PLC的变频调速电梯控制系统的设计 毕业论文.doc
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1、福建信息职业技术学院毕业设计(论文)论文题目:PLC的变频调速电梯控制系统的设计 系 别: 机电工程系 专 业: 电气自动化 班 级: 电气1011 学 号: 1003051122 学生姓名: 指导教师: 目录摘要11 引言22 电梯的概述3 2.1 电梯的基本结构33 系统结构及基本方案的选择5 3.1 系统的总体结构5 3.2 设计思路6 3.3 PLC控制系统与其他控制方式的比较7 3.3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较7 3.3.2 PLC控制系统与计算机控制系统的比较8 3.3.3 PLC的选择8 3.4 变频器的选择94 PLC控制系统的设计方案11 4.1 PLC的选型
2、11 4.2 PLC电梯控制系统设计方向11 4.2.1 电梯控制系统的基本结构组成11 4.2.2 电梯控制系统原理框图12 4.2.3 电梯控制系统的硬件组成13 4.3 其他控制135 PLC电梯控制系统设计14 5.1 系统结构框图14 5.2 控制逻辑流程图15 5.3 I/O点的分配16 5.4 硬件系统调试16 5.5 软件设计16结论18参考文献19摘要PLC的变频调速电梯系统设计摘要:电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展,电梯已从直流电动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动,到交流调压调速(ACVV,Alternati
3、ng Current Voltage)控制,发展到交流调压调频技术(VVVF,Variable Voltage Variable Frequency)控制,其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制,使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频(VVVF,Variable Voltage Variable Frequency)技术,由于VVVF电梯采用微机控制,有完善的自检测、自诊断、自保护功能,因而十分安全可靠。在研究电梯基本结构的基础上,阐述了电梯的拖动原理和控制原理,研究并提出了基于可
4、编程控制器PLC和变频器的电梯控制系统的实现方案,利用安川VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高,提供了技术支持。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,旋转编码器的使用,使PLC的内部的资源和功能得到了充分的利用。采用PLC对电梯信号系统进行控制,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控制;变频调速;模块化;电梯;微机控制第1章 引言电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展,建筑物规模越来越大,楼层越来越多,对电梯的调速
5、精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统,不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域,还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言,应具有高度的安全性。事实上,在电梯上已经采用了多项安全保护措施。目前,在电梯的控制方式上,主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PLC实际上是一种专用计算机,它采用循回扫描的方式分时处理各项任务,而且依靠程序运行,这就保证只有正确的程序才能运行,否则电梯不会工作;又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元,即无线圈又无触点,使用次数不受限制,属无触点运行,因此,它比继电器控制有
6、着明显的优越性,运行寿命更长,工作更加可靠安全,自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式,它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代,是电梯控制系统中理想的控制新技术。随着科技的进步,电梯也更加安全、舒适。然而,人们的追求并没有就此停止下来,仍在不断地进行研究改进。绿色是和平,绿色是天然,绿色是和谐。电梯是载人的机电设备,要实现“绿色”,也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务,强调电梯与环境的协调与和谐。目前意义上的“绿色”,一般是强调“天然”的一面,强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品,其天然性应表现为对环境影响的尽可能小
7、,与环境的协调与平衡,以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。对现代化电梯性能的衡量,主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外,对经济性、能耗、噪声等级等方面也有相应要求。本课题设计的主要内容是用可编程控制器和变频器设计二十三层居民楼电梯控制系统。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。17第2章 电梯的概述本章介绍了电梯系统的基本结构及各种分类方式。电梯控制系统主要分为机械和电气两大部分,详细介绍电梯系统的组成和分类,为下面系统设计做准备。2.1 电梯的基本结构 电梯是机电一体化产
8、品。目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构,其机械部分由曳引系统,轿厢和门系统,平衡系统,导向系统以及机械安全保护装置组成;而电气控制部分由电力拖动系统,运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图1所示。 1. 控制柜(屏) 2. 曳引机 3. 曳引钢丝绳 4. 限速器 5. 限速器钢绳 6. 限速器张紧装置 7. 轿厢 8. 安全钳 9. 轿厢门安全触板 10. 导轨 11. 对重 12. 厅门 13. 缓冲器图图1 电梯的基本结构图(1)曳引系统电梯曳系统的功能是输出动力和传递动力,驱动电梯运行。主要由曳引机,曳引钢丝绳,导向轮和反绳轮组成。曳引机为电梯的
9、运行提供动力,由电动机,曳引轮,连轴器,减速箱,和电磁制动器组成。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重,依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距,采用复绕型还可以增加曳引力。(2)导向系统导向系统由导轨,导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度,使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3)门系统门系统有轿厢门,层门,开门,连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口,由门扇,门导轨架,等组成,层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上,是轿厢和层门动力源。(4)轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构,由横梁,立柱
10、,底梁,和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底,轿厢壁,轿厢顶以及照明通风装置,轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。(5)重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。(6)电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机,供电系统,速度反馈装置,调速装置等组成,它的作用是对电梯进行速度控制。曳引电机是电梯的动力源,根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速
11、度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对曳引电机进行速度控制。(7)电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置,操纵装置,平层装置,和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求,控制电梯的运行,设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号,使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层,是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时,欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯,厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。(8) 安全保护系统 安全保护系统
12、包括机械的和电气的各种保护系统,可保护电梯安全的使用。机械方面的有:限速器和安全钳起超速保护作用,缓冲器起冲顶和撞底保护作用,还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。第3章 系统结构及基本方案的选择本章确定了系统的总体结构,并针对系统的总体结构,对变频器的类型进行了述,并确定由PLC来实现电梯信号控制,完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。课题开发是基于PLC的电梯变频调速系统,采用变频器和PLC组成的变频调速电梯控制系统。电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器,逻辑部分由PLC来实现。3.1 系统的总体结构 系统采用集中控制方式,主要包括信
13、号控制系统和拖动控制系统两大部分。图3-1为电梯PLC电梯控制系统框图,主要硬件包括PLC主机及扩展、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、安全装置、显示装置、调速装置与主拖动系统等。控制系统的核心为可编程控制器(PLC),操纵盘、呼梯盒、位置、安全保护及变频器工作状态等信号输入PLC,经PLC运算处理后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示信号,通过变频器向主拖动电动机发出控制信号。可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统M 3信息控制系统图2 电梯控制系统框图课题的核心问题有两个:一是变频器的参数设置以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求;二是由PLC编
14、程实现电梯运行时各种信号控制。3.2 设计思路(1)信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图3-2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、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。输入接口PLC输出接口分频信号运行方式选择运行控制信号楼层显示安全保护信号开关门控制内指令信号外指令信号呼梯信号开关信号平层信号运行方向指示拖动控制系统 图3 电梯PLC信号控制系统框图拖动控制系统(2)电梯控制系统实现的功能行车方向由内选信号决定,顺向优先执行;行车途中如遇呼梯信号
15、时,顺向截车,反向不截车; 内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除; 内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示;停层时可延时自动开门、手动开门;无内选时延时5s自动关门,但不能自动行车;行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车;长短站减速距离分别设定。3.3 PLC控制系统与其它控制方式的比较3.3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。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,继电气控制的弱点就越来越明显。可编程控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控
16、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已逐渐被PLC控制所代替。同时,由于机电交流变频调速技术的发展,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。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。电梯继电器控制系统的优点: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;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;大部分电器均为常用控制电器,更换方便,价格较便宜;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
17、纸齐全,熟悉,掌握的人较多。但是,电梯继电器控制系统存在很多的问题:系统触点繁多、接线线路复杂、且触点容易烧坏磨损,成接触不良,因而故障率较高;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;电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度难以提高;系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大;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安全性,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
18、身事故。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,以通过或专用PLC作为字处理器,实现通道(字)的运算和数据存储,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。PLC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)去掉了选层器及大部分继电器,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与报警显示,提高运行安全性,并便于检修。(5)用于
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