基于PLC的電梯速度控制畢業(yè)論文設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 題 目 基于plc的電梯速度控制 機電工程 院（系）電氣工程及其自動化 專業(yè) 學(xué) 號 110617045 學(xué)生姓名 李文雅 指導(dǎo)教師 鄒杰慧 起訖日期 2015/01/022015/04/30 設(shè)計地點 井岡山大學(xué) 井 岡 山 大 學(xué) 學(xué) 位 論 文 獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得井岡山大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文作者簽名： 日期： 年 月 日井 岡 山 大 學(xué) 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明井岡山大學(xué)有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)井岡山大學(xué)教務(wù)處辦理。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年月 日 23 摘 要近年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，電梯應(yīng)運而生，在人們的生活中和工業(yè)生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，同時也使得傳統(tǒng)控制檢測不斷革新。但是電梯作為一種和人們的生活密切有關(guān)的當代高層建筑的垂直交通工具，在人們對電梯運轉(zhuǎn)安全性、高效率性、安逸性等要求的不斷完善的過程中，也得到了迅速成長?，F(xiàn)今，有兩種方式電梯的控制形式被大多數(shù)人們采納了，常用的繼電器組成的電氣控制系統(tǒng)便是其中的一種；另一種控制形式選用可編程控制器取代繼電器構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)。 在現(xiàn)有的通變頻器的根基上，經(jīng)過比較選取通用的繼電器組成電氣控制系統(tǒng)與plc控制系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點，于是本設(shè)計選用可編程控制器對電梯實行支配。為了達到對電梯運轉(zhuǎn)的自動控制功效，采用軟件控制來使得控制系統(tǒng)的可靠性進一步提升?？刂葡到y(tǒng)它的結(jié)構(gòu)簡單明了，工作的穩(wěn)定度又很高，功能和操作都是比較完善。也容易和其他設(shè)備配套使用，一旦進入配套使用中，控制系統(tǒng)的功能就更加完善，也能很好的提升自己的控制能力，更有效的實行自己我監(jiān)督和管理功能，使得設(shè)備的運轉(zhuǎn)更加的安全，更加的便捷。所策劃的控制系統(tǒng)針對的是四層電梯。取代古板的繼電控制系統(tǒng)，由變頻調(diào)速器完成對電梯的拖動調(diào)速，使plc與調(diào)速拖動裝備相結(jié)合，組成plc集選控制系統(tǒng)，達成了電梯的各種控制功能，抬高了電梯運行的穩(wěn)定性能與可靠性能，使得故障幾率下降了。關(guān)鍵詞： 可編程控制器 plc 變頻調(diào)速 電梯abstract in recent years, the rapid economic development of our country, the elevator arises at the historic moment, in peoples life and has important role in the industrial production, at the same time also makes the traditional control detection constantly innovation. but as a kind of elevator and the life of people closely related to the modern high-rise building of vertical transport, in people of elevator running safety, efficient and willfulness, comfort requirements in the process of constantly improve, also got rapid growth. nowadays, there are two ways of elevator control form adopted by most of the people, electric control system composed of common relay is one of them; control form to choose another kind of programmable controller to replace relay electric control system. on the foundation of the existing general frequency converter, through comparison of relay selection of general electric control system and plc control system, the advantages and disadvantages of and this design chooses programmable controller of the elevator control. in order to achieve automatic control of elevator running effect, the software control to make to further improve the reliability of the control system. control system of its structure is simple and clear, and the stability of the work is very high, functions and operations are relatively perfect. also easy and other equipment, use once in supporting the use of the function of the control system is more perfect, also can improve their ability to control, more effective exercise myself i supervision and management function, make the equipment operation more safe, more convenient. by the elevator control system is aimed at four layer. replace stodgy relay control system, completed by frequency conversion governor of elevator drag speed regulation, plc combined with control equipment, collection of plc control system, to achieve the various control functions of the elevator, raise the stability of the elevator running performance and reliable performance, makes the decline in the probability of failure. key words: programmable controller plc frequency control of motor speed elevator 目錄第一章 設(shè)計背景及電梯的定義51.1 設(shè)計背景51.2 電梯的定義5第二章 plc控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6 3.1 plc的定義6 3.2 plc在電梯控制中的應(yīng)用和發(fā)展6第三 章 總體方案設(shè)計7 3.1 電梯的理想運行曲線73.2 系統(tǒng)設(shè)計方案及其選擇73.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖7第四章 梯形圖及其注釋8 4.1 電梯初始控制8 4.2 電梯運行過程8第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試9第六章 總結(jié) 10 致謝 11參考文獻 12第一章 設(shè)計背景及功能1.1設(shè)計背景 近年來，可編程控制器技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了強大的通信聯(lián)網(wǎng)器件、各種特殊功能模塊和許多功能強大的新型plc，使可編程控制器成為集通訊技術(shù)、微機技術(shù)、和自動化技術(shù)于一身的通用工業(yè)控制裝置，成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強有力的工具，在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 隨著高層建筑不斷增多，城市建設(shè)的不斷發(fā)展，電梯在生活和國民經(jīng)濟中有著廣泛的應(yīng)用。作為高層建筑中垂直運行的交通工具，電梯已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)。 所以，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成運行狀態(tài)、電梯信號的采集和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的集選運行和自動調(diào)度功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用plc（可編程控制器）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從性能和控制方式上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較高，生產(chǎn)規(guī)模較小；而plc程序設(shè)計方便靈活、可靠性高、運行穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。文中分析了電梯的負載特性，闡述了采用梯形加速曲線的電梯理想速度曲線，結(jié)合plc和變頻器的性能，論述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作特性。闡述了電梯速度曲線產(chǎn)生的方法，歸納了由plc構(gòu)成的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的特點。 1.2電梯的定義與簡介 電梯是一種垂直升降機，以電動機為動力，裝有箱狀吊艙用于多層建筑乘人或載運貨物。也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運行的裝置。 固定式升降設(shè)備具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15的剛性導(dǎo)軌之間服務(wù)于規(guī)定樓層的。為了便于乘客出入或裝卸貨物,轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式應(yīng)符合要求。通常來說，不管電梯的運行驅(qū)動方式怎樣，都將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運輸工具的總稱。電梯分類按運行速度可分為：低速電梯（1米/秒以下）、快速電梯(12米/秒)和高速電梯(2米/秒以上)。19世紀中期，開始出現(xiàn)液壓電梯，至今仍在低層建筑物上應(yīng)用。美國的e.g.奧蒂斯在1852年研制出鋼絲繩提升的安全升降機。驅(qū)動裝置在80年代具有著進一步的改進，如電動機通過蝸桿傳動帶動纏繞卷筒、采用平衡重等。19世紀末，人們在電梯上添加了摩擦輪，采用了摩擦輪傳動，大大增加電梯的提升高度。20世紀末，電梯引用永磁同步曳引機作為運行動力，不僅大大縮小了機房占地，并且具有能耗低、提升速度、節(jié)能高效快等優(yōu)點，快速地推動了房地產(chǎn)向超高層方向的發(fā)展。 1.3 電梯的結(jié)構(gòu)電梯的結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 電梯的基本結(jié)構(gòu)1-控制柜(屏);2-拽引機;3-拽引鋼絲繩;4-限速器;5-限速器鋼繩;6-限速器張緊裝置;7-轎廂;8-安全鉗;9-轎廂門安全觸板;10-導(dǎo)軌;11-對重;12-廳門；13-緩沖器。電梯的結(jié)構(gòu)包括：四大空間，八大系統(tǒng)四大空間：機房部分、井道及地坑部分、轎廂部分、層站部分八大系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)現(xiàn)代電梯主要由導(dǎo)軌、對重裝置、曳引機（絞車）、信號操縱系統(tǒng)、安全裝置(如限速器、安全鉗和緩沖器等)、轎廂與廳門等組成。這些裝置分別安裝在建筑物的井道和機房中。這些裝置一般采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯的首要條件就是：安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適。電梯的主要參數(shù)是：額定載重量、額定速度、可乘人數(shù)、轎廂外廓尺寸和井道型式等。電梯的組成：曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)主要組成部分是曳引機、導(dǎo)向輪、曳引鋼絲繩和反繩輪。 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。 橋廂 轎廂主要組成部分是轎廂架和轎廂體。 運送乘客和貨物的電梯組件便是橋廂，是電梯的工作部分。 門系統(tǒng) 門系統(tǒng)主要組成部分是轎廂門、開門機、層門、門鎖裝置。 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。 導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)主要組成部分是導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架。 導(dǎo)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(dǎo)軌作升降運動。 電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)主要組成部分是曳引電動機、速度反饋裝置、供電系統(tǒng)、電動機調(diào)速裝置等。電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要組成部分是操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等。 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。 重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)主要組成部分是對重和重量補償裝置。 重量平衡系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。 安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)主要組成部分是安全鉗、緩沖器、電梯限速器、安全觸板、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、層門門鎖、限位開關(guān)裝置。 安全保護系統(tǒng)的主要功能是保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。1.4電梯的工作原理 曳引繩兩個端頭分別連接著轎廂和對重，它們分別繞在在曳引輪和導(dǎo)向輪上，減速器變速后曳引電動機帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，通過曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力來達到轎廂和對重的升降往返運動，從而實現(xiàn)運輸?shù)哪康?。另一方面，固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌進行往復(fù)升降運動，讓轎廂不可以在運行中偏斜或擺動。在電動機工作時松閘，常閉塊式制動器使電梯運轉(zhuǎn)，在沒有電的情況下制動，轎廂升降的停止，使其并在指定層站上維持靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是用來運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重是用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率的部件。通常引用補償裝置來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使得曳引電動機的負載更加穩(wěn)定，轎廂得以準確地停靠。電氣系統(tǒng)達到對電梯運動的控制，并且完成選層、平層、測速、照明工作等。指示呼叫系統(tǒng)可以隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置（各方面的安全，比如電梯門的關(guān)閉與否）的作用則是保證電梯運行安全。 第二章 plc控制系統(tǒng)的定義及發(fā)展趨勢2.1 plc的定義 在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，繼電器控制系統(tǒng)通常可以看承由輸入電路，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這4個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關(guān)，限位開關(guān)，傳感器等構(gòu)成。用已向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構(gòu)成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導(dǎo)線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現(xiàn)場實施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場是指被控制的對象（如電動機等）或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骱喎Qpc。個人計算機也稱pc。為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做plc（programmble logic controller）。國際電工委員會（international electrical committee）在1987年頒布的plc標準草案中隊plc做了如下定義：“plc是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行順序運算、邏輯運算、計數(shù)、定時和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過模擬式或數(shù)字式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！倍x中有以下幾點應(yīng)值得注意。（1） 可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子裝置”，其中帶有“可以編制程序的存儲器”，可以進行“順序運算、邏輯運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算”工作，可以認為可編程控制器具有計算機的基本特征。事實上，可編程控制器無論從內(nèi)部構(gòu)造、工作原理及功能上看都是不折不扣的計算機。（2） 可編程控制器是“為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用”而設(shè)計的計算機。功能工業(yè)環(huán)境和一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別，plc的特殊構(gòu)造讓它可以在高粉塵、高噪音、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制“機械或生產(chǎn)過程”，它滿足“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體”這些條件是個人計算機滿足不了的。所以可編程控制器不是普通的計算機，它是一種工業(yè)現(xiàn)場使用的計算機。（3） 可編程控制器能控制“各種類型”的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過程。它的特性“易于擴展其功能”，它的程序能根據(jù)控制對象的不同要求，讓使用者“可以編制程序”。換句話而言，可編程控制器跟以前的單片機工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場合，是一種通用的工業(yè)控制計算機。 通過以上定義還可以了解到，可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機，通過二次開發(fā)（編制符合控制要求的程序）能夠控制“各種類型”的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過程，是各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化的主要設(shè)備之一。2.2 plc的特點 （1）可靠性高，抗干擾能力強 plc具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。在應(yīng)用軟件中，用戶還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)就具有了極高的可靠性。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)在大規(guī)模集成電路技術(shù)，嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強 plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。加上plc通訊能力的增強及人機見面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 梯形圖語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖非常接近，只用plc的少量開關(guān)邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電接觸器電路的功能，plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，其編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。 （4）系統(tǒng)設(shè)計周期短，改造容易，維護方便 plc的完善自診斷、履歷情報存儲和監(jiān)視顯示功能，使得維護變得十分容易，便于故障的迅速查找和處理。plc使用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計周期大大縮短。 （5）體積小，重量輕，能耗少 超小型的plc，其體積和重量只有通用的接觸器大小，功耗很低，易于安裝在機械內(nèi)部控制運動物體，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。當前的可編程控制器在產(chǎn)品規(guī)模上，正在向超大型和超小型連個方向發(fā)展?？删幊炭刂破鞯母鞣N控制模塊和品種十分豐富，規(guī)格齊全，控制更加多樣化、人性化，并在向更快、更高智能化方向發(fā)展?？删幊炭刂破饔芍醒胩幚砥鳌⒋鎯ζ?、輸入/輸出接口、外設(shè)和電源等部分組成，它的工作過程是串行分時掃描方式。可編程控制器的結(jié)構(gòu)有單元（箱體）式、模塊式和疊裝式三種。可編程控制器的軟件有用戶應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩部分。最常用的應(yīng)用軟件編程語言是梯形圖。 2.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、電力、石油、建材、汽車、輕紡、機械制造、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況基本上可以歸納為以下幾類： （1）開關(guān)量的邏輯控制 既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。如電梯控制、印刷機、注塑機、高爐上料、磨床、組合機床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。開關(guān)量的邏輯控制是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。 （2） 模擬量控制 模擬量有溫度、壓力、流量、液位和速度等許多連續(xù)變化的量，為了讓可編程控制器可用處理模擬量信號，plc廠家生產(chǎn)有配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，是可編程控制器可用于模擬量控制。 （3） 運動控制 就控制機構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在可使用專用的運動控制模塊，plc可用于圓周運動或直線運動的控制。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。在世界上廣泛應(yīng)用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4） 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量的模擬量的閉環(huán)控制。plc作為工業(yè)控制計算機，能夠編制各種各樣的控制算法程序來完成閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法是pid控制。一般運行專用的pid子程序是pid處理。十分廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。 （5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運算（含邏輯運算、矩陣運算）、排序、查表、位操作、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。通過與儲存在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通訊功能傳送到別的智能裝置上面，或者將它們打印制表。數(shù)據(jù)一般用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)；也可用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)。 （6） 隨著計算機控制的發(fā)展，加快了工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，各個plc廠商都非常重視plc的通訊功能，紛紛推出了各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。plc通信包含了plc之間的通信以及plc與其他智能設(shè)備間的通信。最新生產(chǎn)的plc都具有通訊接口，實現(xiàn)通訊非常方便。 可編程控制系統(tǒng)（programmable logic controller），是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它通常采用一種可編程的存儲器，通過模擬式或數(shù)字式的輸入輸出來控制各種類型的生產(chǎn)過程或機械設(shè)備。由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、可靠性高、組裝維護方便、抗干擾能力強、編程簡單等特點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制控制的各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化的進程。 目前plc在電梯行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。電梯用于垂直運送乘客和貨物，是高層建筑不可缺少的運輸工具，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進行控制，其缺點是觸點多、可靠性差、故障率高、維修工作量大等，而采用plc組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，使電梯運行更加安全、方便、舒適。plc控制的采用使得在層數(shù)和控制功能較少的場合更為方便。2.4 plc的發(fā)展前景 世界上公認的第一臺plc是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，引入了微處理器的可編程控制器增加了運算。數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了讓繼電接觸控制系統(tǒng)的電氣工程技術(shù)人員的方便使用，人們在可編程控制器中采用了和繼電接觸器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算的計算機存儲元件都以繼電器命名。所以可編程控制器被人們稱為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已經(jīng)全面應(yīng)用可編程控制器中，使它的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它的優(yōu)點體現(xiàn)在：超小型的體積、更高的運算速度、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、pid功能、模擬量運算以及極高的性價比。這些實用功能奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用?？删幊炭刂破鞯膽?yīng)用數(shù)量已位于絕大多數(shù)的工業(yè)自控設(shè)備之首。大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化是這個時期可編程控制器發(fā)展的特點。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家以聞名于全世界。如日本的三菱公司和立石公司，美國rock-well自動化公司所屬的a-b（allen-bradley）公司，ge-fanuc公司，德國的西門子（siemens）公司等。 20世界末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 預(yù)計21世紀可編程控制器將會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。從市場上看，各國生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國金通用的編程語言，這將是有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品普及的。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型兩個方向發(fā)展。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展狀況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的集散控制系統(tǒng)（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格會更齊備。完美的人機界面、完美的通訊設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 第三章 總體方案設(shè)計3.1電梯運行的理想曲線 運行線路是電梯控制系統(tǒng)的核心，電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度a和加速度變化率p的大小。過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不適感。同時，為保證電梯的運行效率a、p的值不宜過小，根據(jù)大量的研究和實驗表明：人可接受的最大加速度為am15ms2，最大加速度變化率pm3ms3，電梯的理想運行曲線梯形加速度曲線如圖3所示，電梯是由曳引電動機拖動（主回路），主回路的工作受運行線路的控制，為保證電梯運行曲線中最佳的a、p取值，以形成圖3所示的速度曲線，決定了電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。所以電梯的主要性能指標（額定速度、舒適感、平層精度等）由運行線路決定。啟動：電梯的啟動，方向是首要條件，門鎖（廳門轎門是否關(guān)好）等安全因素也是必要的。減速：當電梯選中某層，意味著將在該層停車，達到換速點就應(yīng)減速，為平層停車做準備。平層停車;當減速運行到平層點時,說明轎門門檻與廳門門檻基本平齊,可以停車.即將主回路曳引電動機電源斷開,并實施電磁抱閘.一般在轎廂側(cè)面裝有3只永磁感應(yīng)器分別為上平層感應(yīng)器spg、門區(qū)感應(yīng)器mqg、下平層感應(yīng)器xpg，在井道中每層都裝有一塊隔磁鐵板，在平層位置時，這三只感應(yīng)器應(yīng)正好全部插入隔磁鐵板中，表示已到平層點了。 圖2 電梯運行速度曲線3.2 電梯的基本工作原理 當曳引機組的曳引輪旋轉(zhuǎn)時，依靠嵌在曳引輪槽中的鋼絲繩與曳引槽之間的摩擦力，驅(qū)動鋼絲繩來升降轎廂，曳引鋼絲繩一端掛著轎廂，另一端懸掛對重，產(chǎn)生拉力分別為s1和s2。當s1和s2的差值等于或小于繩槽之間摩擦力時，電梯正常運行，繩槽之間無打滑現(xiàn)象。具體圖形見圖 3 。 圖3電梯的傳動方式原理示意圖3.3 電梯控制主回路 井道中安裝有導(dǎo)軌， 轎廂和對重由曳引鋼絲繩連接， 如圖 1所示，曳引鋼絲繩掛在曳引輪上，曳引輪由曳引電動機拖動。 轎廂和對重都裝有各自的導(dǎo)靴， 導(dǎo)靴卡在導(dǎo)軌上。 曳引輪運轉(zhuǎn)帶動轎廂和對重沿各自導(dǎo)軌做上下相對運動，轎廂上升，對重下降。 這樣可通過控制曳引電動機來控制轎廂的啟動、加速、運行、減速、平層停車， 實現(xiàn)對電梯運行的控制。 曳引電動機選交流雙速電動機，其控制主回路如圖 2 所示。 當電梯下運行，jxk、xc、kc 吸合，380v 交流電源通過電抗器 dz、電阻 mqr 接通電動機快車繞阻，使電動機降壓起動運行。經(jīng)過 15s，kjc 吸合，短接 dz 和mqr，電梯全壓快速穩(wěn)定運行。 當電梯接近某層，需停車時也就是到了換速點，需減速，此時 kc、kjc 斷開，mc 吸合，電機進入發(fā)電制動狀態(tài)。 為了提高舒適性，使制動力矩逐級增大，我們采用了分級減速，第一級線路為 380vxcdzmqrmc；第二級線路 380vxcdz1mjcmc（短接了部分 mqr 電阻）；第三級線路 380vxcdz2mjcmc（短接 mqr 電阻）；第四級線路 380vxc3mjcmc（短接電抗 dz 和 mqr 電阻）。 通過這樣四級減速，使電梯平穩(wěn)地過渡到慢車運行狀態(tài)。當減速運行到平層點時，xc、mc、1mjc、2mjc、3mjc 同時釋放，電動機失電，制動器抱閘，使電梯停止運行。 圖4 電梯控制主回路3.4 電梯運行線路控制系統(tǒng)設(shè)計 （1）plc機型的選擇plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類，按cpu字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型plc的i/o點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型plc提供多種i/o卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點?？煽毓栎敵瞿K適用于12 開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。通過上述分析，對plc機型的選擇做了詳細分析可得出對于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型plc來實現(xiàn)，如日本三菱fx系列的plc。三菱fx系列plc擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制等特點； fx2n是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；fx2n系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于fx系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入/輸出16-256點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的plc。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。因此本次設(shè)計所選擇的plc為：fx2n48mr，如圖5所示。 圖5 電梯速度控制連接圖梯形圖如圖6所示:注釋：x1:上終端限位 m5：上方向繼電器 m11：強迫向上繼電器 x2:下終端限位 m6：下方向繼電器 m12：強迫向上繼電器 y0：換速輸出繼電器 圖6 電梯運行路線控制梯形圖3.5 電梯控制系統(tǒng)特性 在電梯運行曲線中的啟動段是關(guān)系到電梯運行舒適感指標的主要環(huán)節(jié)，而舒適感又與加速度直接相關(guān)，根據(jù)控制理論，要使某個量按預(yù)定規(guī)律變化必須對其進行直接控制，對于電梯控制系統(tǒng)來說，要使加速度按理想曲線變化就必須采用加速度反饋，根據(jù)電動機的力矩方程式:mmz=m=j（dn/dt），可見加速度的變化率反映了系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)距的變化，控制加速度就控制系統(tǒng)的動態(tài)轉(zhuǎn)距m=mmz。故在此段采用加速度的時間控制原則，當啟動上升段速度達到穩(wěn)態(tài)值的90%時，將系統(tǒng)由加速度控制切換到速度控制，因為在穩(wěn)速段，速度為恒值控制波動較小，加速度變化不大，且采用速度閉環(huán)控制可以使穩(wěn)態(tài)速度保持一定的精度，為制動段的精確平層創(chuàng)造條件。在系統(tǒng)的速度上升段和穩(wěn)速段雖都采用pi調(diào)節(jié)器控制，但兩段的pi參數(shù)是不同的，以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指標。在系統(tǒng)的制動段，即要對減速度進行必要的控制，以保證舒適感，又要嚴格地按電梯運行的速度和距離的關(guān)系來控制，以保證平層的精度。在系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降至120r/min之前，為了使兩