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1、华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University 毕 业 设 计Graduation Design（20102014年）题 目 PLC在电梯控制系统中的应用 全文结构合理，但是格式存在很大问题，请严格按照学校要求撰写毕业设计论文。分 院： 电气与信息工程分院 专 业： 电力系统及其自动化 班 级： 电力2010-2 学 号： 20100210470329 学生姓名： 潘定翔 指导教师： 李房云 起讫日期： 2014.12014.4 华东交通大学理工学院毕业设计原创性申明本人郑重申明：所呈交的毕业设计是本人在导师指导
2、下独立进行的研究工作所取得的研究成果。设计中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计中特别加以标注引用，除此之外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。毕业设计作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计版权使用授权书本毕业设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计的复印件和电子版，允许设计被查阅和借阅。本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编
3、毕业设计。（保密的毕业设计在解密后适用本授权书）毕业设计作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月摘 要论文格式严格按照学校规定。摘要使用黑体三号中间空两个字符当今我国经济不断的向前发展，城市建设也不断的发展，城市的高楼大厦在不断的增多，再加上生活越来越高的人民标准的制定，为垂直升降输送高层建筑越来越多越是高层建筑所使用的各种电梯已经成为人们生活中不可或缺的一部分。对电梯的要求的人也越来越高，从而促进中国电梯行业的快速发展，该技术已经发展到拖调频调压控制，逻辑控制也代替原来的继电器是由PLC控制。在本文中，电梯， PLC，变频器进行了简单的介绍，当然，最重要的内容是设
4、计基于PLC五层电梯控制系统，我们通过现有的驱动器的基础上，采用五层PLC的电梯通过合理选择和设计控制，提高了电梯的控制水平，提高电梯运行的电梯到达一个更完美的控制的舒适性。关键词：电梯；PLC； 5层电梯； 电梯控制系统AbstractToday Chinas economy continued to move forward, but also continue the development of urban construction, high-rise buildings in the city constantly increasing, coupled with the peop
5、les standard of living getting higher and higher, as the vertical lift transport high-rise buildings, increasingly the more high-rise buildings are used by a variety of elevator has become an indispensable part of peoples lives. The people on the elevator requirements are also increasing, thus contr
6、ibuting to the rapid development of Chinas elevator industry, the technology has been developed to drag FM regulator control, logic control also replace the original relay is controlled by the PLC. In this paper, elevator, PLC, inverter for a simple introduction, of course, the most important conten
7、t is designed five-story elevator control system based on PLC, we pass on the basis of the existing drive, uses five layers PLC the elevator is controlled by rational selection and design, to improve the level of control of the elevator, and to improve the comfort of elevator running the elevator to
8、 reach a more perfect control. Key Words: elevator; PLC; 5-story elevator; elevator control system第1章 电梯的介绍1.1 电梯的起源与发展电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。当涉及到电梯的起源在2600的时候，埃及人建造金字塔用最原始的升降系统启动，但这种类型的起重机是人体能量从公元前。到1203 ，法国第二修道院安装起重机，其区别仅在于该机是利用驴作为从伤口上的大绳筒电力负荷进行吊装。这种方法已经被用来近代直到瓦特发明了蒸汽机，在大约1800年，矿主采取的
9、起重运输煤矿达的优势。数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854年奥的斯设计了一种制动器：在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建
10、造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。 然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。1.2电梯的定义国家标准GB7024.1-86电梯名词术语规定，电梯的定义:用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和(或)货物的固定设备。此外，国家标准GB7588 -87“电梯制造与安装规范”的电梯的技术含义作了如下描述：方便乘客进出车厢的至少一部分的两个垂直或从垂直倾斜角度小于15度的刚性轨之间运行。从以上的两个条文可以理解电梯的含义:(1)电梯是由电力来驱(拖)动的。小标题要对其，格式要整齐沿着
11、垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。(3)轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。1.3国内外电梯的情况我国电梯行业从市场规模上有了很大提高，一些自主品牌逐步提升了自己的产品质量和技术含量，加之我国政府提出的节约型社会正好让电梯行业中拥有节能电梯技术的企有机会发展，另外，国外用户比以前更多地青睐中国产品也为中国电梯的崛起提供了机会。目前我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际领先水平，但是节能电梯的普及率还很低，可节电30%以上的无齿轮电梯普及率不及10%，可以能源再生的造能电梯普及率不及2%。因此专家预计，节能电梯市场会在“十一五”期间进入快速增长期。节能电梯从2001年开始进
12、入我国办公楼、住宅楼、酒店等场所，经过5年的发展，全国的无齿轮电梯市场从几千台增长到近6万台。目前，中国已经超过日本，成为世界上最大的电梯市场的新衣服。由于房地产，建筑等城市公共行业在未来10年发展迅速，中国的电梯市场将保持年均销售额至少50美元十亿的增长每年20的速度。房地产市场的快速发展，对电梯的需求继续扩大。据专家估计，在未来50年中国新的住房面积将达到20十亿平方米。目前，国家20多米高的应该安装电梯，因此未来最大的市场是住宅电梯市场。此外，机场，商场，地铁，自动扶梯，电梯等观光电梯等大型公共设施建设的需求也很可观。小城镇在西部地区要加快步伐。城市化后，东部地区20多年的发展，城市化和
13、一些发达地区的水平已经达到80 ，基本饱和，甚至是逆城市化趋势。近年来，西部地区的国民生产总值的增长速度，已具备所需的升力GDP水平相匹配快速发展的需要。电梯更新进入高峰期。虽然电梯的状态作出强制性的生活目前还没有标准，但电梯按15年日本系列电梯设计寿命为国外惯例的生活， 25年欧美电梯设计寿命。据中国电梯选购，产品或在日本使用约60 以上的比例技术的实际情况，在1990年之前安装了日本国内的电梯都已经到了更新期。论文字体错误，应该使用宋体小四而在1990年电梯生产技术相对落后，节能电梯升降的消费水平是现在的三到四倍。电梯使用年限由15年前，看看电梯安装数量预计2007年将有15,000到20
14、,000台电梯需要更新。电梯节能潜力，电梯和空调被认为是两个大型建筑耗能大户。据了解，目前中国星级酒店的平均年消费量每平方米150千瓦时， 30,000 - 50000平方米星级酒店，这大致相当于从3000能源消费总量为4000万吨标准煤，其中近一半的电源为电梯。电梯行业协会统计，2005年所有使用电梯的，如果80 采用节能型电梯，每年的耗电量可节省12.2十亿千瓦时。如果所有在2015年的节能电梯，将节电80十亿亿千瓦时，几乎等于一年三峡大坝发电量。国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术！例如：（ 1 ）设置垂直和水平运输交通
15、复杂的运输系统。该系统采用直线电机驱动，设置了一个以上的汽车在井道内。在计算机控制下汽车导航系统，可在铁路网络交换他们的跑步路线。系统保存的很好占用，解决了高层建筑的钢丝绳和电缆的重量举起太大的问题，特别是对于穿梭在空中一样底楼大厅多塔高层建筑空间直上电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯机房由于曳引机的电梯和控制柜放置在井道内，省去了单独的房间，节省建设费用，增加的有效面积建设，提高建设建筑设计自由的美学。永磁同步无齿轮曳引机的特点是：（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，
16、齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（ 4 ）格式问题电梯远程监控系统。在系统运行并通过公共电话网或专用网络（需要
17、使用一个调制解调器）中得到的电梯的控制信号处理的计算机机壳的故障信息被发送到远程计算机可用于专业电梯服务中心提供一个可视界面，所以有该服务的电梯控制运行，特别是故障情况。该系统通常具有显示故障，失效分析，故障统计和预测能力，以及远程调试可以与操作，便于维修人员可以实现快速修复反应和修复所采取的措施。这缩短故障排除时间并简化故障排除体力劳动，保证了建筑物的电梯安全高效运行。1.4电梯的主要组成下图1.1为电梯的基本结构图，电梯基本结构图1.1的说明：1-制动器；2-曳引电动机；3-电气控制柜；4-电源开关；5-位置检测开关；6-开门机；7-轿内操纵盘；8-轿厢；9-随行电缆；10-呼梯盒；11-
18、厅门；12-缓冲器；13-减速箱；14-曳引机；15-曳引机底盘；16-导向轮；17-限速器；18-导轨支架；19-曳引钢丝绳；20开关碰块；21-终端紧急开关；22-轿厢框架；23-轿厢门；24-导轨；25-对重；26-补偿链；27-补偿链导向轮；28-张紧装置。1.4.1电梯在空间上的组成电梯是“机”与“电”紧密结合的复杂产品，其基本结构包括机械部分与电气部分，但是从空间上考虑一般划分为一下几个部分。1.机房部分包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。2.井道部分包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速紧张装置、补偿链、随行电缆、底坑及
19、井道照明等。3.层站部分包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开门装置、层楼显示装置等。4.轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通信机报警装置。图应该放在上一个小结，介绍电梯各部分的位置。图1.1 电梯的基本结构图1.4.2电梯功能的组成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。3.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。4门系统门系统的主要功能是封住层站
20、入口和轿厢入口。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。6.电力拖动系统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.安全保护系统由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。第2章 PLC的介绍2.1可编程控制器（PLC）的发展可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。
21、这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。1968年，通用汽车液压部门为了消除复杂和昂贵的继电器控制系统，建立了第一个招标指示灯可编程控制器。设计规格需要固态系统和计算机技术，并且需要在工业环境中生存的能力，并且可以容易地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来的可扩展性。本次招标投标由DEC公司开发出该系统在1969年，这是第一台可编程控制器，型号为PDP- 14上的成功应用。随后，美国MODICON公司也推出了084的控制器具有相同的名称，在1971年，日本推出了DSC- 80控制
22、器， 1973年西欧国家已经成功地开发了多种可编程控制器。这些早期的控制器，以满足最初的需求，并打开大门，新的控制技术的发展。从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：1.初级阶段：从第一台PLC问世到20世纪70年代中期由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU由中小规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。2.扩展阶段：从20世纪70年代中期到70年代末期这一阶
23、段PLC产品的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。3.通信阶段：20世纪70年代末期到80年代中期这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到很大的发展。同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIM
24、ATICS6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530等。4.开放阶段：从20世纪80年代中期开始由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。2.2可编程控制器（PLC）
25、的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(National ElectricManufacturer Association-NEMA)对PLC下过如下的定义：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1987年，国际电工委员会(Internatiaonal Electrical Committee-IEC)颁布了PLC标准草案，其第3版对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作
26、的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。2.3 可编程控制器（PLC）的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。图2.1的硬件结构图：图2.1 PLC的硬件结构图1. CPU模块在PLC系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。2. I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块，用于接收和收集的输入信号。数字（或二进制），用于
27、从按钮，选择开关，数字拨码开关，限位开关，接近开关，光电开关，继电器等的压力，所述数字输入信号接收输入模块;用于接收电位，测速发电机和变速器的模拟输入模块变化不断提供各种模拟电流和电压信号。数字输出模块用来控制接触器，电磁阀，螺线管，指示灯，数字显示装置和报警装置，输出装置。模拟输出模块用来控制调节阀致动器，驱动器等。CPU模块的工作电压一般是DC5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如DC5V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或影响PLC的正常工作。在I/O模块中，用光电耦合器、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。I/O模块除了传递信号外
28、，还有电平转换与隔离的作用。编程装置编程用于生成用户程序，并对其进行编辑，检查和修改设备。手持编程器可以直接输入和编辑梯形图，指令表可以输入和编辑程序，所谓的命令程序员。它的体积小，价格便宜，一般用于小型PLC编程，或到现场调试和维护。使用的编程软件可以生成和编辑梯形图在屏幕上，指令表，功能块图和顺序功能图程序，可以将不同的编程语言。后的程序下载到编译的PLC中，可以远程编程和传输。可用于内设置各种参数的PLC编程软件。通过沟通，你可以炫耀的梯子触点与线圈的情况下，以及在PLC运行时的参数，并进行故障排除非常有用。电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供各
29、种直流电源。小型PLC一般可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。2.4 可编程控制器（PLC）的工作原理下面先看两个工作原理图图2.2 PLC的扫描过程图图2.3 PLC程序执行过程当PLC运行时，用户程序中众多的操作需要执行。但CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度较高，使得外部出现的结果从宏观上来看几乎是同时进行的，这种分时操作的过程叫做CPU对程序的扫描。扫描丛0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，再无中转或跳转的情况下，按存储地址递增的方向顺序逐条扫描
30、用户程序即执行，直到程序结束。每扫描完一次程序，就构成一个扫描周期。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。顺序扫描的工作方式简单，简化了程序设计，并为PLC的可靠运行提供了可靠的保障。一方面，所扫描的程序被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用；另一方面，还可以利用CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使程序进入死循环而造成故障的影响。一.PLC的基本工作如图（图2.2与2.3）1) 输入信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态。2) 执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。3) 输出控制信号：根据
31、逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。 二.自诊断程序每次扫描的开始，执行自诊断程序，以及其他的输入和输出点， CPU和存储器诊断程序的诊断通常是在测试的每个部分的当前状态，并且在正常标准状态比较，如果这两个各部分的描述一致工作正常，如果是这样的观点，有一个故障不一致。此时， PLC将立即启动关机程序，保留现有的工作条件，并关闭所有输出，然后停止。诊断结束后，如果没有故障， PLC继续扫描检查编程和其他通信请求。如果您有相应的处理，例如
32、，接受传送到烧录器的命令，要显示的状态数据，错误信息被发送到程序员的显示。处理后的通信，PLC继续向下扫描，进入信息产业领域，在用户程序执行，输出控制信号，顺序完成一个扫描周期。以及从自诊断，然后开始第二轮扫描。 PLC这样不断反复循环，实现本机的连续控制，直到接收到停止命令，或因停电等故障停止工作。2.5 可编程控制器（PLC）的特点与应用2.5.1 PLC的特点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：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、
33、功;7.耗低、维护方便。2.5.2 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制;2.运动控制;3.过程控制;4.数据处理;5.通信及联网.2.6 PLC的汇编语言2.6.1 PLC的汇编语言的特点PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语
34、言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：1图形式指令结构;2明确的变量常数;3简化的程序结构;4简化应用软件生成过程；5强化调试手段。总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。本设计采用最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。2.6.2基本的PLC编程元件及其功能。因为我们本设计选择的是三菱公司的PLC所以这里我们重点介绍三菱FX2N系列的一些编程元件及其功能。
35、 FX系列，其内部编程组件，该设备所支持的编程语言的模型中，被称为通过对继电器，计时器，计数器等的通用名，但它们是由实数分量，俗称它们非常不同作为“软继电器”。这些编程与继电器线圈不工作它的工作电压等级，功耗，尺寸和电磁惯性等问题;接触没有限制，无机械磨损和电蚀等问题。它是根据不同的命令操作，状态可以在他们的工作没有记忆，他们可以有一个记忆，你还可以利用脉冲数字元件。一般情况下， X代表输入继电器， Y代表输出继电器， M代表辅助继电器， SPM代表专用辅助继电器， T代表定时器， C代表计数器， S为状态继电器， D代表数据寄存器， MOV代表传输。下面是一个基本的四个继电器：1 输入继电器
36、 （X）2 输出继电器（Y）3 辅助继电器（M）4 定时器（T）第3章 变频器3.1 变频器的基本构成通用变频器的基本本构成主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。1.流器电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是单相)交流电整流成直流电。2.变器负载侧的变流器为逆变器。最常见的结构形式是利用六个半导体主开关器件组成三相桥式逆变电路。只要有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。3.间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态或是发电制动状态，其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间
37、总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能组件(电容器或电抗器)来缓冲。所以又称中间直流环节为中间直流储能环节。4.制电路控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制。高性能的变频器目前己经采用微型计算机进行全数字控制，尽可能简化硬件电路，主要依靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的控制。3.2 变频器的分类一.按变换的环节分类：可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直
38、接式变频器；交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。二.按直流电源性质分类：电流型变频器电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。电压型变频器电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用
39、于负载电压变化较大的场合。三.输出电压的调制方式分:PAM(脉幅调制):变频器输出电压的大小通过改变直流电压的大小来进行调制。在中小容量变频器中，这种方式已经很少采用。PWM(脉宽调制):变频器输出电压的大小通过改变输出脉冲的占空比来进行调制。目前普通应用的是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制(SPWM)方式。此外，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。3.3 变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式：n60 f(1s)/p (1)式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频
40、率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。3.4 电梯变频调速控制的特点目前变频调速器已全部采用了数字化技术,并且日趋小型化、高可靠性和高精度。从应用角度看，其不仅具有显著的节电性能，而且还具有如下的优良性能：1.速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速；2.积小、重量轻、可挂墙安装，占地面积小；3.护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；4.作方便、简单；5.设功能多，可满足不同工艺要求；6.有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制；
41、7.起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制；8.动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置；9.率因数高，节省电容补偿装置；10.笼式；转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济。3.5 变频器的选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，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，其功能较强，使用灵活，但其价格昂贵。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。目前，市场流行的通用变频器
42、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。电梯的调速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。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS一616G5型全数字变频器，它有磁通矢量控制、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
43、。第4章 基于PLC控制的5层电梯系统的设计4.1基于PLC控制的5层电梯系统的硬件4.1.1 基于PLC的电梯信号控制系统电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。4.1.1图为电梯PLC控制系统的基本结构图，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，存储在存储器并由PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层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，如下图4.1.2为基本
44、信号控制系统图。图4.1.1 PLC控制的电梯系统基本结构整体图轿 厢 操 作 盘厅 外 呼 叫 电 梯门 机 控 制指挥层输入接口输出接口PLC 主 机CPU存储器调整器拖动控制安装装置井道装置图4.1.2基本信号控制系统图4.1.2 设计的技术要求和工作要求电梯装置每层之间有一定的距离，电梯装置设计成五层。每层有两个呼叫按钮(上行按钮，下行按钮)，另有五个轿内呼叫按钮。轿厢位置由五个接近开关进行检测并送至控制器，经过逻辑运算后返回到电梯各层的LED数码管显示出来。电梯由可逆电机驱动，由电磁铁来实现开门或关门的动作。电梯顶层有一个位置开关，用于限位。电梯控制输入、输出之间通过接口1进行联系。
45、输人接点共18个，其中楼层位置检测信号5个、轿内指令信号5个以及呼叫电梯信号8个。输出接点巧个，其中控制电梯上升、下降各1个、控制电梯各楼层门打开5个以及8个用于控制7段译码显示器以显示楼层位置。在电梯的底盘上设计了十个输人按钮，在电梯的正上方设计有八个LED输出指示灯，二者通过接口2进行联系。这部分主要作为指令练习、编写简单程序以及掌握编程技巧等实践项目的试验装置。接口2共有10个输入信号，8个输出信号。按照基本要求设计此五层电梯控制系统的硬件和软件电路。行间距等格式 不合要求；4.1.3 下图为PLC控制的五层电梯系统的简化模型和控制示意图图4.2 五层电梯的简化模型和控制示意图图标和文章
46、中的内容不匹配输入：我们知道5层楼的电梯拥有外部8个按钮，分别是轿厢外部1楼上呼按钮2楼轿厢外部上呼按钮、2楼轿厢外部下呼按钮、3楼轿厢外部上呼按钮、3楼轿厢外部下呼按钮、4楼轿厢外部上呼按钮、4楼轿厢外部下呼按钮、5楼轿厢外部下呼按钮。有到了每一层都得有个行程开关，所以分别是1层行程开关、2层行程开、3层行程开、4层行程开、5层行程开；另外还拥有在轿厢内的各层呼叫按钮，分别是内部1层呼叫按钮、内部2层呼叫按钮、内部3层呼叫按钮、内部4层呼叫按钮、内部5层呼叫按钮；然后到了各层后，拥有手动开关门按钮。输出：要知道外部各层的呼叫按钮是不是已经按了下去，我们可以通过各层外部的呼叫灯知道，所以同样拥有8个呼叫灯与之对应，分别是：外部1层上呼叫灯、外部2层上呼叫灯、外部2层下呼叫灯、外部3层上呼叫灯、外部3层下呼叫灯、外部4层上呼叫灯、外部4层下呼叫灯、外部5
