1、基于PLC的施工場地升降機控制系統(tǒng)設計摘 要升降機即簡易的電梯，電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關，隨著人們對電梯運行安全性、高效性、舒適性等要求的不斷提高，電梯得到快速發(fā)展。其拖動技術已經(jīng)發(fā)展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。電梯采用了PLC控制，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結構簡單，外部線路簡化，可方便的增加或改變控制功能，也可以進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。而電動機交流變頻器調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質量、改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻器調速以其優(yōu)異的調速性能

2、和起制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而獲國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。因此，PLC控制技術加變頻器調速技術已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。本設計考慮到施工場地升降機的實際操作功能，所設計的控制系統(tǒng)針對的是四層電梯。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實現(xiàn)對電梯的拖動調速，使PLC與調速拖動裝置相結合，構成PLC集選控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高了電梯運行的可靠性，降低了故障率。關鍵詞：電梯；變頻器；PLC控制；變頻調速AbstractLift that is, a simple lift. As the vertical transport of

3、modern high-rise buildings, the elevator and the lives of people closely related with the continuous improvement of the people on the elevator operational safety, efficiency, comfort requirements, the elevator rapid development. Drag technology has developed to a FM variable voltage control, logic c

4、ontrol instead of the original relay control by PLC.The elevator uses a PLC control software to achieve automatic control of the elevator operation, and reliability are increased. The control system structure is simple, external circuit is simplified, and can easily add or change of control function

5、s can also be automatic fault detection and alarm display, improve operational safety and easy maintenance. Motor AC inverter speed control technology is today's energy-saving, and to improve the process to improve product quality, improve the environment, a major means of technological advancem

6、ent. The inverter is its superior speed performance and from the braking performance, high efficiency, high power factor and energy-saving effect, the broad scope of application and many other benefits by the domestic and international public .that the most promising speed.Designed taking into accou

7、nt the practical features of the construction site lifts the control system design for a four-story elevator. Drag the governor of the elevator instead of the traditional relay control system by the inverter, so that the combination of PLC and speed drag devices, constitute the PLC sets the election

8、 control systems, elevator control, improved elevatorreliability of operation, to reduce the failure rate.Key words：Elevator，PLC control，VVVF，Inverter目錄引言3一、緒論41.1本課題設計的背景41.2 本課題設計的內容51.3本課題設計的目的和意義5二、系統(tǒng)設計方案的確定52.1升降機的概述52.2升降機繼電器控制系統(tǒng)62.2.1升降機繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點62.2.2升降機繼電器控制系統(tǒng)存在的問題62.3 PLC控制系統(tǒng)62.3.1 PLC控制升

9、降機的優(yōu)點72.4 變頻調速控制升降機的特點72.5系統(tǒng)設計的基本步驟8三、系統(tǒng)硬件設計83.1 PLC的選型83.1.1 SIMATIC S7-300系列PLC系統(tǒng)基本構成93.2 變頻器的選擇113.2.1 VS-616G5型通用變頻器113.3升降機的主要組成部分143.3.1升降機曳引電機及門電機電路圖163.4 I/O點數(shù)的估算163.5 PLC外部接線圖18第四章、系統(tǒng)軟件開發(fā)194.1 升降機的三個工作狀態(tài)194.2軟件設計特點194.3軟件設計流程圖204.4系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程22結論和展望36致謝37參考文獻38附錄A：電氣原理圖39附錄B：外文文獻及譯文40附錄C：參考文獻

10、及內容簡介44引言伴隨著工廠自動化程度的提高，PLC可編程控制器在工廠中的應用也越來越廣泛，而且?guī)缀跎婕暗焦S的各個方面，包括供電，生產(chǎn)，物料管理，運輸?shù)鹊?。本文旨在通過實現(xiàn)施工升降機控制系統(tǒng)這樣一個典型的實例，來展現(xiàn)PLC在現(xiàn)代化建設中的應用，同時利用這個典型的應用只要稍加變化就可以擴展為其他控制系統(tǒng)。采用可編程控制器來實現(xiàn)升降機的控制對于提高升降機運行的穩(wěn)定性、降低升降機控制系統(tǒng)的成本以及縮短升降機系統(tǒng)的開發(fā)周期都具有實際意義。通過本課題的研究，可以在一定程度上推動升降機即電梯相關行業(yè)的發(fā)展，拓展PLC在自動化行業(yè)的應用領域，具有一定的經(jīng)濟和理論意義。一、緒論1.1本課題設計的背景1968

11、年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為滿足市場需求，適應汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，將汽車的生產(chǎn)方式由大批量、少品種轉變?yōu)樾∨俊⒍嗥贩N。為此要解決因汽車不斷改型而重新設計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，要尋求一種比繼電器更可靠，響應速度更快，功能更強大的通用工業(yè)控制器。于是可編程控制器應運而生，1969年，美國數(shù)字設備公司研制出世界上第一臺可編程控制器，從此，PLC開始活躍于控制領域。而且其影響也越來越大，應用也越來越廣泛。70年代后期，隨著微電子技術和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡

12、稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程器的縮寫。1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）

13、邏輯運算（2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術，計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位?？删幊炭刂破鳎喎QPLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的的一中新型工業(yè)控制設備。 具有1.可靠性高、抗干擾能力強 2.設計、安裝容易，維護工作量少 4.功能強、通用性好 5.開發(fā)周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼

14、電接觸器控制系統(tǒng)?。粌r格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構；能向中央執(zhí)行機構；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進行升降機的PLC控制系統(tǒng)的設計，可以推動電梯行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領域的應用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2 本課題設計的內容1升降機類型的選擇。綜合升降機的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究四層升降機上下行控制，開、關門控制、內外呼叫控制。2硬件系統(tǒng)的設計。本課題設計的升降機要求運行迅速準確度高，在升降機的各層檢測系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、

15、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應器的開關量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對電梯的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設計過程中主要考慮了升降機的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。3. 升降機控制系統(tǒng)軟件的設計。在本設計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設計出機械手控制的要求， 1.3本課題設計的目的和意義隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發(fā)展電梯也已成為人類現(xiàn)代生活廣泛使用的人員運輸工具。隨著人們對電梯運行安全性、高效性、舒適性等要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術已經(jīng)發(fā)展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的

16、繼電器控制。可編程序控制器（PLC）因為穩(wěn)定可靠、結構簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經(jīng)成為應用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。電梯控制要求接入設備使用簡便，對應于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單，具有人性化的人機界面，配備應用程序庫，加快編程和調試速度。通過PLC對程序設計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感。因此PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應用非常廣泛，非常有實際價值。二、系統(tǒng)設計方案的確定2.1升降機的概述電梯是電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物的機械設備。隨著城市的發(fā)展，高層建筑的增多，升降機的應用也越來越廣泛

17、，分類也隨之增多。如按照升降機的用途可分為以下幾類：1、乘客，為運送乘客設計的升降機，要求有完善的安全設施以及一定的室內裝飾。2、載貨升降機，主要為運送貨物而設計，通常有人伴隨的升降機。3、觀光升降機，廂壁透明，供乘客觀光用的升降機。4、車輛升降機，用作裝運車輛的升降機。5、船舶升降機，船舶上使用的升降機。6、建筑施工升降機，建筑施工與維修用的升降機。7、其它類型的升降機，除上述常用升降機外，還有些特殊用途的升降機，如冷庫升降機、防爆升降機、礦井升降機、電站升降機、消防員用升降機等。本設計課題為施工場地的升降機控制系統(tǒng)設計。以四層建筑場地升降機為模型，主要用于建筑施工與維修。2.2升降機繼電器

18、控制系統(tǒng)2.2.1升降機繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(1) 所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。(2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。(3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。(4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類升降機，技術成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。2.2.2升降機繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。(2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術

19、水平難以提高。(3) 電磁機構及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4) 系統(tǒng)結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大。(5) 由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。升降機繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了升降機的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且升降機一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成升降機機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。2.3 PLC控制系統(tǒng)PLC控制制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設計和調試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在升降機控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛

20、用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術改造。 PLC是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于PLC具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設計配置靈活等特點。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應用。自80年代后期PLC引入我國升降機行業(yè)以來，由PLC組成的升降機控制系統(tǒng)被許多升降機制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。升降機控制系統(tǒng)分為調速部分和邏輯控制部分。調速部分的性能對升降機運行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是升降機安全可靠運行的關鍵。為了改善升降機的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制升降機的運行，這樣大大提高了升降機的

21、性能?？删幊炭刂破?Programmable Logic controller，簡稱PLC)是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術與自動化技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當前先進工業(yè)自動化的二大支柱之一。2.3.1 PLC控制升降機的優(yōu)點1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而plc軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2、工作方式上看：電器控制并行工作，而plc串行工作，不受制約。3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點易抖動；而plc通過半導

22、體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。4、定時、記數(shù)看：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；plc時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。5、可靠、維護看：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護性能差；plc無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調試和維護方便。2.4 變頻調速控制升降機的特點隨著電力電子技術、微電子技術和計算機控制技術的飛速發(fā)展，交流變頻調速技術的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻技術是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速性能和起制動平

23、穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。1.變頻調速升降機使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小、結構簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。2.變頻調速電源使用了先進的SPWM技術SVPWM技術，明顯改善了電梯運行質量和性能;調速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機調速。3.變頻調速升降機使用先進的SPWM和SVPWM技術，明顯改善了電動機供電電源的質量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯2.5系統(tǒng)設計的基本步驟在升降機控制系統(tǒng)的設計過程中主要要考慮以下幾點：1.深入

24、了解和分析升降機的工藝條件和控制要求。2.確定I/O設備。根據(jù)機械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈等。3.根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5.設計升降機系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設計出周密完整的梯形圖程序，這是整個升降機系統(tǒng)設計的核心工作。6.將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。三、系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC的選型在工程應用中可選用的PLC機型很多，比如三菱公司的

25、FX系列、OMRON公司的C系列、西門子等，它們功能都差不多，在工程應用中各有千秋，至于要選擇哪種機型，就要根據(jù)自己的設計需要及應用水平。因為根據(jù)轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為升降機是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。就本次四層升降機的設計而言，上述三種機型都行，但根據(jù)市場的實際情況，本次設計采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC機型。SIMATIC S7系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置為8 DI/6DO，可擴展27個模塊

26、，最大I/O點數(shù)為64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高檔性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風扇結構且具有易于用戶掌握等特點，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應用的首選產(chǎn)品。SIMATIC S7-300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能如下：(1) 高速的指令處理0.10.6 的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內開辟了全新的應用領域。(2) 人機界面(HMI)方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內，因此人機對話的編程要求大大減少。(3) 診

27、斷功能CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。(4) 口令保護多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改。(5) 操作方式選擇開關操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就能防止非法刪除或改寫用戶程序。(6) 方便用戶的參數(shù)賦值一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓的費用。(7) 浮點數(shù)運算用此功能可以有效的實現(xiàn)更為復雜的算術運算。3.1.1 SIMATIC S7-300系列PLC系統(tǒng)基本構成SIMATIC S7-300系列PLC是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，

28、它能滿足中等性能要求的應用，模塊化，無排風扇結構，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的解決方案。SIMATIC S7-300有著廣泛的應用領域，主要包括：紡織機械、各種機床、通用機械工程應用、電器制造工業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用接口模塊對PLC進行擴展。S7-300是模塊化的組合結構，根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架(導軌)或多個機架上。除了電源模塊

29、、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。CPU314/315/315-2DP最多可擴展4個機架，IM360/IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架，SIMATIC S7-300系列PLC是模塊化結構設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構成如圖2.1所示。它的主要組成部分有導軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。圖3-1 S7-300系列PLC系統(tǒng)構成框圖S7-300系

30、列PLC模塊性能簡介(1) CPU模塊S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進行編程。 (2) 信號模塊 數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉換成S7-300內部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光

31、電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。 數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。 數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內部信號電平轉換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。晶體管輸出模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型

32、最佳。 模擬量輸入模塊SM331主要由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉換部件是模塊的核心，其轉換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選四檔積分時間：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相對應的以位表示的精度為8、12和14。 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×l2位模塊、2AO×12位模塊和4AO×l6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬

33、量輸出模塊。SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。(3) PS307電源模塊PS307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2A、5A、10A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都相同。PS307可安裝在S7-300的專用導軌上，除了給S7-300 CPU供電外，也可給I/O模塊提供負載電源。(4) 接口模塊(IM)接口模板(IM360/361)用來在機架之間傳遞總線。IMS接口代表發(fā)送，IMR接口代表接收。接口模板必須安裝到特定的插槽。如果需要，在擴展

34、機架可以安裝輔助電源。對于雙層組態(tài)，硬連線的IM365接口模板較為經(jīng)濟(不需要輔助電源，在擴展機架上不能使用CP模板)。(5) 通訊處理器模塊CP340/CP341通訊處理模塊用于建立點對點的低速連接，最大傳輸速率為19.2kbps。有三種通信接口：RS-232C，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多種通訊協(xié)議可以使用。3.2 變頻器的選擇變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對變頻器分類:(1) 按變換頻率的方法分 交直交變頻器 交交變頻器(2) 按主電路工作方式分 電壓型變頻器 電流型變頻器(3) 按變頻器調壓方法的不同分 PAM變頻器 PWM變頻器(4) 按工作原理分類

35、 U/f控制變頻器 VC控制變頻器 SF控制變頻器(5) 按照用途分類 通用變頻器 高性能專用變頻器 高頻變頻器3.2.1 VS-616G5型通用變頻器升降機的調度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要內容。本設計中拖動調速系統(tǒng)的關鍵在于保證升降機按理想的給定速度曲線運行，以改善升降機運行的舒適感；另外，由于升降機在建筑物內的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，升降機節(jié)約用電日益受到重視?？紤]以上各種因素，本設計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量控制、轉差補償、負載轉矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率

36、，同時降低了電機運行損耗，特別適合升降機類負載頻繁變化的場合。另外，VS-616G5變頻器的啟動、制動具有可任意調節(jié)的S曲線和零頻仍可輸出150%力矩的特點，配以高精度的旋轉編碼器，控制精度可達0. 010. 02%使得升降機運行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。VS-616G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調諧功能與無速度傳

37、感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉矩與較高的調速圍5。VS-616G5變頻器的特點如下:(1) 包括電流矢量控制在內的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。(2) 有豐富的內藏與選擇功能。(3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。(4) 保護功能完善、維修性能好。(5) 通過LCD操作裝置，可提高操作性能。VS-616G5型變頻器的標準規(guī)格如表3.1所示。表3.1 VS-616G5型變頻器的標準規(guī)格220V級輸出特性最大輸出電壓3相,200/208/220/230V(對應于輸入電壓)額定輸出頻率最大400Hz額定輸入電壓和頻率3 相，200/208/220V 50Hz200/208/220

38、/230V 60Hz電源允許電壓波動+10%，-15%允許頻率波動±5%400V級輸出特性最大輸出電壓3相,380/400/415/440/460V(對應于輸入電壓)額定輸出頻率最大400Hz額定輸入電壓和頻率3相,380/400/415/440/460V 50-60Hz電源允許電壓波動+10%，-15%允許頻率波動±5%控制特性控制方式正弦波PWM (V/f控制、帶PG反饋的V/F控制、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制4種控制方式任選性)啟動力矩150%/1Hz(帶PG, 150%/Ormin)速度控制范圍1:100(帶PG, 1:1000)速度控制精度±0. 2%(帶P

39、G，±0. 02%)速度響應5Hz(帶PG, 30Hz)力矩限制可采用(參數(shù)設定：4級可變)力矩精度±5%力矩響應20Hz(帶PG, 40Hz)頻率控制范圍0. 1400Hz頻率控制精度數(shù)字指令:0. 01% ( -10 0C+40 )模擬指令:0.1% (250±10 )變頻器的參數(shù)設置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關量而不用模擬量。(1) VS-616G5變頻器的參數(shù)616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表3.2表3.2 VS-616G5變頻器的參數(shù)參數(shù)功用A組B組C組D組E組F組G組確定控制模

40、式選擇運行功能確定加減速時間及轉矩補償時間選擇頻率確定運行壓頻曲線保護設置確定偏差標準(2) 參數(shù)設計的原則： 減小啟動沖擊及增加調速的舒適感，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些。 提高了運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車擊。 零速一般設計為0Hz，速抱閘功能將影響舒適感。 變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設置如表3.3安川616G5變頻器主要參數(shù)設置表表3.3 安川616G5變頻器主要參數(shù)設置參數(shù)名稱設定值說明A1-02控制方式選擇2不帶PG矢量控制方式B1-01頻率指令選擇1B1-02運行指令選擇1B1-03停止方法選擇

41、0B1-04反轉禁止選擇0B2-01零速電平選擇0.1HzB2-04停止時直流制動時間1.0SC1-03加速時間22.0SC1-04減速時間22.0SC2-01加速開始時s型曲線時間0.6SC2-02加速完了時s型曲線時間0.6SC2-03減速開始時s型曲線時間0.6SC2-04減速完了時s型曲線時間0.6SC5-01ASR比例增益15C5-02ASR積分時間13SD1-09檢修速度200rpmE1-01輸入電壓設置380E1-04最高輸出頻率50HzE1-05最大電壓380E1-06額定電壓頻率50HzE1-09最低輸出頻率電壓0VE2-01電機額定電流按電機銘牌設置E2-02電機額定滑差按

42、電機銘牌設置E2-03電機空載電流按電機銘牌設置E2-04電機極數(shù)按電機銘牌設置F1-01PG常數(shù)根據(jù)旋轉編碼器銘牌設置F1-02PG斷線檢測時的動作選擇0F1-03超速時的動作選擇0F1-04超度偏差過大時的動作選擇0F1-05PG分頻比根據(jù)電機極數(shù)設置3.3升降機的主要組成部分(1) 升降機轎廂轎廂是運送乘客和貨物的升降機組件，是升降機的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(2) 曳引機曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使升降機運行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(3) 升降機井道及導軌升降機井道是用以供升降機轎廂運行的通道。升降機導軌就是在轎廂和墻壁之間的軌道，

43、上面有輪子在滑動，表面很光滑，用矯廂導軌支架來支撐。它可以用來防止轎相晃動。貨梯和客梯上都裝有。(4) 導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。(5) 門系統(tǒng)門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(6) 重量平衡系統(tǒng)平衡系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在升降機工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內，保證升降機的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。(7) 電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實現(xiàn)升降機速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動

44、機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調速裝置等組成 (8) 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對升降機的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。升降機是機、電一體化產(chǎn)品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經(jīng)，控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調度，密切協(xié)同，使升降機可靠運行。盡管升降機的品種繁多，但目前使用的升降機絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結構，其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成;而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成3.3.1升

45、降機曳引電機及門電機電路圖根據(jù)設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖3-3所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。圖3-3 電梯曳引電機及門電機電路圖3.4 I/O點數(shù)的估算采用PLC構成四層簡易升降機電氣控制系統(tǒng)。升降機的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉為升降機上升，反轉為下降。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以及下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上

46、升呼叫按鈕K3和指示燈H3以及下降呼叫按鈕K5和指示燈H5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關SQ1SQ4。升降機內有一至四層呼叫按鈕K10K7和指示燈H10H7；升降機開門和關門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關門到位由行程開關ST1檢測，開門到位由行程開關ST2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。綜上所述，輸入點共有20個，輸出點數(shù)有16個。可編程控制器S7-300的I/O點數(shù)可達32/32個,足以滿足要求。具體的I/O分配如表序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點1一層平層I0.01升降機

47、上行記憶Q0.02二層平層I0.12升降機下行記憶Q0.13三層平層I0.23電機正轉Q0.24四層平層I0.34電機反轉Q0.35內呼一樓I0.45內呼一樓指示Q0.46內呼二樓I0.56內呼二樓指示Q0.57內呼三樓I0.67內呼三樓指示Q0.68內呼四樓I0.78內呼四樓指示Q0.79一層外呼上行I1.09一層外呼上行指示Q1.010二層外呼上行I1.110二層外呼上行指示Q1.111三樓外呼上行I1.211三樓外呼上行指示Q1.212二樓外呼下行I1.312二樓外呼下行指示Q1.313三樓外呼下行I1.413三樓外呼下行指示Q1.414四樓外呼下行I1.514四樓外呼下行指示Q1.51

48、5手動開門I2.015門電機正轉Q1.616手動關門I2.116門電機反轉Q1.717開門限位I2.218關門限位I2.319升降機上升極限位I2.420升降機下降極限位I2.53.5 PLC外部接線圖第四章、系統(tǒng)軟件開發(fā)4.1 升降機的三個工作狀態(tài)升降機控制系統(tǒng)由呼叫到響應形成一次工作循環(huán)，升降機工作過程又細致分為自檢、正常工作、強制工作等三種工作狀態(tài)。升降機在三種工作狀態(tài)之間來回切換，構成了完整的升降機工作過程。1、升降機的自檢狀態(tài) PLC上電后，PLC中的程序己開始運行，但因為升降機尚未讀入任何數(shù)據(jù)，也就無法在收到請求信號后通過固化在PLC中的程序作出響應。為滿足處于響應呼叫就緒狀態(tài)這一

49、條件，必須使升降機處于平層狀態(tài)已知樓層且升降機門處于關閉狀態(tài)。升降機自檢過程的目標為:先按下啟動按鈕，再按下恢復正常工作按鈕，升降機首先是升降機門處于關閉狀態(tài)，然后升降機自動向上運行，經(jīng)過兩個平層點后停止。2、升降機的正常工作狀態(tài)升降機完成一個呼叫響應的步驟如下: (1) 升降機在檢測到門廳或轎廂的呼叫信號后將此樓層信號與轎廂所在的樓層信號比較，通過選向模塊進行選向。 (2) 升降機通過拖動調速模塊驅動直流電機拖動轎廂運動。轎廂運動速度要經(jīng)過低速轉變?yōu)橹兴僭俎D變?yōu)楦咚?，并以高速運行至減速點。 (3) 當升降機檢測到目標層樓層檢測點產(chǎn)生的減速點信號時，升降機進入減速狀態(tài)，由中速度變?yōu)榈退?，并以?/p>

50、速運行到平層點停止。 (4) 平層后，經(jīng)過一定延時后關門，直到碰到關門到位行程開關;再經(jīng)過一定延時后關門，直到碰到關門到位行程開關。升降機控制系統(tǒng)始終實時顯示轎廂所在樓層。3、升降機強制工作狀態(tài)當升降機的初始位置需要調整或升降機需要檢修時，應設置一種狀態(tài)使升降機處于該狀態(tài)時不響應正常的呼叫，并能移動到導軌上、下行極限點間的任意位置?？刂婆_上消防/檢修按鈕按下后，使升降機立刻停止原來的運行，然后按下強迫上行(或下行)按鈕，升降機上行(或下行);一旦放開該按鈕，升降機立刻停止，當處理完畢時可用恢復正常工作按鈕來使升降機跳出強制工作狀態(tài)。4.2軟件設計特點由于升降機的運行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、

51、行程信號進行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實現(xiàn)升降機的基本控制要求的基礎上，根據(jù)隨機的輸入信號，以及升降機的相應狀態(tài)適時的控制升降機的運行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定，并送PLC的計數(shù)器來進行控制。同時，每層樓設置一個接近開關用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。系統(tǒng)的軟件設計有如下幾個特點:(1) 采用優(yōu)先級隊列。根據(jù)升降機所處的位置和運行方向，在編程中，采用了四個優(yōu)先級隊列，即上行優(yōu)先級隊列、上行次優(yōu)先級隊列、下行優(yōu)先級隊列、下行次優(yōu)先級隊列。其中，上行優(yōu)先級隊列為升降機向上運行時，在升降機所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，

52、該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構成的隊列?？刂葡到y(tǒng)在升降機運行中實時排列的四個優(yōu)先級隊列。為實現(xiàn)隨機邏輯控制提供了基礎。(2) 采用先進先出隊列。根據(jù)升降機的運行方向，將同向的優(yōu)先級隊列中的非零單元(有呼叫時此單元為非零單元;無呼叫時則此單元為零)送入寄存器隊列，我們利用先進先出讀出指令，將第一個單元中數(shù)據(jù)送入比較寄存器。(3) 采用隨機邏輯控制。當升降機以某一運行方向接近某樓層的減速位置時，判別該樓層是否有同向的呼叫信號，如有，將相應的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進行比較，如相同，則在該樓層減速停車;如果不相同，則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行

53、該樓層的減速停車。該動作完畢后，將被保存的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器，以實現(xiàn)隨機邏輯控制。（4）對變頻器的控制，PLC根據(jù)隨機邏輯控制的要求，可向變頻器發(fā)出正向運行、反向運行、減速以及制動信號，再由變頻器根據(jù)一定的控制規(guī)律和控制算法來控制電機。同時，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，PLC向變頻器發(fā)出信號。4.3軟件設計流程圖上電是否門廳呼叫是否橋廂呼叫初始化等待確認本層與目標層目標與本層是否同層選向啟動快速運行加速樓層檢測是否目標層減速平層檢測制動開門延時關門是否停止運行停止4.4系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程升降機的外指令、內召喚信號的登記、消除回路轎內指令和廳外召喚登記的條件是按下要登記的按鈕，若此時升降機處在正常運行

54、狀態(tài)，而且升降機又不在登記的層樓，則該登記即為有效。轎內指令登記消除的條件是當升降機正常運行至登記樓層時，指令登記即被消除。廳外召喚消除的條件是:當升降機正常運行至廳外召喚的樓層且升降機的運行方向與召喚按鈕的方向一致時，廳外召喚即被消除。當在安全回路繼電器動作、轎內電鎖斷開、檢修等狀態(tài)下指令信號不予登記，登記的信號即刻消除。(1) 外召喚信號登記及消除 廳外召喚信號同樣需要進行登記，顯示本層停車信號，此外還具有反向運行保號功能。(2) 內指令信號登記及消除內指令信號的處理包括信號的登記、顯示基本層(停車)消息。信號的登記采用自鎖原理，不論升降機上行或下行，當轎廂運行至有內指令的梯層時，均要換速停車，并消除登記信號，不需反射信號。點動內呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。本系統(tǒng)設一樓為基站，兩分鐘內無任何操作，升降機自動返回一樓。（3）升降機的平層信號處理（4）升降機的選層定向及反向截梯回路升降機的定向是綜合考慮升降機的運行方式、轎內指令、廳外召喚及升降機所處樓層的位置的基礎上，確定升降機的運行方向。選層是在有轎內指令或廳外召喚信號的情況下，升降機應響應哪個信號;升降機即將