基于plc的四层电梯控制系统设计.doc
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1、金 华 职 业 技 术 学 院J I N H U A P O L Y T E C H N I C毕业教学环节成果 (2016届)题 目基于PLC的四层电梯控制系统设计学 院 信息工程学院 专 业 电气自动化技术 班 级 自动化132 学 号 201323010350052 姓 名 王翔 指导教师 张娴 2015年12月30日基于PLC的四层电梯控制系统设计信息工程学院电气自动化专业 王翔摘要:电梯是高层建筑不可缺少的运输工具,用于垂直运送乘客和货物,传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上
2、述问题。本论文通过讨论电梯控制系统的组成,阐述可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用,采用三菱PLC编程的程序控制方式,提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成,列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图,在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上,提出了PLC的编程方法,设计了一套完整的电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制,能够解决继电器接触器触点多,故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。 关键词:电梯、PLC、梯形图Design of four layer elevato
3、r control system based on PLCAbstract:Elevator, the necessary transportation tool for tall buildings, is used for transferring passengers and commodities vertically. Most traditional elevator control system adopts relay- contacting machine as its central director. But this system has so many disadva
4、ntages such as too many contacting points, high fault rate, heavy repairing work and so on. So if it was replaced by the control system equipped with PLC, the problems will be solved much more easily.This essay explains the application of PLC (Mitsubushi PLC) on elevator,by discussing the constructi
5、on of elevator control system. It also illustrates the general design project, the design process and construction of the PLC control system for three-story buildings, listing the specific main circuit, trapezia control chart of elevator and repertoires. It also shows the construction of frame chart
6、 of the system and process flow chart. Thus the programming method of PLC is brought forward on the basis of analyzing and dealing with the logic relationship of random signs. It also designed a complicated elevator control system. If the project can be accepted, it can solve the problems which can
7、be brought by relay, such as too many contacting points, high fault rate, low reliability, long installation and debugging time, heavy repairing work, complex connection and so on. Key words: elevator, PLC, ladder diagram第一章 绪论1.1 前言继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是,随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用,人们对电梯的安全性、可靠性的要
8、求越来越高,继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点,目前,电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC控制所代替。同时,由于电机交流变频调速技术的发展,电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此,PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.2课题的研究背景及意义随着城市建设的不断发展,城市迅速的崛起,高层建筑的不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式,将载有乘客或货物的轿厢,运行于垂直方向的两
9、根刚性导轨之间,运送乘客和货物的固定式提升设备。所以,电梯是为高层建筑运输服务的设备,它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题,使电梯运行更加安全、方便、舒适。 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取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。采用PLC控
10、制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短,这种电梯运行更加可靠,并具有很大的灵活性,可以完成更为复杂的控制任务,己成为电梯控制的发展方向。总之,电梯的控制是比较复杂的,可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着PLC应用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠,抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此,它已经成为电梯运行中的关键技术。1.3 课题研究的内容本课题设计主要做了如下的设计工作: 1.用可编程控制器(PLC)来实现四层电梯的启动、停止以及各个
11、楼层的呼叫情况; 2.使用GX works 2编程软件来设计四层电梯PLC控制系统的梯形图。论文的主要内容如下:首先对电梯系统及可编程控制器(PLC)作了比较全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点,电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定了系统的总体结构,由 PLC 来实现电梯信号控制,有双速电机实现调速,完成了电机和可编程控制器(PLC)的选择。然后是系统硬件开发,完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上,设计出了软件流程图,提出了模块化编程思想,介绍了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。二总体方案设
12、计 2.1 基于PLC的四层电梯控制系统的任务要求四层电梯控制系统要实现如下功能:1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; 2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除; 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示;5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; 6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; 7)无内选时延时5s自动关门,但不能自动行车; 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。 2.2 基本方案选择本设计通过多种方案的比较和对照,完成了电梯控制系统中变频器和可编程
13、控制器的选择。 2.2.1 变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高,交流变频调速己应用到许多领域,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早已问世,其功能较强,使用灵活,但其价格相对较贵。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。这是本设计的特点之一。 目前,市场流行的通用变频器的种类繁多,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。.1通用变频器概况. 1通用变频器的发展 上个世纪80年代初,通用变频器实
14、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。 (1)容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初,BJT通用变频器的容量达到了b00KVA,400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT,仅三、四年的时一间,IGBT变频器的单机容量己达1800KVA,随着IGBT容量的扩大,通用变频器的容量也将随之扩大。 (2)、结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化,控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术,结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施,促进了变频电源装置的小型化。另外,一
15、种混合式功率集成器件,采用厚薄膜混合集成技术,把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起,构成了一种“智能电力模块”(Intelligent Module,IPM)这种器件属于绝缘金属基底结构,所以防电磁干扰能力强,保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小,因而保护迅速且可靠,传感信号也十分迅速。 (3)、多功能和智能化电力电子器件和控制技术的不断进步,使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用,为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验,并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了
16、一种可能,即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”,达到以往无法达到的境界,使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。 8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字信号处理器(Digital Signal Processer-DSP)的应用将通用变频器的性能提高一大步,实现了转矩控制,推出了“无跳闸功能”。目前,新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”(Reduced Instruction SetComputer-RISC),将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量微处理器, 其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上,舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令,省下它们
17、所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度,达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道,RISC的运算速度可达1000MIPS,即10亿次/秒,相当于巨型计算机水平。指令计算时间为ins量级,是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称,以RISC为核心的数字控制,可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PI D调节器在线实时运算。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的VS) 16-G5变频器就有:(1)无PG(速度传感器)V/f控制;(2)有PG V/f控制;(3)无PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四种控制方式。通
18、过控制面板,可以控制上述四种控制方式中的一种,以满足用户的需要。 (4)、应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制,直到全数字控制的演变,逐步地实现了多功能化和高性能化,进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等,到目前为止,其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械,从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械,从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其
19、它方面,如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池,可以说其应用范围相当广阔,并且还将继续扩大。 2通用变频器的功率输出驱动技术动向 采用变频器的调速传动技术,近年来取得惊人的进步。从技术发展动向来看,大致有如下几个方面: (1), IGBT的应用 最近几年来,工GBT的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高,驱动电路简单。用于通用变频器时,有如下明显的效果: .由于载波效率的提高(20KHz或更高),负载电动机的噪声明显减少,实现了低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。 .同样由于载波频率的提高,使电动机的电流
20、(特别是低速时的电流)波形更加趋于正弦波,因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。 由于工GBT为电压驱动型,因而简化了驱动回路,使整个装置更加紧凑,可靠性提高,成木降低。 主开关器件如果采用工PM,上述效果将更加明显。 (2)、网侧变流器的fWM控制的变频器 目前上市的绝大多数通用变频器,其网侧变流器采用不可控的二极管整流器。虽然控制简单,成本较低,但也有它的缺点。比如,网侧电流波形严重畸变,影响电网的功率因数,谐波损耗大,电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。现已开发出一种新型的采用PWM控制方式的自换相交流器,并己经成功地用作变流器中的网侧变流器。电器结构形式与逆变器完全相同,每个桥
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