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摘 要
摘 要
隨著現代經濟和城市生活的發(fā)展，電梯成為人們日常生活必不可少的代步工具，電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著。傳統繼電器電梯控制系統，由于繼電器本身的機械和電磁慣性大，大大降低了電梯系統的可靠性和安全性。為了保證電梯運行既高效節(jié)能又安全可靠，必須改進電梯控制方式。根據順序邏輯控制的需要發(fā)展起來的可編程控制器(PLC)，它是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。PLC處理速度快，可靠性高，能夠保證電梯正常、安全、可靠地運行。同時，由于電機交流變頻調速技術的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來直流調速逐漸過渡到了變頻調速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。本文將基于PLC的變頻調速方法應用到電梯系統中，并對此方法進行研究。
首先，分別闡述了電梯繼電器控制和PLC控制的特點，突出講述繼電器電梯控制系統暴露的缺點以及PLC電梯控制系統所具有的優(yōu)點，并對電梯的變頻調速控制進行了介紹。其次，在閱讀了大量國內外相關文件資料的基礎上，對電梯技術和電梯設備的發(fā)展進行了綜述。然后，介紹了變頻器類型以及參數設計的相關知識;同時介紹了PLC選型原則以及PLC控制系統的設計思路;在此基礎上，根據電梯系統自身的工作狀態(tài)要求，進行電梯系統的PLC軟件開發(fā)，通過軟件開發(fā)的特點，結合PLC自身的控制規(guī)律，設計出可實現一定功能的PLC電梯控制系統。最后的模擬調試結果表明，基于PLC的變頻調速電梯系統運行效率高，系統安全可靠性強，并且系統構造簡單易于實現，滿足了對電梯系統期望的要求。
關鍵詞: 電梯，可編程控制器，變頻調速，旋轉編碼器
Abstract
Abstract
Along with the development of modern economy and city life, the elevator has become a essential walking tool for people in daily life, and the performance of elevators obviously influences people’s lives. The traditional elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and electromagnetic inertia of relay is big In order to ensure the efficiency and reliable securities, the control method of elevator must be changed. The programmable logic controller(PLC),which develops based on sequence logical control, is digital operation electronic device specialized in the industrial application environment. PLC possesses fast process speed and high reliability. Therefore, PLC can be able to ensure the elevator run normally, securely and reliably. In addition. The drive method of elevators has replaced the DC velocity modulation with frequency control due to the development of AC frequency control of motors. The frequency control not only satisfies the comfort sense of passengers and ensures the stable precision, but also decreases the loss of power, saves resources and reduces expenses. The frequency control method based on PLC is applied to the elevator system and further researched.
Firstly, the essay respectively presents the characteristics of the elevator system based on relay control and PLC control, specially formulates the defects exposed from relay control system and the advantages of PLC control system, introduces the frequency control of elevators. Secondly, based on reading many domestic and international relative literatures. The development of elevator techniques and elevator devices is overviewed. And then, the relative knowledge of frequency-converter is introduced; the principle of PLC model election and design scheme of PLC control system are introduced as well. On the basis of these, the PLC software of elevator system is developed according to the working states demands of the elevator. A elevator system based on PLC control is designed through combining the characteristics of software development and the rules of PLC control. Finally, the analog examination shows the elevator frequency control based on PLC possesses high operational efficiency and strong system security. The system structure is simple and easily realized, and satisfies the demands of the elevator system expected.
Key words: Elevator, Programmable Logic Control(PLC), Frequency Conversion & Velocity Adjustment, Revolving Encoder
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本設計的背景 1
1.2 本設計的意義 1
1.3 本設計的內容 2
2 電梯設備與電梯發(fā)展動態(tài) 2
2.1 電梯的出現 2
2.2 電梯設備簡介 2
2.2.1 電梯的分類 2
2.2.2 電梯的主要參數 3
2.2.3 電梯的安全保護裝置 4
2.3 電梯的發(fā)展概況 4
2.3.1 電梯技術發(fā)展概況 5
2.4 交流曳引電梯調速方式的發(fā)展 5
2.5 電梯變頻調速控制的特點 6
2.6 電梯發(fā)展展望 7
3 調速變頻器類型選擇及其設計參數 7
3.1 變頻器的分類及選擇 7
3.1.1 變頻器的分類 7
3.1.2 變頻器的類型選擇 8
3.1.3 變頻器的規(guī)格選擇 8
3.1.4 選擇的變頻器應滿足的條件 8
3.2 通用變頻器簡介 8
3.3 VS一616G5型通用變頻器 10
3.4 VS-616G5型通用變頻器電梯調速系統 12
3.5 變頻器結構及參數設計 12
3.5.1 參數設計 13
3.5.2 變頻器自學習功能的應用方法 13
3.5.3 變頻器容量計算 13
3.5.4 變頻器制動電阻參數的計算 14
4 PLC的選型及其控制系統的設計 14
4.1 PLC的特點 14
4.2 PLC控制電梯的優(yōu)點 16
4.3 電梯控制系統的設計 16
4.4 可編程控制器(PLC)的選型 17
4.5 電機調速系統的設計 17
4.6 設計思路 18
4.6.1 電梯控制系統實現的功能 18
4.6.2 點數的分配及機型的選擇 19
5 系統軟件開發(fā) 21
5.1電梯的自檢狀態(tài) 21
5.2 電梯的正常工作狀態(tài) 22
5.3 系統的軟件開發(fā)過程 22
5.3.1 電梯初始化環(huán)節(jié) 22
5.3.2 停層信號的登記與消除環(huán)節(jié) 23
5.3.3 外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) 23
5.3.4 開關門環(huán)節(jié) 24
5.3.5 電梯的定向環(huán)節(jié) 25
5.3.6 電梯的上升與下降 27
5.3.7 電梯位置的確定與顯示 29
5.3.7 轎廂的平層與停車 29
5.3.8 616G5參數設置 30
5.4 程序框圖設計 30
致謝 32
參考文獻 33
英文文獻及翻譯資料.......................................................................................................34
1 緒論
1.1 本設計的背景
從19世紀50年代人類發(fā)明出真正意義上的電梯以來，電梯控制技術越來越顯示出它的重要性。伴隨著我國經濟的快速發(fā)展，高層的建筑日益增多，電梯成為大家日常生活必不可少的代步工具。而現今建筑物規(guī)模越來越大，樓層也越來越多，電梯性能的好壞對人們生活的影響也越來越顯著，因此人們對于電梯的調速精度、調速范圍等靜態(tài)與動態(tài)特性提出了更高要求——提高電梯系統性能的同時，保證電梯運行既高效節(jié)能又安全可靠。
傳統的電梯曳引電動機采用接觸器來實現電動機工作狀態(tài)的改變，雙速異步電動機在定子回路中串電抗與電阻來實現電動機的調速，這滿足不了乘客的舒適感，此外，傳統的電梯的控制系統由繼電器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、電氣故障頻繁、功能弱，可靠性差和工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鳎≒LC: Programmable Logic Controller）是根據順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，它是專門為工業(yè)環(huán)境應用所設計的數字運算操作的電子裝置，它的可靠性高、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能，具備高速記數與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，在機械、化工、電子、紡織、交通等行業(yè)德到廣泛應用。鑒于其各種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時，得益于電機交流變頻調速技術的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來的直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速，這不僅能滿足乘客的舒適感和保證平層的精度，還可以節(jié)約能源，降低能耗，減小運行費用。因此，PLC控制技術加變頻調速已成為現代電梯行列的一個熱點。
1.2 本設計的意義
在電梯業(yè)也是如此，目前國內70～80年代安裝完成的電梯大部分是繼電器控制，線路復雜，故障率高，節(jié)點接線多，調速方式一般采用變極調速、調壓調速、直流調速。由于大部分老式電梯的電控系統可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，并找出一條適合國產老式電梯的改造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量，具有十分重要的意義。對于老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來控制電梯。調速系統采用交流變頻調速，在各種負載下都有良好的調速性能和準確的停車性能，并滿足乘客的舒適感和保證平層精度（即準確停車），并能節(jié)約大量電能。
1.3 本設計的內容
本次設計的主要內容如下：
首先對電梯系統及可編程控制器（PLC）和變頻器作了比較全面的總結和介紹。接著闡述了電梯控制系統的特點和分類，電梯的控制系統分為調速和信號控制等部分。確定了系統的總體結構，由PLC來實現電梯信號控制變頻器實現變頻調速，完成了變頻器和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統硬件開發(fā)，完成了變頻器的參數設置及PLC的選型、I/O點數分配以及旋轉編碼器與變頻器的連接。在分析了電梯系統的軟件設計方法基礎上，結合實際硬件電路，設計并用STEP7繪制出梯形圖。
2 電梯設備與電梯發(fā)展動態(tài)
2.1 電梯的出現
1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人格雷夫斯第一次向世人展示了他的發(fā)明－歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經發(fā)展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現，作為高樓的垂直交通工具―電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內投入運行。為了確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。
2.2 電梯設備簡介
2.2.1 電梯的分類
電梯的分類有各式各樣：
⑴按用途分類乘客電梯；載貨電梯；客貨電梯；病床電梯；住宅電梯；特種電梯。
⑵按速度分類低速電梯1m/s以下；高速電梯1~2m/s；超高速電梯4m/s以上。
⑶按驅動電源分類交流電梯速度一般小于2m/s，直流電梯速度一般大于2m/s。
⑷按控制方式分類層間控制；簡易集選控制；集選控制有無司機控制。
2.2.2 電梯的主要參數
⑴載重量(kg)制造和設計規(guī)定，電梯的額定載重量。
⑵轎廂尺寸(mm)：寬*深*高。
⑶轎廂形式有單或雙面開門及其他特殊要求等，以及對轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇，對電話的要求等等。
⑷轎門形式有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙折門、封閉式雙折中分門等。
⑸開門寬度(mm)：轎廂門和層門完全開啟時的凈寬度。
⑹開門方向：人在轎外面對轎廂門向左方向開啟的為左開門，門向右方向開啟的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱中分門。
⑺曳引方式：常用的有半繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。半繞2：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩運行速度的一半。全繞1：1吊索法，轎廂的運行速度等于鋼絲繩的運行速度。
⑻額定速度(m/s) ：制造和設計所規(guī)定的電梯運行速度。
⑼電氣控制系統：包括控制方式、拖動系統的形式等。如交流電機拖動或直流電機拖動，轎內按鈕控制或集選控制等。
⑽停層站數(站) ：凡在建筑物內各樓層用于出入轎廂的地點均稱為站。
⑾提升高度(mm) ：由底層端站樓面至頂層端站樓面之間的垂直距離。
⑿頂層高度(mm) ：由底層端站樓面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構件之間的垂直的距離。電梯的運行速度越快，頂層高度一般越高。
⒀底坑深度(mm) ：由底層端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運行速度越快，底坑一般越深。
⒁井道高度(mm) ：由井道底面至機房樓板或隔音層樓板下最突出構件之間的垂直距離。
⒂井道尺寸(mm) ：寬*深。電梯的主要參數是電梯制造廠設計和制造電梯的依據。用戶選用電梯時，必須根據電梯的安裝使用地點、載運對象等，按標準的規(guī)定，正確選擇電梯的類別和有關參數與尺寸，并根據這些參數與規(guī)格尺寸，設計和建造安裝電梯的建筑物，否則會影響電梯的使用效果。
⒃電器設備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。
⒄其它裝置：對重裝置、補償裝置等。
2.2.3 電梯的安全保護裝置
⑴電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。