1、届 毕 业 论 文 （ 设 计 ）基 于 PLC 的 交 流 货 梯 控 制姓 名 学 号 年 级 专 业 电气工程及其自动化 系 （院） 指导教师 摘 要本设计采用 PLC 可编程控制器作为货梯的核心控制器，代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用 PLC 在控制方面的卓越性能和变频器原理，用交流变频变压拖动技术，从而使电梯运行平稳舒适，利用变频器作为电机的驱动机构，使得系统的启动电流大大减小，避免了对居民用电和电网的冲击。本设计首先从电梯的起源与发展说起，然后简单介绍了货梯的特点与技术现状，重点内容包括电梯的拖动和控制技术，货梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计） ，等组成部分。关键词
2、：PLC；货梯控制；梯形图；变频器 ABSTRACTThis design uses PLC programmable controller as the core of the freight elevate or controller, relay contacts instead of the traditional control logic circuit, and make full use of PLC in control and the excellent performance inverter principle, variable frequency AC drive
3、technology, thereby Elevator to the smooth operation of comfort, as the use of inverter motor drive mechanism, making the start-up current system greatly reduced, the residents avoid the impact of electricity and power networks. This design first mentions from elevators origin and the development, t
4、hen introduced the freight elevator characteristic and the technical aspect simply, key content including elevators dragging and control technology, freight elevator control systems software and hardware design (trapezoidal chart programming), and so on constituents.Key words: PLC; Freight Elevator
5、Controlling; Program of Ladder Diagram; Frequency Transformer 目 录1 绪论 .11.1 电梯的起源与发展 .11.2 载货电梯的特点与技术现状 .12 电梯的拖动与控制技术 .22.1 电梯的主要组成 .22.2 电梯的主要拖动技术 .22.3 电梯的主要控制技术 .22.3.1 PLC 控制技术 .22.3.2 交流变频变压控制技术 .33 货梯控制系统的硬件设计 .43.1 货梯控制系统的设计思想 .43.2 工作原理 .63.3 控制对象 .63.4 货梯的控制系统硬件结构设计 .73.4.1 PLC 的选择 .73.4.2
6、 变频器的选择 .83.4.3 控制系统硬件结构设计 .94 货梯控制系统的程序设计 .104.1 货梯运行时控制的主要指标 .104.2 PLC 输入输出信号及地址编号 .104.3 货梯轿厢内、外控制按钮的动作要求 .124.4 梯形图程序设计 .12结 论 .18参 考 文 献 .19谢 辞 .2011 绪论1.1 电梯的起源与发展随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。所以，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求。而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机电动机组调速系统，能较好地满足电
7、梯调速的更高要求。因此，在 20 世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。从 1900 年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯开始，电梯的控制技术有了突飞猛进的发展。直到 1967 年,固体晶闸管第一次用于电梯拖动系统。而到了 1977 年，日本三菱电机株式会社已经开发出了 10m/s 的超高速电梯。进入 80 年代，由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速系统。1993 年日本生产的 12.5m/s 世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系
8、统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流 1。1.2 载货电梯的特点与技术现状载货电梯是主要为运送货物而设计的并有人伴随的电梯，通常有专职司机操作。一般用在事业单位、商场、工矿企业、仓库等场所，货梯的楼层停站大多数在 10 层以下，运行速度一般在 0.63m/s 以下。改革开放后，随着经济的快速发展，我国载货电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术
9、，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。为我国载货电梯的快速发展奠定了坚实的基础。22 电梯的拖动与控制技术2.1 电梯的主要组成电梯是机电一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有概括认识。电梯在空间上的组成：一部电梯总体的组成有（1）机房；（2）井道；（3）轿厢；（4）层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间。电梯在功能上的组成：(1) 导向系统； (2) 曳引系统； (3) 轿厢； (4) 门系统； (5) 重力平衡系统；（6）电器控制系统。2.2 电梯的主要拖动技术电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程
10、，到目前为止应用于电梯的拖动技术主要有以下几个方面。（1）单、双速交流电动机拖动技术；（2）交流电动机定子调压调速拖动技术；（3）直流发电机电动机可控硅励磁拖动技术；（4）可控硅直接供电拖动技术；（5）交流调速拖动技术。80 年代初，VVVF 变频变压系统控制的电梯问世。当电动机具有调压（variable voltage 缩写为 VV）调速装置时称为交流调速电梯，它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，其速度一般不高于 1.75m/s。当电动机具有调压调频（variable voltage variable frequency，缩写为 VVVF）调速装置时称为交流调频调压电梯，简称
11、VVVF 控制电梯，目前控制速度已达 6m/s。它的体积小、重量轻、效率高、节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。本设计应用的就是这种拖动技术 2。32.3 电梯的主要控制技术2.3.1 PLC 控制技术对使用者来说，在编制程序时，可以不考虑微处理器及存储器内部的复杂结构，也不必用各种计算机使用的语言，而是把 PLC 看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便于提供使用者按设计继电器控制线路的形式进行编程。这样，从功能上来讲，可以把 PLC 的控制部分看作是由许多“软继电器”组成的等效电路。必须注意的是电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的一位
12、的触发器。触发器为“1”态，相当于继电器接通；为“0”态，相当于继电器断开。PLC 为用户提供的继电器一般是:输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。这些继电器统称为 PLC 的元素。其中，输入、输出继电器与外部用户输入，输出设备连接，而其他继电器与外部用户设备没有联系，因此统称为内部继电器 3。同时 PLC 控制货梯具有很多的优点:(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)PL
13、C 进行故障自动检测与报警等显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群呼调配和管理并提高电梯运行效率。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线 4。2.3.2 交流变频变压控制技术PWM 控制技术是通用型变频器中应用十分广泛的一种电压和频率控制方法，它可以极为有效地抑制输出电压的谐波，而且动态响应较好。在频率控制、效率等诸方面都有着十分显著的优点。(1) PWM 控制的原理PWM 是 Pulse Width Modulation 的缩写，即脉宽调制。 PWM 控制是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到改变电压的目的，或者控制电压脉冲宽度和
14、脉冲序列的周期以达到变压变频的目的。在变频调速应用中，则主要是后者即变压变频。4形成 PWM 波形的方法有很多种，其中最基本的方法是利用三角形调制波和控制波的比较。(2)SPWM 控制逆变器开关模式信号通常情况下利用三相对称的正弦波参考信号（控制波）与一个共用的三角波载频信号（调制波）互相比较来生成。控制上常有单极性和双极性两种情况。所谓单极性控制，是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂仅一个反复通断而另一个始终截止。所谓双极性控制是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂互补交替通断，具体工作情况与单极性控制类似 5。3 货梯控制系统的硬件设计3.1 货梯控制系统的设计思想货梯控制系统可分为
15、调速部分和逻辑控制部分。（1） 调速部分货梯在起动过程中，为了限制起动电流，减少电网电及起动的加速度，防止对机件的冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻或电阻与电抗的组合体，进行降压起动。随着速度的提高，逐级将电阻或电抗器短接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。（2） 电气控制系统电梯的控制线路主要由以下几个部分组成：轿内指令线路，厅门招呼线路，定向选层线路，起动运行线路，平层线路，指层线路，开关门控制线路，安全保护电路。这些线路的关系如下图所示 6。平层感应器 平层 拖动 减速 减速点信号减速点信号启动定向平层 楼层信号 位置信号指层桥内指令厅门召唤图 1 电梯电气控制系统框图（3） I/
16、O 点数较典型的 I/O 点数有：5轿内指令按钮：位于轿内的操纵箱上，每层各有一个。门厅呼唤按钮：位于电梯的厅门口，除顶层只有下呼和底层只有上呼外，其余每层均有上、下呼按钮。楼层感应器：位于井道每一层的相应位置上，当轿厢到达每一层的相应位置时，楼层感应器干簧管触点因隔磁板插入而断开，该触点信号用于选向、选层，轿内指令、门厅召唤的消号和指层电路。平层感应器：位于轿厢的顶部，用于准确平层，由上平层感应器、门区感应器和下平层感应器组成。开、关门： 有厅门、轿门电器触点开关(用于保证货梯厅、轿门都关好，开关接通时电梯才能运行)、开、关门极限开关、手动开关门按钮。其它还有超载、上下极限等开关或触点。（4
17、） 货梯各主要部分的运行机理1) 楼层感应楼层感应器通过感应器的干簧管触点的接通和断开来感应出楼层信号。工作原理为：当货梯在一层时，一层的楼层感应继电器使一层的指层继电器接通并保持，货梯到达二层时，二层的楼层感应继电器使二层的指层继电器接通并保持，同时切断一层的指层继电器。同理，当货梯向下时，相应的楼层感应继电器也接通指层继电器。2) 轿内指令及厅召唤在集选控制电梯中，货梯的执行方式是先响应向上的信号，然后再响应向下的信号，如此反复。上行时应保留下行的信号，下行时应保留上行的信号。3) 货梯的选向改变货梯的运行方向，实际上就是改变电动机的旋转方向。通过接通上、下行接触器来改变电梯的运行方向。当
18、上、下方向均有指令时，如果货梯已处于上行状态，则执行完向上指令后再执行向下指令。4) 货梯的换速、平层电路货梯通常以快速起动，而在减速时断开快速绕组，接入慢速绕组。当货梯将要到达该停的楼层时，应发出换速信号，断开快速继电器、接通慢速继电器，然后制动。货梯进入换速状态后，便可在最近楼层平层停止。5) 货梯的平层货梯具有上平层感应输出继电器、门区感应输入继电器和下平层感应输入继电器来进行电梯的平层。如果货梯因特殊原因，上行超越平层位置，货梯将反向平层。6）货梯停电的处理在实际货梯的运行过程中，为了防止因停电发生事故，在停电时，会马上投入救援装置，该救援装置的作用是提供紧急电源，供轿厢移动至平层，等
19、待来电之后再回到正常状6态 7。（5） 逻辑部分逻辑部分主要由 PLC 来进行控制。 货梯是根据外部呼叫信号，行程信号以及自身控制规律运行的。由于呼叫是随机的，货梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此货梯控制系统采用随机逻辑方式控制。运行方式选择 运行控制信号 安全保护信号内指令信号外指令信号光电脉冲输入接口PLC输出接口呼梯信号显示楼层显示运行方式显示开关门显示门区平层信号 开关门信号 拖动控制系统图 2 电梯 PLC 信号系统框图3.2 工作原理电机启动、换速、电机转向是由 PLC 根据货梯呼梯、减速等信号做出决策发出信号给变频器。当货梯电源
20、空气开关合上，货梯进入运行操作状态，给 PLC 的输入一个开关信号，PLC 扫描到该信号后就可以启动电梯。同时另一个触点闭合，使变频器的主接触器通电，其常开主触头闭合，接通变频器电源。这时，在底端厅外按下上行召唤按钮，货梯门打开，工作人员进入轿厢，手动关门。进入轿厢后，按下要到达的目的楼层按钮，即选层按钮，PLC 按收到选层信号后进行记录。例如：若选层在二楼，则 2 层内指令按钮被按下，PLC 记录好后使选层指示灯亮，货梯门关闭后，PLC 根据轿厢与召唤信号的相对位置进行逻辑判断，决定上行或下行。于是 PLC 指令继电器（Y4、Y5、Y6）发出信号给变频变压调速装置（VVVF 变频器） ，电梯就按变频器内部设定的加速度曲线进行起动、加速，直至达到稳速运行阶段。在到达目的层的减速点时，PLC 控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度。电梯进入短暂的爬行期时，直到平层开关起作用，PLC 收到该信号，就使输出继电器（Y4、Y5）都断开，送到 VVVF 变频器中，VVVF 变频就进入制动状态，直至货梯减速到零，进行抱闸制动，则货梯平稳准确地停靠在所对应的层站上。在货梯的平层过程中，变频器通过调整平层速度来调整平层精度，在
