基于PLC的交流调压调频控制电梯系统毕业设计

1、长春理工大学本科毕业设计编号 本科生毕业设计基于PLC的交流调压调频控制电梯系统设计 PLC-based AC Variable Voltage and Variable Frequency elevator control system design毕业设计（论文）原创承诺书1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）基于PLC的交流调压调频控制电梯系统设计，是认真学习理解学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，

2、对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！作 者 签 名： 年 月日摘要本文提出了一种自适应控制算法，它采用一种建立在连续输入输出论域上的模糊控制器，仿真结果表明，基于模糊控制的电梯实时速度调控系统鲁棒性好，

3、控制精度高。然后，实现了基于模糊控制的VVVF系统。在此基础上，根据电梯系统自身的工作状态要求，进行电梯系统的PLC软件开发，设计软件流程图和软件模块化编程。通过软件开发的特点，结合PLC自身的控制规律，设计出可实现一定功能的PLC电梯控制系统，使电梯可以在自检、正常工作、强制工作等三种工作状态来回转换。最后的电梯速度控制研究分析表明，基于PLC的变频调速电梯系统运行效率高，系统安全可靠性强，并且系统构造简单易于实现，满足了对电梯系统期望的要求。关键词：电梯 可编程控制器PLC 变频器 交流调频调压AbstractThis paper presents an adaptive control

4、algorithm, which uses a continuous input and output based on the domain of the fuzzy controller, the simulation results show that the real-time fuzzy control elevator speed regulation system robustness, high control accuracy.Then, to achieve the VVVF system based on fuzzy control. On this basis, acc

5、ording to the working status of the elevator system itself required for the elevator system PLC software development, software design and software flow modular programming. Through software development features, combined with its own PLC control law, designed to achieve a certain function PLC elevat

6、or control system, so that you can lift self, work, work, three working condition forced back and forth. The final analysis shows that the elevator speed control, elevator system based on high-frequency control PLC's operating efficiency, system security and reliability, and the system structure

7、 is simple and easy to implement, to meet the expectations of the elevator system.Key words: Elevator； PLC； inverter； AC VVVF48目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1研究背景与意义11.2国内研究现状11.3论文的主要内容2第2章 基于模糊控制的电梯实时速度调控32.1电梯实时速度调控的意义和方法32.2 PID 控制和模糊控制原理42.2.1 PID 控制42.2.2 模糊控制52.3 模糊自适应 PID 控制器参数整定原理62.4 基于模糊控制的电梯实时

8、速度调控算法的实现72.4.1算法的实现72.4.2 算法的仿真与结果分析10第3章 PLC的选择与设计123.1 PLC的简介123.1.1 PLC的定义123.1.2 PLC的基本组成123.1.3 PLC的工作原理143.2 PLC硬件设计与开发153.2.1可编程控制器的机型选择153.2.2电梯PLC控制系统的基本结构173.2.3 程序设计构思17第4章 变频器的选型与设计204.1变频器的分类204.4.1交-交变频器和交-直-交变频器204.1.2交-直-交变频器的组成214.2变频器的选择214.2.1变频器品牌、型号选择214.2.2变频器的规格选择214.2.3变频器选择

9、应满足的条件224.3酷马Q7000变频器调速系统硬件设计224.3.1 Q7000-EL 型变频器硬件设计224.3.2 Q7000-EL型变频器的容量计算234.3.3Q7000-El 型变频器的制动电阻参数计算24第5章 系统软件开发255.1电梯的三个工作状态255.1.1 电梯的自检状态265.1.2电梯的正常工作状态265.1.3电梯的强制工作状态265.2系统软件开发方法265.2.1软件设计特点265.2.2软件设计流程275.2.3 设计模块化编程295.3 VVVF电梯速度控制研究内容及分析305.3.1电梯速度闭环和位置闭环控制实现305.3.2电梯的速度控制方式315.

10、3.3电梯速度运行曲线分析33结论36参考文献37致谢38附录39第1章 绪论1.1研究背景与意义随着中国城市化进程的不断深化，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，安装电梯的场所越来越多，电梯在人们日常生活中的作用也日趋重要。电梯设置在垂直的两根导轨之间，通过电力拖动的方式，将载有乘客或货物的轿厢做升降运动。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从人们对电梯的需求出发，这种系统已经满足不了人们日常的需求，将逐渐被淘汰。

11、可编程序控制器（PLC）控制系统具有可靠性高、编程和维护方便等主要特性。自20世纪90年代以来，PLC在电梯控制系统中的应用日渐普遍，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应用。近年来，在我国的电梯行业中，传统的继电器控制方式逐渐被PLC控制系统和微控制器数字控制系统所取代。其中,PLC由于编程简单、容易维护、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，被广泛地应用于电梯控制系统中。1.2国内研究现状如今，我国电梯行业已经具备了很强的生产能力，不但可以生产出符合国内市场需求的产品，而且部分产品已经走出国门进入国际市场。经过多年的改革与发展，涌现出了江苏江南、巨人通力、苏州帝奥、申龙、

12、宁波宏大等一大批国内优秀的电梯品牌。以国际先进技术为标准，国内电梯企业坚持“科学发展、科学创新”的原则，努力拼搏、顽强奋进，在无机房电梯、远程监控、绿色电梯等新技术和新产品中取得了卓越的成绩，部分技术已经达到了国际先进水平，得到了国内外广大用户的一致好评。目前，继电器控制、PLC控制和微型计算机控制是电梯主要的三种控制方式。电梯技术的飞速发展，主要取决于国内电梯企业对技术发展的重视程度，在电梯技术的革新、电梯工艺的修善上投入了大量的人力、物力。继电器控制系统是以前电梯企业主要采用的一种电梯控制系统，随着技术的革新换代，人们对生活水平的要求越来越高，开始考虑电梯的安全性、舒适性、快速性，继电器控

13、制已经不能满足人们的生活需求。随着电子技术不断发展提高，PLC控制系统作为一种可编辑的数字运算电子装置，开始出现在电梯控制系统中，由于此系统具有安全稳定、灵活实用、易操作、低能耗等一系列优点，得到大力推广与发展，已经逐渐开始替代继电器控制，成为电梯控制技术的主流。与此同时，交流变频调速的电梯拖动方式也逐渐淘汰了原来的直流调速。以现有的高端电梯产品来看，大部分企业在电梯控制中采用了PLC控制与交流调速相配合的控制技术，此控制技术以高效的性能、独特的稳定性，正成为当今电梯产业发展的主流。1.3论文的主要内容本设计把握当今电梯控制系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究、实验论证等方式方法，对电梯PL

14、C控制系统进行了研究、分析、总结与设计。研究基于模糊控制的电梯实时速度调控算法，以及其在电梯自动控制系统的应用。本论文共分为五章： 首先介绍本文的研究背景、意义以及国内研究现状。其次，阐述了电梯实时速度调控的意义，结合模糊控制和PID控制原理，提出了一种基于模糊控制的电梯实时速度调控算法，新算法具有稳态误差小、稳定性好的优势。第三章，从PLC控制系统设计总体原则、设计步骤、主要内容、编程语言类型等方面出发，详细介绍了PLC控制系统的总体设计。第四章，变频器实现变频调速，完成变频器的选择以及参数设置。第五章，在分析电梯系统的软件设计方法基础上，设计了软件流程图，模块化编程。最后对改造后的电梯系统

15、进行模拟调试。调试结果说明采用一种建立在连续输入输出论域上的模糊控制器，避免了普通模糊控制器由于论域的离散化而存在的量化误差。通过采用分级模糊控制的方法进一步提高了系统的控制精度和收敛品质。第2章 基于模糊控制的电梯实时速度调控2.1电梯实时速度调控的意义和方法在进行电梯速度控制时，系统需根据实时速度对给定速度进行调节。电梯速度调节的方法主要有： （1）PID控制：PID控制是目前控制领域应用最广泛的一种控制方法。它控制方法简单，通过调整三个参数，即比例常数、积分常数和微分常数控制被控对象的快速性和稳定性。但是PID控制的三个参数需要在实际应用中调整，而电梯曳引系统并非一成不变，因此，PID参

16、数在具体对象的应用中调整有一定困难，需要在实际应用当中不断调试以找出PID值。 （2）智能PID控制：主要是模糊控制理论和PID的结合，在PID的三个参数、控制系统、反馈误差之间建立一种模糊关系规则。当系统的参数变化时，PID的三个参数可以在线调整，大大加强了PID控制算法的鲁棒性。 （3）电梯运行速度的PDF控制文献：美国康奈尔大学的Phalen教授最早提出伪微分反馈（pseudo-derivative feedback）控制，简称PDF控制。该控制方法具有抗干扰能力强、负载能力大、对被控对象的参数变化不敏感以及算法结构简单等优点。（4）电梯运行速度的预测控制：在电梯启动加速和减速制动段，速

17、度曲线是变化的，常规的PID控制不能很好地按给定速度曲线运行。通过预测控制，将此两段速度的变化率以一定的方式前馈到控制器中，必将减小电梯的启动死区，进而提高超高速电梯的运行品质。 （5）多模式模糊控制：普通模糊控制的跟踪性能和定位精度不高的原因在于偏差e的档次分得太粗。这种模糊控制算法，对偏差e的基本论域为某一确定的范围，具有较好的控制效果。但如果偏差e的基本论域与系统的设定参数有关，或者说，偏差e的基本论域是一个变量，那么用普通模糊控制器就很难得到理想的控制效果。克服这个缺点的方法是使普通模糊控制和其它控制方式相结合，相互取长补短。 （6）神经网络控制：电梯在实际运行的过程中，存在着超调、振

18、荡和死区，特别是在电梯运行的起动和平层段，严重影响液压电梯乘坐的舒适感。神经网络以其高度的非线性逼近映射、特有的联想记忆、在线学习和优化等功能，使其在控制领域得到了广泛的应用。神经元非模型控制方法，仿真实验证明，该方法具有很强的适应性和鲁棒性。比较以上各种速度调节的控制方法，考虑到PID控制方式较简单，模糊控制较为优化型，易于用编程实现数字的PID控制，因此本文在速度控制模块内编写了数字PI速度调节程序对电梯的给定速度进行实时调节。2.2 PID 控制和模糊控制原理2.2.1 PID 控制 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID

19、控制器问世至今己有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。在工业控制系统中，对于不太复杂的闭环控制系统，如单一加热器的温度调节系统、单一阀门的流量控制器等，使用传统PID控制可以达到较好的控制效果。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用

20、比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID规律。模拟PID控制系统原理框图如图2-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图2-1 模拟PID控制系统原理框图PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差 (2-1)PID的控制规律为 (2-2)或写成传递函数的形式 (2-3)式中， 比例系数；积分时间常数；微分时间常数。 简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系

21、统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。 PID 控制传递函数的一般模型如下图2-2所示。图2-2 PID控制传递函数的一般模型框图中的、分别为PID控制器的比例、积分、微分系数。r(s)为系统输入，e(s)为输入输出之间的误差，u(s)为PID控制器的输出，G(s)表示工业控制对象的传递函数，y(

22、s)为系统输出。实际的控制回路中，需要对PID控制模块中的比例系数、积分时间和微分时间进行参数设置，寻找最佳的 PID 参数，满足实际的控制要求。 2.2.2 模糊控制 模糊控制是以模糊理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。图2-3模糊控制的基本原理框图如图2-3所示，它的核心部分为模糊控制器，途中线框部分的控制规律由计算机的程序实现。其实现模糊控制算法的过

23、程描述如下：微机经中断采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号E，一般选误差信号E作为模糊控制器的一个输入量，把误差信号E的精确量进行模糊化变成模糊量。误差E的模糊量可用相应的模糊语言表示，得到误差E的模糊语言集合的一个子集（是一个模糊矢量），再由和模糊控制规则（模糊算子）根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量： （2-4）2.3 模糊自适应 PID 控制器参数整定原理模糊自适应 PID 控制就是运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理，

24、即可自动实现对PID参数的最佳调整。模糊自适应 PID 控制器的结构如图 2-4 所示。图2-4模糊自适应PID控制器的结构r为系统的输入；y为系统的输出；error为系统输入与输出的差；为误差的变化率，模糊自适应参数整定就是寻求PID的三个参数与、之间的关系。整个系统在运行中不断检测和，然后根据一定的原理对PID的三个参数进行修改，以满足不同和对控制参数的不同要求，从而使被控对象有良好的性能。2.4 基于模糊控制的电梯实时速度调控算法的实现2.4.1算法的实现模糊自适应PID控制器参数整定是在PID算法的基础上，通过计算当前系统误差和误差变化率，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行参

25、数调整。其设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表，得到针对、三个参数分别整定的模糊控制表。（1）、控制规则设计 在PID控制器中，值的选取决定于系统的响应速度。增大能提高响应速度，减小稳态误差；但是，值过大会产生较大的超调，甚至使系统不稳定减小可以减小超调，提高稳定性，但过小会减慢响应速度，延长调节时间。因此，调节初期应适当取较大的值以提高响应速度，而在调节中期，则取较小值，以使系统具有较小的超调并保证一定的响应速度；而在调节过程后期再将值调到较大值来减小静差，提高控制精度。的控制规则如表2-1所列。表2-1的模糊规则表NBNMNSZOPSPMPBNBPBP

26、BPMPMPSZOZONMPBPBPMPMPSZONSNSPMPMPMPMZONSNSZOPMPMPSPSNSNMNMPSPSPSZOZONSNMNMPMPSZONSNSNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB注：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。（2）、控制规则设计 在系统控制中，积分控制主要是用来消除系统的稳态误差。由于某些原因(如饱和非线性等)，积分过程有可能在调节过程的初期产生积分饱和，从而引起调节过程的较大超调。因此，在调节过程的初期，为防止积分饱和，其积分作用应当弱一些，甚至可以取零；而在调节中期，为了避免影响稳定性，其积分

27、作用应该比较适中；最后在过程的后期，则应增强积分作用，以减小调节静差。依据以上分析，制定的控制规则表如表2-2所列。表2-2的模糊规则表 NBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB注：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。（3）、控制规则设计 微分环节的调整主要是针对大惯性过程引入的，微分环节系数的作用在于改变系统的动态特性。系统的微分环

28、节系数能反映信号变化的趋势，并能在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快响应速度，减少调整时间，消除振荡最终改变系统的动态性能。因此，值的选取对调节动态特性影响很大。值过大，调节过程制动就会超前，致使调节时间过长；值过小，调节过程制动就会落后，从而导致超调增加。根据实际过程经验，在调节初期，应加大微分作用，这样可得到较小甚至避免超调；而在中期，由于调节特性对值的变化比较敏感，因此，值应适当小一些并应保持固定不变；然后在调节后期，值应减小，以减小被控过程的制动作用，进而补偿在调节过程初期由于值较大所造成的调节过程的时间延长。依据以上分析，制定的控制规则表如表2-3所列

29、。表2-3的模糊规则表 NBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB注：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。建立好控制规则表后，将系统误差和误差变化率变化范围定义为模糊集上的论域，其模糊子集为 设,和、均服从正态分布，因此可得到各模糊子集的隶属度，根据各子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表，查

30、出修正参数代入下式计算： ；在线运行过程中，控制系统通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运输，完成PID参数的在线自校正，其工作流程如图2-5所示。图 2-5模糊自适应PID控制器在线自校正工作流程图2.4.2 算法的仿真与结果分析 实验同已有的普通PID控制器做了速度跟踪性能比较。图2-6中的曲线是设定的电梯理想速度曲线，图2-7为VVVF电梯在PID控制下的实际运行曲线，图2-8为采用本文介绍的模糊自适应控制方法的电梯实际运行曲线。实验表明采用本文的控制算法后，电梯启动时的抖动减小，整个电梯运行过程与PID相比更加平稳。图2-6电梯理想速度曲线图2-7电梯PID控制速度曲线图2-8电梯模糊

31、控制速度曲线第3章 PLC的选择与设计3.1 PLC的简介3.1.1 PLC的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。3.1.2 PLC的基本组成世界各国生产的可编程控制器（PLC）外观各异，但是作为工业控制计

32、算机，其硬件结构大体相同，主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备等几大部分构成67，其基本结构框图如图3-1所示。图3-1 PLC的硬件结构框图（1）中央处理单元（CPU） 中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。可编程控制器中采用的 CPU 一般有三大类：一类为通用微处理器，如80286、80386等；一类为单片机芯片，如8051、8096等；另外还有位处理器，如 AMD2900、AMD2903 等。一般说来，可编程控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度越快，

33、指令功能也越强。 （2）存储器 PLC的存储器用于存储程序和数据，可分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存储系统程序，一般采用ROM或EPROM，PLC出厂时，系统程序已经固化在存储器中，用户不能修改；用户程序存储器用于存储用户的应用程序，用户根据实际控制的需要，用PLC的编程语言编制应用程序，通过编程器输入到PLC的用户程序存储器中，中小型PLC的用户程序存储器一般采用EPROM、EEPROM或加后备电池的RAM，其容量一般不超过8KB。 （3）输入输出接口（I/O 接口） I/O接口是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备（如开关

34、、按钮、传感器）的状态或信息读入CPU，经用户程序运算与操作后，把结果经输出接口传送给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。输入接口对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号的逻辑安全可靠地输入到PLC的内部。输出接口是把程序执行的结果输出到 PLC 的外部，输出接口具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。 各种PLC的输入接口电路大都相同，通常有三种类型：一种是直流12V24V输入；第二种是交流100V120V、200V240V输入，第三种是交直流12V24V输入。外部输入器件可以开关量（ON/OFF）信号；数字信号，如数字开关输入；高速脉冲输入，如旋转编码

35、器等。这些外部输入器件是通过PLC的输入端子和PLC相连的。 PLC的输出电路有三种形式：一种是继电器输出，它是通过控制继电器的线圈使其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出，它是通过光电耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第三种是晶闸管输出，通过触发晶闸管的通断实现对外部输出设备的控制。 （4）电源 PLC的供电电源是220V交流电源，也有用DC24V供电的。PLC对电源稳定度要求不高，内部有开关式稳压电源，电源的交流输入端口一般有尖峰脉冲吸收电路，以提高抗干扰能力。允许电源电压在额定值15%到10%的范围内波动。目前，大部分PLC电源部分还有DC24V输出，用

36、于对外部传感器等供电，但电流一般不超过100mA。 （5）编程器 编程器是PLC最重要的外围设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器从结构上可分为简易编程器、图形编程器和通用计算机编程器三种类型。3.1.3 PLC的工作原理可编程控制器(PLC)有两种基本工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。当PLC工作在STOP状态下时，扫描过程只包括内部处理和通信处理两个阶段；当PLC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

37、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3-2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。图3-2 PLC工作时的扫描过程其次PLC程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）进行通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断以及与外设通信等时间。另外PLC采用集中I/O刷新方

38、式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这就产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。3.2 PLC硬件设计与开发3.2.1可编程控制器的机型选择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，轿厢门限开关2个，检修开关1个，平层传感器2个，减

39、速传感器2个，过载测量传感器1个，PG卡1个，障碍检测光电传感器1个共34个。输出点有：轿厢内指示灯9个，门厅召唤按钮指示等10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，电梯上下行指示灯2，总共38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67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×(1015)+模拟量I/O总点数&#

40、215;(150250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约2K字节的内存容量。 （3）可编程控制器机型的选择 FX2，FX1，FX2C系列是三菱公司今年来推出的高性能小型可编程控制器，FX0S，FX0N，FX2N是微型可编程控制器。它们的体积都比较小，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。如表 3-3 所示。表3-1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FX0S10-30800步EFPROM50无1.63.6微秒无FX0N22-1282K步EFPROM55较强1.63.6微秒有FX2N16-2568K步RAM298强0.0

41、8微秒有FX0S的功能简单，价格便宜，可以用于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。（4） 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。输出模块选用继电器输出形式。 开关量输出单元的作

42、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不同，可分为直流输出单元（晶体管输出方式，或继电器触点输出方式）和交流输出单元（晶闸管输出方式或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，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，也可以选用直流电源。 （5）输入输出点的分配表3-2输入信号输入点输

43、出信号输出点轿厢内控制按钮楼层感应传感器门厅按钮检修按钮门限位继电器过载测量光电传感器平层传感器减速传感器PG卡X0-X10X11-X16X17-X30X31X32-X33X34X35X36-X37X40-X41X42轿厢内按钮指示等七段码显示器引脚开关门电动机正反转变频器控制信号变频器控制信号门厅召唤按钮指示等电梯上下指示等Y0-Y10Y11-Y17Y20-Y21Y22-Y26Y43-Y45Y27-Y40Y41-Y423.2.2电梯PLC控制系统的基本结构系统控制核心为PLC主机，通过PLC输入接口送入PLC，由存储器的PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号

44、，向主拖动系统发出控制信号。具体的电梯控制信号原理图如下图 3-3所示。图3-3 电梯控制信号原理图3.2.3 程序设计构思1电梯PLC控制方案： 电梯控制系统的控制核心是PLC，哪些信号需要输入PLC、PLC要驱动哪些负载、以及采用何种编程方式、输入输出点的确定，是设计整个控制系统的首要问题，是决定系统的程序及线路设计方案的关键。 2PLC输入信号的确定方法： 在保证电梯运行安全的前提下，各种控制信号尽量直接输入PLC，如：内外呼信号及层楼信号、开关门信号等。 3PLC输出信号的确定方法： PLC通过软件对输入控制信号进行处理后，由输出接口发出控制信号及各种指示信号，如：由上下方向指示、层楼

45、指示、内外召唤相应指示等。 4PLC控制程序的编制方式： PLC梯形图软件的设计采用模块化设计，模块化程序结构清晰，便于调试，分为开关门、内选、外召唤、层楼数指示、定向等模块。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系。 5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3-4所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、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3-4电梯控制信号原理图 6电梯控制系统实现的功能： （1）一台电机控制上升与下降，各层设有上/下呼叫开关（

46、起始层和最顶层只设一只）。 （2）电梯到位以后，具有手动或自动开门关门功能。 （3）电梯内设有方向指示灯、电梯当前层号指示灯、层楼指令键以及警铃、风扇和照明按键。 （4）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；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，并在调定时间内自动关闭轿厢照明。 （5）自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站46s应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不延时提前实现关门动作。 （6）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。 （7）内指令记忆，当轿厢内操纵盘上有

47、多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并能自动确定运行方向。 （8）自动定向，当轿厢内操纵盘选层指令相对于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；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。 （9）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。 （10）自动返基站，当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。 7电梯操作方式 单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。 （1）单轿厢下集选控制：登记所有轿厢

48、和厅门下行召唤；轿厢上行时，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。8减速及平层控制 电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。系统采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计算器就可以精确地确定走过的距离，到达与减速点相应的预制数时即可发出减速命

49、令。 不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离层楼 100 200mm 处需设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。第4章 变频器的选型与设计4.1变频器的分类变频器的种类很多，按电压的变换方法分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类；按调制方法分又分为PWM（脉宽调制）变频器和PAM（脉幅调制）变频器等。变频器的分类大致如下：4.4.1交-交变频器和交-直-交变频器1.交-交变频器 交-交变频器是将工频交流电直接变换为频率、电压可调的交流电，又称为直接变频器。该变频器开关电路由晶闸管组成，输出功率大。但控制电路复杂

50、，输出频率低，多应用于低速大功率的场合。 2.交-直-交变频器 交-直-交变频器是先将交流电整流为直流电，经过中间滤波环节，再通过逆变电路逆变为电压、频率可调的交流电（见图 4-2）。因此，又称为间接变频器。交-直-交变频器是变频器应用的主流，现在的变频器基本上都为该类。图4-1 交-直-交变频器4.1.2交-直-交变频器的组成 图4-2是交-直-交变频器的构成框图，由主电路、控制电路及外接控制端子和操作面板等几大部分组成。图4-2 交-直-交变频器构成框图4.2变频器的选择变频器自实际应用以来，主要以交流电动机的节能应用为主。但是近阶段，变频器得到了迅速地发展。变频器的正确选用对于机械设备电

51、控系统的正常运行至关重要。选择变频器，首先要按照机械设备的类型、负荷转矩特性、调速范围、静态速度精度、启动转矩和使用环境的要求，然后决定选用何种控制方式和防护结构的变频器最合适。所谓合适是在满足机械设备的实际工艺生产要求和使用场合的前提下，实现变频器的应用的最佳性价比。随着变频器性能价格比的提高，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，为电梯控制而设计的专用变频器已经问世，其功能较强，使用灵活，编程简单，维护方便。因此，本设计采用专用变频器。4.2.1变频器品牌、型号选择变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对系统的可靠性影响较大，选择品牌时，与其可靠性相关的产品质量，显然是选择

52、的重要考虑方面。同时，设备的使用寿命长短也是一个重要的参数，所以根据这点来选择品牌，以及经验和口碑亦是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，则主要依据已经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定9。4.2.2变频器的规格选择大多数变频器的产品说明书中给出了额定电流、可配用电动机功率和额定容量 3个主要参数，其中后两项，厂商通常是根据本国或本公司生产的标准电动机给出的，不能确切表达变频器实际的带负载能力，只有额定电流一个能反映变频器负载能力的关键参数。因此，以电动机的额定电流不超过变频器的额定电流为依据是选择变频器容量的基本原则，电动机的额定功率只能作为参考。确定变频器容量

53、前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数，并适当考虑电动机的类型和工作特性，留有一定的余量。4.2.3变频器选择应满足的条件（1）根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。 （2）所选择通用变频器的类型与被控制异步电动机的参数匹配。 （3）为降低电梯成本，首选通用变频器。 （4）电梯的启动和停车都要平稳。 （5）变频器带有防止失速功能。 （6）变频器具有优良的转矩特性。4.3酷马Q7000变频器调速系统硬件设计酷马（Qma）Q7000型变频器是酷马公司面向全球推出的电梯扶梯专用电流矢量变频器，其中，Q7000-EC为扶梯专用变频器；Q7000-EL为电梯专用异步变频器，连接传统异步电机；Q70

54、00-IP为电梯专用同步变频器，连接同步无齿轮电机。其具有优越的速度控制特性和高转矩的面向现场矢量传动装置，专用于电梯工业以及一般的起重应用。这种变频器实现了矢量控制，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。根据本系统的控制要求，在这里我们选用酷马变频器的Q7000-E型变频器，变频器的标准规格见附件二。其主要特点如下：采用IGBT的PWM控制。 电流矢量控制、V/F控制。 内含接点式DC0-10V自学习，启动力矩荷重补偿及手动微调修整功能。具有高效能安全机能，300%力矩补偿，随时监控变频器力矩补偿输出。 具有马达自学习（EASYTUNING）功能。 全系列符合GB法规，内含制动单元（45KW内）。 内置速度回馈单元。4.3.1 Q7000-EL 型变频器硬件设计Q7000-EL型电梯专用变频器可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩；它适用于各种应用场合，可以在低速下实现平稳起动并极其精确地运行，其自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。Q7000-EL型变频器将控制、矢量控制、闭环控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制室最适合电梯控制要求。Q7000-EL型变频器的电气接口很多，比如：电源接口、三