八層八站人貨兩用電梯PLC改造

畢業(yè)辯論03機(jī)電3班黃楊8層8站人貨兩用電梯PLC改造指導(dǎo)老師：趙建偉第一章緒論

1.2可編程序優(yōu)勢(shì)、特點(diǎn)及控制器的功能可編程控制器以體積小、功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)?？删幊炭刂破鞯膬?yōu)點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)通用性強(qiáng)，使用方便采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便編程語言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短對(duì)生產(chǎn)工藝改造適應(yīng)性強(qiáng)安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維修工作量小

第二章電梯設(shè)備及與電梯開展動(dòng)態(tài)2.1電梯的根本結(jié)構(gòu)曳引式電梯是垂直交通運(yùn)輸工具中使用最普遍的一種電梯。其根本的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、平安保護(hù)系統(tǒng)。圖3-1是電梯的拖動(dòng)示意圖，圖中可見電梯的轎廂及配重分系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩跨掛在曳引輪上，曳引輪經(jīng)減速機(jī)構(gòu)由電機(jī)拖動(dòng)，形成轎廂的上下運(yùn)動(dòng)。圖3-1電梯拖動(dòng)示意圖1-電動(dòng)機(jī)；2-減速結(jié)構(gòu)；3-曳引輪；4-鋼絲繩；5-轎廂；6-對(duì)重曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪及反繩輪等組成。曳引機(jī)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速箱、機(jī)座、曳引輪等組成，它是電梯的主拖動(dòng)機(jī)械，驅(qū)動(dòng)電梯的橋廂和對(duì)重裝置作上、下運(yùn)動(dòng)。曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對(duì)重〔或者兩端固定在機(jī)房上〕，依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力來驅(qū)動(dòng)轎廂升降。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對(duì)重的間距，采用復(fù)繞型時(shí)還可增加曳引能力。導(dǎo)向輪安裝在曳引機(jī)架上或承重梁上。

2.1.2導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架和導(dǎo)靴等組成。它的作用是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。

導(dǎo)軌導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接。導(dǎo)軌架它固定在井道壁或橫梁上，是支撐和固定導(dǎo)軌用的導(dǎo)靴分固定導(dǎo)靴、滑動(dòng)彈簧導(dǎo)靴和膠輪導(dǎo)靴。導(dǎo)靴裝在轎廂和對(duì)重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)服從于導(dǎo)軌的直立方向。

門系統(tǒng)門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機(jī)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴和門刀等組成。層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴、門鎖裝置及應(yīng)急開鎖裝置組成。開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟動(dòng)、關(guān)閉的動(dòng)力源。2.1.4轎廂轎廂用以運(yùn)送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。2.1.5重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。對(duì)重由對(duì)重架和對(duì)重塊組成。對(duì)重將平衡轎廂自重和局部的額定載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對(duì)重側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對(duì)電梯平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反響裝置、調(diào)速裝置等組成，對(duì)電梯實(shí)行速度控制。曳引電機(jī)是電梯的動(dòng)力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或直流電機(jī)。2.1.7電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機(jī)房中的檢修或應(yīng)急操縱箱?？刂破涟惭b在機(jī)房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實(shí)行電氣控制的集中組件。

位置顯示是指轎內(nèi)和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運(yùn)行方向或轎廂所在的層站。選層器能起到指示和反響轎廂位置、決定運(yùn)行方向、發(fā)出加減速信號(hào)等作用。2.1.8平安保護(hù)系統(tǒng)平安保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯平安使用。機(jī)械方面的有：限速器和平安鉗起超速保護(hù)作用；緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用；還有切斷總電源的極限保護(hù)等。第三章變壓變頻調(diào)速(VVVF)

電梯交流調(diào)速系統(tǒng)的類型一般可分為變極調(diào)速、變壓調(diào)速和變頻變壓調(diào)速3種。由于變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率保持不變，所以它在各種異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中是效率最高，性能也最好的。當(dāng)前，變壓變頻調(diào)速已經(jīng)是電梯調(diào)速方式中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)速方法。]3.1交流變壓變頻調(diào)速的根本原理異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

當(dāng)傳差率S變化不大時(shí)，S<<1，因此，N根本上正比于。所以，要改變交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率即可。但是，在改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，，希望勵(lì)磁電流和功率因數(shù)根本保持不變。磁通太弱，那么沒有充分利用鐵芯，電機(jī)容許的輸出轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)的功率得不到充分利用而浪費(fèi)。

假設(shè)增大磁通，將引起磁路過分飽和而使勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī).在交流異步電動(dòng)機(jī)中:對(duì)于固定電機(jī)，定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)、基波繞組系數(shù)為常量，因此，要想在改變定子頻率時(shí)候，磁通保持不變，只需同步地改變定子每相的氣隙磁通感應(yīng)電勢(shì)，使然而，繞組中的感應(yīng)電勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電勢(shì)較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，此時(shí)定子相電壓等于感應(yīng)電勢(shì)。從而我們認(rèn)為當(dāng)定子相電壓與頻率成比正比例函數(shù)時(shí)，磁通根本恒定。但是，當(dāng)頻率較低時(shí)，和都較小，定子繞組的漏磁阻抗壓降不能忽略，此時(shí)可以簡(jiǎn)單地把電壓適當(dāng)抬高，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。

第四章根本方案選擇通過多種方案的比較和對(duì)照，選擇電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器。4.1變頻器的選擇目前，市場(chǎng)流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。本設(shè)計(jì)采用的是日本安川公司生產(chǎn)的61665系列變頻器。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單豐富的保護(hù)功能除了原有變頻器的保護(hù)功能外，還參加了一些電梯適用的保護(hù)功能，例如過速保護(hù)，電梯在運(yùn)行至頂端站時(shí)，如果速度超過了正常運(yùn)行時(shí)的速度，變頻器會(huì)自動(dòng)保護(hù)，并且使電梯運(yùn)行至平層。

強(qiáng)大的電梯專用功能有與電梯控制相適應(yīng)的輸入，輸出信號(hào)。樓層記憶功能，變頻器可以根據(jù)平層信號(hào)自動(dòng)記憶樓層數(shù)。四種電梯專用運(yùn)行方式：樓層距離學(xué)習(xí)方式、檢修方式、減速點(diǎn)控制方式、復(fù)位運(yùn)行。4.2可編程控制器〔PLC〕的選擇電梯PLC控制系統(tǒng)不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運(yùn)動(dòng)的機(jī)械選層器。電梯運(yùn)行過程中，轎廂所處樓層位置如何檢測(cè)，PLC軟件如何根據(jù)給定輸入信號(hào)及運(yùn)行條件判斷或計(jì)算樓層數(shù)，是電梯正常運(yùn)行的首要問題，是正確定向和選層換速的必要前提。

4.2.1轎廂樓層位置檢測(cè)方法主要方法有如下幾種:用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān)：這種方法直觀、簡(jiǎn)單。利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān):這種方法需對(duì)磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無權(quán)代碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大。利用旋轉(zhuǎn)編碼器:目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜?jì)數(shù)單元，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測(cè)取電梯運(yùn)行過程中的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內(nèi)置24V直流電源，硬件連接可謂簡(jiǎn)單方便。由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計(jì)采用此法。4.2.2PLC的選型本系統(tǒng)有按鈕輸入3n個(gè)，感應(yīng)器輸入n+2個(gè)，行程開關(guān)輸入3個(gè);顯示輸出4n個(gè)，繼電器輸出11個(gè)，總共要求可編程控制器具有4n+5個(gè)輸入點(diǎn)，4n+11個(gè)輸出點(diǎn)根據(jù)工藝要求，還需要3個(gè)定時(shí)器。由于電梯的工藝過程和特點(diǎn)，再根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測(cè)方法，考慮I/O總體點(diǎn)數(shù)留有一定的余量，選用目前通用的三菱FX2-128MR可編程序控制器(總共128個(gè)輸人、輸出點(diǎn))。第五章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩局部組成。本文主要介紹PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。所改造的電梯為8層8站，由轎廂、開關(guān)門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。其系統(tǒng)整體硬件框圖如圖5-1所示。調(diào)速系統(tǒng)接收到PLC給出的速度信號(hào)后，控制曳引機(jī)電機(jī)以給定的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)決定發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)的速度信號(hào)，決定開門、關(guān)門、松閘等，并給出相應(yīng)的顯示。5.1傳動(dòng)主回路設(shè)計(jì)曳引電機(jī)由變頻調(diào)速器來驅(qū)動(dòng)，這里采用日本安川公司生產(chǎn)的61665系列變頻器，依據(jù)負(fù)載情況及電機(jī)容量，選用22KVA變頻器。并考慮到電梯是位能性負(fù)載，電機(jī)將作四象限動(dòng)行，因此采用變頻器制動(dòng)單元來吸收這一局部能量。當(dāng)變頻器直流線電壓高于640V時(shí)，制動(dòng)裝置自動(dòng)啟動(dòng)，通過GTR接制動(dòng)電阻，以防泵升電壓過高，損壞變頻器，保證系統(tǒng)平安可靠運(yùn)行。5.2PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是確定現(xiàn)場(chǎng)輸人、輸出信號(hào)的類型、作用和數(shù)量，然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能確定PLC的型號(hào)，構(gòu)成本錢低、性能高的PLC控制系統(tǒng)。因?yàn)殡娞葸\(yùn)行屬少位能性負(fù)載，電動(dòng)機(jī)將作四象限運(yùn)行.變頻器的選擇采用電流源型變頻器(MTCOVERT2000)是比較合理的。這樣就可以防止泵升電壓過高的損壞變頻器.保證拖動(dòng)系統(tǒng)的平安穩(wěn)定運(yùn)行。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制框圖如以下圖5-2所示：圖5-2電梯拖動(dòng)系統(tǒng)控制

變頻器中的編程參數(shù)是根據(jù)電梯的速度運(yùn)行曲線參數(shù)來確定的。至于電梯何時(shí)起動(dòng)、換速以及電梯的運(yùn)行方向是山外招信號(hào)、內(nèi)選信號(hào)、減速信號(hào)等外感信號(hào)做出決策的。PLC控制裝置接收到控制信號(hào)后向變制器發(fā)出指令，變頻器就按速度運(yùn)行曲線運(yùn)行。經(jīng)過改造后的電梯其電力拖動(dòng)系統(tǒng)便成VVVF拖動(dòng)方式。這樣就可大大的改善電梯運(yùn)行的舒適感和平層精度提高電梯的運(yùn)行性能。第六章控制系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為變頻器編程和PLC控制軟件設(shè)計(jì)。變頻器編程包括控制輸入輸出端子編程、運(yùn)行參數(shù)編程和控制參數(shù)編程，運(yùn)行參數(shù)和控制參數(shù)經(jīng)計(jì)算后獲得。PLC控制軟件主要由指層控制回路、轎內(nèi)指令與廳外召喚的登記和消號(hào)、定向與選層換速、運(yùn)行控制程序、開關(guān)門控制運(yùn)行回路、消防運(yùn)行回路組成。6.1電梯的電器控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)是由分散安裝在電梯中的電器元件、控制柜、操縱箱、指層燈箱、召喚箱、限位裝置、減速平層裝置、轎頂檢修箱等部件，以及曳引電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器線圈、開關(guān)電動(dòng)機(jī)及開關(guān)門調(diào)速開門、極限開關(guān)等組成。電梯的電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能和自動(dòng)化程度。電梯電氣控制的根本環(huán)節(jié)包括：轎廂內(nèi)指令環(huán)節(jié)、層站〔廳門〕召喚環(huán)節(jié)、定向選層環(huán)節(jié)、起動(dòng)運(yùn)行環(huán)節(jié)、平層環(huán)節(jié)、指層環(huán)節(jié)、開關(guān)門控制環(huán)節(jié)、平安保護(hù)環(huán)節(jié)、和消防運(yùn)行環(huán)節(jié)。對(duì)主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜的電梯還有電動(dòng)機(jī)調(diào)速與控制環(huán)節(jié)等。各環(huán)節(jié)之間的控制關(guān)系如圖6-1所示：圖6-1電氣控制系統(tǒng)圖6.2I/O地址分配及外圍接線圖

根據(jù)選用的FX2-128MR的輸出、輸人點(diǎn)數(shù)分配情況及計(jì)算的I/O點(diǎn)數(shù)的實(shí)際情況。圖中的元件符號(hào)及其含義如下表6-1所示：表6-1元件說明6.3指層控制回路本例中樓層信號(hào)是通過安裝于每層井道內(nèi)的感應(yīng)器及安裝在轎頂?shù)母舸虐鍋韺?shí)現(xiàn)，但由于獲得的樓層信號(hào)不連續(xù)，因而需要通過程序?qū)崿F(xiàn)X33-X38分別為1-8樓的樓層感應(yīng)器在PLC的輸入端地址。其實(shí)現(xiàn)的梯形圖如以下圖所示：6.4轎內(nèi)指令與廳外召喚的登記和消號(hào)轎內(nèi)指令和廳外召喚登記的條件是按下要登記的按鈕，假設(shè)此時(shí)電梯處在正常運(yùn)行狀態(tài)，而且電梯又不在登記的層樓，那么該登記即為有效。轎內(nèi)指令登記消號(hào)的條件是當(dāng)電梯正常運(yùn)行至登記樓層時(shí)，指令登記即被消號(hào)。廳外召喚消號(hào)的條件是:當(dāng)電梯正常運(yùn)行至廳外召喚的樓層且電梯的運(yùn)行方向與召喚按鈕的方向一致時(shí)，廳外召喚即被消號(hào)。當(dāng)在平安回路繼電器動(dòng)作、轎內(nèi)電鎖斷開、檢修等狀態(tài)下指令信號(hào)不予登記，登記的信號(hào)即刻消號(hào)。圖6-4轎內(nèi)與廳外登記和消號(hào)上述程序中的Y4為快車輔助接觸器在PLC輸出端的地址，插人Y4的常閉觸點(diǎn)是表示只有在電梯快車接觸器釋放后，到達(dá)的層站的指令登記或同運(yùn)行方向一致的廳外召喚才消號(hào)。當(dāng)然也可以不插人該觸點(diǎn)，而在電梯樓層轉(zhuǎn)換時(shí)消號(hào)。內(nèi)指令登記后，需要對(duì)登記的指令用指示燈輸出顯示，以下程序可實(shí)現(xiàn)這種功能;其中Y30-Y37為1-8樓內(nèi)指令指示燈在PLC輸出端的地址。如圖6-所示：圖6-5轎內(nèi)登記按鈕指示燈顯示廳外召喚登記、消號(hào)與指示燈輸出的程序如下。其中X16為1樓上召喚按鈕在PLC輸人端的地址，M21為PLC內(nèi)部輔助繼電器，表示1樓的上召喚繼電器，Y35為1樓上召喚指示燈在PLC輸出端的地址;X17為2樓下召喚按鈕在PLC輸人端的地址，Y41為2樓下召喚指示燈在PLC輸出端的地址。M30,M40為PLC內(nèi)部輔助繼電器，分別代表電梯的上行和下行方向輔助繼電器。梯形圖如圖6-6所示：圖6-6廳外登記消號(hào)和指示燈顯示6.5定向與選層換速電梯的定向是綜合考慮電梯的運(yùn)行方式、轎內(nèi)指令、廳外召喚及電梯所處樓層的位置的根底上，確定電梯的運(yùn)行方向。選層是在有轎內(nèi)指令或廳外召喚信號(hào)的情況下，電梯應(yīng)響應(yīng)哪個(gè)信號(hào);電梯即將到達(dá)有轎內(nèi)指令登記或與電梯運(yùn)行方向相同的廳外召喚信號(hào)的樓層時(shí)，發(fā)出換速信號(hào)。在有司機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，由轎內(nèi)指令及電梯所處的位置來確定電梯的運(yùn)行方向;在無司機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，廳外召喚信號(hào)根據(jù)電梯的所處位置來參與電梯的定向。由于確定電梯運(yùn)行方向與選層換速直接相關(guān)，通常在編制定向程序中應(yīng)適當(dāng)考慮選層換速的要求，并為換速控制作信號(hào)準(zhǔn)備。電梯PLC控制系統(tǒng)根據(jù)樓層位置檢測(cè)方法不同，有按距離原那么換速和按時(shí)間原那么換速兩種方式。旋轉(zhuǎn)