高层电梯控制系统设计.doc
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1、高层电梯控制系统设计目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1课题背景11.2 设计的目的和意义11.3 电梯的组成21.4 设计内容31.5 电梯的功能要求3第2章 系统设计方案52.1方案分析52.2 系统方案的确定7第3章 系统硬件设计93.1 选型93.1.1 PLC的主要功能及应用93.1.2可编程控制器机型的选择93.2 变频器选择113.2.1 VS-616G5型变频器简介123.2.2 VS-616G5变频器的参数123.2.3 616G5型变频器的标准规格123.2.4 变频器容量计算143.3 电梯运行主电路153.4轿厢门开关电路153.5 显示电路163.5
2、.1楼层显示电路163.5.2 运行方向指示灯173.5.3轿内指令记忆灯及厅外召唤记忆灯173.6 I/O点分配183.7 硬件/接线图19第4章 软件设计214.1 软件设计流程214.2开关门控制224.2.1开门控制224.2.2关门控制234.3楼层显示控制244.4 运行反向控制254.5 呼叫指令登记控制254.6电梯的停止控制284.7 超重报警控制284.8 电梯运行控制29第5章 系统调试仿真315.1 GX-Developer软件简介315.2 程序运行调试31结 论34参考文献35附录A 电路原理图37附录B 程序清单38摘 要随着现代城市的发展,高层建筑日益增多,电梯
3、成为人们日常生活必不可少的代步工具。为了提高电梯控制系统的可靠性和设备的工作效率,本文设计了一套基于PLC变频调速电梯控制系统。该系统以日本三菱公司生产的FX2N-80MR型PLC为主控器,以VS-616G5变频器为调速装置,实现电梯满足平稳、精确运行的要求。该电梯具有PLC输入输出模块、变频调速模块、楼层显示模块、轿厢门开关模块和电梯上下运行模块,软件部分采用三菱PLC配套软件GX-Developer编写梯形图。调试结果表明,该电梯控制系统能满足呼梯、轿厢门开关、上下可逆运行的要求。关键词:电梯控制;FX2N-80MR PLC;梯形图;VS-616G5变频器 2Abstract With t
4、he development of modern cities, increasing high-rise buildings, elevators become an everyday essential means of transport. In order to improve the efficiency of the elevator control system reliability and equipment, the paper designed based on PLC Frequency Control elevator control system. The syst
5、em produced by Mitsubishi FX2N-80MR-type PLC-based controller to VS-616G5 inverter to control devices, to achieve a smooth elevator meet, requires accurate operation. The elevator has a PLC input and output modules, inverter modules, floor display module, car doors and elevators running up and down
6、the switching module module, part of Mitsubishi PLC software supporting software GX-Developer write ladder.Debugging results show that the elevator control system to meet the call, the car door switch, the requirements to run up and down reversible.Keywords: Elevator Ctrol; FX2N-80MR PLC;Ladder Diag
7、ram; VS-616G5 Variable-frequency DriveII第1章 绪论随着社会的不断发展,楼房越来越高,而电梯成为了高层楼房的必要设备。经过人类一个多世纪的不懈努力,电梯已经从手柄开关操纵电梯,按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯,为高层运输做出了巨大的贡献。1.1课题背景目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方
8、式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;而PLC可靠性高,程序设计方便灵活、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现1。 电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备,它是建筑物中的永久性垂直交通工具4。为满足和提高人们的生活质量,电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展,现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时,对电梯的设计、管理和维护人们提出了更高的要求。1.2 设计的目的和意义 随着我国经济的高速发
9、展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高,电梯得到了快速发展,其拖动技术已经发展到了调频调压调速,其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制4。可编程控制器(PLC)因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求介入设备使用简便,对应于系统组态的编程简单,具有人性化的人机界面,配备应用程序库,加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计,提高了电梯的控制水平,并改善了电梯运行的舒
10、适感。因此PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛,非常有实际价值6。1.3 电梯的组成 (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机、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。 (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。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,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
11、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。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。 曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠
12、绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达到运输目的。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动,防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸,使电梯运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升降,并在指定层站上维持其静止状态,供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制,同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼
13、叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。1.4 设计内容 电梯控制系统设计的主要任务是以PLC、变频器为基础,结合电梯控制系统的内容和工作流程,通过硬件、软件的设计,使电梯安全、平稳、高效运行,基本实现8层电梯运作自动化。该系统要求在乘梯楼层电梯入口处,根据上行或下行的需要,按上方向或下方向箭头按钮,只要按钮上的灯亮,就说明呼叫已被记录,只要等待电梯到来即可。电梯到达开门后,先让轿厢内人员走出电梯,然后呼梯者再进入电梯轿厢。进入轿厢后,根据需要到达的楼层,按下轿厢内操纵盘上相应的数字按钮。同样,只要该按钮灯亮,则说明选层已被记录;此时不用进行其他任何操作,只要等电
14、梯到达目的层停靠即可。电梯行驶到目的层后会自动开门,此时按顺序走出电梯即结束了一个乘梯过程。 电梯的功能要求: (1)电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。 (2)利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。 (3)能自动判断电梯的运行方向,并发出响应的指示信号和楼层显示信号。 (4)电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传,电梯上升;电梯反转,电梯下降。 (5)电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传,轿厢门打开;电机反转,轿厢门关闭。 (6)每一层楼设有呼叫按钮;轿厢内设有开关轿厢门按钮;轿厢内的层面指令按钮。 (7)电梯启动、运行、到站
15、实现速度的调节。 (8)行车时,厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车,有门连锁保护。 (9)平层时可自动开门、手动开门,夹人时自动开门。第2章 系统设计方案电梯控制系统主要由逻辑和调速两个部分组成,其中逻辑部分主要有控器来实现,调速部分由变频器来实现。,控制器通过编程人员写入复杂的逻辑控制程序,来处理接收得呼梯信号、平层信号、负载信号、检修信号和开关门信号,然后发出各种信号来控制电梯的正常运行。在电梯控制系统中,由于电梯的控制属于随即控制,各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号与输出信号之间的关联性很强,逻辑关系处理起来非常复杂,这就给微处理器编程带来了很大的难度。2.1方案分析 在电梯
16、的控制系统中,逻辑判断起着主要作用,其控制系统必须启动各种控制信号和执行元件(如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等),要达到这些目的,其方案有:方案1:继电器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制方式1。其作用是:实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制;实现对拖动控制系统的保护,满足生产工艺的要求;实现生产过程自动化。图2.1 基于继电器控制的电梯控制系统框图在电梯的控制中,继电器控制系统有以下优点: (1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现,线路简单,电路图较直观形象,易于理解和掌握,适合于一般技术人员和技术工人掌握。 (2)系统的保养
17、、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3)大部分电器均为常用控制电器,更换方便,价格便宜。 (4)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。 方案2:微机控制系统随着计算机技术的发展,微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用。在电梯控制上采用微型计算机控制方式越来越受到人们的重视。微机的功能很多,在电梯的控制上主要作用是:取代全部或部分的继电器;取代传统选层方法,结合光电编码器实现了数字选层;实现复杂的调配管理。 微机控制系统用于电梯的控制中,有许多优点,如下所示:(1)采用无触点逻辑线路,以提高系统的可靠性,降低维修费用,
18、提高产品质量。 (2)可改变控制程序,灵活性大;可适应各种不同的要求,实现控制自动化。 (3)可实现故障显示及记录,使维修简便,减少故障时间,提高运行效率。 (4)微机控制装置体积小,可减少控制装置占地面积。 (5)用微机实现群控管理,合理调配电梯运行效率,节约能源。 方案3:可编程控制器系统在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加,PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。由于PLC具有优良的技术性能,因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机,与商家、家用的微机不同,由于控制对象的复杂性,使用环境的特殊性和工作运行的连
19、续性,使其在设计上有许多特点。图2.2 系统总体设计框图 2.2 系统方案的确定方案1很多优点,但仍存在许多问题,主要有: (1)系统触点繁多,接线复杂,且触点容易烧坏磨损,造成接触不良,因而故障率较高。 (2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的控制功能不易增加,技术水平难以提高。 (3)由于采用固定接线形式,通用性和灵活性较差,不易改变。 (4)系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。 (5)由于线路复杂,易出现故障,因而保养维修工作量大,费用高,而且检查故障困难。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
20、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,所以出于安全和可靠性考虑,舍弃此方案。方案2采用微机控制系统,电梯附加功能的实现,主要依靠软件来实现,而这需要对工作人员的专业要求很高,工作人员必须对程序的掌握很熟悉,局限性太大,因此也不行。方案3由于plc具有优良的技术性能,使其在电梯控制系统中有许多的优点:(1)可靠性高,抗干扰能力强; (2)编程方法简单、直观; (3)体积小、耗能低、重量轻;(4)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强; (5)控制程序可变,具有良好的柔性; (6)维修工作量小、维护方便; (7)接口模块功能强、品种多。通过三个方案优缺点的比较可编程
21、电梯控制系统无论是从可靠、安全、经济的角度,还是从适应性和维护方面,都具有其他两种方案无可比拟的优势。所以本设计采用基于plc的电梯控制系统的设计。第3章 系统硬件设计电梯的电气控制系统决定了性能、自动化程度和运行的可靠性。本控制系统采用PLC作为主控制器,将各层门外上下召唤信号、轿厢内选信号和其他专用信号加以综合分析判断,来控制电梯的运行。电梯除了具有自动平层和自动门功能外,还具有故障检测、轿厢命令登记、厅外召唤登记顺向截停和自动换向、超重报警等功能。3.1 选型 3.1.1 PLC的主要功能及应用(1) 开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和
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