基于plc的五层电梯控制系统毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的五层电梯控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

加、减速度的增大，而加、减速度的过分增大和不合理的变化有将造成乘客的不舒适感。 因此，对电梯又提出了舒适性的要求。 电梯舒适度的要求 电梯引起乘客生理不适主要是由于以下两点原因造成的： ①由加速度引起的不适。 人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消部分重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。 考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力， GB/T1581997《电梯技术条件》中规定：“电梯的起制动应平稳、迅速，加、减速度最大值不大于 m/s2。 ” ②由加速度变化率引起的不适。 大量实验证明，人体不但对加速度敏 感，对加加速度（或称加速度变化率）也比较敏感。 我们用 a 来表示加速度，用ρ来表示加加速度，则当加加速度ρ较大时，人的大脑就会感到晕眩、痛苦，它的影响比加速度 a 的影响还严重。 我们也称加加速度为生理系数，在电梯行业一般限制生理系数ρ不超过 m/s2。 而促进电梯舒适度的途径有以下几种途径： ① 选用品质优良、稳定的曳引机 曳引机是电梯运行的驱动装置，其性能直接关系到电梯运行的舒适感。 曳引机的机械间隙对电梯的影响主要体现在电梯在加减速过程中，在电机速率发生变化时，电动运行和发电运行状态将发生切换，造成电梯的振动 ，极大地影响了电梯的舒适感。 在电梯 S 曲线 基于 PLC 的五层电梯控制系统 9 9 加减速过程中，一般各有一两次明显失重或者超重感觉，并伴随曳引机发出异响。 另外，对于一些改造的双速旧梯用曳引机，由于多次高低速切换的巨大冲击，造成连接套轴中的橡胶垫片严重磨损，也会造成上述现象。 因此， 要想使得电梯具有良好的舒适性 ,必须选用品质优良、稳定的曳引机 . 曳引机功率的选择公式： N＝ QV（ 1Y） /102W 其中： W 为电梯机械传动效率； Y 为电梯平衡系数： Q 为电梯的额定载重量； V 为电梯的额定速度。 在计算电梯曳引机功率后再预留 20%～ 30%的功率。 ② 选用品质优良 的驱动电机 在保证曳引机质量的前提下，与曳引机配套的电机的性能也直接关系到电梯的起制动过程的性能，问题主要表现为启动舒适感的好坏。 如果电机的启动转矩大，在电梯松闸的时刻产生的倒溜就会很小。 ③ 选用性能优良的变频器 异步电机矢量控制是完全基于电机参数的矢量控制，因此电机参数必须能够进行自动学习。 否则，取得不了优越的性能。 因此，首先必须选用能够进行电机参数自学习的变频器。 其次，变频器必须具有零速 150%以上的转矩输出，可以保证良好的启动和停车舒适感。 另外，需要非常好的过载能力， 110%的额定负载，必须连续运行， 特别对于高层电梯，需要满载运行超过 30S 以上的，更要考虑这一点。 井道信号系统设计 （ 1)电梯位置的确定与显示 轿厢内的乘客与门厅中等待电梯的乘客需要知道电梯目前所在位置 ,电梯要确定是否能够响应新的召唤指令及何时减速平层制动，这些都需要明确电梯当前的准确位置。 通常电梯系统的位置信号是靠设置在井道中的位置开关来实现。 (2)轿厢的平层与停车 轿厢运行后需要确定停车楼层，平层是指停车时轿厢底与门厅地面齐平，不过在实际中无法达到百分之百的精确，通常都有平层误差规定。 平层停车过程需在轿厢底与所停楼层 的地面相平之前开始，先要开始减速，然后再制动，以减小冲击，提高平层停车的精确度和乘客的舒适感。 电梯模型结构 （ 1） 电梯层门 的显示 电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。 图 31 为电梯层门示意图。 电梯层门旁装有消防按钮、上行召唤按钮和下行召唤按 基于 PLC 的五层电梯控制系统 10 10 钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮） ,并有召唤登记指示灯。 层门上方装有 LED 数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。 红色圆圈是消防按钮，向 下按导致 X10 接通。 按下该按钮的同时向左转是消防关门开关， X14 触点闭合，电梯门关闭；向右转是消防开门开关， X11 触点闭合，电梯门打开。 呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。 电梯楼层显示采用 7段 LED 数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。 电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行状态中 图 31 电梯层门示意图 基于 PLC 的五层电梯控制系统 11 11 （ 2） 电梯轿厢内控制屏 图 32 轿厢内控制屏示意图 硬件选型 变频器的概述及选型 (1)变频器的概述 上个世纪 80 年代初，通用变频器实现了商品化。 在近 20 年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大发展过程。 这期间变频器的容量不断增大、体积越来越小、功能越来越多也更加的智能化，使得变频器的应用领域不断扩大。 (2)变频器的选型 ★变频器容量计算 变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。 设电梯曳引机电机功率为 P1，电梯运行速度为 v，电梯自重为 W1，电梯载重为 W2，配重为 W3，重力加速度为 g，变频器功率为 P。 在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为 2P : 2 1 2 3 1[ ( ) ]P W W W g F v    (31) 其中 1 2 3( + ) +F K W W W g  为摩擦力，  可忽略不计。 电机功率 P1，变频器功率 P 应接近于电机功率 P1，相对于 P2 留有安全裕量，可取。 ★变频器制动电阻参数的计算 基于 PLC 的五层电梯控制系统 12 12 由于电梯为位能负载，电梯运行过程中会产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。 虽然带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器能够将再生能量回馈电网，但造价太高。 如果采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低且具有良好的使用效果。 能耗制动电阻 Rz 的大小应使得制动电流工作时的值不超过变频器额定电流的一半，即 1 01 /2ZI U R I (32) 其中 U0为额定情况下变频器的直流母线电压 .由于制动电阻的工作不是连 续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。 ★变频器的选型 电梯的调速除了对一般的工业控制的静态、动态性能的要求外，其舒适度的指标通常也要考虑。 本设计中保证电梯按理想的给定速度曲线运行并保证舒适感的关键是电梯的拖动调速系统。 考虑以上各种因素 ， 本设计最终选用 由 佛山市特飞龙机电设备有 限公司生产的价格为1020 元的 欧姆龙小型变频器 ORMON 3G3JZAB015 变频器 三相变频器。 图 33 欧姆龙小型变频器 ORMON 3G3JZAB015 变频器 基于 PLC 的五层电梯控制系统 13 13 位置检测元件的选型 轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。 其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机 选层器。 其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。 位置检测方法主要有如下几种： (1)用干簧感应器或其它位置开关 干簧感应器如图 34 所示。 1干簧管； 2常闭触点； 3转换触点； 4常开触点； 5永久磁铁； 6隔磁 图 34 干簧感应器 基于 PLC 的五层电梯控制系统 14 14 干簧感应器就是在 U 型槽的两侧分别放置干簧管与永久磁铁。 当隔磁板没有插入 U 型槽内时，那么磁场作用下的常闭触点 3 闭合；隔板插入 U 型槽时，永久磁铁磁场经过隔磁板和 空气间隙形成闭合磁路。 那么，在簧片的弹性作用下，触点 3 常开， 4 则闭合。 于是根据电梯的控制要求，可将传感器安装在轿厢的顶部，隔磁板固定于井道相应位置的导轨上。 采用这种方法具有直观、简单的优点，但是因为每层都需要一个感应器，当楼层较高时，就会占用过多的 PLC 输入点。 (2)用双稳态磁保开关 该方法需要对磁保开关的不同状态进行编码，较麻烦。 双稳态磁保开关如图 35 所示。 图 35 双稳态磁保开关 (3)采用旋转编码器 目前的 PLC 一般都具有专用计数单元或高速脉冲输入端，所以为获取电梯运行的准确位置，可采 用编码器。 编码器可以直接与 PLC 高速脉冲输入端相连，利用 PLC 内置 24V 直流电源作为其电源。 编码器实物和原理如图 36 所示。 图 36 旋转编码器实物图及工作原理 基于 PLC 的五层电梯控制系统 15 15 旋转编码器是一种旋转式测量装置，安装于被测轴上并随被测轴一起转动，用来测量转动量 (主要为转角 )，并将其转换成数字形式的输出信号。 电梯的轿厢所处的位置及运行速度用码盘来检测，检测所得的位置及速度作为位置反馈信号和速度指示信号。 旋转编码器的转轴与曳引电动机转轴直接相连，当电动机转动时，编码器输出与 转动量对应的脉冲数，通过累积脉冲数可以直接计算出轿厢对应的位置行程，从而确定电梯运行时轿厢所处的楼层位置，进而确定出换速点、开门地点、到站停车点等。 由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置，如图 37 所示： 基于 PLC 的五层电梯控制系统 16 16 图 37 电梯的平层、停层装置示意图 PLC 的概述及选型 (1)PLC 的概述 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、计数、计时和算式运算 基于 PLC 的五层电梯控制系统 17 17 等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出 ，控制各种类型的机械和生产过程。 PLC 具有以下特点①高可靠性，强抗干扰能力②配套齐全、功能完善、适用性强③重量轻、体积小、能耗低④系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造⑤学用容易，深受欢迎。 (2)PLC 的选型 本系统按照 5 层电梯进行设计，根据控制要求，共需输入点数 33 点，输出点数 29点，考虑大约 12%的裕量，故最终选择西门子 S7200 系列 CPU226 PLC 为主机，并配以 EM223DC24V 数字量 16 输入 /16 输出扩展模块。 CPU226 的输入 /输出点数为 24 入 /16 出，EM223 为 16 入 /16 出，形成输入点数共 40 点，输出点数 32 点，满足系统要求。 如图 38为 PLC 实物图。 图 38 PLC 实物图 电梯控制系统硬件电路设计 本控制系统是采用 ORMON 3G2JV 型变频器和西门子 S7200 型 PLC 组成的频调速电梯控制系统 ,电气控制硬件框图如图 39 所示。 图 39 控制系统框图 它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器 PLC 及其他电气元件构成。 电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器。 电路的逻辑部分由 PLC 来实现 , PLC 接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。 发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、 基于 PLC 的五层电梯控制系统 18 18 楼层显示及呼叫显示 信号。 交流双速电梯的主电路 图中 M1 为。