基于PLC的变频调速电梯系统设计

PAGE本科生毕业设计（论文）中文题目：基于PLC的变频调速电梯系统设计英文题目：DESIGNOFFREQENCYSPEEDSYSTEMOFELEVATORCONTROUEDBYPLCPAGEII摘要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。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，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。本文在已有的通用变频器的基础上，采用PLC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变频调速电梯ABSTRACTWiththedevelopmentoftheeconomy,microelectronictechnology、computertechnologyandtheautomatictheoryaredevelopedrapidly,theACvariablefrequencytechnologyhasbeeninanewstate.It’sapplicationisbecomingmoreandmorewidely.Buttheelevatorasanimportanttrafficinskyscraper,italsohasdevelopedquicklywitththeimprovingrequirementofthepeople.It’sdraggingtechnologyhasdevelopedfromDCtimingtoACvariablefrequencytimingandit’slogiccontrol-relaycontrolalsohasbeenreplacedbyPLCThearticleisbasedonthenow-beinggeneralfrequencyconverter,usingPLCtocontroltheelevator,thereliabilityisimprovedandthefeelingofcomfortisbetterthroughthereasonableselectionanddesign,sotheeffectofcontrolismoreideal.KEYWORDS:plcfrequencyconversiontimingelevator目录TOC\o"1-2"\f\h\z\u1绪论 11.1电梯的分类 11.2电梯主要组成部分及工作原理 21.3电梯的发展趋势 42电梯的总体设计方案论证 62.1总体方案的确定 62.2PLC控制电梯系统总体设计 73PLC的外部接口电路设计 93.1可编程控制器（PLC）的选择 93.2轿厢楼层位置的检测方法 93.3PLC的选型 103.4I/O点数的分配及机型的选择 113.5PLC控制程序设计 154电梯调速控制系统设计 234.1变频器的选型 234.2变频器参数设置 264.3变频器容量计算 284.4变频器制动电阻参数的计算 284.5速度给定曲线分析过程 294.6旋转编码器的选择 324.7曳引机的选择 335结论 346经济分析报告 356.1初步计算成本 356.2总成本估算 356.3本次设计在生产应用中的优势 36致谢 37参考文献 38附录1 40附录2 40附录3 40图A 401绪论继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯的方法。但是，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）最早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逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式也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技术已成为现代电梯行业的一个热点。1.1电梯的分类(1)按用途分:

1)客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.

2)货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.

3)客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.

4)病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.

5)住宅电梯代号Z供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.

6)杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.

7)船舶电梯代号C用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.

8)观光电梯代号G轿厢壁透明供乘客观光之用.

9)还有一些专用电梯.(略)（2）按速度分:

1)低速电梯1m/s以下2)快速电梯1～2m/s

3)高速电梯2m/s以上4）超高速电梯4m/s以上.

（3）按拖动方式分:

1)交流电梯曳引电动机是交流电机.

当电机是单速时,称为交流单速电梯

当电机是双速时,称为交流双速电梯

当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.

当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.

2)直流电梯曳引电动机是直流电机，分为直流有齿和直流无齿电梯.

3)液压电梯液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.

4)齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯).（4）按控制方式分:

1)手柄操纵控制电梯由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯.

2)按钮控制电梯具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能.

3)信号控制电梯自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能.

4)集选控制电梯高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召服务,自动换向应答反向厅外召唤等功能.

5)下集选控制电梯只有在电梯下行时才能被截停的集选控制电梯.

6)并联控制电梯几台电梯被联在一起控制.共用厅门外召唤信号的电梯.具有

7)梯群程序控制电梯多台集中排列,共用厅外召唤按钮,按规定程序集中调度和控制的电梯.

8)梯群智能控制电梯由电脑根据客流情况,自动选择最佳运行方式的集群控制电梯.

1.2电梯主要组成部分及工作原理1.2.1电梯的主要电气设备(1)曳引电动机齿轮曳引机为电梯的提升机制，主要由驱动电动机，电磁制动器，减速器及曳引轮组成。一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停电后断电制动。(2)自动门机用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分厅门与轿门。(3)层楼指示灯层楼指示灯也叫层显．安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方．(4)呼梯盒呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以每层站召唤电梯，常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上，基站与顶站只有一只梭钮，中间层站由上呼与下呼两个按钮组成。按钮下带有呼梯记忆灯。(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命令．(6)平层及开门装置由上下平层感应器及开门到位6KR、7KR组成。上行是，6KR首先插入搁磁铁板，发出减速信号，电动机停转，抱闸抱死。下行时，7KR首先插入隔磁铁板发出减速信号；至6KR、7KR插入搁磁铁板时，发出开门及停车信号。(7)停层装置在电梯的井道内，每层站装有一只感应器，当轿厢运动到相应层站时。其上隔磁铁板插入对应的感应器内，以此检测电梯所处位置，并判断是否停梯。(8)安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限位开关、强迫换速开关、极限开关。1.2.2电梯的工作原理电梯的核心部分是依据电气控制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。安全装置保证电梯运行安全。井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及对重都是在井道中运行的。井道在各楼层设有门厅及呼梯设备。门厅有厅门，厅门顶部装有层楼指示灯，用于指示电梯的运行方向及电梯的所在位置。门厅里还设有呼梯盒，用于在每层站召唤电梯。呼梯盒常装在厅门外离地面1m左右的墙壁上，基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮，按钮下带有呼梯记忆灯。基站的呼梯盒上还设有钥匙开关，供司机开关电梯。为了实现轿厢的正常运行及准确停车，井道中往往要安装许多定位装置及安全设备。井道的底部和顶部还设有蹲底及冲顶设备。轿厢中设有自动门机，用来完成电梯的开门及关门任务。电梯门分厅门及轿门，当电梯停靠某层时，此层的厅门在轿门的带动下开启及关闭。电梯的操纵箱也安装在轿箱内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。上面设有与电梯的层站数相同的内选层按钮（带内选指示记忆灯），上下行启动按钮（带上下行指示记忆灯），开关门按钮，急停按钮，风扇、照明、层楼指示灯的控制开关，电梯运行状态选择钥匙开关(选择电梯是自动运行、司机状态下运行，还是检修)等。图1为电梯拖动系统示意图。,M,M曳引钢丝绳导向轮曳引轮电动机减速机构对重轿厢图1电梯拖动系统示意图1.3电梯的发展趋势随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要指标，作为高层建筑的垂直运载工具—电梯，得到了快速发展。主要为以下几方面：（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，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步无齿轮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；随着新技术的开发、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、无底坑、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电梯的总体设计方案论证2.1总体方案的确定目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器—接触器转变成可编程序控制器（PLC）。可编程序控制器（PLC）与其他计算机控制相比较：个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。当然在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。总之，经上述比较可得，我确定选用PLC控制电梯的运行。PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。2.2PLC控制电梯系统总体设计本次设计采用PLC的变频调速技术来控制5层的办公楼电梯。PLC负责处理各种信号逻辑关系，向变频器发出起、停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系，这是系统核心。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脉冲相序，可判断电动机转动方向，并可根据A、B脉冲频率测电动机转速。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，进行运算调节。旋转编码器和PG卡实现了速度闭环和位置闭环。电梯控制系统由可编程控制器(PLC)，变频器，光电旋转编码器，轿厢操纵盘，厅外呼梯盘，门机及其他电气元件等系统构成。电梯PLC控制系统结构框图如图2所示。此外当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，这时同步转速下降，交-直-交变频器的直流部分电压升高，为了能消耗回馈电能，并抑制直流电压升高，系统还必须配置制动电阻。VVVF变频器VVVF变频器PG制动电阻AC380VPLC控制系统内呼外换信号楼层显示信号门机驱动信号井道信号3～M信号控制信号状态信号旋转编码器图2电梯PLC控制系统的基本结构框图3PLC的外部接口电路设计3.1可编程控制器（PLC）的选择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。PLC的输出部分包括：呼梯信号指示、楼层显示、运行方向指示、呼梯铃、开关门控制、调速装置与拖动控制信号等。运行方式选择运行方式选择运行控制信号安全保护信号内指令信号外指令信号光电脉冲PLC输输入出部部分分开关门信号门区或平层信号呼梯信号指示楼层显示运行方向指示呼梯铃开关门控制调速装置与拖动控制信号图3电梯PLC信号控制系统框图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。本设计采用全集操作方式。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何检测，PLC软件如何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。3.2轿厢楼层位置的检测方法旋转编码器与主电动机同轴连接，接通PG卡（又名编码器连接板）对电动机进行测速和反馈电梯的位置，旋转编码器与电动机同轴连接，产生A、B两相脉冲。当A相脉冲超前于B相脉冲90。时，认为电动机处于正转状态；当A相脉冲滞后于B相脉冲90。时，认为电动机处于反转状态。根据A、B相脉冲的相序，可判断电动机的转向。根据A、B脉冲的频率(或周期)可测得电动机的转速。若以A、B相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。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，以便进行运算调节。在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。电梯运行中位移的计算如下：H=SI式中s为脉冲当量；I为累计脉冲数；H为电梯位移。S=∏入D/PD为曳引轮直径；为PG卡的分频比；A为减速器的减速比；P为旋转编码器每转对应的脉冲数。其中入=1/32，D=580mm，Ned=1450r/min，P=1024，=1／18代入S=∏入D/P，得S=l.00mm/脉冲设楼层的高度为4m，则各楼层平层点的脉冲数为：1楼为0，2楼为4000，3楼为8000，4楼为12000，5楼为16000。设换速点距楼层为1．6m，则各楼层换速点的脉冲数为：上升：1楼至2楼为2400，2楼至3楼为6400，3楼至4楼为10400,4楼至5楼为14400。下降：5楼至4楼为13600,4楼至3楼为9600，3楼至2楼为5600，2楼至l楼为1600。3.3PLC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速计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。根据控制要求，初步选三菱FX2N系列PLC。FX2N系列是PLCFX家族中最先进的系列。由于FX2N系列具有如下优点：超小型可编程控制器：与FX2系列相比，面积、容积小50%。高速大容量：超高速程式处理，0.008us基本指令；大容量存储器，内附8KRAM，最大可达16K（包括注释）。多种功能：基本指令27种，步进指令2种，应用指令128种。内附高速计数器：单相计数器60KHZ2点，10KHZ4点；二相计数器30KHZ2点，5KHZ1点。扩展模块兼容：可选用FX2N及FX0N的扩展模块及特殊功能模块。3.4I/O点数的分配及机型的选择本设计按5层的电梯为例，根据需要控制的开关、设备大约有个37输入点，29个输出点需进行控制，考虑10%~15%的裕量，故选择FX2N-84MR。其输入输出如表1，I/O点数分配图如图4所示。表1输入输出分配表输入代号输出代号X000KA1门锁Y000KM1上行X001SA1-1自动Y001KM2下行X002SA1-2检修Y002KM3高速X003SB1开门Y003KM4低速X004SB2关门Y004KM5启动加速X005SB3上行启动Y005KM6慢速启动X006SB4下行启动Y006KM7制动减速X007SQ5基站Y007KM8制动X010SQ6开门到位Y010KM9开门X011SQ7关门到位Y011KM10关门X012SQ17上行限位Y012-Y014带译码器的LED数码显示管X013SQ18下行限位Y0216HL、HL6上行指示X014SB5一楼内选Y0227HL、HL7下行指示X015SB6二楼内选Y023HL1一层内选记忆指示灯X016SB7三楼内选Y024HL2二层内选记忆指示灯X017SB8四楼内选Y025HL3三层内选记忆指示灯X020SB9五楼内选Y026HL4四层内选记忆指示灯X0211SQ一楼感应器Y027HL5五层内选记忆指示灯X0222SQ二楼感应器Y030HL8一楼上呼记忆X0233SQ三楼感应器Y031HL9二楼上呼记忆X0244SQ四楼感应器Y032HL10二楼下呼记忆X0255SQ五楼感应器Y033HL11三楼上呼记忆X0261SB1一楼上行Y034HL12三楼下呼记忆X0272SB1二楼上行Y035HL13四楼上呼记忆X0302SB2二楼下行Y036HL14四楼下呼记忆X0313SB1三楼上行Y037HL15五楼下呼记忆X0323SB2三楼下行Y040H蜂鸣器X0334SB1四楼上行X0344SB2四楼下行X0355SB2五楼下行X036紧急刹车SB10X037重量探测器X040GA40-20光幕传感器X041SA2-2安全运行X042高速计数器X043变频器故障X044零速输入中间辅助继电器：表2M102自动运行时开门禁止M1375层下行辅助M100开门辅助继电器M103定上行M200光幕传感器辅助继电器M144上行M220Z重量探测器辅助继电器M104定下行M110-M1141到5层记忆灯辅助M146下行M120-M124内选1到5层辅助继电器M150-M1541至5楼停车触发或复位M1301层上行辅助M105停车信号M1312层上行辅助M106制动辅助继电器M1322层下行辅助T50停层时间（含制动时间）M1333层上行辅助M140停层开门M1343层下行辅助T51启动延时M1354层上行辅助T52加速延时M1364层下行辅助T53减速延时图4PLC变频调速电梯控制系统I/O分配图3.5PLC控制程序设计电梯的控制是比较复杂的，要满足多位置、多控制的要求，电梯在接收用户信号的同时，还要不断处理各种离散信号。电梯动作的循环过程为：开门→关门→选层→换向→启动→加速运动→快慢速切换→平层→停车。同时在程序设计过程中应遵循轿厢内指令优先、顺向截车、就近停靠的原则。PLC控制的软件流程如图5所示。开始开始电梯闲置？上下呼信号？在一层？上行继电器得电？下行继电器得电？回到一层关门到位？关门到位？门电机反转门电机反转电梯上行设定上行目标设定下行目标电梯下行到达上行目标？到达下行目标？开门延时关门内选信号？YNNNYNYYNNNYYNNYYNNYY图5PLC控制流程图3.5.1开关门环节开始开始开门关门信号门开到位关门信号计时关门信号关门门完全关到位结束YNYNNYNNYY图6开关门过程流程图电梯的开关门存在以下几种情况：电梯投入运行前的开门。此时电梯位于基站，将开关门钥匙插入SA2内，旋转至开梯位置，则电梯应自动开门，人员进入轿厢，选层后电梯自动运行。电梯检修时的开关门。检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮SB1、SB2实施开门与关门。电梯自动运行停层时的开门。电梯在平层位置停层时，M140接通，电梯应开始开门。电梯关门过程中的重新开门。在电梯关门的过程中，采用光幕传感器进行检测，若有人或物夹在两门的中间，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，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，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按停层开门处理。电梯停用后的关门。此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动关门，将开关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T50延时结束后，电梯自动关门。停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。3.5.2层楼信号的产生与清除环节当电梯位于某一层时，指层感应器（1KR-5KR）产生该层的信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号（上一层或是下一层）所取代。程序中当层的层楼辅助继电器是用上层或是下层的层楼信号关断的。3.5.3停层信号的登记与消除环节人员通过对轿厢内操纵盘上1-5层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。程序中各选层辅助继电器支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点。3.5.4外呼信号的登记与消除环节人员在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时（基层与顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼按钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向信号的动断并联构成。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同时呼梯的原则决定的。即电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行（上行）而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下），不能立即消除，待人员进入轿厢，选层（去一楼）后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。3.5.5电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外选信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。梯形图中M103及M104分别为定向上行及定向下行辅助继电器，它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成，前文中所说的“比较”是通过电梯位置信号对呼梯信号的“屏蔽”实现的，比如当电梯上行且位于2层时，M111的动断触点断开，1层的内呼外唤都不再能影响上行状态。梯形图中，M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至5楼时，一旦5楼层楼继电器M114接通时，M103则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至5楼平层位置时才能停止。为解决这一问题，引入M143-M146，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。若不使用M143-M146，可能会发生下述情况：4楼向上的外呼信号（不存在其他外呼及内选层信号），使电梯至4楼位置，M113使M103断开，电梯至4楼位置到电梯停层开门，人员进行轿厢内选5层之间的时间内，1、2、3楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成4楼向上的运动之前定下行方向。3.5.6自动运行时启动加速与稳定运行环节电梯的启动条件是：运行方向已确定，门已关好。其梯形图只考虑接触器的通电，而没有考虑其断电与互锁等问题。3.5.7停车制动环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。梯形图中，各层的停车出发信号在下行下呼，上行上呼及内选层信号存在时产生，这些都是符合前边所谈到的停车原则。当存在触发信号电梯又运行到当层时，产生停车信号。停车信号M105梯形图支路中M103、M104动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯运行方向相反的停车问题（如二楼向下的外呼信号，使电梯从一楼向上运行时，M151不会被触发，至二楼位置，靠M103、M104的动断触点使M105接通）而设置的。而停车信号的消除是停车时间到，T50为停层时间定时器。3.5.8层楼位置显示本设计选用带译码器的LED数码管显示。如图8所示是3位二进制译码器的框图。输入的是3位二进制代码共有8种状态，译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。输入输出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000000000001001000000100100000010001100001000100000100001010010000011001000000111100000003线-8线译码器3线-8线译码器Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7图73位二进制译码器的框图表33位二进制译码器的真值表表4七段译码真值表显示数字输出状态abcdefg10110000211011013111100140110011510110114电梯调速控制系统设计随着电力电子技术、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他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：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。变频调速电源使用了先进的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，已逐渐取代直流电机调速。变频调速电梯使用先进的SPWM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。4.1变频器的选型随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，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。本设计选用了安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器VS—616G5型变频器。这种变频器的起动、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%-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。变频器的调速控制如下图所示。VS-616G5的特点：（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，可提高操作性能。VS-616G5的标准规格：表5VS-616G5型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2

~

110KVA1.4

~

460KVA电源电压频率200V：三相200/208/220400V：三相380/400/415/460电压容许变动+10%-15%频率容许变动±5%控制控制方式正弦波PWM控制无传感器矢量控制（无PG）带传感器矢量控制（带PG）V/F控制带传感器V/F控制（用参数切换）启动转矩150%/1Hz（无PG）150%0r/min（带PG）速度控制范围1：100（无PG）1：1000（带PG）速度控制精度±0.2%（无PG）0.02%（带PG）速度响应5Hz（无PG）30Hz（带PG）转矩极限有转矩精度±5%转矩响应20Hz以上（无PG）150Hz以上（带PG）特性频率控制范围0.1~400Hz频率精度（温度变动）数字指令±0.01%（-10C

~

+40C）模拟指令±0.1%频率设定分辨率数字指令0.01Hz/100Hz模拟指令0.03Hz/60Hz输出频率分辨率0.01Hz过载量额定输出电流的150%/min频率设定信号-10V

~

10V，0

~

10V，4

~

20mA

加减速时间0.01~6000.0S制动转矩约20%带制动选择150%抑制高次波电源直流电杭器内带（200V24KVA400V26KVA以下可选择）12相整流不能变动主要控制功能瞬停再启动，下降控制，转矩控制，零点伺服控制等操作装置16×2线日语液晶显示器

接通插件板可选择16种（最多可装3块）保护功能电机过载保护，变频器过载，瞬间过电流，电压下降，过电压，接地故障，散热器过热机壳封闭式，墙壁固定型：≤15KW由于采用PLC作为逻辑控制部件，变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。如下图所示为变频器与PLC的外部连接电路图。图8PLC与变频器的接口电路4.2变频器参数设置VS-616G5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。常用参数如表所示。表6变频器参数参数功用A组确定控制模式B组选择运行功能C组确定加减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组保护装置H组确定偏差标准表7VS-616G5变频器主要参数设置表参数名称设定值说明A1-02控制方式选择3带PG矢量控制B1-01频率指令选择0B1-02运行指令选择1B1-03停止方法选择0B1-04反转禁止选择0B2-01零速电平选择0.1HB2-04停止时直流制动时间1.0SC1-03加速时间3.0SC1-04减速时间3.0SC2-01加速开始时S型曲线时间0.8SC2-02加速完了时S型曲线时间0.8SC2-03减速开始时S型曲线时间0.8SC2-04减速完了时S型曲线时间0.8SC5-01ASR比例增利益15C5-02ASR积分时间13SD1-09检修速度200rpmE1-01输入电压设置380VE1-04最高输出频率50HzE1-05最大电压380VE1-06额定电压频率50HzE1-09最低输出频率电压0VE2-01电机额定电流按电机铭牌设置E2-02电机额定滑差按电机铭牌设置E2-03电机空载电流按电机铭牌设置E2-04电机极数按电机铭牌设置F1-01PG常数根据旋转编码器铭牌设置F1-02PG断线检测时的动作选择0F1-03超速时的动作选择0F1-04超度偏差过大时的动作选择0F1-05PG分频比根据电机极数设置4.3变频器容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P2P2=[W1+W2-W3]g+F1]v其中F1=K(W+W2-W3)g+s为摩擦力，s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留有较大裕量，可取P≈1.5P24.4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，所以变频器装置应具有制动动能，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RZ的大小应使制动电流IZ的值不超过变频器额定电流的一半，即IZ=U0/RZ≦IN/2其中U0为额定情况下变频器的直流母线电压。由于制动电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。4.5速度给定曲线分析过程目前在电梯中所应用的交流双速或可控硅调压调速控制方式里逻辑部件均由继电器、选层器完成。传统电梯控制系统往往忽视了舒适感要求，针对这一问题，运用vS_616G5变频器可编写速度曲线优点，对现有电梯调速控制系统进行改进，既可以达到节能要求又可以最大限度满足乘客要求。乘客对电梯需要包括生理需求和心理需求，从生理和心理上满足乘客需设计电梯转速基本出发点。生理需求是指乘客对其垂直平面内运行方式提出要求。（1）现有速度曲线分析人们垂直平面内乘坐电梯承受加速度或减速度时，会引起体内器官相对运动，产生不舒服感觉，这就是重力加速度效应。专家经验，电梯加、减速度应限制1．5m／S2以内，且加速度变化率应限制2．0m／S3以内。速度控制曲线往往如下图1所示，A、B、C、D处加速度变化率为正、负无穷大，其它时刻则为0。VS-616G5变频器中有15种速度曲线可供选择，但多数均为如图1所示线性，少数几种S型，能满足客户对电梯性能要求(加、减速时间为1．5s，额定转速为1m／s)，针对以上情况，这里设计了一种新型速度控制曲线。如图3所示。图9常规速度控制曲线（2）改进后速度曲线确定AE、FB、CG、HD四段选用抛物线平滑地完成加速、减速，EF、GH两段选用曲线的切线来完成调速过程。由系统实际要求所知：电梯的额定转速1m/s，加、减速所用时间为1.5s，人体所能承受的最大加速度为根据上述要求所用的速度曲线模型如图4所示：图10改进后速度控制曲线AE：V=0.9t2t∈E[0,0.667]EF：V=1．2t-0.4004t∈[0.667，0.833]FB：V=l-0.9(1.5-t)2t∈[0.833，1.5]CG：V=1-0.9(tc-t)2tc=1.5+T0t∈[1.5+T0，2.167+T0]GH：V=0.6-1.2(t-2.167—T0)t∈[2.167+T0，2.334+T0]HD：V=0.9(t-3-T0)2t∈[2.334+T0,3+T0]其中T0是电梯以额定转速运行的时间。速度给定曲线函数分析过程：(1)曲线的选择根据系统的快速性和舒适性以及加、减速时间和额定转速进行以下分析：加速曲线AE：则可知此段、加速切线EF：则可知此段、设计中考虑到加速的快速性、选择加速曲线FB与AE对称，即；匀速运行时电梯的额定转速是1m/s，这要求B点加速度及加速度变化率均须为0，由此选择匀速曲线BC：根据以上分析可知选择；由由由于设定AE与FB对称则有；并得各点参数如下所示E:F:B:∴AE段：EF:FB:由于加速和减速段曲线是对称的，由对称性可知CG:GH:HD:(2)曲线的合理性检验1）光滑性、满足则两段曲线间存在切线，加速曲线光滑。2）快速性、3）最小间距可实现性=∴起动段电梯走动了0.75m的距离由对称性知，降速段亦运行0.75m，∴H=2×0.75=1.5m由于普通楼层一层楼高度为2.5m，所以在电梯的额定转速为1m/s,加、减速所用时间为1.5s的前提下所设计的加速曲线满足最小间距的要求。4）舒适性在A、B、C、D四点，加速度的变化率均为0，也即此时的生理加速度为0在整个运行过程中加速度变化率最大值为,这大大减小了重力效应对人体的影响。通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应。本控制系统具有先进、可靠、经济的特色。变频器控制系统特点：(1)采用新型速度控制曲线。(2)采用检测逻辑控制。(3)采用优先级队列。(4)灵活的变频器控制。(5)可靠的系统工作状态。4.6旋转编码器的选择编码器有两方面的作用同，一是用于位置的检测；二是用于测量转差。在关门过程中，当转差大于设置值时（即旋转编码器输入的转速与变频器输出的频率相差大于一定值时），控制门机停止关门，并反向开门。在开门过程中，出现转差大于设置值，则停止开门。在本设计中，曳引电动机所使用的编码器，不仅仅要向拖动控制系统提供速度反馈，而且需要提供电动机磁极位置检测功能。只有检测出转子的磁极位置后，才能确定变频器的通电方式、控制模式以及输出电流的频率和相位，以保证曳引电机的正常工作。本设计选用了OSS系列旋转编码器。其优点为：增量型、单圈绝对值型、多圈绝对值型编码器，可满足用户的各种需求；新加入的总线型编码器，可以方便的联入各种现场总线中，方便用户安装和调试。

可应用于包装、机床、机器人、起重、物料搬运、自动配送、印刷机械、传送控制、过程控制等各种工业场合。4.7曳引机的选择随着PLC和变压变频（VVVF）调速控制在电梯领域广泛使用，电梯的安全性和舒适性及智能化大大提高的同时，电梯的控制更加复杂。本设计采用曳引驱动，使用的是VF系列电梯曳引电动机。其特点为：（1）防护型、自冷式变频调速三相异步电动机（2）具有低频起重转矩大、起重电流小的特点，适用于满载起动。（3）兼有高效节能、调速范围广、运行可靠、噪声低振动小等优点，是目前理想的交流调速电动机，主要用作电梯及其它电动升降机的原动力。根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1,M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1～KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1,FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图115结论本设计基本上达到了设计目的。本设计利用通用变频器和PLC实现了对电梯的控制，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。系统的控制核心为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，存储在存储器并由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，向拖动和门机控制系统发出控制信号。通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展和综合，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。当然，本设计还存在一些不足之处，例如：本设计是按楼层定高设计的，而实际每一楼层高度是不一定相等的，因此，设计时应考虑楼层间距自学功能。另外，由于实际条件的限制，本设计不能进行调试，这也是不足之处。当然，设计中肯定还有其他不足和纰漏之处，请各位专家和老师指正。6经济分析报告每一种新产品的设计和开发，大部分是基于该产品能带来更大的收益。要获得更大的收益，就需要得到购买者的认可，这就是性价比的问题，也就是说如何用最少的钱买到最好的产品。那么对于生产厂家而言，怎样使用最少的成本生产出最有市场价值的产品，无疑是设计过程中非常重要的问题。所以，在设计中，如何通过设计来减少材料的使用和提高材料的利用率，并通过整体设计使产品的性能价格比最优化，是设计者必须重视的问题。本设计对“基于PLC的变频调速电梯系统”进行了设计研究。系统采用三菱FX2N-84MR可编程控制器，选用了安川VS-616G5通用型变频器；进行了电梯控制系统的设计。在控制系统中，主要采用三相交流异步电动机、门机、旋转编码器、PG卡、轿厢操纵盘、呼梯盒、指示器等。单位产品目标成本=预测价格×（1-税率-目标利润率）税率=8%目标利润率=20%6.1初步计算成本根据本设计的系统所需的材料费用、工资、动力等消耗，定价参考目前市场价格，得出了成本概算见表1表8基于PLC的变频调速电梯系统成本概算表序号项目数目金额(元）备注（以下产品选择的性价比属于比较好的）1PLC1台3100FX2N-84MR佛山市协泰机电设备经销部2变频器1台1080VS-616G5深圳市梦翔宇科技有限公司3旋转编码器1个600OSS系列北京康坝有限公司4PG卡1个250PG-B2深圳市梦翔宇科技有限公司5按钮开关19个70YLAY090-DS乐清市盈瑞电器有限公司6其他材料不定4680单位产品、各种器件7曳引机1台15000WYJ300福安市广源机电有限公司8固定费用不定5000车间费用，资产折旧，企业管理，物业费，销售费用及设备维修费用等9门机1台4500总计34283元6.2总成本估算由元件分析表的分析统计可知，总成本约为34283元劳动成本：为材料成本的20%，大约为6860.0元能源成本：为材料成本的15%，大约为5150.0元税收：为目标产品的8%，大约为2750.0元。所以，电梯系统的总成本约为49043.0元。6.3本次设计在生产应用中的优势一个好的应用方案，不仅要看技术含量，还要看它是否实用，性价比是否适当。首先，采用FX2N-84MR作为控制器，功能强大而体积小，扩展性好，安装方便，可靠性高，具有良好的控制精度；其次，操作方便、美观实用的操作面板；第三，本文在采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器与PLC的合理选择和设计，改善了电梯运行舒适感和安全性，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。并利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置和速度反馈。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。另外，采用VVVF改造后的电梯，结构紧凑，噪声低，提高了运行效率，维修简单，故障率低，由于VVVF为无极调速，调速范围宽，因此，也大大提高了乘坐的舒适感，据调查，VVVF电梯与ACVV电梯相比节能达30%，同时可以最佳利用电网的能量，提高功率因数。降低曳引电机容量20%以上。VVVF变频调速电梯有明显的节能特性，具有一定的经济效益和社会效益。参考文献1.叶安丽编著.电梯技术基础.北京:中国电力出版社，20042.张福恩编著.交流调速电梯原理、设计及安装维修.北京：机械工业出版社，1993：293钟肇新，范建东，冯太合编著.可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社.2008.2（2009.6重印）4．郑凤翼，郑丹丹，赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和语句表.北京：人民邮电出版社，2006.5（2008.7重印）5．李俊秀，赵黎明主编.可编程控制器应用技术实训指导.北京：化学工业出版社.2002.16．张燕宾编著.电动机变频调速图解.北京：中国电力出版社,20037．史国生主编.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2003.128．袁任光编著.交流变频调速器选用手册.广州：广东科技出版社，2002.99．吴忠智.变频器应用手册.北京：机械工业出版社.199510．王玉申.通用变频器的选择与使用.中华纸业.200111.李元康。电梯主要的安全保护系统浅析。[期刊论文]-自动化技术与应用。2003，22（3）12.赵守庭，徐勇等。变频电梯PLC自动控制软件系统的设计与开发。[期刊论文]-中国科技信息。2009，（13）13．郝晓弘，张萍。VS-616G5变频器在电梯调速控制系统中的应用。[期刊论文]-微计算机信息。2006，22（1）14.郑新志，樊育，郑兆生。PLC电梯控制系统设计与组态监控。[期刊论文]-微型机与应用。2008,22（1）15.彭登松。PLC在电梯控制系统中的应用。[期刊论文]-南昌航空工业学院学报。2000,14（2）16.魏伟，金星。PLC控制电梯教学模型的研发[期刊论文]-电气应用。2006，（09）17.罗雪莲。交流变频调速电梯PLC控制系统设计。[期刊论文]-电气时代。2003，（11）18.代杰。交流变频调速电梯系统设计和应用。[期刊论文]-自动化与信息工程。2009,30（3）19.熊滨，于海东。浅谈VS-616G5变频器在电梯调速控制系统中的应用。[期刊论文]-黑龙江科技信息。2009，（25）20.熊印国。基于PLC的教学用电梯模型控制系统设计。[期刊论文]-科技信息。2008，（35）21.安川电机公司-616G5说明手册。1996。22.YamashitaT.Developmentinmouldoscillation.Proc.con-castworkshoponslabcasting,1987,Kashima:59-6123.ZwimpferP,andStrmmlerH,ModulationandRealizationofanovelTwo-stageMatrixConverter,Proceedingsofthe6BrazilianPoweElectronicsConference,Florianopolis,Brazli,Vol.11-14Nov.2,pp.485-490,2001附录1附录2附录3图A附录1(梯形图)附录2（程序）0LDY00042ANIX0221ORY00143OUTM1102ANDX00144LDX0223OUTM10245ORM1114LDIX04046ANIX0215OUTM2047ANIX0236LDX00748OUTM1117ANDX04149LDX0238LDX00350ORM1129ANDX00251ANIX02210ORB52ANIX02411ORM14053OUTM11212ORM20054LDX02413ORX00355ORM11314ORX02656ANIX02315LDX02757ANIX02516ORX03058OUTM11317ANDY01559LDX02518ORB60ORM11419LDX03161ANIX02420ORX03262OUTM11421ANDY01663LDM11022ORB64OUTY01423LDX03365LDM11124ORX03466OUTY01525ANDY01767LDM11226ORB68OUTY01627LDX03569LDM11328ANDY02070LDY01729ORB71LDM11430LDM10072OUTY02031ANIX00273LDX01432ORB74ORM12033ANIX00475ANIM11034ANIX01076OUTM12035ANIM10177LDX01536ANIM10278ORM12137OUTM10079ANIM11138LDM10080OUTM12139OUTY01081LDX01640LDX02182ORM12241ORM10083ANIM11284OUTM122128ORIM10485LDX017129ANB86ORM123130OUTM13487ANIM113131LDX03388OUTM123132ORM13589LDX020133LDIM11390ORM124134ORIM10391ANIM114135ANB92OUTM124136OUTM13593LDM120137LDX03494OUTY023138ORM13695LDM121139LDIM11396OUTY024140ORIM10497LDM122141ANB98OUTY025142OUTM13699LDM123143LDX035100OUTY026144ORM137101OUTM124145ANIM114102OUTY027146OUTM13710