電梯PLC控制結(jié)構(gòu)的硬件選擇案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u13052電梯PLC控制結(jié)構(gòu)的硬件選擇案例概述 185731.1PLC選型 138311.2CPU模塊選型 2304031.2.1CPU模塊選擇 2238451.2.2輸入模塊選擇 213761.2.3輸出模塊選擇 372951.2.4電源模塊選擇 54801.3電機(jī)選型 67571.4變頻器的選擇 81.1PLC選型現(xiàn)在知名的PLC品牌有很多種，如美國(guó)AB、ABB、西門子、臺(tái)達(dá)、松下、信捷、匯川、三菱、歐姆龍、富士、施耐德和利時(shí)等。三菱公司的PLC是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。其小型機(jī)F1/F2系列是F系列的升級(jí)產(chǎn)品早起在我國(guó)的銷量很多，使得許多大專院校講解PLC編程的教材都以三菱公司的PLC為例。國(guó)內(nèi)的一些PLC生產(chǎn)廠家為了迅速獲得用戶，其PLC編程語(yǔ)言的指令集都與三菱公司的PLC兼容。三菱PLC以其高性能、低價(jià)格迎合了中國(guó)工控行業(yè)的需要，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，但三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜，不適合用來(lái)研究此系統(tǒng)。歐姆龍C系列PLC產(chǎn)品品種齊全、型號(hào)多樣、功能強(qiáng)大以及廣泛的適應(yīng)范圍。它可以大致分為四類：微型，小型，中型和大型。整體式結(jié)構(gòu)的微型PLC機(jī)是以C20P為代表的型號(hào)。疊裝式或緊湊式結(jié)構(gòu)的微型機(jī)中CJ型機(jī)為典型。它具有超小和超薄的尺寸。小型PLC機(jī)中P型機(jī)和CPM型機(jī)為典型，這兩種部屬堅(jiān)固整體型結(jié)構(gòu)，具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)1/0擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)10-140點(diǎn)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn)行編程。但是歐姆龍系列PLC硬件可靠性不如西門子PLC且價(jià)格也很貴，并不適合此次研究。SIMATICS7-300系列PLC是西門子最著名的PLC品牌。它適用于各行各業(yè)和各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和控制。S7-300系列強(qiáng)大的功能使它能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制功能，而不管它是獨(dú)立運(yùn)行還是連接到網(wǎng)絡(luò)。S7-300系列在以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作便捷、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊等。S7-300系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境護(hù)設(shè)備等等。設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，主要控制目標(biāo)是確保生產(chǎn)的安全性和可靠性，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率并能改善信息管理等。如果需要以極高的可靠性為控制目標(biāo)來(lái)構(gòu)成PLC冗余控制系統(tǒng)，則從能夠完成冗余控制的PLC型號(hào)中進(jìn)行選擇;如果控制目標(biāo)是改善信息管理，則必須首先考慮通信能力。另一個(gè)方面是考慮PLC的硬件配置，可以從1/0系統(tǒng)、CPU的能力、響應(yīng)速度、指令系統(tǒng)或其它考慮因素來(lái)考慮。通過(guò)對(duì)比三種類型PLC的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇使用西門子公司生產(chǎn)的S7-300型機(jī)。1.2CPU模塊選型1.2.1CPU模塊選擇根據(jù)本次設(shè)計(jì)的電梯控制要求，選取的PLC模塊必須能夠滿足電梯控制系統(tǒng)的要求，包括輸入/輸出點(diǎn)數(shù)量以及占用的存儲(chǔ)器數(shù)量等，確保電梯控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作。本次設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)大約有38個(gè)輸入點(diǎn)和37個(gè)輸出點(diǎn)。CPU312和CPU314是西門子近年來(lái)推出的可編程控制器。根據(jù)輸入輸出點(diǎn)和存儲(chǔ)容量的要求，本次設(shè)計(jì)選擇CPU312型號(hào)。1.2.2輸入模塊選擇如表1.1所示，對(duì)西門子S7-300的各種類型的輸入模塊進(jìn)行了介紹：表1.1輸入模塊類型介紹表名稱特點(diǎn)SM321;DI64xDC24V●64點(diǎn)輸入，隔離為4組，每組16點(diǎn)●額定輸入電壓24VDCSM321;DI32xDC24V●32點(diǎn)輸入，按每組16個(gè)隔離●額定輸入電壓24VDC●適用于開(kāi)關(guān)以及2/3/4線制接近開(kāi)關(guān)SM321;DI32xAC120V●32點(diǎn)輸入，按每組8個(gè)電氣隔離●額定輸入電壓120VAC●適用于開(kāi)關(guān)以及2-/3線AC接近開(kāi)關(guān)SM321;DI16xDC24V●16點(diǎn)輸入，每組16個(gè)電氣隔離●額定輸入電壓24VDC●適用于開(kāi)關(guān)以及2-/3-/4線接近開(kāi)關(guān)SM321；DI8xAC120/230V●8點(diǎn)輸入，按每組2個(gè)電氣隔離●額定輸入電壓120/230VAC●適用于開(kāi)關(guān)以及2-/3線AC接近開(kāi)關(guān)由于輸入點(diǎn)的數(shù)量為38，大于了32，故本次選擇SM321;DI64×DC24V作為PLC的輸入模塊。1.2.3輸出模塊選擇如表1.2所示，對(duì)西門子S7-300的各種類型的輸出模塊進(jìn)行了介紹：表1.2輸出模塊類型介紹表名稱特點(diǎn)SM322;DO64xDC24V/0,3A●64點(diǎn)輸出，隔離為4組，每組16點(diǎn)●額定負(fù)載電壓24VDCSM322;DO32xDC24V/0.5A●32點(diǎn)輸出，電氣隔離為8組●輸出電流為0.5A●額定負(fù)載電壓24VDC●適用于電磁閥、DC接觸器和信號(hào)燈SM322;DO32xAC120/230V/1A●32點(diǎn)輸出，帶熔斷器，電氣隔離為8組●輸出電流為1.0A●額定負(fù)載電壓為120/230VAC●每組有熔斷器熔斷指示器●適用于AC電磁閥、接觸器、啟動(dòng)器、FHP電機(jī)和信號(hào)燈●組錯(cuò)誤顯示(SF)SM322;DO16xDC24V/0.5A●16點(diǎn)輸出，每組8個(gè)電氣隔離●輸出電流為0.5A●額定負(fù)載電壓24VDC●適用于電磁閥、DC接觸器和信號(hào)燈SM322;DO8xDC24V/2A●8點(diǎn)輸出，電氣隔離為4組●輸出電流為2A●額定負(fù)載電壓24VDC●適用于電磁閥、DC接觸器和信號(hào)燈由于輸出點(diǎn)數(shù)為37，大于了32,故本次設(shè)計(jì)選擇SM322;DO64×DC24V/0，3A作為PLC的輸出模塊。1.2.4電源模塊選擇如表1.3所示，對(duì)西門子S7-300的各種類型的電源模塊進(jìn)行了介紹：表1.3電源模塊類型介紹表名稱特點(diǎn)PS307；2A●輸出電流為2A●輸出電壓為24VDC；短路和斷路保護(hù)●與單相交流電源連接（額定輸入電壓120/230VAC，50/60Hz）●安全隔離符合EN60950●可用作負(fù)載電源PS307;5A●輸出電流為5A●輸出電壓為24VDC；短路和斷路保護(hù)●與單相交流電源連接（額定輸入電壓120/230VAC，50/60Hz）●安全隔離符合EN60950●可用作負(fù)載電源PS307;10A●輸出電流為10A●輸出電壓為24VDC；短路和斷路保護(hù)●與單相交流電源連接（額定輸入電壓120/230VAC，50/60Hz）●安全隔離符合EN60950●可用作負(fù)載電源根據(jù)上述表1.2和表1.3CPU輸入輸出模塊的特點(diǎn),輸出電流為2A，輸出電壓為24VDC，并且它具有的短路和斷線保護(hù)。單相AC電源的額定功率為120/230VAC和50/60赫茲的輸入電壓，并且被安全地分離到EN60950和可以用作PS307為負(fù)載功率。1.3電機(jī)選型本設(shè)計(jì)批準(zhǔn)的電梯乘客數(shù)量為13，即額定負(fù)荷為1000kg。牽引電動(dòng)機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)扭矩相對(duì)較大。根據(jù)公式（5-1）和公式（5-2）可算出所需電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩。（5-1）（5-2）式中：P為功率；G為重力；V為電梯速；i為曳引比；m為電梯載重重量；g為重力加速度，取10；T為轉(zhuǎn)矩；r為曳引輪半徑。因?yàn)殡娞莸钠胶庀禂?shù)為40%~50%之間，所以在選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)選擇最不利的狀況，即平衡系數(shù)為40%。在平衡系數(shù)為40%的時(shí)候，對(duì)重比轎廂方重40%的額定再重量。當(dāng)轎廂內(nèi)放入100%額定載荷時(shí)，電機(jī)單方面相對(duì)受力為60%的額定載荷。本次設(shè)計(jì)的電梯為有機(jī)房的中速乘客電梯所以采用曳引比為2：1和采用300mm的曳引輪。因此根據(jù)計(jì)算可以得出本次設(shè)計(jì)所需電機(jī)的功率為1.5KW，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為450N·m。根據(jù)相關(guān)計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用額定功率為22KW，額定轉(zhuǎn)矩為700N·m的電機(jī)，其型號(hào)為Y180M-2。如表1.4電機(jī)型號(hào)參數(shù)表所示。表1.4電機(jī)型號(hào)參數(shù)表由于門電機(jī)的功能只是打開(kāi)和關(guān)閉門，所需的扭矩不大，所以選擇Y132S1-2電機(jī)。如表1.5所示，對(duì)Y132S1-2電機(jī)進(jìn)行了介紹。表1.5Y132S1-2參數(shù)表參數(shù)參數(shù)值額定功率/KW1.5電流/A11.0轉(zhuǎn)速/r*min-1效率/%290081.7額定轉(zhuǎn)矩/倍額定電流/倍1.24.5重量/KG571.4變頻器的選擇變頻器的選擇一般是基于電動(dòng)機(jī)的容量來(lái)選擇的。變頻器的功率應(yīng)大于我們所選用的電動(dòng)機(jī)的功率，并且電梯行業(yè)的變頻器過(guò)流保護(hù)一般設(shè)計(jì)為2倍額定電流且時(shí)間不超過(guò)10s。TSGT7007-2016《電梯型式試驗(yàn)規(guī)則》第H1.2項(xiàng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)中有規(guī)定規(guī)定：控制柜選型計(jì)算(應(yīng)當(dāng)能確保電梯在110%額定載重量和額定速度下運(yùn)行的能力。①計(jì)算公式電梯裝載110%額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出功率（5-3）式中：Q為電梯額定載重量；V為電梯速度；為平衡系數(shù)為曳引系統(tǒng)總傳動(dòng)效率，同步主機(jī)η=0.85，異步主機(jī)η=0.65②變頻器功率選型原則變頻器額定功率≥電機(jī)額定功率>110%電梯負(fù)載功率查找資料發(fā)現(xiàn)，可選用西門子MM440變頻器，其功率范圍為0.12kW~250kW