1、1高层住宅电梯可编程控制系统研究作者姓名：何银专业名称：电气工程及自动化指导教师：王 安 讲师2提纲摘要前言1 绪论2 控制系统方案设计3 控制器件的选择与软件开发4 调试与安装5 总结致谢参考文献附录摘要3电梯是高层住宅建筑的运输设备，它采用电力拖动方式，具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC 组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目录前言电梯是一种大型机电产品,作为一种现代的运输工具已广泛的进驻到人们的生活中。当今世界,电梯的使用量已成为
2、衡量现代化程度的标志之一,它必须具有高度的安全性与科学性 ,因此它的控制系统就受到了广泛的关注。早期的国产电梯控制系统中,4电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的。继电器控制系统故障率高,降低了电梯的运行可靠性与安全性。1 绪论1.1电梯运行的原理电梯的运动是通过电梯内部各构件，在通过电梯的内部控制程序，再有外部的按钮，通过认为的输入输出，实行对电梯的运动。每个乘客可以通过对电梯的外部的向上或向下的开关，并且对电梯内部的开关进行选择从而使电梯能进入你想去的预定楼层。而电梯的运行最关键的就是内部的电梯控制程序，它是决定电梯如何运行的关键通过一个好的控制程序，不但可以延长电梯的寿命，而且也可
3、使电梯在运行过程中更准确。1.1.1 电梯的系统组成电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一，使电梯成了现代科学技术的综合产品。1.曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成。2.导向系统 导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成。53.轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。4.门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口. 门系统由轿厢门,层门,开门机,
4、门锁装置组成。5.重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。6.电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成。7.电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成。8.安全保护系统 保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器,安全钳，缓冲器,端站保护装置组成。1.1.2 电梯的控制系
5、统电梯控制系统的作用是对电梯运行方式进行控制，使电梯安全、精确的运转，传统的电梯控制系统是由继电器完成的，这种控制方式有以下特点：1. 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。2. 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。63. 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，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。4. 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。5. 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。6. 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大
6、，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，还可能出现人身事故 。1.2 PLC 简介随着科技的进步传统的电梯继电器控制方式已不能满足当今社会的需要，现在普遍使用 PLC 取代继电器来对电梯进行自动化控制。1.2.1 PLC 的工作原理从广义上讲，PLC 是一种特殊的工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以 PLC 与微机控制系统十分相似。PLC 的最小系统有以下四部分组成：7图
7、1-1 PLC 的最小系统（1）中央处理单元（CPU）（2）存储器（RAM、ROM）（3）输入输出单元（I/O 接口）（4）电源（开关式稳压电源）1、中央处理单元 CPUCPU 是 PLC 的核心部件。小型 PLC 多用 8 位微处理器或单片机；中型的 PLC 多用 16 位微处理器或单片机；大型的 PLC 多用双型位片机。CPU 是 PLC 控制系统的运算及控制中心，它按照 PLC 的系统程序所赋予的功能完成如下任务：（1）控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储。8（2）诊断电源、PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误。（3）用扫描的方式接收输入设备的状态（即开关量信号）和数据（
8、即模拟量信号）。（4）执行用户程序，输出控制信号。（5）与外部设备或计算机通信。92、存储器存储器是用来储存系统程序、用户程序与数据的，故 PLC 的存储器有系统存储器和用户存储器二大类。1）系统存储器系统存储器使用 EPROM(只读存储器)，用于存放系统程序（相当于计算机的操作系统，用户不能更改）。广义上讲，有了系统程序，单片机组成的系统就变成了 PLC！2）用户存储器用户存储器通常由用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）组成。（1）用户程序存储器10用户程序存储器一般用 RAM（有后备电池维持），存放用户程序。但用户程序调试好以后可固化在 EPROM 或 E2PROM 中。（2）功
9、能存储器功能存储器用随机读写存储器 RAM，存放 PLC 运行中的各种数据。如 I/O 状态、定时值、计数值、模拟量、各种状态标志的数据。由于这些数据在 PLC 运行中是不断变化的，不需要长久保持，故功能存储器采用随机读写存储器 RAM。3、I/O 接口PLC 的 I/O 接口是 PLC 与现场生产设备直接连接的端口。PLC 的I/O 接口与现场工业设备“直接连接”是 PLC 的特色之一！它用于接收现场的输入信号（如按钮、行程开关、传感器等的输入信号）；输出控制信号，直接或间接地控制或驱动现场生产设备（如信号灯、接触器、电磁阀等），如图 4-1 所示。4、电 源PLC 配有开关式稳压电源，供
10、PLC 内部使用。与普通电源相比，这种电源输入电压范围宽、稳定性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻。有些机型还可向外提供 24VDC 的稳压电源，用于对外部传感器供电。这就避免了由于电源污染或使用不合格电源产品引起的故障，使系统的可靠性提高。5、编程器编程器是 PLC 最重要的外部设备。利用编程器可编制用户程序、输入程序、检查程序、修改程序和监视 PLC 的工作状态。编程器一般分为简易型和智能型两种。简易型编程器常采用在小型 PLC 上，只能联机编程，且往往需要将梯形图程序转化为语句表程序才能送入 PLC 中。智能型编程器又称图形编程器，11可直接输入梯形图程序。它可以联机，也可以脱机编程。常用
11、于大中型 PLC 的编程。除此之外，在个人计算机上添加适当的硬件接口（如编程电缆）和配置编程软件包，就可以用个人计算机对 PLC 编程，且可以向 PLC 输入各种类型的程序。既可以联机编程也可以脱机编程，且能监视 PLC 的运行状态，还能进行系统仿真，使用起来非常方便。目前，这种编程方式已非常流行和普遍，可用于各种类型的 PLC，尤其是笔记本电脑式的。1.2.2 电梯 PLC 控制系统的优点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC 有以下特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强2 .通用性强，控制程序可变，使用方便PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己
12、再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握12目前，大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容
13、易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC 在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC 内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大
14、为减少。同时，PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于 PLC 的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的 F1-40M 型 PLC 为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量 2.3kg，功耗小于 25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有 FX系列 PLC，与其超小型品种 F1 系列相比
15、：面积为 47%,体积为 36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达 24128 点。131.3 交流变频器1.3.1 交流变频器的结构交 流 型 变 频 器 一 般 由 整 流 电 路 、 平 波 电 路 、 控 制 电 路 、 逆 变电 路 等 四 大 部 分 构 成 。 1.整 流 电 路整 流 电 路 的 作 用 是 把 交 流 电 转 换 成 直 流 电 。 整 流 电 路 一 般 都 是 单 独 的 一 块 整 流 模 块 。 2.平 波 电 路平 波 电 路 在 整 流 电 路 之 后 。 整 流 后 的 直 流 电 中 一 般 含 有 高 于 电 源 6 倍 频 率 脉
16、动 电 压 ，此 外 逆 变 器 产 生 的 脉 冲 电 流 也 使 直 流 电 压 变 动 。 为 了 抑 制 电 压 波 动 采 用 电 感 和 电 容 平 波 电 路 来 吸 收 脉 冲 电压 (电 流 )。 一 般 通 用 型 交 流 变 频 器 电 源 的 直 流 部 分 对 主 电 路 而 言 有 余量 ， 故 省 去 电 感 而 采 用 简 单 电 容 滤 波 平 波 电 路 。 3.控 制 电 路现 在 交 流 型 变 频 器 基 本 采 用 16 位 、 32 位 单 片 机 或 DSP为 控 制 核 心 ， 从 而 实 现 全 数 字 化 控 制 。 提 供 控 制 信 号
17、 的 回 路 称 为 主 控 制 电 路 ， 控 制 电 路 由 以 下 电路 构 成 ： 频 率 、 电 压 的 “运 算 电 路 ”， 主 电 路 的 “电 压 、 电流 检 测 电 路 ”， 电 动 机 的 “速 度 检 测 电 路 ”。 运 算 电 路14控 制 信 号 送 至 “驱 动 电 路 ”以 及 逆 变 器 和 电 动 机 的 “保 护 电路 变 频 器 采 取 的 控 制 方 式 ， 即 速 度 控 制 、 转 拒 控 制 、 PID或 其 它 方 式 。 4.逆 变 电 路逆 变 电 路 同 整 流 电 路 的 作 用 相 反 。 逆 变 电 路 是 将 直 流 电 变
18、换 为 所 要 频 率 的 交 流 电 ， 以 所 确 定的 时 间 使 上 桥 、 下 桥 的 功 率 开 关 器 件 导 通 和 关 断 。 从 而 可 以 在输 出 端 U、 V、 W 三 相 上 得 到 相 位 互 差 120电 角 度 的 三 相 交流 电 压 。 1.3.2 交流变频器的优点交 流 型 变 频 器 之 所 以 能 广 泛 用 于 交 流 电 机 的 调 速 中 ， 主 要是 由 于 其 具 备 以 下 优 点 ： 3.1、 交 流 型 变 频 器 调 速 平 滑 ； 3.2、 交 流 型 变 频 器 调 速 范 围 比 较 大 ； 3.3、 交 流 型 变 频 器 调 速 效 率 高 ， 能 量 损 失 比 较 小 ； 3.4、 交 流 型 变 频 器 启 动 电 流 小 ； 3.5、 交 流 型 变 频 器 运 行 平 稳 ； 3.6、 交 流 型 变 频 器 节 能 效 果 明 显 。2 控制系统方案设计153 控制器件的选择与软件开发4 调试与安装165 总结致谢参考文献17附件
