基于PLC的施工升降機控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、. . . . 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：基于PLC的施工升降機控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印

2、刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文

3、的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注意事項1.設(shè)計（論文）的容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字

4、數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、

5、譯文原文（復印件）次序裝訂摘要施工升降機是建筑施工中必不可少的機械設(shè)備之一。升降機作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對升降機運行安全性、高效性、舒適性等要求的不斷提高，升降機得到快速發(fā)展。其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。升降機采用了PLC控制，用軟件實現(xiàn)對升降機運行的自動控制，可靠性大大提高。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化，可方便的增加或改變控制功能，也可以進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。而電動機交流變頻器調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻器

6、調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果，廣泛的適用圍與其它許多優(yōu)點而獲國外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。因此，PLC控制技術(shù)加變頻器調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代升降機行業(yè)的一個熱點。本設(shè)計考慮到施工場地升降機的實際操作功能，所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是四層升降機。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實現(xiàn)對升降機的拖動調(diào)速，使PLC與調(diào)速拖動裝置相結(jié)合，構(gòu)成PLC集成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了升降機的各種控制功能，提高了升降機運行的可靠性，降低了故障率。 關(guān)鍵詞：升降機；PLC控制；變頻調(diào)速；變頻器Design of PLC-based control system for constructio

7、n elevator control system Student: LIANG Jian Teacher: ZHAO HongAbstract:The Construction hoist is one of the essential mechanical devices in the construction. As the verticaltransportofmodernhigh-rise buildings, theelevatorandthe lives of peopleclosely relatedwiththecontinuous improvement ofthepeop

8、le ontheelevatoroperational safety, efficiency, comfortrequirements, theelevatorrapiddevelopment. Drag technology has developed to a FM variable voltage control, logic control instead of the original relay control by PLC.The elevator uses PLC control software to achieve automatic control of the elev

9、ator operation, and reliability is increased. The control system structureissimple,externalcircuitissimplified,andcaneasily add orchangeofcontrol functionscan also beautomatic fault detectionandalarm display, improve operational safetyandeasy maintenance. Motor AC inverter speed control technology i

10、s today's energy-saving, and to improve the process t improve product quality, improve the environment, a major means of technological advancement. The inverter is its superior speed performance and from the braking performance, high efficiency, high power factor and energy-saving effect, the br

11、oad scope of application and many other benefits by the domestic and international public .that the most promising speed.This design considering the actual construction site lift operation function, designed by four layers of elevator control system is aimed at. Drag the governor of the elevator ins

12、tead of the traditional relay control system by the inverter, so that the combination of PLC and speed drag devices, constitute the PLC sets the election control systems, elevator control, improved elevator of operation, to reduce the failure rate.Key words：Elevator；PLC control；VVVF；Inverter40 / 49目

13、次摘要IAbstractII1 緒論11.1 本課題設(shè)計的背景11.2 本課題設(shè)計的容21.3 本課題設(shè)計的目的和意義32 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定32.1 升降機繼電器控制系統(tǒng)42.1.1 升降機繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點42.1.2 升降機繼電器控制系統(tǒng)存在的問題42.2 PLC控制系統(tǒng)52.3 變頻調(diào)速控制升降機的特點62.4 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟63 系統(tǒng)硬件設(shè)計73.1 PLC的選型73.2 PLC的CPU選型113.3 PLC系統(tǒng)配置113.4 變頻器的選擇123.5 變頻器調(diào)速方式的確定173.6 升降機的主要組成部分173.7I/O點數(shù)的估算194 系統(tǒng)軟件開發(fā)224.1 升降機的三個工作狀

14、態(tài)224.1.1 升降機的自檢狀態(tài)224.1.2 升降機的正常工作狀態(tài)224.1.3 升降機強制工作狀態(tài)234.2 軟件設(shè)計特點234.3 系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程255 結(jié)論38致39參考文獻401 緒論伴隨著工廠自動化程度的提高，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller 簡稱PLC）在工廠中的應用也越來越廣泛，而且?guī)缀跎媾c到工廠的各個方面，包括供電，生產(chǎn)，物料管理，運輸?shù)鹊?。本文旨在通過實現(xiàn)施工升降機控制系統(tǒng)這樣一個典型的實例，來展現(xiàn)PLC在現(xiàn)代化建設(shè)中的應用，同時利用這個典型的應用只要稍加變化就可以擴展為其他控制系統(tǒng)。采用可編程控制器來實現(xiàn)升降機的控制對于提

15、高升降機運行的穩(wěn)定性、降低升降機控制系統(tǒng)的成本以與縮短升降機系統(tǒng)的開發(fā)周期都具有實際意義。通過本課題的研究，可以在一定程度上推動升降機即升降機相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，拓展PLC在自動化行業(yè)的應用領(lǐng)域，具有一定的經(jīng)濟和理論意義。1.1 本課題設(shè)計的背景1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為滿足市場需求，適應汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，將汽車的生產(chǎn)方式由大批量、少品種轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種。為此要解決因汽車不斷改型而重新設(shè)計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，要尋求一種比繼電器更可靠，響應速度更快，功能更強大的通用工業(yè)控制器。于是可編程控制器應運而生，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺

16、可編程控制器，從此，PLC開始活躍于控制領(lǐng)域。而且其影響也越來越大，應用也越來越廣泛1。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller 簡稱PLC）從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制與生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器（programmable controller簡稱PC）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程器的縮寫。1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的

17、電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設(shè)計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：1）邏輯運算；2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。 具有：1）可靠性高、抗干擾能力強

18、 ；2）設(shè)計、安裝容易，維護工作量少 ；3）功能強、通用性好；4）開發(fā)周期短，成功率高；5）體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以與體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占空比繼電接觸器控制系統(tǒng)??；價格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等2。因此，進行升降機的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動升降機行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應用，

19、具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2 本課題設(shè)計的容施工升降機是建筑施工中必不可少的機械設(shè)備之一。我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，對施工升降機的性能提出了更高的要求6，各類新型施工升降機的研制成為當前建筑機械行業(yè)的熱點之一。本課題對施工升降機的總體方案、選型、結(jié)構(gòu)、驅(qū)動裝置、安全裝置分別進行了設(shè)計研究，具體包括：1) 升降機類型的選擇。綜合升降機的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究四層升降機上下行控制，開、關(guān)門控制、外呼叫控制。2) 硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的升降機要求運行迅速準確度高，在升降機的各層檢測系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運

20、用感應器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對升降機的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了升降機的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。3) 升降機控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計出機械手控制的要求。1.3 本課題設(shè)計的目的和意義隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展升降機也已成為人類現(xiàn)代生活廣泛使用的人員運輸工具。隨著人們對升降機運行安全性、高效性、舒適性等要求的提高，升降機得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。PLC因為穩(wěn)定

21、可靠、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經(jīng)成為應用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。升降機控制要求接入設(shè)備使用簡便，對應于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單，具有人性化的人機界面，配備應用程序庫，加快編程和調(diào)試速度。通過PLC對程序設(shè)計，提高了升降機的控制水平，并改善了升降機運行的舒適感。因此PLC在升降機控制系統(tǒng)中的應用非常廣泛，非常有實際價值1。2 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定升降機是電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物的機械設(shè)備。隨著城市的發(fā)展，高層建筑的增多，升降機的應用也越來越廣泛，分類也隨之增多。如按照升降機的用途可分為以下幾類

22、1：1) 乘客，為運送乘客設(shè)計的升降機，要求有完善的安全設(shè)施以與一定的室裝飾。2) 載貨升降機，主要為運送貨物而設(shè)計，通常有人伴隨的升降機。3) 觀光升降機，廂壁透明，供乘客觀光用的升降機。4) 車輛升降機，用作裝運車輛的升降機。5) 船舶升降機，船舶上使用的升降機。6) 建筑施工升降機，建筑施工與維修用的升降機。7) 其它類型的升降機，除上述常用升降機外，還有些特殊用途的升降機，如冷庫升降機、防爆升降機、礦井升降機、電站升降機、消防員用升降機等。本設(shè)計課題為施工場地的升降機控制系統(tǒng)設(shè)計。以四層建筑場地升降機為模型，主要用于建筑施工與維修。2.1 升降機繼電器控制系統(tǒng)升降機繼電器控制系統(tǒng)的故障

23、率高，大大降低了升降機的安全性和可靠性，十分容易造成停梯，會給乘客帶來諸多不便和驚擾，并且如果升降機沖頂或撞底，不僅僅會造成升降機機械部件的損壞，甚至可能發(fā)生人身事故。2.1.1 升降機繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點1) 所有控制功能與信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修與故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類升降機，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。2.1.2升降機繼電器控制系統(tǒng)存在的問題升降機繼電器控制系統(tǒng)故障

24、率高，大大降低了升降機的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且升降機一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成升降機機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故3。1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。2) 普通控制電器與硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。3) 電磁機構(gòu)與觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。5) 由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。總之，如今已經(jīng)很少使用升降機繼電器控制系統(tǒng)

25、了。2.2PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在升降機控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 PLC是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于PLC具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設(shè)計配置靈活等特點。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應用。自80年代后期PLC引入我國升降機行業(yè)以來，由PLC組成的升降機控制系統(tǒng)被許多升降機制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。升降機控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的

26、性能對升降機運行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是升降機安全可靠運行的關(guān)鍵。為了改善升降機的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制升降機的運行，這樣大大提高了升降機的性能。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當前先進工業(yè)自動化的三大支柱之一。升降機控制系統(tǒng)由調(diào)速部分和邏輯控制部分兩部分組成。調(diào)速部分影響著升降機運行時乘客的舒適感，邏輯控制部分則是對升降機運行時的安全可靠性起到了關(guān)鍵作用。PLC在升降機控制方面的應用主要體現(xiàn)為其邏輯

27、開關(guān)控制功能，由于PLC具備邏輯運算，計數(shù)、定時和數(shù)據(jù)輸入輸出等功能，在升降機的控制過程中，PLC能夠與各種邏輯開關(guān)控制很好地結(jié)合，并很好地實現(xiàn)對升降機的控制。具體體現(xiàn)了以下幾個方面的優(yōu)點：1) 控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2) 工作方式上看：電器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制約。3) 控制速度上看：電器控制速度慢，觸點易抖動；而PLC通過半導體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。4) 定時、記數(shù)看：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；PLC時鐘脈沖由

28、晶振產(chǎn)生，精度高，定時圍寬；有記數(shù)功能。5) 可靠、維護看：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護性能差；PLC無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。2.3 變頻調(diào)速控制升降機的特點隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻技術(shù)是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用圍與其它許多優(yōu)點而被國外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式7。1) 變頻調(diào)速升降機使用的是異步電

29、動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。2) 變頻調(diào)速電源使用了先進的SPWM技術(shù)SVPWM技術(shù)，明顯改善了升降機運行質(zhì)量和性能;調(diào)速圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機調(diào)速。3) 變頻調(diào)速升降機使用先進的SPWM和SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯2.4 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在升降機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點：1) 深入了解和分析升降機的工藝條件和控制要求。2) 確定I/O設(shè)備。根據(jù)機械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸

30、入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。3) 根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。4) 分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5) 設(shè)計升降機系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個升降機系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。6) 將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計升降機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計是本設(shè)計的基礎(chǔ)，包括PLC的選型和I/O口的確定與分配，變頻器的選擇與參數(shù)設(shè)置。3.1 PLC的選型在工程應用中可選用的PLC機型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRO

31、N公司的C系列、西門子等，它們功能都差不多，在工程應用中各有千秋，至于要選擇哪種機型，就要根據(jù)自己的設(shè)計需要與應用水平。因為根據(jù)轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為升降機是雙向運行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。就本次四層升降機的設(shè)計而言，上述三種機型都行，但根據(jù)市場的實際情況，本次設(shè)計采用西門子SIMATIC S7-300系列PLC機型9。SIMATIC S7系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)。其中，小型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置為8 DI/6DO，可擴展27個模塊，最大I/O點數(shù)

32、為64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高檔性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以與大規(guī)模應用的首選產(chǎn)品8。SIMATIC S7-300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能如下：1) 高速的指令處理0.10.6 的指令處理時間在中等到較低的性能要求圍開辟了全新的應用領(lǐng)域。2) 人機界面方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)，因此人機對話的編程要求大大減少。3) 診斷功能CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)

33、監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。4) 口令保護多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)，防止未經(jīng)允許的復制和修改。5) 操作方式選擇開關(guān)操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就能防止非法刪除或改寫用戶程序。6) 方便用戶的參數(shù)賦值一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓的費用。7) 浮點數(shù)運算用此功能可以有效的實現(xiàn)更為復雜的算術(shù)運算。SIMATIC S7-300系列PLC是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應用，模塊化，無排風扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小

34、規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的解決方案。SIMATIC S7-300有著廣泛的應用領(lǐng)域，主要包括：紡織機械、各種機床、通用機械工程應用、電器制造工業(yè)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用接口模塊對PLC進行擴展。S7-300是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架(導軌)或多個機架上。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。CPU314/315/315-2DP

35、最多可擴展4個機架，IM360/IM361接口模塊將S7-300背板總線從一個機架連接到下一個機架，SIMATIC S7-300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖2.1所示。它的主要組成部分有導軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。圖3.1 S7-300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖S7-300系列PLC模塊性能簡介1) CPU模塊S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU31

36、4 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進行編程。2) 信號模塊 數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。 數(shù)字量輸入模塊SM321

37、有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。 數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300部信號電平轉(zhuǎn)換成為過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。晶體管輸出模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果與應用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。 模擬量輸入模塊SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A

38、/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設(shè)定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選四檔積分時間：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相對應的以位表示的精度為8、12和14。 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×l2位模塊、2AO×12位模塊和4AO×l6位模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。采用4

39、線回路能獲得比較高的輸出精度。3) PS307電源模塊PS307是西門子公司為S7-300專配的24VDC電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2A、5A、10A三種)，其工作原理和各種參數(shù)都一樣。PS307可安裝在S7-300的專用導軌上，除了給S7-300 CPU供電外，也可給I/O模塊提供負載電源。4) 接口模塊(IM)接口模板(IM360/361)用來在機架之間傳遞總線。IMS接口代表發(fā)送，IMR接口代表接收。接口模板必須安裝到特定的插槽。5) 通訊處理器模塊CP340/CP341通訊處理模塊用于建立點對點的低速連接，最大傳輸速率為19.2kbps。有三種通信接口：RS-23

40、2C，20mA(TTY)和RS-422/RS-485，有多種通訊協(xié)議可以使用。3.2 PLC的CPU選型S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。在本設(shè)計中選用CPU 312 IFM，它是一種緊湊型 CPU，用于對處理速度要求很高的應用。集成數(shù)字量輸入/輸出，支持直接連接過程。這對于升降機的速度控制很適。3.3 PLC系統(tǒng)配置PLC系統(tǒng)配置的四個方面：1、PS 307 5A：6ES7 307-1EA00-0AA0負載電源 120 / 230 VA

41、C:24 VDC / 5 A；2、CPU 314：6ES7 314-1AE01-0AB024 KB 工作存儲器;0.3 ms/1000 條指令;MPI 連接;多排最多可組態(tài) 32 個模塊；3、DI16xDC24V:6ES7 321-1BH00-0AA0數(shù)字輸入模塊 DI16 24 V，分成 16 組，不能和主站總線的子模塊進行組態(tài)；4、DI16/DO16x24V/0.5A：6ES7 323-1BL00-0AA0數(shù)字 I/O 模塊 DI16 24 V + 16DO 24 V / 0.5 A；系統(tǒng)配置圖如下圖3.2 系統(tǒng)配置圖1圖3.3 系統(tǒng)配置圖23.4 變頻器的選擇變頻器的種類很多，并且根據(jù)不

42、同的種類可分為：交交變頻器，電壓型變頻器，電流型變頻器，PAM變頻器，PWM變頻器，U/f控制變頻器，VC控制變頻器，SF控制變頻器，通用變頻器，高性能專用變頻器和高頻變頻器。升降機的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇中的一項重要容。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證升降機按理想的給定速度曲線運行，以改善升降機運行的舒適感；另外，由于升降機在建筑物的耗電量占建筑物總用電量的相當比例，因此，升降機節(jié)約用電日益受到重視7?？紤]以上各種因素，本設(shè)計選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器。它具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補償、負載轉(zhuǎn)矩自適應等一系列先進功能，可以最大限度地提高

43、電機功率因數(shù)和電機效率，同時降低了電機運行損耗，特別適合升降機類負載頻繁變化的場合。另外，VS-616G5變頻器的啟動、制動具有可任意調(diào)節(jié)的S曲線和零頻仍可輸出150%力矩的特點，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達0. 010. 02%使得升降機運行舒適感好，速度抱閘，平層精度高。無須配專用電機，可自學習所配電機的各個參數(shù)，精確控制任何品牌的電機。采用高性能IGBT，載波頻率20KHZ，從而使變頻器輸出一個不失真的正弦流波形，使電機始終運行于靜噪音狀態(tài)。VS-616G5型變頻器是安川電機公司面向世界推出的21世紀通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的

44、自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍6。VS-616G5變頻器的特點如下:1) 包括電流矢量控制在的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。2) 有豐富的藏與選擇功能。3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。VS-616G5型變頻器的標準規(guī)格如表3.1所示表3.1 VS-616G5型變頻器的標準規(guī)格220V級輸出特性最大輸出電壓3相,200/208/220/230V(對應于輸入電壓)額定輸出頻率最大400Hz額定輸入電壓頻率3 相，200/208/220V 50Hz200/208/220/230V 60Hz電源允許電壓波動+10%，-15%允許頻率波動&#

45、177;5%400V級輸出特性最大輸出電壓3相,380/400/415/440/460V(對應于輸入電壓)額定輸出頻率最大400Hz額定輸入電壓頻率3相,380/400/415/440/460V 50-60Hz電源允許電壓波動+10%，-15%允許頻率波動±5%控制特性控制方式正弦波PWM (V/f控制、帶PG反饋的V/F控制、開環(huán)矢量、閉環(huán)矢量控制4種控制方式任選性)啟動力矩150%/1Hz(帶PG, 150%/Ormin)速度控制圍1:100(帶PG, 1:1000)速度控制精度±0. 2%(帶PG，±0. 02%)速度響應5Hz(帶PG, 30Hz)力矩限制

46、可采用(參數(shù)設(shè)定：4級可變)力矩精度±5%力矩響應20Hz(帶PG, 40Hz)頻率控制圍0. 1400Hz頻率控制精度數(shù)字指令:0. 01% ( -10 0C+40 )模擬指令:0.1% (250±10 )變頻器的參數(shù)設(shè)置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關(guān)量而不用模擬量。1) VS-616G5變頻器的參數(shù)616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表3.2 表3.2 VS-616G5變頻器的參數(shù)參數(shù)功用A組確定控制模式B組選擇運行功能C組確定加減速時間與轉(zhuǎn)矩補償時間D組選擇頻率E組確定運行電壓頻率曲線F組保護設(shè)置G

47、組確定偏差標準2) 參數(shù)設(shè)計的原則： 減小啟動沖擊與增加調(diào)速的舒適感，其速度比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些。 提高了運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車擊。 速度為零時一般設(shè)計為0Hz，速度抱閘的功能將影響舒適感。 變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入，具體的設(shè)置如表3.3安川616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置表表3.3 安川616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置參數(shù)名稱設(shè)定值說明A1-02控制方式選擇2不帶PG矢量控制方式B1-01頻率指令選擇1B1-02運行指令選擇1B1-03停止方法選擇0B1-04反轉(zhuǎn)禁止選擇0B2-01零速電平選擇0.1HzB2-0

48、4停止時直流制動時間1.0SC1-03加速時間22.0SC1-04減速時間22.0SC2-01加速開始時s型曲線時間0.6SC2-02加速完了時s型曲線時間0.6SC2-03減速開始時s型曲線時間0.6SC2-04減速完了時s型曲線時間0.6SC5-01ASR比例增益15C5-02ASR積分時間13SD1-09檢修速度200rpmE1-01輸入電壓設(shè)置380E1-04最高輸出頻率50HzE1-05最大電壓380E1-06額定電壓頻率50HzE1-09最低輸出頻率電壓0VE2-01電機額定電流按電機銘牌設(shè)置E2-02電機額定滑差按電機銘牌設(shè)置E2-03電機空載電流按電機銘牌設(shè)置E2-04電機極數(shù)

49、按電機銘牌設(shè)置F1-01PG常數(shù)根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器銘牌設(shè)置F1-02PG斷線檢測時的動作選擇0F1-03超速時的動作選擇03.5變頻器調(diào)速方式的確定在施工升降機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，一臺變頻器同時帶動三臺電動機，所以采用開環(huán)形式控制。即根據(jù)所需電動機的轉(zhuǎn)速，適當?shù)乜刂乒ゎl電源的頻率，而頻率的變化必然會引起電動機磁通的變化。為充分利用電動機的鐵心，保持磁通恒定，就要使電壓和頻率的比值保持恒定采用控制的變頻器控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低多用于對精度要求不高的通用變頻器。在本設(shè)計中采用恒比例控制方式，這種控制方式是在調(diào)頻的同時調(diào)節(jié)電壓，維持u1/f1=const。當頻率較高時，定子電阻壓降可忽略不計，這時，u1

50、E1 磁通近似不變。根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式，當有功電流額定，m 恒定時，電動機的轉(zhuǎn)矩不變，因而這種恒比例控制方式屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)。而當頻率較低時，定子電阻壓降不可忽略，E1和u1相差較大，即使u1/f1恒定，E1/f1也不再近似為常數(shù)。最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率f1的降低而減少，起動轉(zhuǎn)矩也將減少，甚至不能帶動負載，所以恒比例控制方式只適用于調(diào)速圍不大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減少的負載，這正適合升降機的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3.6 升降機的主要組成部分 1) 升降機轎廂轎廂是運送乘客和貨物的升降機組件，是升降機的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。2) 曳引機曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使升降機運行。曳引系統(tǒng)

51、主要是曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪。3) 升降機井道與導軌升降機井道是用以供升降機轎廂運行的通道。升降機導軌就是在轎廂和墻壁之間的軌道，上面有輪子在滑動，表面很光滑，用廂導軌支架來支撐。它可以用來防止轎箱晃動。貨梯和客梯上都裝有。4) 導向系統(tǒng)導向系統(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軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導軌架組成。5) 門系統(tǒng)門廳系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門廳系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。6) 重量平衡系統(tǒng)平衡系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在升降機工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之，保證升降機的曳引傳動正常

52、。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。7) 電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實現(xiàn)升降機速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。8) 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對升降機的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要是操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏，平層裝置，選擇樓層器。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使升降機可靠運行。導向系統(tǒng)以與機械安全保護裝置組成;而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成3，下面為升降機電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖。圖3.2 升降機電氣控制系統(tǒng)主回路根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的升降機電氣控制系統(tǒng)主

53、回路原理圖如圖3-3所示。圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1KM4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對升降機的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，用于升降機運行過載時斷開主電路。FU1為熔斷器，起過電流保護作用2。圖3-3 升降機曳引電機與門電機電路圖3.7 I/O點數(shù)的估算采用PLC構(gòu)成四層簡易升降機電氣控制系統(tǒng)。升降機的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為升降機上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以與下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上升呼叫按鈕K3和指示燈H3以與下降呼叫按鈕K5和指示燈H

54、5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關(guān)SQ1SQ4。升降機有一至四層呼叫按鈕K10K7和指示燈H10H7；升降機開門和關(guān)門按鈕SB5和SB6，升降機開門和關(guān)門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關(guān)門到位由行程開關(guān)ST1檢測，開門到位由行程開關(guān)ST2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。綜上所述，輸入點共有20個，輸出點數(shù)有16個?？删幊炭刂破鱏7-300的I/O點數(shù)可達32/32個，足以滿足要求。具體的I/O分配如表3.3PLC I/O分配表3.3 PLC I/O分配如表序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點1一層平層I0.01升降機

55、上行記憶Q0.02二層平層I0.12升降機下行記憶Q0.13三層平層I0.23電機正轉(zhuǎn)Q0.24四層平層I0.34電機反轉(zhuǎn)Q0.35呼第一層樓I0.45呼第一層樓指示Q0.46呼二樓I0.56呼二樓指示Q0.57呼三樓I0.67呼三樓指示Q0.68呼四樓I0.78呼四樓指示Q0.79一層外呼上行I1.09一層外呼上行指示Q1.010二層外呼上行I1.110二層外呼上行指示Q1.111三樓外呼上行I1.211三樓外呼上行指示Q1.212二樓外呼下行I1.312二樓外呼下行指示Q1.313三樓外呼下行I1.413三樓外呼下行指示Q1.414四樓外呼下行I1.514四樓外呼下行指示Q1.515手動開門I2.015門電機正轉(zhuǎn)Q1.616手動關(guān)門I2.116門電機反轉(zhuǎn)Q1.717開門限位開關(guān)I2.218關(guān)門限位開關(guān)I2.319升降機上升極限位I2.420升降機下降極限位I2.5圖3-4升降機PLC外部接線圖4 系統(tǒng)軟件開發(fā)梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被設(shè)計人員掌握