MM440变频器在电梯中的应用

摘要本文介绍一种电梯变频器控制系统。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，要求到达电梯运行的“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MM440变频器组成为一体的控制系统。本设计控制单元采用以西门子的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制,采用MM440变频器进行速度调节，到达运行平安、可靠、舒适的要求。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、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：电梯，PLC控制系统，变频器AbstractThistextintroducesthecontrolsystemofakindofelevatorPLC.Theelevatorisperpendiculardirectionaloftheconveyanceequipmentsbeindispensableinthehighbuildingoftransportationequipments.Itdependselectricpower,draggingalongtomoveacarthatcancarrypersonorthingandleadatrackinthebuildingofthewellwayupdoperpendicularitytoascendanddescendsport,thereisprominentfunctioninthepeople'slife.AndthecontrolelevatorcirculateofthePLCsystemalsohasmoreandmorehighrequest,requesttoattainthemovementpurposeof"steady,quasi-,quick"ofelevatormovement.ThatsystemmainlyfromPLC,logiccontroltheelectriccircuitconstitute.Includeanexchangesdifferencetotreadelectricmotoramongthem,aftertheelectricappliances,getintouchwithamachine,routeoftravelswitchandpressbutton,giveoutlighttheindicatorconstituteandMM440transducerforthecontrolsystemofintegralwhole.ThethismachinecontrolunitadoptioncarriesonwholeprocessacontroltothemachinebytheprogrammablecontrollerPLCofSiemenscompany.ThewholesystempassesPLC,logiccontroltheelectriccircuitistotheriseandfallofelevator;Add,decelerate;Evenlayer;Start,maketomoveacontrol.Itsstructureissimpleandcirculateanefficiency,evenlayeraccuracy,beeasytocomprehensionandcontrol.Keywords：elevator，PLCcontrolssystem，transducer第一章方案论证61.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题6电梯继电器控制系统的优点6电梯继电器控制系统存在的问题71.2PLC及其在电梯控制中的应用特点71.2.1PLC的特点71.2.2PLC控制电梯的优点91.3电梯变频调速控制的特点91.4课题的来源91.5课题研究的实际意义10第二章电梯设备及其主要参数102.1电梯的出现102.2电梯设备11电梯的分类11电梯的主要参数112.2.3乘客电梯参数尺寸122.3电梯的开展概况12电梯技术开展概况13电梯开展展望13第三章电梯的根本构成及控制原理143.1电梯土建的根本结构143.2电梯机械的根本结构143.3电梯电气系统的根本结构16电梯的拖动系统163.3.2电梯的控制系统173.4电梯控制系统的原理与要求17第四章变频器的选择194.1变频器的分类194.2变频器的选择19选择变频器品牌型号19选择变频器规格19选择的变频器应满足的条件194.3通用变频器20通用变频器概况20西门子MM440型通用变频器21第五章PLC的结构及根本指令235.1PLC的结构原理235.1.1PLC的硬件系统结构235.1.2可编程控制255.2PLC的工作原理255.2.1PLC的等效工作电路25、PLC的工作原理265.3PLC的软件系统265.4STEP7编程软件的编程语言及根本指令275.4.1STEP7编程软件的编程语言275.4.2STEP7编程软件的根本指令28第六章MM440变频器电梯控制系统的硬件设计286.1MM440变频器电梯控制系统结构286.2MM440变频器电梯控制系统296.3MM440变频器电梯控制系统硬件开发30设计思想316.3.2电梯控制系统PLC硬件设计33电梯控制系统MM440变频器硬件设计34第七章系统软件设计367.1PLC的编程语言367.2电梯设计流程图377.3三层电梯梯形图38外召唤信号登记及消除38内指令信号登记及消除387.3.3电梯的平层信号处理407.3.4选层定向及反向截梯407.3.5内指令外召唤信号的保持437.3.6各楼层停车信号447.3.7自动开关门45结束47致谢……………………47参考文献49前言电梯是随着高层建筑的兴建而开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,电梯在现代社会已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批4—6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的开展时期。实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制那么由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器〔PLC〕取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间一般可达3-5万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广阔现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为根底的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱〔PLC、CAD/CAM、ROBOT〕之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。自20世纪80年代初通用变频器问世以来，通用变频器更新换代了五次：第一代是80年代初的模拟式通用变频器，第二代是80年代中期的数字式通用变频器，第三代是90年代初的智能型通用变频器，第四代是90年代中期的多功能通用变频器，本世纪研制上市了第五代集中型通用变频器。PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，因此在交流传动乃至其他能量变换系统中得到广泛应用。从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比拟，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，PWM在各种应用场合仍占主导地位，并一直是人们研究的热点。为了满足电梯平安、可靠、舒适运行的要求，本设计采用西门子MM440变频器进行速度控制以到达以上要求。在典型的升降系统的轿厢控制中，要与配重相结合，系统表现为很大的惯性复杂性。所以传动装置必须有很大的起动力矩。西门子MM440变频器可以控制电梯从静止到平滑起动期间提供200%三秒钟的过载能力。MM440变频器的矢量控制和可编程的S曲线功能，使轿厢在任何情况下都能平稳的运行且保证乘客的舒适感，特别在轿厢突然停止和突然起动时。MM440变频器高力矩输出和过载能力保证电梯可靠、无跳闸运行，通过调节变频器的调制频率，可以使电梯静音运行。S形曲线设定保证电梯平滑操作，提高乘坐舒适感。电梯采用变频器控制，减少了电梯的机械维护量。总之，电梯的控制是比拟复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的开展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和开展，与PLC相比拟，存在质的差异。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。同时，MM440变频调速使用了先进的SPWM技术，具有优异的调速性能和起制动性能、高效率和节电效果，得到广泛的应用。可编程控制器和MM440变频器相结合，使得电梯的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件有机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第一章方案论证随着现代城市的开展，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，保证电梯的运行高效节能又平安可靠。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是根据顺序逻辑控制的需要而开展起来的，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开展，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，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列的一个热点。1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题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〕大局部电器均为常用控制电器，更换方便，价格廉价。〔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。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【1】。〔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，技术水平难以提高。〔3〕电磁机构及触点动作速度比拟慢，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平安性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。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。1.2PLC及其在电梯控制中的应用特点1.2.1PLC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，实现字运算和数据存储，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。〔1〕PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。〔2〕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MTTR，使可靠性提高。〔3〕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。〔4〕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，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。〔5〕在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；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。〔6〕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，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2、易操作性PLC的易操作性表现在以下几个方面：〔1〕操作方便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。〔2〕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，十分有助于编程人员的编程。〔3〕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减低。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：〔1〕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。〔2〕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。〔3〕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。1.2.2PLC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〕去掉了选层器及大局部继电器，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报警显示，提高运行平安性，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】。1.3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开展，交流变频调速技术的开展也十分迅速。电动机交流变频技术是当今节电，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开展前途的调速方式。〔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〕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，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。1.4课题的来源变频器以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内70～80年代安装完成的电梯绝大局部是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。维修困难，属于能耗型调速，效率低，发热量大，调速性能指标较差，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器〔PLC〕来控制电梯，取得了良好效果。利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、平安性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.5课题研究的实际意义在电梯的控制中其控制量多、逻辑性强、随机性大是其主要特点，对于PLC控制设计来说，电梯控制系统具有很强的实用性和典型性，研究、分析电梯的逻辑关系，进而实现控制，对于理解和学习PLC都具有很好的意义。控制电梯运行的PLC系统要求到达电梯运行的“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西门子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开关门，升降，加、减速，平层，起动、制动控制。要求其到达结构简单、运行效率高、平层精度高、使其能够易于理解与掌握。课题所研究的内容主要是用可编程控制器〔PLC〕和变频器改造在用电梯自动控制系统。由于大局部老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器〔PLC〕来控制电梯。调速系统采用交流变频调速，在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度〔即准确停车〕，并能节约大量电能。第二章电梯设备及其主要参数2.1电梯的出现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创造－历史上第一部平安升降梯。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，她已经开展成为世界、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。为了确保电梯正常运行、平安使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯【3】。2.2电梯设备电梯的分类电梯的分类有各式各样：〔1〕按用途分类乘客电梯；载货电梯；客货电梯；病床电梯；杂物电梯；住宅电梯；特种电梯；〔2〕按速度分类低速电梯1m/s以下；高速电梯1~2m/s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〕按控制方式分类层间控制；简易集选控制；集选控制有无司机控制；群控电梯的主要参数〔1〕载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。〔2〕轿厢尺寸(mm)宽*深*高。〔3〕轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对的要求等等。〔4〕轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。〔5〕开门宽度(mm)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。〔6〕开门方向人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称中分门。〔7〕曳引方式常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。〔8〕额定速度(m/s)制造和设计所规定的电梯运行速度。〔9〕电气控制系统包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。〔10〕停层站数(站)凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。〔11〕提升高度(mm)由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。〔12〕顶层高度(mm)由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直的距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。〔13〕底坑深度(mm)由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。〔14〕井道高度(mm)由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。〔15〕井道尺寸(mm)宽*深。电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时，必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等，按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物，否那么会影响电梯的使用效果。乘客电梯参数尺寸此题目选取新国家标准GB/T7025.1-7025.3－97中的规定中的乘客电梯作为设计对象，为适应我国电梯产品迅速开展的要求，原部颁标准JB1435－74和国标GSB7025－86已远不能适应电梯产品的开展的需求。因此，国家在1997年又正式颁发具有国际水平的新的国家标准GB/T7025.1-7025.3－97以取代前述各标准。新国标GB/T7025.1-7025.3－97对已批量生产的乘客电梯、住宅电梯，载货电梯，病床电梯，杂物电梯等类别电梯的主要参数及轿厢、井道、机房的形式与尺寸作了具体规定。2.3电梯的开展概况随着现代建筑的开展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要的标志，作为高层建筑的垂直运载工具电梯得到了快速开展。电梯是效劳于三分之一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上的倾斜角小于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。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力和简单提升设备，直到现在我国北方局部农村仍用手摇轱辘提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备――电梯雏形的国家之一。随着电子工业的开展，新技术、产品不断用于电梯控制系统，如可编程控制器的应用；单片机的应用；无触点半导体逻辑控制晶闸管〔俗称可控硅〕的应用；集成电路及数字控制、计算机群控制及调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。生活在继续，科技在开展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新－手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯那么使身处其中的乘客的视线不再封闭。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺【4】。电梯技术开展概况〔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开展，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开展，已由以前的变级调速〔AC-VP〕开展成为调压调速〔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简单的继电器——接触器控制开展为可编程序控制器〔PLC〕和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制开展为集选控制、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，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。〔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。电梯开展展望〔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、新工艺的开展，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开展。〔2〕技术含量更高，性能更好。电梯行业技术开展非常迅速，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、更平安、更安静、更经济的特点，所以永磁同步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开展潮流。〔3〕安装更方便、更快捷高效、平安、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，电梯的双向平安装置、无底坑、无线控制、绿色环保——平安、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要开展方向。3.电梯的根本构成及控制原理电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主要由成土建局部，机械局部和电气局部组成。3.1电梯土建的根本结构土建局部大致由机房，井道，底坑组成。一、电梯机房：通常电梯机房设在建筑物的顶楼，机房内没厢控制柜，电梯曳引主机，导向轮，防止电梯超速的限速器，电梯的总电源盒等部件。二、电梯井道：是在机房曳引机的上方是贯穿于建筑物通体高度的方形直通道空间，井道侧壁上安装有坚直的导轨，作为引导轿厢、对重运动提供空间。三、底坑：井道的底部平面低于建筑物的最低层的地面，主在用于安装电梯轿厢，对重缓冲器，以便在轿厢冲顶、蹲低有缓冲的空间起减速缓冲作用【5】。3.2电梯机械的根本结构机械局部主要有曳引主机，导向轮，曳引钢丝绳-绳头，限速器-平安钳，导轨-导靴，电梯轿厢，开关门连杆装置，层门-门锁，缓冲器等部件。一、曳引机：是电梯轿厢升降的主拖动机械，它由电动机、制动器、减速箱〔无齿轮曳引机没有减速箱〕、曳引轮、和底座等组成。二、曳引钢丝绳：电梯用曳引钢丝绳常采用电梯专用西鲁式钢丝绳〔6X19S+NF或8X19S+NF〕，三、导向轮：导向轮用于半绕时，俗称过桥轮，用于全绕式时，称为抗绳轮。导向轮是用来调整钢丝绳与曳引轮之间的包角大小，与及调整轿厢与对重的相对位置。四、限速器-平安钳：限速器-平安钳装置由限速器、限速钢丝绳、平安钳、底坑张紧轮四局部组成。电梯中限速器与平安钳成对出现和使用，它们是电梯中最重要的一道平安保护装置。其作用有：电梯由于超速、打滑、断绳、控制制失控等原因，起到了平安保护作用。五、导轨-导靴导轨和导靴是电梯轿厢和对重导向局部。电梯导轨材料多采用普通碳素钢A3F轧钢，要求具有足够的强度、韧性，在受到强烈冲击时不致发生断裂。导靴是轿厢与对重沿着导轨上下移动的导向装置。六、电梯轿厢电梯轿厢是电梯中装乘客或货物的金属结体。它由轿厢架、轿厢壁、轿厢底、轿厢顶、轿门等到几局部组成。由上下四组导靴向沿导轨作垂直升降运动，完成垂直运输任务。常用电梯轿厢内部净高和使用者正常出入门口净高一样，应不小于2米，宽度和深度由电梯的实际载重量而定。七、开门机及开关门机构自动开门装在轿顶靠近轿门处，由电动机通过减速装置〔齿轮传动或蜗轮传动或带齿胶带传动〕带动曲柄杆机构去开、关门。八、层门层门是电梯在各楼层的停站，也是供乘客或货物进出电梯轿厢通向各层大厅出入口，又称为厅门。层门由门框、门板、门头架、吊门滚轮、层门地坎和门联锁等组成。门框又由门楣〔门导轨或门上坎〕、左右立柱组成。九、对重装置对重装置的作用，是以其自重量去平衡轿厢侧所悬挂的重量。它的作用有：〔1〕减少电梯曳引机的输出功率；〔2〕减少曳引轮与钢丝绳之间的摩擦曳引力，延长钢丝绳寿命；〔3〕如果电梯在“冲顶〞或“蹲底〞时，使电梯失去曳引条件，防止冲击并井道顶部；〔4〕使电梯的提升高度不像强制式驱动那样受到限制。3.3电梯电气系统的根本结构电梯电气系统有两大系统组成：电梯的拖动系统和控制系统组成。3.3.1电梯的拖动系统目前，常用的电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多，大电梯领域里应用较为广泛的有交流变极调速、交流调压调速、交流变压变频调速。〔1〕交流变极调速据异步电动机的同步转速为即旋转磁场的转速，旋转磁场同步转速如2.1式,当改变定子绕组的极对数时，就可以改变同步转速，从而使电机转速得调节。n0=(2.1)式中，n0为旋转磁场的同步转速，f1电源的供电频率，p为异步电动机定子绕组极对数。为了实现变极调节调速，可以在定子上安装两组独立的绕组，各构成不同的极对数，也可以通过改变绕组接法的方式实现调速，变极调速适用于不需要平滑调速的载货电梯。〔2〕交流调压调速异步电动机的转速如2.2式，n=，当改变转差率时，也可以到达调节电动机转速的目的，这些转差功率消耗在转子电路上，不但使转子发热，也降低了工作率。n=(1-s)(2.2)式中，n为异步电动机转速，f1电源的供电频率，p为异步电动机定子绕组极对数。S为异步电动机的转差率。目前电梯上使用较多的改变转差率调速的方法是变压调速，即通过改变定子电压来到达调速的目的。变压调速的调速范围非常窄〔电动机线性调速范围小〕。因此电梯上的变压调速都采用闭环控制，以提高调速范围。〔3〕变频调速由式2.1可知,当转差率变化不大时，异步电动机的转速根本上正比于，因此，如果供电电源的频率可以平滑改变，异步电动机的转速就可以得到平滑调节。通过改变电源频率来实现调速的方法，可以得到很大的调速范围及很好的机械性，这种调速方法是目前电梯上应用最多的调速方式。变频器自80年代进入实际应用以来，主要以交流电动机的节能应用为主。但是进入90年代后，变频器得到了迅猛开展。变频器的应用主要有两个方面：一方面是为了节能需要而进行的交频器的应用：另一方面是为了满足生产工艺调速的要求而进行的变频器的应用。目前通用变频器己经在机械、冶金、石化、医药、造纸等行业得到了广泛的应用。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。变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。通过以上三种调速方式的比照，本设计采用变频器作为电梯的速度调节方式以到达节能、舒适和运行平安稳定可靠的要求。3.3.2电梯的控制系统电梯的控制系统大致有以下几局部组成：开关门按控制、轿内指令登记与消号、厅外召唤登记与消号、定向选层线路、启动线路、减速平层线路、检修运行线路、消防运行线路、主控回路等。这几局部共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记、开关门、启动、运行、减速、平层等各种功能。系统采用S7-200PLC作为控制系统核心，操纵盘、呼梯盘、井道及平安保护信号通过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。3.4电梯控制系统的原理与要求〔1〕电梯位置确实定与显示轿厢中的乘客及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅都设有显示楼层标志的电梯位置显示装置。此外，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。〔2〕轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，按电梯集选控制原那么，电梯上行时，应响应层站的上呼叫信号，下行时，响应下呼叫信号。在上行时应保存层站的下呼信号，在下行时应保存层站的上呼信号这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号【6】。〔3〕电梯自动运行时的信号响应电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯运行的运行方向。在定向时，根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比拟，门厅信号和内选信号都做为输入信号与电梯位置信号进行比拟，但凡在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，那么电梯属上行状态；凡在其下方向的，那么定下行状态。而且规定在运行方向确定之后只有同方向的才能截梯，方向不能截梯，不响应中途的方向呼唤要求，直到到达本反方向的最远战点才开始返程。要保持最远层楼召唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后，方能改变电梯运行方向。同时轿内指令信号优先于各层楼厅外召唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘客召唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而揿按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向)；假设该乘客虽进入轿厢内且电梯门未关闭而尚未揿按指令按钮前(即电梯尚未定出方向)，出现其他层楼的厅外召唤信号时，如此召唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，那么电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是根据其他层楼厅外乘客的要求而定向。〔4〕轿厢的启动与平层轿厢在运行方向确定，轿厢已关好门时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。〔5〕轿厢的平层与停车轿厢的运行后需确定在哪一层站停车，平层是指停车时，轿厢的平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统的电梯的平层开始信号由平层感应器发出。上平层感应器及下平层感应器装在轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。上行时，上平层感应器首先插入隔磁铁板板，发出减速信号，电梯开始减速，至下平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死，下行时下平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至上平层感应器插入隔磁铁板时，发出开门及停车信号第四章变频器的选择本设计通过多种方案的比拟和对照，完成了电梯控制系统中变频器的选择。4.1变频器的分类变频器的种类很多，下面根据不同的分类方法对变频器分类：〔1〕按变换频率的方法分交—直—交变频器、交—交变频器〔2〕按主电路工作方式分电压型变频器、电流型变频器〔3〕按变频器调压方法的不同分PAM变频器、PWM变频器〔4〕按工作原理分类U/f控制变频器、VC控制变频器、SF控制变频器〔5〕按照用途分类通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器4.2变频器的选择确定变频器的品牌和型号，以及确定变频器的规格，就完成了变频器的选择。先对变频器进行分类，然后分别讨论品牌和型号、规格。4.2.1选择变频器品牌型号变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大，选择品牌时，质量品质，尤其是与可靠性相关的质量品质，显然是选择时的重要考虑方面。同时，设备平均寿命的长短是一个重要的参数，所以根据预期使用寿命来选择品牌，经验和口碑仍然是主要依据。在同一品牌中选择具体型号时，那么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。4.2.2选择变频器规格变频器产品说明书都提高标称功率数据，但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。因此，直接按照变频器标称功率进行选择，在实际中常常可能会行不通。根据具体工程的情况，可以有以下几种不同的变频器规格选择方式：〔1〕按照标称功率选择：一般作初步投资估算依据。〔2〕按照电动机额定电流选择；多用于恒转矩负载的新设计工程。〔3〕按照电动机实际运行电流选择：多用于改造工程。〔4〕按照转矩过载能力选择综上所述，根据实际工程情况，以适当的方法选择变频器规格很重要。选择结果多数情况下变频器标称功率与电动机匹配，少数情况需要放大。所以，笼统的认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法，但会造成浪费。总的来说从生产本钱来作适宜的选择。4.2.3选择的变频器应满足的条件〔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〕为降低电梯本钱，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通用变频器为了满足以上的条件，本设计选择通用变频器。采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的是：一、为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求。二、为了节约能源、降低生产本钱。4.3.1通用变频器概况上个世纪80年代初，通用变频实现了商品化。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两个大开展过程。〔1〕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通用变频器的容量到达了600KVA，400KVA以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。〔2〕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〞〔IntelligentModule，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。〔3〕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开展。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。〔4〕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，从对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元喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。西门子MM440型通用变频器电梯的调度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。考虑到以上因素，本设计选用西门子MM440型通用变频器西门子最新推出新一代高性能通用型变频器MM440系列产品具有高水平的运行性能；广泛的使用环境；便利的维护特点及各类简易操作的实用功能。

MM440系列变频器采用了全新的设计理念，努力做到新设计水平先进、新颖；全功能齐全、一机多用；高控制性能优越而独特。

MM440系列变频器具有以下先进的功能和特点：(1)汇总了以往西门子变频器中具有代表性产品的特点，即：常规控制性能方面吸取了MM430的特点〔过载能力强、控制功能多、适合大多数通用场合〕；矢量控制方面与MM430相当〔工作于多种模式：速度、转矩、位置及各模式的切换、用途更广泛、更专业〕；外型结构和辅助功能与MM430相同〔通讯功能强、信号调整方面近似工业仪表的特点，调节余地大、使用更为方便〕【7】。(2)发挥普通电机的最正确性能〔无传感器矢量控制〕：驱动无编码器的普通电机实现高精度和快速度响应运行的矢量控制。在0.3Hz的超低速下最高可实现200%的输出转矩。转矩模式下控制范围

1:20；响应水平进一步提高,

速度响应

120rad/s,

速度控制范围

1:200。(3)

驱动带编码器的电机实现高性能的矢量控制：闭环矢量控制下，变频器可到达比无传感器矢量控制时更高精度和更快速度响应的性能。速度控制范围

1:1500；速度波动率：0.01%；速度响应

300rad/s。转矩控制范围

1:50；并具零速控制和伺服锁定功能。位置控制中，内置15段预设位置段，并且可与PLC或脉冲单元连接后可构成通用伺服系统，实现定位操作。假设选用西门子专用电机，可实现低速时连续输出100%转矩，适合于开卷/收卷等场合。

(4)强大的网络通讯功能：内置USB通讯接口，方便连接FR-Configurator变频器设置软件。除内置的根本RS485通讯方式外，通过选用各种总线适配器，可链接于CC-Link、Profibus-DP、Device-NET、LonWorks、CANopen、EtherNET、SSCNETⅢ，高效、快速地实现设备网络化。(5)内置EMC滤波器：有效地抑制电磁噪声，无需外部配置，节省安装空间。(6)长寿命设计：主回路电容、控制回路电容、新设计的冷却风扇设计寿命均为十年。

第五章PLC的结构及根本指令5.1PLC的结构原理可编程序控制器〔ProgrammableLogicalController,简称PLC〕，是在继电器控制和计算机控制的根底开发的产品，逐渐开展以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力，适应性力。而其体积小，重量轻，价格底等特点，在工业控制应用上越来越广泛，电梯控制系中的应也不例外。不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构多种多样，但根本组成原理是一样的。5.1.1PLC的硬件系统结构从硬件来看，PLC主要由CPU，存储器，I/O接口，电源，编程器等组成。图5.1PLC硬件的根本结构〔1〕CPU板CPU板PLC的核心部件，它包括：微处理器CPU、存储器〔ROM、RAM〕、并行接口〔PIO〕、串行接口〔SIO〕及时钟控制电路等。CPU板是PLC的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；PLC内部配有程序存储器和数据存储器〔ROM，RAM〕，分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户环境；并行接口和串行接口主要用于CUP与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。〔2〕输入/输出电路输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收现现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，然后由CPU读入并送至输入映象存放器中，供程序执行使用。输出电路的作用是将PLC的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式：一种是继电器形式，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型，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；第三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。〔3〕存储器扩展接口存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展卡盒。常用的扩展卡盒有三种：一种是COMS开型ROM卡盒，它需要用锂电池后备，以防止断电时丧失程序及数据；另一种是EPROM卡盒，这种卡盒需要用专门写入器将调试好的用户程序或数据写入EPROM中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种是EEPROM卡盒，是电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。〔4〕I/O扩展接口I/O扩展接口与CPU之间是以总线方式连接的，因此它可以连接开总量的I/O扩展单元及扩展块，使I/O点数规模在配置更加灵活。同时也可以配接如模拟量、高速脉冲等单元及通信适配器等特殊功能模块，使PLC的功能大大增强。〔5〕编程器及其接口编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当PLC在正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为了能对PLC进行编程及调试，在PLC上专门设有一个编程接口，通过这个接口可以连接各种形式的编程器。编程器的种类很多，常见的有便携式手持程器、专用智能编程器和通过计算机和专用接口实现对PLC的编程。〔6〕电源PLC一般使用220V的交流电源，电源部件将交流电转换成供PLC的中央处理器，存储器等电子电路工作所需的直流电源，使PLC能正常工作。5.1.2可编程控制任何一个控制系统要完成目的控制功能，必须通过一定的控制程序来实现的。通常控制序可分两大类：固定布线程序和可编程序。〔1〕固定布线程序传统的继电器控制系统和电子器件系统中，要实现各种控制功能，其控制程序是由种电气元件通过一定的联接方式-布线而成，输入设备如按钮开关、限位开关、传感器等，用以向控制系统送入信号。输出设备如接触器、电磁阀等用以控制被控制对象的动作。其输入对输出的控制是通过接线来实现，接线工作结束后，控制程序也被确定下来，假设要改变控制程序，那么必须改变接线方式重新布线，对于一个复杂的系统，是非常困难的。〔2〕可编程序控制可编程序控制控制系统中完成一定的控制，只通过专用的编程器，用程序语言进行编程，写入可编程控制的程序的存储器中，然后由可编程序控制器来完成各种操作。在可编程系统中，假设要改变控制程序，只用编程器改写程序存储器中的某些程序语句，不必要重新布线，由于控制被控对象的动作是控制程序语言来表达的，故又称为软件程序。5.2PLC的工作原理5.2.1PLC的等效工作电路PLC是由以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动的；PLC内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外，PLC还有如定时器、计数器、状态存放器等“软〞元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点和常闭点，可以在PLC内自由选择使用【8】。PLC控制系统主要由三局部组成：输入局部、控制局部、输出局部。输入局部由用户输入设备组成，如按开关、操作开关、限位开关及传感器等。它们直接与PLC的输入端子相连接，用以产生输入信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。控制局部是根据被控对象的实际控制要求编制用户程序，并将编制好的程序通过编程器送入PLC内的用户程序存储器中，CPU反复扫描执行用户程序，并产生各种输出控制信号，PLC的控制功能是通过用户程序来实现的。输出局部主要由用户输出设备组成，如接触器、继电器等，它们直接和PLC的输出端子相连，用以控制被控制的对象动作。5.2.2、PLC的工作原理PLC的工作过程实质上就是执行程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一个操作，由于CPU的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。PLC的工作过程分为三个阶段：输入处理、程序执行及输出处理。〔1〕输入处理PLC以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态〔输入信号〕读入输入映像存放器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映象存放器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。〔2〕程序执行在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映象存放器和其他软元件映象存放器读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映象存放器中，因此各软元件映象寄储器中的内容随着程序的执行在不断的变化。〔3〕输出处理当全部指令执行完毕后，将输出映象存放器中的状态全部传送到输出锁存存放器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。5.3PLC的软件系统硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整PLC控制系统，完成各种复杂的控制功能。PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。系统程序〔又称系统软件〕用于PLC控制系统的管理、效劳及对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响PLC的性能。系统软件是由PLC生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不行存取和修改。用户程序也称为应用程序或应用软件，它由PLC使用者根据被对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入到PLC内，并线性地放在由管理程序指定的存储区域内。小型PLC的用户程序比拟简单，通常是顺序编制而成。大中型PLC的用户程序容量较大且比拟复杂，为使用户程序编制简单，可以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整的软件系统。本次试验采用西门子STEP7编程软件进行编程。STEP7是西门子公司专为s7-200系列PLC设计的编程软件。5.4STEP7编程软件的编程语言及根本指令5.4.1STEP7编程软件的编程语言标准的STEP7软件包配3种根本编程语言，即梯形图〔LAD〕、功能块图〔FBD〕、语言表〔STL〕和顺序功能图编程语言，它们在STEP7中可以相互转换。本实验采用梯形图这种编程语言。梯形图结构形式类似地传统的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图具有如下特点：①梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。通常每个继电器线圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。②梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为“软继电器〞或“软元件〞。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在PLC内部可以自由选取使用。如果某个位触发为“1〞，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭触点都断开。③梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有“概念〞电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。“概念〞电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。④输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。⑤输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。⑥PLC内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC内部使用。⑦当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下，从左到右逐行处理。5.4.2STEP7编程软件的根本指令STEP7编程软件的根本指令有位逻辑指令、计数器与计时器指令、传送与比拟指令、数据转换指令、算术运算指令、移位与循环指令、程序控制指令等。第六章MM440变频器电梯控制系统的硬件设计设计电梯PLC控制系统主要有以下方面的内容和步骤:6.1MM440变频器电梯控制系统结构电梯控制系统由PLC控制的逻辑局部和变频器控制的调速局部组成如图6.1所示。逻辑控制局部调速局部逻辑控制局部调速局部图6.1电梯控制系统结构图PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制局部是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。6.2MM440变频器电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图6.2所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操图6.2电梯控制系统原理图6.3MM440变频器电梯控制系统硬件开发电梯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局部组成。图6.3为电梯信号系统的根本结构图，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、井道及平安保护信号通过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6.3电梯信号系统结构图6.3.1设计思想信号控制系统电梯信号控制根本由PLC软件实现。电梯信号控制系统原理图如图6.4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、故障信号、开关门及限位信号、门区和平层信号等。图6.4电梯信号系统原理图电梯的控制系统实现如下功能：①一台电机控制上升和下降，各层设上/下呼叫开关〔最顶层与起始层只设一只〕。②电梯到位后，具有手动或自动开门关门功能。③电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯及层楼指令键，警铃风扇及照明按键。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4-6S应能自动关门；在延时时间内，假设按下关门按钮，门将不经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，门将翻开。⑦内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并能至调定时间，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与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原那么，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。3〕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：登记所有轿厢和厅门下行召唤；轿厢上行时，只容许轿厢召唤，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。系统采用全集选操作方式。6.3.2电梯控制系统PLCPLC硬件可分为两局部，输入和输出单元，它门是PLC的I/O接口局部，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下极限开关、门锁等单元构成。〔1〕输入单元为：门厅外按钮与轿箱内选层按钮，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，控制轿门的开闭；上下平层感应器，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下极限开关，用于保护电梯的高速运行平安，防止电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入到PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；〔2〕输出单元为：楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、目前的方向及层楼指示灯；开关门接触器，用于控制电梯的厅门和轿门的翻开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作；启动加速、制动减速接触器，用于电梯的调速系统。表6.1I/O分配表序号名称输入点序号名称输出点0一层上平层感应器I0.00电梯上行记忆Q0.01一层下平层感应器I0.11电梯下行记忆Q0.12二层上平层感应器I0.22电机正转Q0.23二层下平层感应器I0.33电机反转Q0.34三层上平层感应器I0.44固定频率1(50HZ)Q0.45三层下平层感应器I0.55固定频率2(6HZ)Q0.56一层外呼下行I1.06内呼一楼指示Q0.67二层外呼上行I1.17内呼二楼指示Q1.08二层外呼下行I1.28内呼三楼指示Q1.19三层外呼下行I1.39电梯上行指示Q1.210故障信号I1.410电梯下行指示Q1.311手动开门I1.511抱闸Q1.412手动关门I1.612门电机正转Q1.513一层内呼I1.713门电机反转Q1.614二层内呼I2.0

15三层内呼I2.1

16开门限位I2.217关门限位I2.318电梯上升极限位I2.419电梯下降极限位I2.56.3.3电梯控制系统MM440变频器硬件设计在典型的升降系统的轿厢控制中，要与配重相结合，系统表现为很大的惯性复杂系统。所以传动装置必须有很大的起动力矩。西门子新型一代ＭＭ４４０变频器可以控制电机从静止到平滑起动期间提供２００％３秒钟的过载能力。ＭＭ４４０的矢量控制和可编程的Ｓ曲线功能，使轿厢在任何情况下都能平稳地运行且保证乘客的舒适感，特别在轿厢突然停止和突然起动时。ＭＭ４４０变频器内置了制动单元，用户只需选择制动电阻就可以实现再生发电制动，因此可以节约系统本钱。此系统采用一台ＭＭ４４０15ＫＷ４００Ｖ变频器，电机为15ＫＷ４００Ｖ３相带制动器电机。控制系统采用西门子S7-200PLC系统中，一台ＭＭ４４０用于控制三层楼的小型提升系统。外接制动电阻用于提高电机的制动性能。采用两个固定频率，５０ＨＺ对应１ｍ／ｓ速度，６ＨＺ的速度用于减速停车。斜坡积分时间设定为３秒其中含有０．７秒的平滑积分时间。控制是由数字量输入完成，２个输入Ｄｉｎ１,Ｄｉｎ２用于选择运行方向；Ｄｉｎ３,Ｄｉｎ４用于选择两段运行速度；一个继电器输出用于控制电机的制动器，其余的用于提升机的故障报警。电机制动器翻开后，电梯沿着井道方向加速到５０ＨＺ。在井道中用一些平层感应器与ＰＬＣ相连接。它们提供平层信号和减速停车。当电梯到达第一个平层感应器时，电机开始减速且以低速６ＨＺ爬行，当电梯到达第二个平层感应器时，电机停车且抱闸动作。本系统采用Ｓ７－200ＰＬＣ系统来处理接近开关信号、按钮信号以及电梯的控制开关和楼层显示等。电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，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，那么是由加速度斜率及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/秒平方所需要的时间。因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率