PLC控制多层电梯系统的设计与研究_毕业设计论文.doc

毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目： XXXXXX 姓 名： XXXXXX 学 号： XXXXXX 平顶山工业职业技术学院 2013 年 5 月 20 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 XXXXX 专业班级 XXXXXXX 任 务 下 达 日 期 2013 年 3 月 4 日 设计（论文）开始日期 2013 年 3 月 10 日 设计（论文）完成日期 2013 年 5 月 20 日 设计（论文）题目： XXXXXXXXXX 指 导 教 师 XXX 系（部） 主 任 郭宗跃 2013 年 5 月 20 日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 学院 XXXXX 专业，学生 XXXX 于 2013 年 6 月 10 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： XXXXXXXXXXXX 专题（论文）题目： XXXXXXXXXX 指导老师： XXX 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况， 经答辩委员会讨论评定，给予学生 XXX 毕业设计（论文）成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， , 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）评语 第 页 共 页 学生姓名： XXX 专业班级 XXXXX 年级 2010 级 毕业设计（论文）题目： XXXXXXXXXXXX 评 阅 人： 指导教师： XXXX （签字） XXX 年 XXX 月 XXX 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 I 摘要 随着社会的发展和科技的进步，人们的生活生产也发生了日新月异的变化，电梯 已经成为了各大城市不可取少的工具。尤其是在物质和精神需求不断增长的今天，电 梯已经不仅仅是一种代步工具，在许多大型城市，它已经衍生出了各种各样的产品。 而现代电梯所包含的科技和技术亦是前所未有的，计算机、自动控制和电力电子等新 兴技术在电梯的制造中都有所体现。现如今比较常见的电梯大多由 PLC 代替原来的继 电器进行逻辑控制，在调速方面也大多使用快捷稳定的变频器进行控制。 本次设计根据当今世界科技的发展趋势，将可编程序控制器（PLC）和变频器进 行结合，通过合理的设计完成对电梯系统的控制，在可靠性，灵活性以及安全保护方 面都有所提高。并且将乘坐时的舒适感也考虑到了设计当中，使得电梯达到了比较理 想的水平。本设计所制造的电梯具有厅内外召唤、选层、楼层显示和警铃提醒等功能。 本设计分析介绍了电梯的基本结构，阐述了电梯的工作原理，并且对 PLC 程序的 分析和设计进行了重点编写。整体大致分为硬件设计和软件设计两部分，并在论文的 最后对电梯的发展进行了总结和展望。 关键词：关键词：电梯，PLC，变频器调速，梯形图 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 II Abstract With the social development and technological advances, people's live and production have taken place changes with each passing day, the elevator has become important tool for cities. Especially in the growing material and spiritual needs of today, the elevator has not only a tool of transport in many large cities, it has been derived varieties of products. The modern elevator technology and techniques is also unprecedented, computer, automatic control and power electronics and other emerging technology in the manufacture of the elevator are reflected. Now most of the elevator replace the relay by the PLC logic control, the governor also mostly used to control fast and stable drive. This design based on technological trends in today's world, the programmable logic controller (PLC) and frequency control drive the integration of the design is completed through the rational control of the elevator system, in reliability, flexibility, and security aspects of the increased. And when the ride comfort is also taken into the design, making the elevator reached the ideal level. The design of the elevator produced by the Office of internal and external calls with the election floor, floor displays and alarms to remind the other functions. The design describes the basic structure of the elevator and the elevator works, and the PLC program for the analysis and design of the focus of the preparation. Whole is broadly divided into hardware and software design in two parts, and in the end of the paper summarizes the elevator development and prospects. Key Words:elevator,PLC,frequency control,lad 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 III 目录 摘要摘要.I ABSTRACTII 目录目录III 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 设计背景1 1.1.1 发展现状 1 1.1.2 发展趋势 3 1.2 关于 PLC 及 PLC 的特点4 1.2.1 PLC 的发展历史.4 1.2.2 PLC 的主要特点.5 1.3 变频器及其特点6 1.3.1 关于变频器 6 1.3.2 变频调速控制电梯的特点 6 1.4 本课题主要研究内容7 第二章第二章 电梯控制系统的设计方案电梯控制系统的设计方案.8 2.1 电梯的介绍8 2.1.1 电梯的种类 .8 2.1.2 电梯的主要参数及性能指标 8 2.1.3 电梯的结构及组成部件 10 第三章第三章 电梯的结构和功能电梯的结构和功能.13 3.1 电梯系统的功能和基本结构13 3.2 变频器的选择14 3.2.1 通用变频器 14 3.2.2 安川 VS-616G5 型变频器.15 3.3 PLC 的选择 17 3.3.1 PLC 的主要功能和应用.17 3.3.2 三菱 FX2N 系列 PLC17 第四章第四章 电梯硬件部分的设计电梯硬件部分的设计.18 4.1 调速系统的硬件设计18 4.1.1 变频器的容量 .18 4.1.2 变频器制动电阻.19 4.2 硬件配置简介20 4.2.1 一般性能（见下表 4.2） .20 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 IV 4.2.2 输入性能（见表 4.3） 21 4.2.3 功能特性（见下表 4.4） .21 4.2.4 输出性能（见下表 4.5） .22 4.2.5 其它功能（见下表 4.6） .22 4.3 输入/输出的分配.25 4.4 输入/输出（I/O）部件 .25 第五章第五章 电梯软件部分的设计电梯软件部分的设计.28 5.1 电梯的三个工作状态28 5.1.1 电梯的自检状态 28 5.1.2 电梯的正常工作状态 28 5.1.3 电梯强制工作状态 29 5.2 控制程序流程图29 第六章第六章 程序调试与运行程序调试与运行.32 结结 论论.38 致致 谢谢.39 参考文献参考文献.40 附附 录录.41 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 1 第一章 绪论 1.1 设计背景 当今社会，日新月异，高层建筑已经成为一个城市发展所必不可少的建筑，与之 相伴随的电梯也在生产和生活中有了广泛的应用。我们所定义的电梯，就是一种以电 动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶 式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 还有服务于规定楼层的固定式升降 设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于 15 度的刚性导轨之间。 轿厢尺寸与结构形式要便于乘客出入或装卸货物。目前，电梯的控制方式大致分为两 种：一是采用微机作为信号控制单元，二是采用可编程控制器（PLC）进行集选控制。 两种方法各有优点。本次设计采用 PLC 对轿厢式电梯进行控制，这也是现在国内大多 数电梯生产厂家所采用的电梯控制系统。 1.1.1 发展现状 升降工具在人类的历史上已经存在并应用了几千年，但驱动力一般是人力或畜力， 直到 1889 年，升降机开始采用电力驱动，才真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方 面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制， 直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱 动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。 19 世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明 显改善。20 世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式） 驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠 定了基础。20 世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。 1967 年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983 年，变 压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯 的主流产品。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 2 1996 年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革 新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大 楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、 免维护和安全性高等特点。 电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集 选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。如今，世界各国的电梯公 司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现 代建筑交通日益增长的需求。 电梯进入中国市场已有一百多年的历史，但真正中国自主研究电梯是在建国以后。 1979 年以前，建国以来 30 年间，全国生产安装电梯约 1 万台。这些电梯主要是直流电 梯和交流双速电梯。中国电梯产业在引入外资后才进入了真正的大发展阶段，中国电 梯产业在 80 年代以后发展史可以说就是一部外资引进的发展史，从外资进入中国电梯 行业的进程来看，中外电梯合资企业大体经历了如下四次发展阶段：中外合资中方控 股、外方逐渐开始控股、基本由外方控股、全部为外方控股或独资。所以中国的电梯 在技术方面一直没有自己的突破，所有的技术和大部分的设备都是依赖国外的大型电 梯公司。 2000 年 5 月，迅达电梯公司发布 Eurolift 无机房电梯。它采用高强度无钢丝绳芯 的合成纤维曳引绳“SchindlerAramid”牵引轿厢。永磁电机无齿轮曳引机驱动。 2000 年，奥的斯公司发布 Gen2 无机房电梯。它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引 轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。无齿轮曳引机呈细长形， 体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。 2002 年，正在建设中预计 2004 年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电 梯公司速度为 1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯采用超大容量电动机、高 性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓 解和噪声抑制系统等以实现在安全稳定的前提下进行超高速运行。 2008 年，日立电梯在廊坊国际电梯展会上推出的“环保电梯”是真正意义上的 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 3 “低碳节能”的环境友好型电梯，创立了低碳电梯的新标准。通过变频空调和空气洁 净器的应用，使轿厢空气更流通、更清新。而能量再生技术、无段速技术等节能技术 的应用，使日立电梯更加节省能源，减少碳排放。 2008 年，科威嵌入式电梯控制器以其独有的能用梯形图编程、兼容三菱 PLC 指令 及编程环境、可自由组态显示、完全嵌入式结构设计、独特的程序加密方法，成为了 关注的焦点。它独特的嵌入式电梯控制器可以让消费者通过梯形图语言设置自己需要 的参数。 1.1.2 发展趋势 1.1.2.1 电力拖动系统拖动技术 拖动技术从直流拖动到交流变极调速（交流双速） ，到交流变压调速、到目前应用 最为广泛的变频变压（VVVF）调速技术。变频变压调速技术发展很快，其调速性能已 完全可与直流电机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，平层准确度也大为提高，而 且具有明显的节能效果。 1.1.2.2 电梯群控系统将更加智能化 电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、 基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于 遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样 化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所 有的自动化服务设备结合成整体智能系统。 1.1.2.3 超高速电梯 曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、 减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统 等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会 有明显提高。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 4 1.1.2.4 蓝牙技术在电梯上广泛应用 蓝牙技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线 通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。 1.2 关于 PLC 及 PLC 的特点 PLC，即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应 用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺 序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控 制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可 编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑 控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超 过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避 免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC,plc 自 1966 年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控 制器质量优良，功能强大。 1.2.1 PLC 的发展历史 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设 备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14，在美国通用汽车公司的生产线上试用 成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。1969 年，美国研制出世界第一台 PDP- 14。1971 年，日本研制出第一台 DCS-8。1973 年，德国研制出第一台 PLC。1974 年， 中国研制出第一台 PLC。 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快便将其引入到可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装 置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 5 来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） 。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引 入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的 工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地 位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产 可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶 段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30-40%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能 力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领 域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期 发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单 元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。 1.2.2 PLC 的主要特点 PLC 是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造 和发展起来的，这就使 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的特点。 (1) 可靠性高，抗干扰能力强。 (2) 通用性强，使用方便。 (3) 功能强，适应面广 (4) 编程简单，容易掌握 (5) 减少了控制系统的设计及施工的工作量 (6) 体积小、重量轻、功耗低、维护方便 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 6 1.3 变频器及其特点 1.3.1 关于变频器 变频器的英文译名是 VFD（Variable-frequency Drive） ，它是应用变频技术与微电 子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元 件。变频器利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装 置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过 流/过压/过载保护等功能。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作 VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter） 。 变频器的主电路可分为两类：电压型和电流型。电压型是将电压源的直流变换为 交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频 器，其直流回路滤波是电感。 变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到了广泛应用。变频器 的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控 制电动机转速的目的。变频器的出现，使复杂的调速控制简单化，用变频器和交流鼠 笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，并且缩小了设备 体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器可以优化电机运行，所以也 能够起到增效节能的作用。 1.3.2 变频调速控制电梯的特点 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技 术的发展也十分迅速。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 外公认为最有发展前途的调速方式3。 （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。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 7 （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。3 1.4 本课题主要研究内容 本课题所研究的主要内容是利用可编程序控制器和变频器控制电梯运行的系统。 首先对电梯系统及 PLC 和变频器做一些基本的介绍，然后阐述电梯控制系统的分类及 特点，电梯的控制系统分为信号控制和调速两部分。在确定了系统的总体结构之后， 用 PLC 控制电梯运行的逻辑信号，用变频器控制调节电梯的运行速度，选择出 PLC 和 变频器的型号。然后是系统硬件开发，完成了变频器的参数设置及 PLC 的 I/O 接口的 分配，以及旋转编码器与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设 计出软件流程图，编写出控制程序梯形图。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 8 第二章 电梯控制系统的设计方案 2.1 电梯的介绍 2.1.1 电梯的种类 乘客电梯：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 载货电梯：主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。 医用电梯：为运送病床、担架、医用车设计的电梯，轿厢长而窄。 杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件等设计的电梯。 观光电梯：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 车辆电梯：用作装运车辆的电梯。 船舶电梯：船舶上使用的电梯。 建筑施工电梯：建筑施工与维修用的电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防 爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 2.1.2 电梯的主要参数及性能指标 2.1.2.1 主要参数： （1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。 （2）轿厢尺寸（mm）：宽×深×高。 （3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的 处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。 （4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。 （5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 9 （6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，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。 （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的运行速 度。半绕 2：1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。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）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 （11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面间的垂直距离。 （12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件 之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。 （13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。一般电梯 的运行速度越快，底坑越深。 （14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之 间的垂直距离。 （15）井道尺寸（mm）：宽×深。 2.1.2.2 性能指标 （1）安全性 电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电梯的第一要求就 是安全。电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个 环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。 （2）可靠性 电梯的可靠性很重要。要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可 靠性，只有每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。 （3）停站的准确性 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 10 停站准确性又称平层准确度。 电梯技术条件对平层准确度规定如下： 表 2-1 平层准确度标准 电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s） 0.25 或 0.5 ±15 交流双速电梯 0.75 或 1.0 ±30 交直流快速电梯 1.52.0±15 交直流高速电梯 2.0±5 电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。负载重， 则惯性大，提速高惯性也大。因此检查平层准确度时，分别以空载，满载，上下运行， 到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度。 （4）振动、噪声及电磁干扰 现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳，安静， 无电磁干扰。 （5）舒适感和快速感 电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间， 这对于现代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和减速度的过大的不合理变化又会 造成乘客的不适感。因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛盾的因 素。 （6）节能 现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的。 2.1.3 电梯的结构及组成部件 电梯是机电一体化产品。分为机械部分，电气部分和控制部分。各部分通过控制 部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝 大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，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 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 11 行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。 （1）曳引系统 电梯曳引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。曳引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮， 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，是轿厢和层门的动力 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，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拽引钢 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 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 12 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，厅门指示灯用箭头指 示电梯运行方向。 （8）安全保护系统 安全保护系统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。6 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 13 第三章 电梯的结构和功能 电梯 PLC 的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。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、井道及安全保护信 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。 3.1 电梯系统的功能和基本结构 （1）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行。 （2）行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车。 （3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 （4）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。 （5）停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门。 （6）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车。 （7）无内选时延时 5s 自动关门，但不能自动行车。 （8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。 （9）电梯系统发生故障时，停止运行，并且警铃发出警报。 图 3-1 PLC 控制系统基本结构图 当电梯正常工作时，可以由轿厢操纵盘和厅外呼梯对 PLC 发出指令，PLC 经过分 析指令进行逻辑判断，确定运行方向，开关门和停机，并且控制指层器和拖动系统做 轿厢操纵盘厅外呼梯 安全装置 井道装置 输入 PLC 输出 接口 接口 指层器 拖动控制 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 14 出相应动作。安全装置可以确保轿厢正常运行和乘客、货物的安全。井道装置是轿厢 运行所连接的外部机械装置。7 3.2 变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速 的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设 计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计 没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可 以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。 目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也 不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 3.2.1 通用变频器 上个世纪 80 年代初，通用变频器实现了商品化。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 两个大发展过程： (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 频器的容量达到了 600KVA, 400KVA 以下的已经系列化。现在 IGBT 变频器的单机容 量已 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的 发展。 (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发展。 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。人们总结了交 流调速电气传动控制的大量实践经验，并 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）说明书 第 页 15 不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户 提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平升级，达到以往无法达到的境界， 使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。 (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。 3.2.2 安川 VS-616G5 型变频器 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。 本次毕业设计采用安川 VS-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。而且，VS- 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. 010. 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 IGBT，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-616G5 型变频器是安川电机公司面向世界推出的通用型变频器。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