继电器，q0.0对应开门继电器，q0.1对应关门继电器。电梯上行或下行时，可通过q0.2或q0.3的动合触点使m0.0通电，其常闭触点断开,q0.0不能接通，电梯不能开门。4.2.2 楼层信号的产生与清除环节当电梯位于某一层时，应产生位于该楼层的信号，以控制楼层指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）所取代。其梯形图如图4-4所示。1楼层感应器1kr动作，i1.6常开触点接通时，q0.6通电，1楼层指示灯e3点亮。4.2.3内选层