通用变频器和plc实现了对电梯的控制的设计与实现本科学位论文

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）445-摘要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。变频技术的发展推动了PLC的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。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，保证电梯的运行即高效节能又安全可靠。本文详细阐述了四层集选控制电梯自动运行程序的设计过程，内容包括电梯电力拖动方式的选择，电气控制方式的选择，以及程序的软硬件设计和说明。关键词：电梯，PLC，变频调速AbstractPLC(ProgrammableLogicalController)tookonekindmostimportant,theapplicationsituationmostindustriescontrolmicrocomputer,itisconvenient,operationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoonredundantreliability,obtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelargescaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievement,graduallyformedhadthemanykindsofmerits.Withthedevelopmentofmoderncities,theincreasinghigh-risebuildings,elevatorsbecomeanindispensablemeansoftransportfordailylife.Elevatorperformanceisgoodorbadinfluenceonpeople'slivesmoresignificantly,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystemtoensurethatenergy-efficientelevatoroperationsafeandreliable.Thisthesisparticularlyexpatiatethedesignprocessofthefour-layselevatorautomaticcirculation.thecontentsincludesthechoiceoftheelectricdragmode,theelectriccontrolsmodeandthesoft-hardwareofthedesignprocedurewithexplains.Keywords:elevator;PLC;VVVF目录TOC\o"1-2"\h\u24498第一章绪论 -4-1492第二章电梯概论 -5-33382.1电梯的定义与简介 -5-153052.2电梯的发展概况 -6-38012.3电梯的发展展望 -6-129102.4电梯的主要组成 -7-3422.5电梯的分类 -10-306832.6电梯的主要性能指标 -12-31237第三章设计方案的确定 -12-215163.1电梯电力拖动方案选择 -12-121153.2电梯的电气控制系统方案选择 -17-149第四章电梯的硬件设计 -26-179184.1基于PLC的电梯系统基本结构 -26-253194.2电梯调速系统设计 -31-15021第五章电梯的软件设计 -44-1542参考文献 -45-20845结束语 -46-第一章绪论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。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业的一个热点。第二章电梯概论2.1电梯的定义与简介英译:elevator(一般商业用此词）；lift；movingstaircase一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。2.2电梯的发展概况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。逐步被交流电梯所代替，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活到呢个特点，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，已由以前的变极调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、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.电梯的逻辑控制已从过去的继电器——接触器控制发展为可编程控制器（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、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。4.电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。5.智能群控管理得到广泛应用。6.机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2.3电梯的发展展望1.结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。2.技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿伦曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。3.安装更方便、更快捷。高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无地坑、无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。2.4电梯的主要组成电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等四个基本部分组成。2.4.1机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震监测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。机房结构必须坚固，防震和隔音，有足够的面积，、高度、承重能力和良好的通风条件，而且室内经常保持有适度的照明亮度，保持干燥清洁等。通常有如下的规定：1.面积一般至少为井道侧面积的2倍以上，对交流电梯，一般为2～2.5倍；对直流电梯，一般为3～3.5倍。2.高度指机房地面至顶板的垂直距离。对客梯、病房梯，一般为2.2～2.8m以上；对货梯，一般为2.2～2.4m以上。3．承重能力机房的地板要求能承重6kPa(杂物梯为4kPa)的均部载荷。在曳引机安装的上方，应设吊钩用于维修。钩的承重能力如下：对额定载重量500～3000kg的电梯，应大于2000kg；对额定载重量5000kg的电梯，应大于3000kg。2.4.2曳引机曳引机是电梯升降的动力源，由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成，通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置。按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱，又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。有齿轮曳引机采用涡轮蜗杆减速传动。1.曳引电动机：根据梯形的不同，可分别采用笼型单速电动机、笼型双速电动机、笼型三速电动机或直流电动机。2.电磁制动器：采用闭式双制动瓦块直流电磁制动器，电动机旋转时松闸，停止时制动，以保持轿厢位置不变。3.曳引轮：具有V形、半圆形或带缺口的绳槽轮，靠摩擦力曳引起动。d)盘车手轮：装在曳引电动机的后端轴上，供盘手时使用。2.4.3轿厢与对重轿厢轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝的牵引下沿导轨上下运行。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。对重对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用。对重与轿厢通过曳引钢丝绳连接，利用曳引钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。2.4.4门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门社在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成；层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴和门锁装置及开锁装置组成；开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。厅门是为确保在每一层候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，门上带有机器锁及电气接点，只有在轿厢停层和平层时才被打开。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。2.4.5井道与井底设备曳引钢丝绳连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。围壁它的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。导轨使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。限速钢丝绳、张紧装置用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。补偿链由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化，减轻曳引电动机负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升高度超过30m的电梯。终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成，终端电气保护装置由换速开关、限位开关和极限开关组成。机械缓冲装置指位于底坑的各种缓冲器，他们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，其作用时防止轿厢和对重冲顶撞底。常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器。2.4.6电力拖动系统不论采用交流拖动系统还是用直流拖动系统，电梯的电力拖动系统主要由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等部分组成。如图1所示。图1电力拖动系统框图曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可采用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制。2.4.7电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它们的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。2.4.8安全保护系统电梯安全保护系统主要包括机械安全装置和电气安全装置两部分。机械安全装置主要有：限速器一种用于将曳引绳制动的离心式装置，它会带动轿厢安全装置，当电梯向下的速度超过预定值时，它会起动断电开关并刹住电梯。安全钳设置在电梯轿厢下部的，用于电梯超速下降时动作的安全钳。在达到限速器动作时，甚至在悬挂钢丝绳断裂的情况下，安全钳应能保证使满载轿厢制停在导轨上，并能保持静止状态。缓冲器设在井道底坑的地面上，若由于某种原因，当轿厢或对重装置超越极限位置发生蹲底时，用来吸收轿厢或对重装置动能的制停装置。安全窗、盘车手轮等。电气安全装置:除必须在电气控制环节予以精心设计外，根据1987年颁布、1995年修改的GB7588—87的《电梯制造与安装安全规范》的要求，不论何种电梯均要符合标准中的安全保护要求。主要是：超速断绳保护当电梯下降速度超过额定速度的一定值时，限速器和安全钳先后动作，强令电梯停止。层门锁保护各楼层的层门必须要有机械和电气的联锁保护。电梯门的安全保护环节主要指在关门过程中防止夹伤乘客等人员，一般有：安全触板、光电保护或电子光幕保护装置和关门力限制保护等。上、下端站的强迫减速保护为了防止电梯在两端站的永磁感应器或选层器触点等失效而产生不了减速信号所导致的快速冲顶或蹲底，在电梯井道内的两端设置强迫减速装置。上、下方向限位保护及终端保护当电梯运行至两端站，若由于平层停车装置不起作用时，则应通过设置的SQ11（或SQ21）开关起作用而切断电梯的运行方向继电器或接触器，从而使电梯强行停车。缺相、错想保护为防止检修时不慎而造成三相动力线的相序与原相序有所不同而使得电梯原定的运行方向变更为相反的方向，或者电源缺相情况下的不正常运转而导致烧损电机现象的发生，必须在电梯控制系统中设置缺相、错想的保护继电器。电梯电气控制系统中的短路保护均用不同容量的熔断器进行短路保护。曳引电动机的过载保护一般最常用的过载保护是热继电器保护。除了上述的短路保护和过载保护外，现在也常用带有失压、短路过载等保护作用的空气自动开关作为电梯电源的主控制开关。本设计即采用了此种方式保护电梯电源。2.5电梯的分类2.5.1按用途分类乘客电梯

乘客电梯为运送乘客而设计的电梯，必须有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯

载货电梯主要为运送货物而设计,

通常有人伴随的电梯，有必要的安全保护装置。客货梯（俗称服务梯）（Ⅱ类）主要是用作运送乘客，但也可以运送货物的电梯。它与乘客电梯的区别就是在于轿厢内部装饰结构和使用场合不同而言。病床电梯（俗称医梯）（Ⅲ类）为运送医院病人及其病床二设计的电梯，其轿厢具有窄而长的特点。杂物电梯（Ⅴ类）供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等。而绝不允许人员进入的小型运货电梯。消防梯火警情况下能适应消防员专用的电梯，在非火警情况下可作为一般客梯或客货梯使用。其他类型的电梯如：船舶电梯、观光电梯、汽车电梯等。2.5.2按驱动方式分类交流电梯曳引电动机是交流异步电动机的电梯,主要有：交流单速电梯、交流双速电梯、交流调速电梯、交流高速电梯。直流电梯曳引电动机是电梯专用的直流电动机的电梯，主要有：直流快速电梯、直流高速电梯、液压电梯电梯的升降是依靠液压传动的，有：柱塞直顶式、柱塞侧顶式。2.5.3按曳引机有无减速箱分类有齿轮电梯电梯曳引轮的转速与电动机的转速不相等（电动机转速＞曳引轮转速）.无齿轮电梯电梯曳引轮转速与电动机转速相等，中间无蜗轮蜗杆减速箱或齿轮减速箱。2.5.4按电梯有无司机分类有司机电梯电梯的各种工作状态由经过专业安全技术培训的专职司机的操纵来实现。无司机电梯乘客自己操纵的电梯。有/无司机电梯这类电梯可以在司机操作下工作，也可以在无司机状态下工作。基本上是按无司机控制设计的。2.5.5按操纵控制方式分类门外按钮控制小型杂物电梯。轿厢手柄开关控制自平自动门电梯。内外按钮控制自平自动门电梯。选层按钮控制自平自动门电梯。集选控制或向下集选控制电梯。两台并联集选控制电梯。三台并联集选控制电梯。梯群控制电梯（群控电梯）。2.6电梯的主要性能指标电梯作为建筑物的垂直交通工具，其性能好坏直接影响到人们的生产生活，越来越引起人们的关注。对电梯性能的要求，一般有安全性、可靠性、舒适感和快速性、停站准确性、振动、噪声及电磁干扰、节能和装潢等几项。2.7现代电梯的控制要求现代电梯的自动化程度和智能要求越来越高，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，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。（2）利用指示灯显示电梯厢外的呼唤信号、电梯厢内的指令信号和电梯的到达信号。（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。（4）电梯的上行下行有一台电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。第三章设计方案的确定3.1电梯电力拖动方案选择3.1.1电梯电力拖动系统的功能电梯的电力拖动系统应具有如下功能：有足够的驱动力和制动力，能够驱动轿厢、轿门及厅门完成必要的运动和可靠的静止。在运动中有正确的速度控制，以保证有良好的舒适性和平层准确度。动作灵活、反应迅速，在特殊情况下能够迅速制停。系统工作效率高，节能环保。3.1.2几种电梯主驱动系统性能比较自世界上第一台真正的电梯问世100多年以来，经过漫长的技术发展道路，现在基本上有两大类：直流电梯主驱动系统：由直流发电机直接供电的发电机电动机的电梯驱动系统；由静止器件整流供电的晶闸管电动机的电梯驱动系统；特点：电梯运行性能优良，特别是动态性能极佳。交流电梯主驱动系统交流单速电梯驱动系统；具有两种或多种速度的交流异步电动机作为电梯主驱动力的交流双速或多速电梯驱动系统；同步电动机的交流电梯驱动系统；特点：用交流异步电动机作电梯主驱动系统的最大特点是交流电动机本身结构简单，因此制造成本低廉；无换向器，故价格便宜、维护保养方便，且可靠性大大优于直流电动机。表1交流调速电梯与一般电梯的技术、经济性能比较性能交流调速电梯交流双速电梯直流快速电梯运行时间停层前必须低速运行，采用直接停靠式，可缩短运行时间。运行一层时间比交流双速的可缩短15%~20%交流调速的运行时间不受负载影响为了平层，需要若干长的平层低速运行段运行时间按负载变化而变化与交流电梯一样可进行连续速度控制，但有较长的低速爬行段不受负载影响平层误差进行按速度反馈的减速控制，其平层误差比交流双速控制的少得多，一般不大于+/-10mm平层误差受负载变化的影响较交流双速的少得多用机械制动器停止方式的容易受负载变化的影响，误差也较大进行与符合变动有关的精确平层控制，所得到的平层精确度是稳定的，一般不大于+/-10mm舒适感接近于直流快速电梯，其感觉像坐船一样受负载变化的影响较少VVVF系统式，其感觉很好在起动和减速阶段极对数变换时有冲击不受负载的影响，乘坐舒适3.1.3电梯主驱动拖动方案的选择如前文所述，本设计方案采用了交流异步电动机驱动的电梯主驱动系统，而交流调速电梯的主驱动控制系统主要有：变极对数和变电压的驱动调速系统；动力制动控制的主驱动调速系统；典型：瑞士迅达电梯公司推广的涡流制动系统直流能耗制动的主驱动调速系统；典型：直流“DB”系统；“Dia--Glide”系统反接制动的主驱动系统；典型：GAMMA—160系统；交流变压变频（VVVF）调速系统；等六种主要交流调速系统。VVVF控制的电梯相对于交流双速电梯、交流调压调速电梯(ACVV)都有十分突出的优点。：变频调速使电梯的起动加速和制动减速过程非常平稳、舒适。由于驱动系统不仅可以工作在电动状态（即工作在第Ⅰ、Ⅲ象限），也可工作在再生发电状态（即工作在第Ⅱ、Ⅳ象限），因此可以说这种VVVF的主驱动调速系统可工作在“四个象限”内。这样使得系统的电能消耗进一步减低。再加上驱动系统完全用电力半导体器件，而使驱动系统工作在高效率状态。控制系统可全部使用半导体集成器件，系统工作十分可靠。虽然VVVF系统维持了磁通与转矩恒定的静态稳定关系，早年还没像直流驱动系统那样地考虑到“电脑惯性”影响的动态转矩控制。自“矢量控制”技术发明以来，VVVF调速系统的性能已完全赶上甚至超过直流调速系统。下面与ACVV控制的电梯相比较。1.安全可靠。先进的电脑控制技术，完善的检测、自诊断、自保护功能最大限度地考虑了电梯在任何情况下出现故障的可能性，设置了各种防故障和应急装置。2.舒适感好。理想的电梯运行速度曲线，根据人体生理适应能力由高性能的微电脑设计而成，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确调节，使电梯运行极其平衡、舒适。3.高速高性能。高速运行，最佳召唤应答处理和分配方式，根据乘客人流情况快速反应自动调节，使电梯运行迅速、合理，最大限度地缩短乘客候梯时间，使电梯运行效率得到充分发挥。4.节约电能。全电脑控制的变压变频调速(VVVF)系统，不仅性能优异、功能齐全、质量可靠，而且具有优异的节能效果，与目前同规格的ACVV相比，节能约40%，并可使用户电源容量也大量减小。5.节省机房空间。超小型的机房全电脑控制系统与传统的机房控制系统相比，体积减少1/2以上，重量大大减轻。因此，节省机房空间，减轻机房承重，提高建筑利用率，从而可节约建筑费用。6.利用率高。全电脑控制可以方便地使两台、三台、四台以上的电梯进行群控，合理安排，合理分配，提高电梯的运行效率。7.准确的平层精度。经过电脑的高速、大量运算，采用高精度光电码盘，将速度—转矩—位置全闭环，停车时零速抱闸，平层精度在2mm以内。8.自学习井道信息功能。自动学习电梯的提升高度、楼层间距，自动根据停靠距离选择运行曲线。9.维护方便。现代化高科技设计，全电脑控制，大规模集成电路和半导体大功率模块在电梯控制中的应用，使现代电梯控制部份的可靠性、免维护性大大提高；新技术、新材料的应用，加强了电梯机械部件的耐磨损程度，提高了机械可靠性；自诊断能力和远程报警功能的实现，使得电梯维修保养工作越来越简单，越来越有针对性，越来越快速。各类主驱动调速系统的技术、经济性能比较详见表2。表2各类主驱动调速系统的技术、经济性能比较系统名称性能特点直流DB系统VVVF系统东芝的反接制动系统瑞士的涡流制动系统起动控制开环控制，串电阻起动，单速或双速电机闭环控制，变压变频起动闭环控制，用晶闸管整流器进行调压调速起动，单速电动机双速电动机，利用两个双速绕组分段起动稳速控制开环控制，按电动机的自然特性运行闭环控制闭环控制开环控制，按电动机自然特性运行制动控制直流能耗制动，闭环控制闭环控制，变压变频制动减速反接制动，闭环控制涡流制动器制动，闭环控制停车方式直接停靠直接停靠直接停靠直接停靠舒适感良好良好良好良好平层准确度＜±10mm＜±5mm＜±5mm＜±7mm单层运行时间(层高2.7m、1.5/s)4.2s＜5s4.2s＜5s电力消耗制动时能量消耗在电动机转子发热上制动时能量可反馈到电源中去，或消耗在制动电阻上制动时能量消耗在电动机转子的发热上制动时能量消耗在涡流制动器鼓轮的发热上设备复杂性要有两套控制设备一套控制设备要有两套控制设备有体积近似于电机涡流制动器3.1.4电梯门机拖动方案的选择国家对电梯采用的自动开关门机构有明确的要求：自动门机构必须随电梯轿厢移动；当轿厢门和某层楼的层门闭合后，应由电气机械设备的机械钩子和电气接点予以表现和考核；开关门动作平稳，不得有剧烈的抖动和异常响声（其运行噪声不得大于65dB）；关门时间一般为3~5s，而开门时间一般为2.5~4s;自动门系统调整简单方便，便于维修；门电机要具有一定的堵转能力。为了使电梯达到上述要求，必须对自动门机系统进行速度调节，一般的调速方法有两种：用小型直流伺服电动机作自动门机的驱动时，常用“电阻的”串、并联调速方法(也即“电枢分流法”)。用小型三相交流力矩电动机作自动门机的驱动力时，常用VVVF调速电动机控制门的运行。直流门电动机控制系统，是采用小型直流伺服电动机作为驱动装置。这种控制系统，使开门机系统具有传动结构简单、调速简便等优点。本设计方案即采用此种驱动系统。如下图2所示。图2自动门控制主电路3.2电梯的电气控制系统方案选择3.2.1电梯电气控制系统简介在电梯的电气自动控制系统中，逻辑判定起着主要作用，也就是要求电气自动控制系统根据轿内外指令信号而自动进行逻辑判定，决定出哪一台电梯接受信号，自动定出那一台电梯运行方向，并按内外信号要求通过电气自动控制系统而完成预定的控制目的。要达到此类控制目的，现在主要有如下几种方法：继电器—接触器控制系统；半导体逻辑控制系统；微机控制系统；自70年代开始，随着大规模集成电路的出现和发展，尤其自70年代末和80年代初开始，微处理机在各个领域内广泛应用，国外先进的工业国家已成功地把微机技术应用于电梯控制系统，并取得了相当惊人的成就。电梯的微机控制系统实质上时使控制算法不再由“硬件”逻辑所固定，而是通过一种所谓“程序存储器”中的程序（“软件”）而固定下来的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要修改“程序存储器”中的程序指令——“软件”即可，而无需变更或减少“硬件”系统的布线。因而十分便于使用、管理和改变功能要求。另一方面也减少了控制系统体积，降低能耗和降低维修保养费用。3.2.2可编程控制器的结构PLC是以嵌入式CPU为核心，配以I/O等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。因此，它实际上就是“工业专用计算机”，其硬件结构和微机是基本一致的。（如下图3所示）图3PLC控制系统示意图可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。(1)CPU模块CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。(2)I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。编程器编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。3.2.3可编程控制器的特点1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.2.4PLC与其他工业控制系统的比较：（1）PLC与继电器控制系统的比较几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中大量地应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。表3给出了PLC与继电器控制系统功能与特点的比较。表3PLC与继电器控制功能与特点比较比较项目继电器控制PLC控制控制功能的实现通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对进行编程实现所需控制要求对生产工艺变化的适应性需进行重新设计与接线.适应性差只需对程序进行修改.适应性强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障采用大规模集成电路.绝大部分是软继电器，可靠性高柔韧性与灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差微处理器控制，实时性非常好占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安装、施工工作量大体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损.寿命短寿命长复杂控创能力极差很强价格较低较高维护复杂、工作量大工作量小（2）PLC与计算机控制系统的比较通用计算机具有十分强大的计算与数据处理能力，同时数据的处理速度已经达到极高的水平，但是应用通用计算机进行工业控制，在很多方面远远没有PLC功能强大。表4给出了它们的对比。表4PLC与计算机控制系统功能与特点比较比较项目通用计算机PLC工作方式中断方式扫描方式编程语言汇编语言、高级语言助记符语句表、梯形图等工作环境要求较高可在较差的环境下工作对使用者的要求需要进行专业的培训才能够掌握语言易学，稍加培训即可可靠性商业级要求工业级，且有多种特殊设计，包括监视计时器功能系统软件功能强大，但占用存储空间过大功能专用，占用存储空间小适用领域办公、管理，科学计算、家庭工业控制从上边的论述和比较可以看出。由PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展所以在本设计中采用PLC来进行逻辑控制。3.2.5电梯调速系统的控制要求在电梯拖动控制系统中速度曲线图形直接影响着电梯的舒适感和平层准确度。如果电梯在启动加速和减速制动时，速度曲线图性的加、减交界处不圆滑，乘客会感觉很不舒服，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。理想的电梯速度给定曲线如图2.3.1所示，图中a为加速度，v为速度。图4理想的电梯速度曲线3.2.6电梯电动机的调速方法及经济技术比较本电梯采用的是三相交流异步电动机。异步电动机转速表达式为:n=式（1）式中:为同步转速，为电源频率,p为电动机的磁极对数。，S为异步电动机的转差率。从上式可以看出，要调节异步电动机的转速，可以从改变下列三个参数如手:改变异步电动机定子绕组的磁极数--即变极调速;改变异步电动机的转差率--即改变转差率调速;改变供电电源的频率--即变频调速。1、变极调速对于鼠笼型转子结构的异步电动机，其转子的极对数能自动地与定子极对数相对应。改变定子绕组的接法，以改变定子的极对数，使异步电动机的同步转速=60得到改变，达到调节转速的目的。变极调速的优点:操作简便、机械特性硬、效率高、可获得恒转矩与恒功率调速。其缺点是:只能有极调速，而且调速等级有限，只适用于不要求平滑调速的场合。2、改变转差率调速常见的利用改变转差率进行速度调节的方法有下列几种:转子电路串接电阻调速;改变定子电压调速;滑差电机调速;串极调速及脉冲调速等。下面依次介绍上述调速方法的简单原理及其优缺点。(1)转子电路串接电阻调速。其优点是调速方法简单、初期投人少，一般适用于恒转矩负载。其缺点是当转速较低时，转子电路效率，随之降低，转子损耗增大，经济性变差;由于转子电路串接电阻，使机械特性变软，而且串接电阻的数值越大，特性就越软，因而在低速下稳定性差;只能获得有级调速，平滑性不高;调速范围受负载转矩的影响，当轻载时，调速范围很小。(2)改变定子电压调速。当转速低于与最大转矩对应的转速时，其机械特性部分对恒转矩负载不能稳定运行，因此调速范围很小。对于恒转矩调速，在增加异步电动机转子电阻的基础上，改变定子电压，可获得较宽的调速范围。但它的机械特性变软，使运行不大稳定。而且低压时，过载能力低，负载波动较大时，适应性差，调速时效率低，功率因数较转子电路串接电阻时更低，在低速时，电机发热严重。(3)滑差电机调速。其特点是在异步电动机的轴上装一个电磁滑差离合器。滑差电机的优点是结构简单、运行可靠、维护方便、可实现平滑调速。其缺点是这种调速方式在不同的励磁电流下其机械特性很软，并且励磁电流越小，特性越软。在任何转速下，离合器的传递效率为n2/n，在低速下它的效率很低。由于磨擦与剩磁的存在，使其存在不可控区，即当负载转矩小于10%的额定转矩时可能失控。(4)串极调速。绕线型转子的异步电机与其它电机或电子设备(例如由晶闸管组成的逆变器)串级连接，以实现速度调节。串极调速的优点是在调速过程中其机械特性硬度不变，稳定性好;转速可以调节至很低，调速范围较宽;可实现自动控制无极调速;转差功率可返回电网，效率较高。其缺点是只适用于绕线型转子的异步电机，在使用上有其局限性;必须有一个与转子电势频率相同的外加电势。由于外加电势的频率也得随之变化，这在技术上是比较复杂的，设备较多，这是串极调速的一个主要缺点。3、VVVF变压变频调速VVVF电梯，采用交流单速电动机，通过对交流电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化，将交流电动机转速运行曲线线性段区域扩大。由于系统采用高精度电光码盘，微机全数字化控制，使电梯平层精度达到毫米级，并且绝对保证电动机零速下闸，舒适感非常好。交流变压变频调速的基本原理：由式1可知异步电动机的转速当转差率s变化不大时，s<<1，因此，n基本上正比于。所以，要改变交流电动机转速，只需改变定子频率即可。但是，在改变转速的同时，希望励磁电流和功率因数基本保持不变。磁通太弱，则没有充分利用铁芯，电机容许的输出转速下降，电机的功率得不到充分利用而浪费;若增大磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低，严重时会因绕组过热而损坏电机，在交流异步电动机中:式（2）式中：定子每相的气隙磁通感应电势有效值；：定子频率；：定子每相绕组串联匝数；：基波绕组系数；：每极气隙磁通量。对于固定电机，为常量，因此，要想在改变的时候磁通保持不变，只需同步地改变使/=常量式（3）然而，绕组中的感应电势是难以直接控制的，当电势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，此时定子相电压。从而我们认为当式（4）此时基本恒定，即和成正比例函数。但是，当频率较低时，和都较小，定子绕组的漏磁阻抗压降不能忽略，此时可以简单地把电压适当抬高，以便近似地补偿定子压降。在电梯的变频调速系统中，电机的实际最大转速为其额定转速，因此，电梯的变频调速属“恒转矩调速”。从上面的分析可看出，只有同时改变电源的电压和频率，才能满足变频调速的要求。这样的装置统称为变压变频装置，即VVVF装置(VVVF是英文VariableVoltageVariableFrequency的缩写)。VVVF控制的电梯相对于交流双速电梯、交流调压调速电梯(ACVV)都有十分突出的优点。下面与ACVV控制的电梯相比较。1.安全可靠先进的电脑控制技术，完善的检测、自诊断、自保护功能最大限度地考虑了电梯在任何情况下出现故障的可能性，设置了各种防故障和应急装置。2.舒适感好理想的电梯运行速度曲线，根据人体生理适应能力由高性能的微电脑设计而成，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确调节，使电梯运行极其平衡、舒适。3.高速高性能高速运行，最佳召唤应答处理和分配方式，根据乘客人流情况快速反应自动调节，使电梯运行迅速、合理，最大限度地缩短乘客候梯时间，使电梯运行效率得到充分发挥。4.节约电能全电脑控制的变压变频调速(VVVF)系统，不仅性能优异、功能齐全、质量可靠，而且具有优异的节能效果，与目前同规格的ACVV相比，节能约40%，并可使用户电源容量也大量减小。5.节省机房空间超小型的机房全电脑控制系统与传统的机房控制系统相比，体积减少1/2以上，重量大大减轻。因此，节省机房空间，减轻机房承重，提高建筑利用率，从而可节约建筑费用。6.利用率高全电脑控制可以方便地使两台、三台、四台以上的电梯进行群控，合理安排，合理分配，提高电梯的运行效率。7.准确的平层精度经过电脑的高速、大量运算，采用高精度光电码盘，将速度—转矩—位置全闭环，停车时零速抱闸，平层精度在2mm以内。8.自学习井道信息功能自动学习电梯的提升高度、楼层间距，自动根据停靠距离选择运行曲线。9.维护方便现代化高科技设计，全电脑控制，大规模集成电路和半导体大功率模块在电梯控制中的应用，使现代电梯控制部份的可靠性、免维护性大大提高；新技术、新材料的应用，加强了电梯机械部件的耐磨损程度，提高了机械可靠性；自诊断能力和远程报警功能的实现，使得电梯维修保养工作越来越简单，越来越有针对性，越来越快速。第四章电梯的硬件设计4.1基于PLC的电梯系统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，向主拖动系统发出控制信号，具体的电梯控制信号原理如图5所示：安全保护信号运行控制信号运行方式选择安全保护信号运行控制信号运行方式选择楼层显示楼层显示内指令信号内指令信号输输入P出接L接口C口输输入P出接L接口C口呼梯信号指示呼梯信号指示外召唤信号外召唤信号运行方式指示运行方式指示开关门信号开关门信号开关门控制开关门控制拖动系统门区或平层信号拖动系统门区或平层信号图5电梯PLC控制系统的基本结构图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，决定系统的程序及线路设计方案。4.2PLC选型4.2.1PLC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。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。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。4.2.2PLC机型的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:厅外按钮8个,轿厢内按钮5个,楼层感应器6个,轿厢门限位开关2个,检修开关1个,平层及门区感应器3个，安全继电器2个，门锁继电器2个，换速开关2个，抱闸接触器1个，主回路控制接触器1个，减速感应器2个，满载、过载测量器各1个，PG卡1个，障碍检测光电传感器1个共39个。\o"转贴并收藏"输出点有：轿厢内按钮指示灯5个，门厅召唤按钮指示等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5个，电梯上下行指示灯2个、警铃、轿厢风扇及轿厢照明各1个，抱闸、主回路接触器各1个，共约36个。PLC的输入输出点数是PLC的基本参数之一。I/O点数的确定应该以控制设备的所有输入/输出点数的总和为依据。在一般情况下，PLC的I/O点应该有适当的余量，通常根据统计的输入输出点数再增加10%-20%的可扩展余量后，作为输入输出点数的估算依据。因此，估算本电梯控制系统的PLC输入/输出点的个数都分别为40个左右。2、所需PLC的内存估算存储器容量是指可编程控制器本身能提供的硬件存储单元大小，各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC得基本的参数表中找到。许多文献资料中给出了估算程序容量的不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的200倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的30%左右考虑余量。根据上文中本系统输入/输出点的估算量知道，本系统大约需要字量I/O点总数为80个，无模拟I/O点。因此，可以估算出本系统所需PLC的内存大约为2K字节。4.2.3PLC机型型号的确定FX2N系列PLC是日本三菱公司推出的FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。FX2N系列PLC是整体式微型可编程控制器结构紧凑、系列完整、功能完善，具有很高的性价比，可用于替代继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动控制系统。由于有很强的通信功能，在大中型网络控制系统中也能充分发挥作用。FX2N系列的基本指令执行时间高达0.08us每条指令，远超很多大型可编程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现逻辑控制、顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数和联网通信等功能，还能做数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、PID运算等更为复杂的数据处理。所以FX2N系列PLC具有容量大，运行速度快，指令功能完善等特点。FX2N系列开发了多种具有不同性能的基本单元和扩展单元，各基本单元和扩展单元比较如下各表所示。表5FX2N系列基本单元型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824~32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624~32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448~64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248~64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048~64FX2N-128MR-001FX2N-128MT646448~64表6FX2N系列扩展单元型号输入点数输出点数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-32ERFX2N-32ESFX2N-32ET161624~32FX2N-48ER--FX2N-48MT242448~64表7FX2N系列扩展模块型号输入点数输出点数输入继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16EX16FX2N-16EX-C16FX2N-16EXL-C16FX2N-16EYRFX2N-16EYS16FX2N-16EYT16FX2N-16EYT-C16经以上分析和比较，并结合本系统的实际，本电梯控制系统选择日本三菱公司的FX2N-80MT较为合适。4.2.4PLC输入/输出模块的扩展根据系统控制的要求,本系统的输入选用DC24V的输入模块。输出模块选用DC24V晶体管输出形式。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）。

PLC晶体管输出与继电器输出的区别=1\*GB3①：晶体管输出：高速输出：如伺服／步进使用于动作频率高的输出：如温度ＰＩＤ控制，主要用在步进电机控制，也有伺服控制，还有电磁阀控制（阀动作频率高）。=2\*GB3②：使用寿命：继电器是机械元件所以有动作寿命；晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。=3\*GB3③：电流：晶体管电流0.2A-0.3A；继电器２Ａ。=4\*GB3④：电压：晶体管最大２４Ｖ，继电器可以接２２０Ｖ；晶体管直流，继电器交流＋直流。=5\*GB3⑤：负载：用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。晶体管输出型：CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms），可带外部负载小。继电器输出型：CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms），可带较大的外部负载；FX2N-80MT型号的PLC本机自带的数字量I/O数为40入/40出，本电梯控制系统所需的数字量输入/输出端口数都约为40个，所以不需要再扩展数字量I/O端口。4.3电梯调速系统设计4.3.1变频器型号选择随着变频器性价比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频随着变频器性能价格比调速的诸多优点，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已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用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。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS一616G5型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。另外，VS-616G5变频器的起动、制动具有可任意调节的S曲线和零频仍可输出150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器，控制精度可达0.01一0.02%，使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任何品牌的电机。采用高性能IGBT，载波频率20KHZ，从而使变频器输出一个不失真的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。VS-616G5型变频器的特点VS一616G5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。VS一616G5变频器的特点如下:(1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。(2)有丰富的内藏与选择功能。(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。(4)保护功能完善、维修性能好。(5)通过LCD操作装置，可提高操作性616G5型变频器的标准规格如表8所示：表8VS-616G5型变频器的标准规格220V级输出特性最大输出电压三相200//208/220/230V（对应于输入电压额定输出频率最大400Hz额定输入电压和频率三相200/208/220V50Hz、200//208/220/230V60HZ电源允许电压波动+10%，-15%允许频率波动±5%400V级输出特性最大输出电压3相，380/400/415/440/460V(对应于输入电压)额定输出频率最大400Hz额定输入电压和频率3相，380/400/415/440/460V50-60Hz电源允许电压波动+10%，-15%允许频率波动±5%控制特性控制方式正弦波PWM（V/f控制、带PG反馈的V/F控制、开环矢量、闭环矢量控制4种控制方式任选性）启动力矩150%/1Hz（带PG，150%/0rmin）速度控制范围1：100（带PG，1：1000）速度控制精度±0.2%（带PG，±0.02%）速度响应5Hz（带PG，30Hz）力矩限制可采用（参数设定：4级可变）力矩精度±5%力矩响应20Hz（带PG，40Hz）频率控制范围0.1～400Hz频率控制精度数字指令：0.01%（-10℃～+40℃）模拟指令：0.1%（25℃～±10℃）频率分辨率数字操作器基准：±0.01Hz模拟指令：0.03Hz/60Hz（11位+符号位）输出频率分辨率0.01Hz过载能力150%额定输出电流1分钟频率设定信号-10～10V，0～10V，4～20mA加/减速度时间0.01～6000.0秒（加/减速成时间可分4段分别设定）制动力矩大约20%（若用*3，可加至125%）控制功能瞬停再启动、PID控制、下垂控制、速度搜索、过力矩限制、多段速运行、加/减速时间选择、3-线定序、速度/力矩控制选择、自动调整、力矩控制、提升控制（任选）保护功能电机保护电子式热继电器保护瞬时过电流200%额定电流时电机自由停机(18.5KW以下);180%额定电流时电机自由停车(22KW以上)保险丝熔断保护电机在保险丝熔断后自由停车过负荷电机在额定输出电流的150%1分钟后,自由停车过电压220V级:主回路直流电压约410V以上电机自由停车,400V级:约820V以上电机自由停车低电压200V级:主回路直流电压约190V以上电机自由停车,400V级:约380V以下电机自由停车瞬时停电补偿出厂设定瞬间断电15ms电机自由停车(外加电容可至2秒)散热片过热热继电器保护失速防止加速中、运转中失速防止接地保护电子回路保护机壳封闭壁挂型（IP20，NEMAI）：15KW以下开启型（IP00）：18.5KW以上4.3.2PG卡选择与简介本文所选用的安川VS-616G5通用变频器可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出。为满足电梯的要求，变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲，旋转编码器根据A、B脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡,PG卡再将此反馈信号送给变频器内部，以便进行运算调节。所以旋转编码器和PG卡实现了闭环运行。VS616-G5变频器专用的PG速度控制卡有如下几种，且分别对应着不同的控制方式：PG-A2(有PGV/f控制方式专用)；PG-B2(有PG矢量控制方式专用)；PG-D2(有PGV/f控制方式专用)；PG-X2(有PG矢量控制方式专用)。按本系统的控制要求，本文应选用PG-B2(有PG矢量控制方式专用)的PG卡。PG-B2的端子及其规格表9PG-B2的端子及其规格端子NO.内容规格TA11脉冲发生器用电源DC+12V(±5%)Max.200mA2DCOV(电源用接地端子)3A相脉冲输入端子H:+8～12VL:+1V以下(最高响应频率30kHz)4脉冲输入公共端5B相脉冲输入端子H:+8～12VL:+1V以下(最高响应频率30kHz)6脉冲输出公共端TA21A相脉冲监视输出端子开路集电极输出DC24VMax.30mA2A相脉冲监视输出公共端3B相脉冲监视输出端子开路集电极输出DC24VMax.30mA4B相脉冲监视输出公共端TA3(E)屏蔽线接线端子——2、PG-B2参数的选定本文根据电梯平层精度要求选择PG。根据GB1058/T-1997电梯技术条件中的要求，运行速度为0.5m/s调速电梯的平层精度为±15mm以内。而平层精度与钢丝绳的松紧度，平层干簧管的位移，PLC的输入脉冲数有关。前二者为机械因素，而PLC的输入脉冲来自于脉冲监视输出。考虑PLC的自身频率，为保证输入脉冲的正确性，设定PG脉冲监视输出分频比F1-06功能码为16，既PG输出脉冲的1/16作为PLC的输入脉冲。PG-B2输出脉冲检出的最高值为32,767Hz。选择附合在最高频率输出时的电机转速情况下，能够输出接近20kHz要求的PG。式（5）（最高频率输出时的电机转速，是指同期旋转速度。）最高频率输出时的电机转速与PG输出频率(脉冲数)的选定举例如表10所示。表10PG脉冲数的选定举例最高频率输出时电机旋转速度(r/min)PG参数(p/rev)最高频率输出时(Hz)PG输出频率(Hz)1800600180001500800200001200100020000900120018000本文采用增量式圆光栅编码器,它将测得的转速脉冲反馈给变频器，形成闭环控制。3、PG-B2接线示例如图7所示：图7PG-B2接线例(注：)1.PG电源为+12V。2.PG电源容量为200mA以上时，需配备电源(有必要瞬时停电处理的，要用电解电容等)。3.请将PG速度控制卡的控制信号线(端子TA1，TA2)与主回路连线及其他动力线或电源线分离走线。4.与PG的连接线，请使用屏蔽线，为了防止噪声而引起误动作，请按图3.7那样处理屏蔽线端末。并长度小于100米。3.屏蔽线，请接入屏蔽线连接端子(E)4.电线的线头，请勿进行搪锡处理，会引起接触不良。5.不使用棒端子的场合，电线的剥线头长度约为5.5mm。图8屏蔽线的端末处理4.3.3变频器参数设置由于采用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。变频器与PLC、曳引机间的连接图如图9所示。图9变频器与PLC、曳引机间的连接图图9中TA1为变频器的速度控制卡的脉冲输入部分，接收来自旋转编码器的脉冲;TA2为速度控制卡的脉冲输出部分，向PLC输出脉冲。电梯从起动运行到减速停车方向使能信号和速度信号动作的时序如下:电梯运行方向确定后,在关门信号和门锁信号符合要求的情况下,电梯开始起动运行,PLC正转(或反转)及高速信号输出有效,电动机从0Hz到50Hz开始起动,起动时间可由变频器参数设置,然后维持高速一直运行,完成起动及运行段的工作。在接近目标楼层时,相应的接近开关动作,给PLC输入换速信号,PLC撤消高速信号输出,同时输出爬行信号。爬行的输出频率由变频器参数设置。从高速的频率到爬行速度的频率的减速时间变频器参数设置,当达到6Hz的速度后,电梯就以此速度爬行。电梯到达目标楼层时,给PLC输入平层信号,PLC撤消正转(或反转)及爬行信号,电动机从爬行频率减速到0Hz,减至0Hz后,零速输出点断开,通过PLC抱闸及自动开门。1、VS-616G5变频器的参数616G5变频器共有9组参数，每一组组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如表3.7所示：表11VS-616G5变频器的参数参数功能A组确定控制模式B组选择运行功能C组确定加减速时间及转矩补偿时间D组选择频率E组确定运行压频曲线F组保护设置H组确定偏差标准2、参数设置参数设置的原则:(1)为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比系数宜小些，而积分时间常数宜大些:(2)为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击;(3)零速一般设置为OHz;(4)变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。表12变频器主要参数设置表参数名称设定值备注A1-02控制方式选择3有PG矢量控制B1-01频率指令输入方法选择1制御回路端子(模拟量输入)B1-02运行指令的输入方法的设定1B1-03停止方法的设定0减速停止B1-04反转禁止选择0可反转B2-01减速停止时直流制动开始频率0.1用HZ为单位设定B2-04停止时直流制动的时间1以秒为单位设定C1-01从最高输出频率的0%到100%所需加速时间3.0C1-02从最高输出频率的100%到0%所需加速时间3.0C2-01加速开始时S型曲线时间0.6参数