基于PLC的电梯控制系统-软件设计

摘要随着现代经济和城市生活的开展，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。传统继电器电梯控制系统，由于继电器本身的机械和电磁惯性大，大大降低了电梯系统的可靠性和平安性。为了保证电梯运行既高效节能又平安可靠，必须改良电梯控制方式。根据顺序逻辑控制的需要开展起来的可编程控制器(PLC)，它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。PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、平安、可靠地运行。同时，由于电机交流变频调速技术的开展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。本文将基于PLC的变频调速方法应用到电梯系统中，并对此方法进行研究。首先，分别阐述了电梯继电器控制和PLC控制的特点，突出讲述继电器电梯控制系统暴露的缺点以及PLC电梯控制系统所具有的优点，并对电梯的变频调速控制进行了介绍。其次，在阅读了大量国内外相关文件资料的根底上，对电梯技术和电梯设备的开展进行了综述。然后，介绍了变频器类型以及参数设计的相关知识;同时介绍了PLC选型原那么以及PLC控制系统的设计思路;在此根底上，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，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。最后的模拟调试结果说明，基于PLC的变频调速电梯系统运行效率高，系统平安可靠性强，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，变频调速，旋转编码器AbstractAlongwiththedevelopmentofmoderneconomyandcitylife,theelevatorhasbecomeaessentialwalkingtoolforpeopleindailylife,andtheperformanceofelevatorsobviouslyinfluencespeople’slives.ThetraditionalelevatorsystembasedonrelaylargelydecreasesthereliabilityandsecuritysincethemechanicalandelectromagneticinertiaofrelayisbigInordertoensuretheefficiencyandreliablesecurities,thecontrolmethodofelevatormustbechanged.Theprogrammablelogiccontroller(PLC),whichdevelopsbasedonsequencelogicalcontrol,isdigitaloperationelectronicdevicespecializedintheindustrialapplicationenvironment.PLCpossessesfastprocessspeedandhighreliability.Therefore,PLCcanbeabletoensuretheelevatorrunnormally,securelyandreliably.Inaddition.ThedrivemethodofelevatorshasreplacedtheDCvelocitymodulationwithfrequencycontrolduetothedevelopmentofACfrequencycontrolofmotors.Thefrequencycontrolnotonlysatisfiesthecomfortsenseofpassengersandensuresthestableprecision,butalsodecreasesthelossofpower,savesresourcesandreducesexpenses.ThefrequencycontrolmethodbasedonPLCisappliedtotheelevatorsystemandfurtherresearched.Firstly,theessayrespectivelypresentsthecharacteristicsoftheelevatorsystembasedonrelaycontrolandPLCcontrol,speciallyformulatesthedefectsexposedfromrelaycontrolsystemandtheadvantagesofPLCcontrolsystem,introducesthefrequencycontrolofelevators.Secondly,basedonreadingmanydomesticandinternationalrelativeliteratures.Thedevelopmentofelevatortechniquesandelevatordevicesisoverviewed.Andthen,therelativeknowledgeoffrequency-converterisintroduced;theprincipleofPLCmodelelectionanddesignschemeofPLCcontrolsystemareintroducedaswell.Onthebasisofthese,thePLCsoftwareofelevatorsystemisdevelopedaccordingtotheworkingstatesdemandsoftheelevator.AelevatorsystembasedonPLCcontrolisdesignedthroughcombiningthecharacteristicsofsoftwaredevelopmentandtherulesofPLCcontrol.Finally,theanalogexaminationshowstheelevatorfrequencycontrolbasedonPLCpossesseshighoperationalefficiencyandstrongsystemsecurity.Thesystemstructureissimpleandeasilyrealized,andsatisfiesthedemandsoftheelevatorsystemexpected.Keywords:Elevator,ProgrammableLogicControl(PLC),FrequencyConversion&VelocityAdjustment,RevolvingEncoder目录摘要………………………IAbstract…………………II1绪论……………………11.1电梯控制系统的开展及特点……………………1交流曳引电梯调速方式的开展……………11.2了解可编程控制器(PLC)及其在电梯控制中的应用…………21.2.1PLC的特点…………………2PLC控制电梯的优点………3电梯变频调速控制的特点…………………41.3课题的来源………………………41.4课题的主要研究内容……………52电梯设备与电梯开展动态……………62.1电梯的出现………………………62.2电梯设备简介……………………6电梯的分类…………………6电梯的主要参数……………6电梯的平安保护装置………72.3电梯的开展概况…………………8电梯技术开展概况…………8电梯开展展望………………93调速变频器类型选择及其设计参数………………103.1变频器的分类及选择…………103.1．1变频器的分类…………10变频器的类型选择………10变频器的规格选择………10选择的变频器应满足的条件……………103.2通用变频器简介及选择………11通用变频器简介…………11VS一616G5型通用变频器………………12VS-616G5型通用变频器电梯调速系统……14变频器结构及参数设计………144PLC的选择及其控制系统的硬件开发………………164.1电力调速系统的应用与开展………164.2电机调速系统的设计………………164.3异步电机的调速方法及经济技术比拟……………174.4井道信号系统的设计………………204.5电梯控制系统的设计………………204.6可编程控制器(plc)的选型………214.7设计思路……………21电梯控制系统实现的功能……………………21点数的分配及机型的选择……………………225系统软件开发…………255.1电梯的自检状态……………………255.2电梯的正常工作状态………………255.3系统的软件开发过程………………25开关门环节……………………25电梯初始化环节………………26停层信号的登记与消除环节…………………26外呼信号的登记与消除环节………………26电梯的定向环节………………26、电梯的上升与下降…………27层楼位置指示…………………27616G5参数设置………………285.4程序框图设计………………………28致谢…………………………30参考文献……………………31附录A电梯梯形图控制程序………………321绪论从19世纪50年代美国人OTIS创造出真正意义上的电梯以来，电梯控制技术就越来越显示出其重要性。随着我国经济的高速开展，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。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，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，保证电梯的运行既高效节能又平安可靠。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电梯控制系统的开展及特点交流曳引电梯调速方式的开展交流电梯与交流电机的开展紧密相连，至今已有三十多年的开展历史，经历了由简单到复杂、由低级到高级的开展历程，大致可以划分为三个阶段:第一个阶段是70年代，其主要标志是交流双速电梯，它采用改变牵引电机极对数来实现调速。电机通常采用两种或两种以上不同极对数的绕组制成，其中极数少的绕组称为高速绕组，用于电梯的起动及稳速运行，极数多的绕组称为低速绕组，用于电梯的制动及维修。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。第二个阶段是80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。第三个阶段是90年代，变压变频调速电梯(VVVF电梯)开始占据了世界电梯的市场。VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。电梯传动系统中，由于大量采用微机控制技术和脉宽调制技术(PWM技术)，其运行效率得到了大幅度的提高，电梯的体积大为缩小。现代交流调速技术向电梯控制领域的渗透，使得交流调速电梯的调速性能几乎完全可以和直流电梯相媲美。由于变压变频调速(VVVF)的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、平安等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。目前，VVVF电梯已经遍布世界各国，如日本的三菱公司、东芝公司、日立公司、美国的奥的斯公司等大的电梯制造厂家在VVVF电梯的研制和进一步开发等方面，都取得了骄人的成就。在我国，电梯工业起步较晚，改革开放以来，也取得了一定的进步，如上海三菱、天津奥的斯、中国迅达、苏州迅达、广州电梯工业公司等五家电梯生产厂家，其产品都有一定的市场份额和技术含量。但遗憾的是，这些公司多为合资公司，电梯控制关键局部的变频器、控制器等重要组成局部很大程度依靠进口，其核心技术牢牢控制在国外大公司手中。1.2了解可编程控制器(PLC)及其在电梯控制中的应用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⑴PLC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，系统的维修简单，维修时间短。⑵PLC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。⑶PLC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。⑷PLC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。⑸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。⑹PLC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⑴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。⑵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。⑶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，方便维修。.3灵活性PLC的灵活性表现在以下几个方面：⑴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。⑵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。⑶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。P⑴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。⑵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。⑶PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。⑷PLC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。⑸用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。⑹更改控制方案时不需改动硬件接线。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。⑴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。⑵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。⑶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。1.3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。1.4课题的主要研究内容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。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器〔PLC〕、变频器作了比拟全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制及显示等局部。确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制变频器实现变频调速，完成了变频器和可编程控制器〔PLC〕的选择。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与变频器的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法根底上，结合实际硬件电路，设计并用STEP7绘制出梯形图。2电梯设备与电梯开展动态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。2.2电梯设备简介电梯的分类电梯的分类有各式各样：⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。电梯的主要参数⑴载重量(kg)制造和设计规定，电梯的额定载重量。⑵轿厢尺寸(mm)宽*深*高。⑶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。⑷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。⑸开门宽度(mm)轿厢门和层门完全开启时的净宽度。⑹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。⑺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。⑻额定速度(m/s)制造和设计所规定的电梯运行速度。⑼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。⑽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。⑾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。⑿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。⒀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。⒁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。⒂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。⒃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、呼梯按钮和厅外指示器组成。⒄其它装置：对重装置、补偿装置等。电梯的平安保护装置⑴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。⑵强迫减速开关：起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。⑶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，切断电源并制动，强迫停车。⑷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。⑸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。⑹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。⑺关门平安开关：常见的是装于轿厢门边的平安触板，在关门过程中如平安触板碰到乘客时，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。⑻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。⑼其它的开关：平安窗开关，钢带轮的断带开关等。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。电梯技术开展概况⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。⑸智能群控管理得到广泛应用。⑹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⑴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。⑵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。⑶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调速变频器类型选择及其设计参数3.1变频器的分类及选择3.1．1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：⑴按变换频率的方法分交—直—交变频器交—交变频器;⑵按主电路工作方式分电压型变频器电流型变频器;⑶按变频器调压方法的不同分PAM变频器PWM变频器;⑷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;⑸按照用途分类通用变频器高性能专用变频器高频变频器;变频器的类型选择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，设备的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，那么主要依据己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。变频器的规格选择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:⑴按照标称功率选择:一般作初步投资估算依据。⑵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。⑶按照电动机实际运行电流选择:多用于改造工程。⑷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。选择的变频器应满足的条件⑴根据被控设备的负载特性选择通用变频器的类型。⑵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。⑶为降低电梯本钱，首选通用变频器。⑷电梯的启动和停车都要平稳。⑸变频器带有防止失速功能。⑹变频器具有优良的转矩特性。3.2通用变频器简介及选择通用变频器简介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:⑴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。⑵为了节约能源、降低生产本钱。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到采用工GBT两个大开展过程。⑴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6OOKVA，400KVA以下的已经系列化，前几年主开关器件开始采用工GBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着工GBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。⑵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(LS工)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〞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。⑶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。⑷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、立体停车厂等都己采用了通用变频器;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。VS一616G5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一616G5变频器的启动、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。采用高性能工GBT，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:⑴包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。⑵有丰富的内藏与选择功能。⑶由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。⑷保护功能完善、维修性能好。⑸通过LCD操作装置，可提高操作性能。VS一616G5型变频器的标准规格如表3-1:表3-1VS—616G5型变频器的标准规格电压200V400V容量范围1.2-1100KVA1.4-460KVA电源电压频率200V：三相200/200/208/220V400V：三相380/400/415/460V电压允许变动+10%-15%频率允许变动±15%控制特性控制方式正选波PWM控制：●无传感矢量控制〔无PG〕●带传感矢量控制〔带PG〕●V/F控制●带传V/F控制〔用参数切换〕启动转矩150%Hz〔无PG〕150%r/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〔无PG〕以上150Hz〔带PG〕以上频率控制范围0.1-400HZ频率精度(温度变化)数字式指令±0.01%(-10℃~+40℃)模拟式指令±0.1%(25℃~+10℃)频率设定分辨率〔运算分辨率〕数字式指令0.01Hz/100Hz模拟式指令0.03Hz/60Hz输出频率分辨率0.01Hz过载量额定输出电流的150%IN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%抑制高次谐拔波电源直流电抗器内带〔200V24KVA、400V26KVA以下可以选择〕12相整流不能变动主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字×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〕保护功能电机保护、变频过载、瞬间过电流、电压下降、过电压、输入缺相VS-616G5型通用变频器电梯调速系统通用变频器VS-616G5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；它适合用于各种应用场合，可以低速下实现平稳起动并且极其精确地运行，其自动调整功能可使各种电动机到达高性能的控制。VS-616G5将U/f控制、矢量控制、闭环U/f控制、闭环矢量控制四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的配置及容量选择VS-616G5变频器用在电梯调速系统中时，必须配PG卡及旋转编码器，以供电动机测速及反响。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，当A相脉冲超前B相脉冲90°时，可认为电动机处于正转状态。当A相脉冲滞后于B相脉冲90°时可认为电动机处于反转状态，旋转编码器根据AB相脉冲的相序，可判断电动机旋转方向，并根据AB脉冲的频率〔或周期〕测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反响信号送给616G5内部，以便进行运算调节。当电梯减速运行时，电动机处于发电状态，向变频器回馈电能。这时同步转速下降，交-直-交变频器的直流局部电压升高，制动电阻的作用就是消耗回馈电能。抑制直流电压升高。除PG卡和制动电阻外。VS-616G5还需要配置600脉冲旋转编码器和电梯运行曲线输入板〔可选配〕。其容量可选1∶1配置，即电动机容量和变频器容量相等。最好采用大一数量级选配，即11kW电动机选15kW的变频器、15kW电动机选18kW的变频器。变频器结构及参数设计VS-616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设计都具有特定的含义。常用参数如表3-2所示。表3-2变频器常用参数参数功能A组确定控制模式B组选择运动功能C组确定加减速时间和转矩补偿时间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.1参数设计参数设计的原那么：⑴减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；⑵提高了运行效率，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；⑶零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感；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。3.2.为了使变频器工作在最正确状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是：将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最正确参数，使变频器能对该电动机进行最正确控制。3.2.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P2由式(3-1)计算：〔3-1〕式中，为摩擦力；电机功率，变频器功率P应接近电机功率，相对于留有平安裕量，可取P=1.5〔3-2〕其中，k=0.02，=2000Kg，=1000Kg，=2400Kg，g=9.8m/s，V=1.5m/s由式〔3-1〕得P2=〔600×9.8＋108×9.8〕×1.5≈10.4kW；又有式〔3-2〕得P=1.5=15.6KW。由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选1.5倍裕量，取变频器容量为15kW。3.2.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生能量回馈电网，但本钱太高，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，本钱较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻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：〔3-3〕=2×513/35.5≈28.9(Ω)〔3-4〕其中为额定情况下变频器的直流母线电压，取≥30Ω。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。即：=0.4×5132/30≈3.5kw〔3-5〕最后，选用的制动电阻为R=30Ω，功率为P=3.5kW的电阻。4PLC的选择及其控制系统的硬件开发4.1电力调速系统的应用与开展随着时代的进步和科技的开展，拖动控制的电力调速系统在工农业生产、交通运输、国防军事设施以及日常生活中越来越得到了广泛的应用。根据转速是否变化，可以将各类生产机械分为恒速拖动与变速拖动机械两大类，而在现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求，使得对变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。长期以来，直流电机调速系统一直在调速领域占主导地位，这主要是因为直流电动机调速方便。而且在磁场一定的条件下，它的转速和电枢电压成正比，使其转动矩容易控制。因此直流电动机调速比拟容易得到良好的动态特性，但是直流电动机的结构复杂、制造费时、价格昂贵、可靠性差、运行出现火花等缺点使得直流电动机远远不能适应现代化生产向高速、大容量开展的要求。交流电动机特别是鼠笼型异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，而且巩固耐用，运行可靠，维护量少，可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了极其广泛的应用。但由于交流电动机平滑调速比拟困难，在早期采用的主要是绕线式异步电动机转子外串电阻和鼠笼型异步电动机变极调速。在30年代提出了串级调速的方法，但是带来调速系统复杂，不容易控制的矛盾。直到本世纪50年代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术开展的新时代，使交流电机调速技术得以应用。在印年代初期，几位著名的专家提出了实用和高效的静止变压变频器。虽然交流电动机有许多优点，但由于变频器的本钱高，以及需要比拟复杂的控制系统，在与直流传动的竞争中受到了阻碍，在70年代中期，在全世界范围内出现能源危机，节约能源的问题世界瞩目。作为节约能源的一个重要手段，电机的调速问题得到了重视，许多过去一般不调速的装置也采用了调速，由此对交流电动机调速技术的开展起了很大的推动作用。由此可见，研究电力传动系统，特别是交流调速的问题有着重要的意义。4.2电机调速系统的设计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，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²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局部变缓，反之，起动曲线弯曲局部变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现，本设计采用的616G5变频器就具有S曲线加速时间设定功能，故将加速时间和S曲线加速时间配合调整，即可获得理想的起动曲线。同理，制动曲线也可按此方法调整。理想的电梯速度给定曲线如图4-1所示。vva,vat0t1t2t3t4t5t6T图4-1速度运行曲线图中a为加速度，v为速度，0-t1和t2-t3时间内为抛物线速度曲线，t1-t2时间内为直线速度曲线;t3-t4时间内为稳速运行阶段；t4-T时间内为减速制动阶段。减速制动阶段速度曲线与加速起动阶段相对称。4.3异步电机的调速方法及经济技术比拟异步电动机转速表达式为:〔4-1〕式中:，——同步转速；——电源频率；p——电动机的磁极对数；s——异步电动机的转差率。从式〔4-1〕可以看出，要调节异步电动机的转速，可以从改变以下三个参数入手: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。⑴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得到改变，到达调节转速的目的。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。⑵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以下几种: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，其机械特性局部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根底上，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。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，这在技术上是比拟复杂的，设备较多，这是申极调速的一个主要缺点。⑶VVVF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到达线性化，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，使电梯平层精度到达毫米级，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根本原理：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根本保持不变。磁通太弱，那么没有充分利用铁芯，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;假设增大磁通，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:(4-2)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=常值,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=常值时，根本恒定，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控制的电梯相比拟。平安可靠。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。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。最正确召唤应答处理和分配方式，根据乘客人流情况快速反响自动调节，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。节约电能。全电脑控制的调节调频调速(VWF)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。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。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。4.4井道信号系统的设计⑴电梯位置确实定与显示轿厢中的乘客以及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的当前位置，电梯确定是否能够应答新的召唤指令以及什么时候减速平层制动这都需要知道电梯的当前的准确位置。一般的电梯系统都的位置信号都是靠设置在井道中的位置开关来实现的，如我们上边说到的干簧感应器，就是比拟可靠，性能比拟好的一种。在井道中对应每一楼层的适当位置都安装一个干簧感应器，在轿厢运行过程中到当固定在轿厢顶上的阁磁板插入某楼曾的干簧感应器时，该干簧管的常闭触点接通，表示电梯已经到达该楼层，并置位相应的状态继电器，知道隔磁板插入另外一个楼层的干簧感应器。⑵轿厢的平层与停车轿厢运行后需要确定在那一层站停车，平层即是指停车时轿厢的底与门厅地面应相平齐，一般都有平层误差规定，如平层是两平面相差不能超过5mm,平层停车需过程需要在轿厢底与停车楼层相平之前就开始，先是减速，然后才开始制动，减小冲击，提高平层的准确性以及乘客的舒适感。本系统的平层信号是由平层感应器发出的。如图4—4所示，上平层感应器和下平层感应器都装在电梯轿厢的顶上，隔磁板安装在井道壁上。在上行的过程中，上平层感应器首先插入隔磁板，发出减速信号，电梯开始减速，直到下平层感应器插入隔磁板的时候，说明电梯已经准确平层，发出停车信号，电动机停转，抱闸抱死，并发出开门信号。在电梯下行的过程中井道信号的获得过程与此正好相反。4.5电梯控制系统的设计本控制系统是采用VS一616G5型变频器和西门子S7——200系列PLC组成的变频调速电梯控制系统,电气控制硬件框图如图4-5,它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器PLC及其他电气元件构成。电梯的调速局部选用高性能的矢量控制变频器,利用光电编码器测量曳引电机的转速,构成闭环矢量控制系统。电路的逻辑局部由PLC来实现,PLC接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号。系统控制原理图如图4-4所示：PGPG门电机呼叫信号位置信号楼层显示呼叫显示光电编码器拽引机PLC变频器电源图4-4控制系统原理图4.6可编程控制器(pLc)的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，综合考虑后，系统选择了西门子S7——200系列PLC。西门子S7—200系列PLC具有以下几方面的优点:⑴S7—200系列PLC配置灵活，除主机单元外，还可扩展1/0模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。⑵S7—200系列PLC指令功能丰富，有多种指令，且指令执行速度快。⑶S7—200系列PLC可用内部辅助继电器M，定时器T，计数器C等功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器能接受脉冲编码器脉冲。⑷S7—200的编程可用编程器，编程方便。编程语言可用梯形图或指令表。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、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。4.7设计思路电梯控制系统实现的功能⑴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)。⑵电梯到位后，具有手动或自动开门关门功能。⑶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，及照明。⑷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。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，电梯应自动关键客按迎门在调定时间内自动关闭轿厢照明。⑸自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站应能自动关门;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。⑹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。⑺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。⑻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。⑼呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能一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。点数的分配及机型的选择按照系统要求，PLC的点数分配如表〔4-1〕所示：表4-1I/O点数的分配输入输出开门信号I0.0正向运行Q0.0关门信号I0.1反向运行Q0.1开门限位信号I0.2正常运行频率Q0.2关门限位信号I0.3点动频率Q0.3超载信号I0.4爬行频率Q0.4检修信号I0.5开门Q0.5变频器故障信号I0.6关门Q0.6一层选层信号I0.7一层选层指示灯Q0.7二层选层信号I1.0二层选层指示灯Q1.0三层选层信号I1.1三层选层指示灯Q1.1四层选层信号I1.2四层选层指示灯Q1.2一层上呼信号I1.3一层上呼信号灯Q1.3二层上呼梯信号I1.4二层上呼信号灯Q1.4三层上呼梯信号I1.5三层上呼信号灯Q1.5二层下呼梯信号I1.6二层下呼信号灯Q1.6三层下呼梯信号I1.7三层下呼信号灯Q1.7四层下呼梯信号I2.0四层下呼信号灯Q2.0一层上平层I2.1上行显示Q2.1一层下平层I2.2下行显示Q2.2二层上平层I2.3超载报警Q2.3一层下平层I2.4数码管a段显示Q2.4三层上平层I2.5数码管b段显示Q2.5三层下平层I2.6数码管c段显示Q2.6四层上平层I2.7数码管d段显示Q2.7四层下平层I3.0数码管e段显示Q3.0上极限限位I3.1数码管f段显示Q3.1下极限限位I3.2数码管g段显示Q3.2根据表〔4-1〕可知，设备大约有27个输入点，27个输出点，考虑10-15%的裕量，应选择西门子S7—200系列CPU226以及扩展模块EM223〔DC24V16点输入/16点输出〕。CPU226为24点输入16点输出，外加扩展模块足以满足系统需要。另外，CPU226可以提供DC5V电流为1000mA，EM223模块耗DC5V总电流为150mA。可见这种配置是可行的。系统配置图如图〔4-5〕所示：L1UL1UL2VL3W123456RSTKM正转/停止反转/停止异常复位快车爬行慢车COM公共端PLC输出制动电阻PG卡电动机A脉冲B脉冲旋转编码器0v24v图4-5系统配置简图5系统软件开发5.1电梯的自检状态在电梯控制中，有大量的逻辑信号需要处理，这局部工作是由PLC来完成的，系统软件根据运行要求及保护要求由PLC来实现逻辑控制。PLC上电后，PLC中的程序己开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为:先按下启动按钮，在PLC的第一个扫描周期，检查电梯是否平层，假设电梯为平层，那么保持，假设电梯未平层，那么通过置位使中间继电器置1，进而使电梯下行直至平层是中间继电器复位为止。5.2电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下:⑴电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比拟，通过选向模块进行选向。⑵电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。⑶当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速度变为低速，并以低速运行到平层点停止。⑷平层后，电梯开门，直到碰到开门到位行程开关;再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。5.3系统的软件开发过程开关门环节电梯的开关门存在以下几种情况：⑴电梯自动运行停层时的开门。电梯在停层时，至平层位置，Q0.5接通，电梯应开始开门。⑵开关门均为手动状态，由开关门按钮I0.0和I0.1实施开门与关门。⑶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，假设有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。假设其他层站有人呼梯，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。⑷电梯停用后的关门。此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动延迟3秒关门。⑸电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T37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。5.3.2当PLC首次运行程序时，通过SM0.1控制电梯，检查电梯是否平层，假设电梯为平层，那么保持，假设电梯未平层，那么通过置位使中间继电器置1，进而使电梯下行直至平层是中间继电器复位为止。停层信号的登记与消除环节人员通过对轿厢内操纵盘上1-4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。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那么决定的。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，假设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；假设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，那么二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。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，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比拟，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M0.4及M0.5分别为定上行及定下行中间继电器，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“比拟〞是通过电梯位置信号对呼梯信号的“屏蔽〞实现的。、电梯的上升与下降有逻辑关系确定电梯的运动方向，再加上内呼和外呼等信号即可控制