PLC控制电梯学士学位论文.doc
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1、山东科技大学学士学位论文 摘要 PLC 控制电梯控制电梯 摘要摘要 在现代社会及经济活动中,电梯已成为城市物质文明的标志。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安全可靠。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得到了快速发展,交流变频调速 技术已进入一个崭新的时代,其应用越来越广。新技术的产生发展同时也 促进了电梯行业的快速发展。现在电梯的拖动技术已经发展到了变压变频 调速,其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。 本文采用 PLC 和变频器实现电梯常规控制的基础上,通过对变频器和 PLC 芯片的合理
2、选择和设计大大提高了电梯的控制水平,使电梯达到了较 为理想的控制和运行效果。 关键词关键词:电梯,PLC,变频器,变频调速 山东科技大学学士学位论文 摘要 ABSTRACT In the modern social and economic activities, the elevator has become a symbol of urban material civilization.Elevator performance good or bad influence on peoples lives more and more significant, so must try to i
3、mprove the performance of the elevator system, to ensure energy-efficient operation of the lift both safe and reliable. Along with our country economy, the rapid development of microelectronics technology, computer technology and automatic control technology obtained fast development, VVVF technolog
4、y has entered a new era, its application more widely. The generation of new technology development and promote the rapid development of the elevator industry. Now drag the elevator technology has developed to the VVVF, which is also controlled by the PLC logic to replace the original relay control.
5、In this paper, to achieve lift conventional PLC and inverter control, based on the frequency converter and the PLC chip through the rational selection and design greatly improves the level of control of the elevator, the elevator reached the ideal control and operating results. Keyword:Elevator ,PLC
6、, Inverter,VVVF 山东科技大学学士学位论文 摘要 山东科技大学学士学位论文 目录 目录目录 摘要摘要.1 1 绪论绪论.1 1.1 研究目的及意义.1 1.2 国内外研究现状.2 1.3 本课题研究内容.4 2 电梯的概述电梯的概述.5 2.1 电梯的产生.5 2.2 电梯的设备.5 2.2.1 电梯的结构.5 2.2.2 电梯的种类.7 2.2.3 电梯的主要参数.8 2.2.4 电梯的安全保护装置.9 3 变频器变频器的的选择及参数设计选择及参数设计11 3.1 变频器的概述.11 3.1.1 变频器的简介.11 3.1.2 变频器的发展方向.13 3.1.3 变频器的调速原
7、理.14 山东科技大学学士学位论文 目录 3.1.4 变频器的分类.15 3.1.5 变频器的主要功能.15 3.2 变频器的选择.17 3.2.1 变频器品牌型号.18 3.2.2 选择变频器规格.18 3.2.3 选择的变频器应满足的条件.19 3.3 通用变频器.19 3.3.1 通用变频器简介.20 3.3.2 西门子 M440 变频器简介.21 3.3.3 变频器主要参数设置.24 4 PLC 的的选选择择.27 4.1 可编程控制器的概述.27 4.1.1PLC 的定义及特点 .27 4.1.2PLC 的基本结构和工作原理 .31 4.2.1 S7-200 PLC 的系统配置.34
8、 5 系统硬件设计系统硬件设计36 5.1 电机调速系统的设计.36 5.2 电梯的控制要求.36 5.3 电梯工作过程分析.38 山东科技大学学士学位论文 目录 5.4 系统流程图.38 5.5 I/O 点数分配 39 5.5.1I/O 分配表.39 5.5.2PLC 外部接线图.40 6 系统软件设计系统软件设计42 6.1 西门子可编程序控制器介绍.42 6.2 控制系统程序设计.43 6.2.1 开关门控制.43 6.2.2 轿厢内呼叫.45 6.2.3 轿厢外呼梯.47 6.2.4 顺向截梯和逆向截梯.49 总结总结.53 参考文献参考文献54 致谢致谢.55 附录附录.56 附录
9、A 外文文献56 附录 B 中文翻译61 山东科技大学学士学位论文 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 研究目的及意义研究目的及意义 电梯是安装在建筑物内的一种交通工具,是为了满足人们对于垂直运 输的需要而建立的。在现代社会电梯就如同汽车、轮船一般不可或缺。有 关资料显示,在美国,每年乘坐其他交通工具的人数约为 80 亿人次而乘 坐电梯的人数达到 540 亿人次之多。如今,电梯的使用情况已成为衡量现 代化发展程度的一种标志,从某种意义上说,电梯也成为研究一个城市中 居民生活状态的最完美空间。 社会生产力的不断发展带动了人类文明的高速发展,特别是 20 世纪 70 年代以后,高层建筑在世界范围内得到
10、的迅猛发展,极大地促进了电梯技术 的改良和革新“近半个世纪以来,电梯技术从原始的模型升降机发展到能满 足人类需要的高级智能化电梯。 最初的电梯是由司机操作控制的,然而这样不但浪费人力还很浪费财力 “于是,为了解决这个问题,便在旅馆和住宅楼里采用了简易的自动控制方式 来控制电梯“它的优点是可以不利用人力便可自动记住呼梯信号以响应最 先呼叫的乘客的需求,不过这种控制方式却无法同时一记住多个呼梯信号, 这就造成电梯的使用不方便、效率低于人力操作效率的缺点。为了解决这 一问题,后来便出现了集选控制,该控制很好地解决了原先那种简易的自动 山东科技大学学士学位论文 绪论 2 控制不能记住多个呼梯信号的问题
11、并且还具有能在运行方向上依次进行响 应的特点。 电梯的拖动技术经历了直流电动机驱动到交流单速电动机驱动、交流 双速电动机驱动、交流调速调压控制及后来的交流调速调频调压控制的几 个阶段,这几个阶段的发展使电 梯控制技术得以不断成熟。 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。具有安全、 可靠等优点。因此,PLC 控制技术加变频调速技术已经成为现代电梯行业 的一个热点。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 电梯最初是以升降机为模型的。公元前年,古希腊的阿基米德设计了 第一台升降机。在我国,使用的水井辘轳也是一种人力卷扬
12、机。随着蒸汽 机的产生,1835 年,世界上出现第一台以蒸汽机为动力的载货升降机。 1853 年,美国人奥的斯研究出一种用于升降机的安全装置,使得轿厢能够 正常运行,保证了乘载人员的安全。它是现代电梯安全钳的胚体,为电梯 的发展奠定基础。1858 年,世界上第一台以蒸汽机为动力并带有安全装置 的载人升降机诞生。1889 年,直流电动机作为动力率先被奥的斯公司使用, 山东科技大学学士学位论文 绪论 3 由于电动机的优点,电梯真正趋于实用化。由于是以电力带动轿厢升降, 所以人们称之为“电梯” 。1903 年,电梯的安全性和传动机构能有了重大 改进,摩擦拽引的形式取代了传统的鼓轮绕绳式。此后,电梯在
13、动力发展 比较成熟后,电气控制以及速度调节问题得到了更大的关注。1915 年,自 动平层控制系统设计成功。1924 年,信号控制系统的发展使电梯操纵大大 简化。1928 年,开发了集选控制电梯。第二次世界大战以后,新技术特别 是电子技术的发展,电梯的发展得到了极大的推动。1949 年,纽约联合国 大厦,首次使用了群控电梯。1955 年,出现了小型计算机控制的电梯。 1967 年,可控硅技术的出现,是电梯的拖动系统简化,性能得到了很大的 提高。1971 年,集成电路被广泛应用,出现了数控电梯。1976 年,电梯 开始采用电脑进行电气控制,使其进入了一个崭新的发展时期。八十年代, 出现了调压调频的
14、交流电梯,从而又开拓了电梯电力拖动的新领域。1992 年 12 月,奥的斯公司在日本东京的 Narita 机场安装了水平穿梭人员运输 系统。1993 年,三菱公司在日本横滨地区 12.50m/s 速度的超高速乘客电 梯,是当时世界速度最快的乘客电梯。1996 年,奥的斯公司引入集垂直运 输与水平运输的复合运输系统的概念。该系统采用直线电机驱动,在一个 井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下,可以在轨道网络内 交换各自运行路线。2000 年,深圳市旺龙智能科技有限公司在中行苑安装 了第一套 IC 卡电梯控制器,从此深圳开始出现 IC 卡电梯控制系统。由 山东科技大学学士学位论文 绪论 4
15、 于人们对节能、安全、智能的要求越来越高,IC 卡电梯控制产品广泛的安 装在各种大厦中的电梯。 从以上可以看出,每当解决了关于电梯安全性能的重大问题后,电梯 的发展就会进入一个新的发展阶段。而在今天,在大力倡导节能的今天, 电梯将往节能的方向不断发展,同时,也要兼顾舒适度、快速性、安全性 等问题。 1.3 本课题研究内容本课题研究内容 随着现代城市的发展,高层建筑日益增多,电梯成为人们生产生活必 不可少的工具之一,其性能也对人们的生活产生了越来越大的影响。因此 必须保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯采用继电器来实 现电机工作状态的改变,继电器存在电器元件多、功能弱、故障频繁、可 靠
16、性差和寿命短等问题。因此本次设计针对继电器电梯存在的问题,采用 可编程控制器(PLC)和变频器改造现有的电梯控制系统。首先,先介绍 一下电梯的基本概况,然后选择所能用到的变频器,然后再介绍 PLC 的选 择及硬件设计,完成在介绍软件设计,最后总结本次毕业设计。 山东科技大学学士学位论文 电梯的概述 5 2 电梯的概述电梯的概述 2.1 电梯的产生电梯的产生 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 斯奥的斯第一次展示了他的发明升降机,这是历史上第一部安全升 降机。从此以后,升降机得到了广泛应用。而我国,从改革开放以来,全 国各地高层建筑不断出现,而电梯的需求量也日益增长
17、,各种电梯也不断 被开发出来并投入运行。为确保电梯正常运行、安全使用,必须要了解电 梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。 2.2 电梯的设备电梯的设备 2.2.1 电梯的结构电梯的结构 电梯是机电合一的一种大型的复杂的产品,是现代科学技术的综合产 品。电梯的结构包括四大空间和八大系统。其中,四大空间包括:机房部 分、井道部分、层站部分和轿厢部分。八大系统包括:曳引系统、导向系 统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力控制系统、电气控制系统、和安 全保护系统。其结构如图 2-1: 山东科技大学学士学位论文 电梯的概述 6 图 2-1 电梯基本结构 1减速箱;2曳引轮;3曳引机底垫;4导向轮;5限 速
18、器;;6机座;7导轨支架;8曳引钢丝绳;9开关碰铁; 10紧急终端开关;11导靴;12轿架;13轿门;14安 全钳;15导轨;16绳头组合;17对重;18补偿链;19 补偿链导轮;20张紧装置;21缓冲器;22底坑;23层 门;24呼梯盒 v25层楼指示灯;26随行电缆;27轿壁; 28轿内操纵箱;29开门机;30井道传感器;31电源开关; 山东科技大学学士学位论文 电梯的概述 7 32控制柜;33引电机;34制动器(抱闸) 2.2.2 电梯的种类电梯的种类 电梯有很多种分类方法,而不同的分类方法之间又是相互交叉的。 1、按照用途分类:客梯,代号 K;货梯,代号 H;客货梯,代号 L;病床电梯
19、,代号 B;住宅电梯,代号 Z;杂物电梯,代号 W;船舶电 梯,代号 C;观光电梯,代号 G;还有其他的一些专用电梯在这里就不一 一赘述了。 2、按照速度分类: (1)低速电梯:速度不大于 1m/s 的电梯,规格有 0.25 m/s、0.5 m/s、0.75 m/s、1 m/s。 (2)中速电梯:速度为 12 m/s,规格有 1.5 m/s 和 1.75 m/s。 (3)高速电梯:速度大于 2 m/s,规格有 2 m/s、2.5 m/s、3 m/s。甚 至有的超高速电梯速度可以达到 6 m/s、10 m/s。 3、按照拖动方式分类: (1)直流电梯:曳引电机是直流电动机,分直流有齿和直流无齿两
20、 类。 (2)交流电梯:曳引电机是交流电动机,分为交流单速电梯、交流 双速电梯、交流调速电梯和变频调速电梯四类。 (3)液压电梯:靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式。 山东科技大学学士学位论文 电梯的概述 8 4、按照控制方式分类:手动操作控制、按钮控制、信号控制、层间 控制、简易集选控制、集选控制有无司机控制、群控、并联控制等。 其实电梯的分类方法多种多样,就不一一详述了。 2.2.3 电梯的主要参数电梯的主要参数 (1)载重量(kg) 制造和设计规定,电梯的额定载重量。 (2)轿厢形式: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,对电话的要求等等。
21、(3)轿厢尺寸(mm) 宽*深*高。 (4)轿门形式: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) 电气控制系统 包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电 山东科技大学学士学位
22、论文 电梯的概述 9 机拖动或直流电机拖动,轿内按钮控制或集选控制等。 (9) 额定速度(m/s):制造和设计所规定的电梯运行速度。 (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)井道尺寸(mm) 宽*深。 (15)井道高度(mm):由井道底面至机房楼
23、板或隔音层楼板下最突出 构件之间的垂直距离。 电梯的主要参数是电梯制造和设计的依据。用户在选择时,必须根据 电梯的使用地点、运载对象等,按照标准正确的选择,否则会影响电梯的 使用效果。 2.2.4 电梯的安全保护装置电梯的安全保护装置 (1)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。 山东科技大学学士学位论文 电梯的概述 10 (2)强迫减速开关: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。 (3)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
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