基于PLC的电梯控制系统设计毕业论文

1、 题 目 基于plc的电梯控制系统设计 摘 要本文介绍一种电梯plc控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的plc系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由plc、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器plc对机器进行全过程控制。整个系统通过plc、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动

2、、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。关键词：plc; 可编程控制器; 电梯目录前言1第1章 电梯继电器控制系统的特点及存在问题2 1.1电梯继电器控制系统的优点2 1.2电梯继电器控制系统存在的问题2第2章 plc及在电梯控制中的应用特点3 2.1 plc的特点3 2.2 plc控制电梯的优点4 2.3电梯变频调速控制的特点4第3章 电梯设备与电梯发展动态5 3.1电梯的分类5 3.2电梯的主要组成部分5 3.3电梯的安全保护装置 6 3.4电梯技术发展概况 6 3.5基本方案选择 7 3.5.1通用变频器的发展7 3.5.2通用变频器的功率输出驱动技术动向8 3.

3、5.3可编程序控制器(plc)的选择9 3.5.4轿厢楼层位置检测方法9第4章 系统硬件设计10 4.1变频器结构及参数设置10 4.2变频器容量计算10 4.3变频器制动电阻参数的计算11 4.4 plc控制系统设计11 4.4.1信号控制系统12 4.4.2电梯控制系统实现的功能12 4.4.3电梯操作方式13 4.4.4减速及平层控制13 4.4.5点数的分配及机型的选择13 4.4.6系统结构框图14结束语15参考文献16前言 进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(plc)是根据顺

4、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。因此，plc控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。 plc是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方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。 电梯采用了plc控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化.另外可方便地增加或改变控制功能。也可进行故障自动检测与报警显示，

5、提高运行安全性，并便于检修。 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。 变频调速电梯使用了先进的spwm技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美。同时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，节能显著。 第1章 电梯继

6、电器控制系统的特点及存在问题1.1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，价格较便宜。 (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

7、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忧。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。 第2章 plc及在电梯控制中的应用特点2.1 plc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，实现通道

8、(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。 (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。

9、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，容易掌握和理解。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、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。 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

10、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。 2.2 plc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。 2.3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

11、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，已逐渐取代直流电机调速。 (3

12、)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。第3章 电梯设备与电梯发展动态3.1电梯的分类电梯的分类有各式各样:(1)按用途分类有客梯、货梯、医用梯等。(2)按速度 低速电梯 1 m/s以下中速电梯 1 -2m/s高速电梯 2m/s以上超高速电梯 4m/s以上(3)按驱动电源分类 :交流电梯 速度一般小于2m/s,直流电梯 速度一般大于2m/s。(4)按控制方式分类 有/无司机控制、群控、有层间控制、简易集选控制、集选控制等。3.2电梯的主要组成部分 (1)曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋

13、转使轿厢上下运动。 (2)轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等。 (3)电器设备及控制装置有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。 (4)其它装置对重装置、补偿装置等。3.3电梯的安全保护装置 (1)电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。 (2)强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。 (3)限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并

14、制动，强迫停车。 (4)行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。 (5)急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。 (6)厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。 (7)关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。 (8)超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。 (9)其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。3.4电梯技术发展

15、概况(1)电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。 (2)电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速(ac-vp)发展成为调压调速(ac-vv)及调频调压调速(ac-vvv f)，使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。 (3)电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制(plc)和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制

16、、群控等，电梯可靠性得到很大提高。3.5 基本方案选择3.5.1 通用变频器的发展 上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用bjt到采用igbt两个大发展过程。a.容量不断扩大 80年代初采用的bjt的pwm变频器实现了通用化。到了90年代初，bjt通用变频器的容量达到了b00kva,400kva以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用igbt，仅三、四年的时一间，igbt变频器的单机容量己达1800kva，随着igbt容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。b.结构的小型化 变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电

17、路(lsi)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”(intelligent module,ipm)这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。c.多功能和智能化 电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气

18、传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。 令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。d.应用领域不断扩大 通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能

19、调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。3.5.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向 采用变频器的调速传动技术，近年来取得惊人的进步。从技术发展动向来看，大致有如下几个方面: a.igbt的应

20、用 最近几年来，工gbt的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高，驱动电路简单。用于通用变频器时，有如下明显的效果: a.由于载波效率的提高(20khz或更高)，负载电动机的噪声明显减少，实现了低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。 b.同样由于载波频率的提高，使电动机的电流(特别是低速时的电流)波形更加趋于正弦波，因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。 c.由于工gbt为电压驱动型，因而简化了驱动回路，使整个装置更加紧凑，可靠性提高，成木降低。 d.主开关器件如果采用工pm，上述效果将更加明显。b.网侧变流器的f wm控制的变频器 目前上市的绝大

21、多数通用变频器，其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。虽然控制简单，成本较低，但也有它的缺点。比如，网侧电流波形严重畸变，影响电网的功率因数，谐波损耗大，电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。现已开发出一种新型的采用pwm控制方式的自换相交流器，并己经成功地用作变流器中的网侧变流器。电器结构形式与逆变器完全相同，每个桥臂均由一个自关断器件和一个二极管反并联组成。其特点是:直流输出电压连续可调，输入电流(网侧电流)波形基本为正弦，功率因数可保持为1，并且能量可以双向流通。网侧变流器采用pwm控制交流器又称为“双pwm控制变频器”。这种再生能量回馈式高性能通用变频器，代表着另一个新的技术动向。它

22、的大容量化，对于制动频繁的或可逆运行的生产设备十分有意义。但因其价位高、投资大，所以在某种程度上限制了它的发展速度.c.矢量控制变频器的通用化 在造纸、轧钢等应用领域，要求精度高，响应快，一般性的通用变频器已经不能胜任，往往要采用矢量控制方案.但是矢量控制往往需要速度传感器，运算复杂、调整麻烦，对电动机的参数依赖性较大.目前，国内正在努力使矢量控制变频器实现通用化.因此，对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术发展方向。3.5.3可编程序控制器(plc)的选择 电梯plc控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如

23、何检测，plc软件如何根据给定输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的必要前提。3.5.4轿厢楼层位置检测方法: 主要方法有如下几种: (1)用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用plc太多的输入点。 (2)利用稳态磁保开关:这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用plc指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。 (3)利用旋转编码器:目前，plc一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因

24、而在电梯plc控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可直接与plc高速脉冲输入端相连，电源也可利用plc内置24v直流电源，硬件连接可谓简单方便。由以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故本设计采用此法。 第4章 系统硬件设计4.1 变频器结构及参数设置 由于采用plc作为逻辑控制部件，故变频器和plc通讯时采用开关量而不用模拟量。由于61665是通用型变频器，因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要复杂得多。61665变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如表4.14.2 变频器容

25、量计算 变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为p1，电梯运行速度为v，电梯自重为w1，电梯载重为w2，配重为w3;，重力加速度为g，变频器功率为p。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为p2,p2=(w, +w,-w,) g+f1 v其中f1=k (w1+w2-w3) g+为摩擦力，可忽略不计。电机功率p1，变频器功率p应接近于电机功率p1，相对于p2留有安全裕量，可取pl.5p24.3 变频器制动电阻参数的计算 由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再

26、生能量回馈电网，但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻r1的大小应使制动电流i1的值不超过变频器额定电流的一半，即i1=uo /r1i/2 其中u。为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动申阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.4.4 plc控制系统设计 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4.1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

27、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。图4.1 plc控制系统的基本结构图4.4.1 信号控制系统 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、门区和平层信号等。 图4.2 电梯plc信号控制系统图4.4.2 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。 4.4.3 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