基于PLC的五层轿厢式电梯控制系统Word文档格式.docx
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1.2.1国外电梯发展情况-2-
1.2.2国内电梯发展情况-3-
1.3本论文主要研究内容:
-4-
第2章五层电梯控制分析-5-
2.1电梯的分类-5-
2.2电梯的构造及用途说明-5-
2.3、电梯模型结构简介-8-
2.3.1轿厢升降拖动系统-8-
2.3.2门拖动系统-9-
2.3.3电梯的呼叫系统和指示系统-9-
2.3.4电梯安全保护系统-9-
2.4变频器简介-10-
2.5电梯变频控制特点-11-
2.6轿厢开关门控制流程-12-
2.7电梯上下行控制流程-13-
2.8电梯平层控制-14-
第3章五层电梯的硬件设计-15-
3.1电梯运行的速度曲线-15-
3.2电梯控制性能要求-16-
3.3S7-200PLC的系统配置-17-
3.45层5站电梯电器元件表及I/O端口号表格-19-
3.5电梯控制系统部分电气图-20-
第4章电梯控制系统软件设计-22-
4.1STEP7-Micro/WIN编程软件概述-22-
4.1.1STEP7-Micro/WIN软件窗口组件-22-
4.2西门子PLC的基本指令简介-23-
4.2.1指令基本格式-23-
4.2.2操作数的表示方法-24-
4.2.3基本逻辑指令简介-24-
第5章系统调试及上位机监控系统设计-26-
5.1系统的调试-26-
5.1.1建立PC及PLC的通信连接线路并完成参数设置-26-
5.1.2程序下载:
-27-
5.1.3运行和调试程序。
-28-
5.1.4、监控程序状态-28-
5.2上位机监控系统-29-
5.2.1、软件WinCCflexible介绍-29-
5.2.2监控界面设计及说明-29-
第6章总结-32-
6.1结论-32-
6.2展望-33-
致谢-34-
参考文献-35-
附录电梯程序-36-
第1章绪论
1.1电梯的起源及发展
电梯的雏形是升降机。
升降机起源十公兀前236年的古希一腊,由一名为阿基米德的人设计而成。
在我国北方,我们的祖先使用的水井护辘,也是一种人力卷扬机。
1835年,人们开始采用蒸汽机作为升降机的动力,才出现世界上第一台以蒸汽机为动力的载货升降机,并应用十工厂的生产运输,升降机开始发展。
1853年,美国人奥的斯研究出一种用十升降机的安全装置。
这种安全装置使得轿厢能够正常运行,而且可以避免轿厢由十钢丝绳断裂而导致的下坠,保证了乘载人员的安全。
它是现代电梯安全钳的胚体,为升降机的发展奠定基础。
1858年,出现了世界上第一台以蒸汽机作动力,并带有安全装置的载人升降机。
这为以后不断发展的高楼大厦提供了重要的垂直运输工具。
1889年,奥的斯升降机公司率先使用直流电动机作为升降机的动力。
电动机具有体积小、功率大,控制方便等优点,从而使电梯真正趋十实用化。
由十是以电力带动轿厢升降,所以人们称之为“电梯”。
1903年,电梯的传动机构和安全性能有了重大改进。
电梯以磨擦曳引形式取代传统的鼓轮绕绳式,以曳引轮取代了绳鼓。
钢丝绳悬挂在曳引轮上,一端与轿厢连接,另一端与对重装置连接,靠钢丝绳与绳轮间的静磨擦力带动轿厢运行。
曳引式电梯的特点是轿厢与对重作相反运动,一升一降,钢丝绳不需要缠绕,长度不受限制,根数也不受限制。
这样,使电梯的提升高度和载重量都得到了提高。
曳引式电梯是靠磨擦传动,如电梯失控,轿厢冲顶,只要对重被底坑中的缓冲器阻挡,钢丝绳与曳引轮绳槽间就会发生打滑而避免发生撞击顶楼板和断绳的重大事故。
由十曳引式电梯具有这些特点,因此得到发展,并一直沿用至今。
电梯在动力发展的比较成熟后,人们便开始注重电气控制及速度调节问题的研究。
1915年自动平层控制系统设计成功;
1924年又发展了信号控制系统,使电梯司机操纵大大简化;
1928年开发了集选控制电梯。
第二次世界大战后,电梯进入发展高峰期,新技术特别是电子技术的发展,极大的推动了电梯的发展。
1949年出现了群控电梯,使用于纽约的联合国大厦。
1955年出现了小型计算机控制的电梯。
1967年可控硅技术应用于电梯,使电梯的拖动系统简化,性能提高。
1971年集成电路被应用于电梯,随后又出现了数控电梯。
1976年微处理机(电脑)开始应用于电梯,使电梯的电气控制进入了一个崭新的发展时期。
八十年代,又出现了调频、调压高速交流电梯,最高速度达6米/秒,从而又开拓了电梯电力拖动的新领域,结束了直流电梯独占高速领域的局面。
1992年12月奥的斯公司在日本东京附近的Narita机场安装了水平穿梭人员运输系统。
穿梭轿厢悬浮于气垫上,平滑无声地运行,速度可达9.00m/s。
1993年三菱电机公司在日本横滨地区Landmark的大厦安装了12.50m/s速度的超高速乘客电梯,是当时世界速度最快的乘客电梯。
1996年奥的斯公司引入Odyssey集垂直运输与水平运输的复合运输系统的概念。
该系统采用直线电机驱动,在一个井道内设置多台轿厢。
轿厢在计算机导航系统控制下,可以在轨道网络内交换各自运行路线。
2000年,深圳开始出现IC卡电梯控制系统,深圳市旺龙智能科技有限公司在中行苑安装了第一套IC卡电梯控制器,灵活、智能化地控制了电梯的运行管理。
随着人们对安全、智能、节能的要求越来越高,IC卡电梯控制系列产品将广泛地安装在各种大厦中的电梯。
从电梯的发展历史看,每当解决了涉及电梯安全性能的重大技术后,电梯的发展就会进入一个新的发展阶段。
在过去,电梯的发展着重解决电梯的安全问题,在大力倡导节能环保的今天,电梯将不断往节能的方向发展,同时,也兼顾电梯的舒适度、安全性、快速性等问题。
1.2电梯的发展现状
1.2.1国外电梯发展情况
电梯是集机电一体的智能系统,设计到机械技术、电子技术、电气技术等。
电梯的生产数量及使用情况成为衡量一个国家经济情况、工业化程度的重要指
标。
目前,世界知名的生产电梯的公司主要有美国奥的斯公司、日本三菱公司、日立公司和芬兰科恩等公司,他们占世界一半的电梯市场,其中,尤以美国奥的斯公司的实力最强,也是最早设计、生产电梯的公司。
电梯作为垂直交通工具,已完全参透到人们的生活当中,特别是在高楼大厦中,电梯更发挥着不可替代的作用,是人们必须的交通工具。
随着社会的发展,对电梯的设计要求也不断提高,不仅涉及到机械传动、电气控制、电子技术和土
建等工程领域,还设计到电梯的可靠性、舒适性、环保性、美观性等问题。
对于现代电梯,应具有高度安全性并不断往节能,群控,网络化、信息化等方向发展。
电梯已成为人们工作、生活的一部分,据相关统计,美国每年乘电梯的人数达540亿人次,而乘坐其他交通工具的人数却为80亿人次。
近年来,电梯普遍采用变频技术,即VVVF电梯(调频调压调速电梯)。
变频调速采用先进的SPWM(脉冲宽度调制)技术,明显改善了电动机供电电源的质量,谐波少,起有效的节能效果。
与传统的交流双速电梯相比,VVVF电梯控制技术采用控制器或微机控制,经过周密计算,电梯在启动、制动及加速时,速度过渡比较平稳,乘坐者都没有明显感觉,可以达到相当高的舒适性。
变频调速电梯以其优异的调速性能、起制动性能以及高功率因素、节能等优点已被广泛应用,是国际上公认的最有发展前途的调速方法,成为现代电梯行业的一个热点。
1.2.2国内电梯发展情况
我国的电梯发展起步比较晚,解放前,全国大概只有2000台电梯,几乎没有生产电梯的能力,解放后,才开始出现电梯企业,到20世纪70年代,电梯产业出具规模。
改革开放以来,由于我国经济的高速发展,国内对电梯的需求量急剧上升。
通过引进国外知名电梯企业,学习其先进技术,逐渐形成了以中外合资为主体的外向型企业队伍,比如中国迅达公司、天津奥的斯公司、上海三菱公司、广州电梯工业公司等企业。
近年来,中国的电梯产业得到快速发展,形成了自主品牌,通过学习发展国家的先进管理方法和技术,不断改善现有产品的结构和管理机制,使得电梯质量、企业综合竞争力得到极大提升并开始推出新一代的产品。
目前,我国的电梯正朝着节能的方向突飞猛进。
据统计,我国节能电梯的普及率还很低,可节电到30%以上的无齿轮电梯普及率不到10%,可再生的造能电梯普及率更是不到2%,因此,节能电梯在我国存在着广袤的发展市场。
我国政府提出发展环境友好型社会,降低企业生产能耗,在节能方面给予更多的政策和资金支持。
这为发展节能型电梯提供发展契机,为其搭建了发展的平台。
专家预计,在今后的10年内,我国的电梯市场将保持20%的递增速度,每年销售额至少为500亿美元。
当然,节能电梯技术应与其他技术相结合。
与节能相比,使用者更看重电梯的安全性。
传统电梯安全部件正在改用双向安全系统,电梯使用的安全技术也在不断扩大。
将节能技术和其他安全技术相结合有利于提升产品品质,更容易进入采购商的视野。
我国电梯技术虽然与世界先进水平还有一定的差距,但是由于国内巨大的市场需求量以及国内电梯生产厂商不断提高的管理机制和技术,为我国电梯产业注入了新鲜的血液和活力,中国正在以迅猛的速度赶超世界先进水平。
1.电梯的运行分析
2.电梯的程序设计与调试
3.电梯的通信
第2章五层电梯控制分析
2.1电梯的分类
电梯的分类非常丰富,根据使用性质、驱动方式、运行速度等不同,有多种分类方法。
按照用途分,可分为乘客电梯、载货电梯、医用电梯、观光电梯、车辆电梯、建筑施工电梯和船舶电梯等。
乘客电梯是为运载乘客而设计的电梯,必须有完善的完全装置,对于载货用等其他电梯,只要有必备的安全装置即可。
按照驱动方式分,可分为直流电梯、交流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯等。
直流电梯指的是曳引电动机是直流电机,交流电梯则为交流电机。
交流电梯按照调速方式不同,还可分为交流单速电梯、交流双速电梯、交流调速电梯和变频调速电梯。
按照运行速度分,可分为低速电梯、快速电梯、高速电梯等。
低速电梯是指运行速度不大于1米/秒,快速电梯是运行速度大于1米/秒,小于2米/秒的电梯,高速电梯是指速度在2米/秒以上的电梯。
按照电梯有无司机分,可分为有司机电梯、无司机电梯和有/无司机电梯。
司机电梯是电梯的运行由专职司机操纵来完成,无司机电梯是乘客进入电梯轿厢,按下操纵盘上的要求进行操作来控制电梯运行的。
按照操作类型分,可分为手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯等。
手柄开关操纵电梯是由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯,按钮控制电梯,由按钮控制电梯的运行,具有自动平层,信号控制电梯是自动控制程度较高的有司机电梯,集选电梯是具有高度自动控制的电梯,群控电梯是多台电梯公用外部的召唤信号,具有集选功能。
2.2电梯的构造及用途说明
电梯是一种特殊的起重运输设备,由较厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。
(示意图如下图2-1,结构图如图2-2)
轿厢是载人或装货的部位
配重是为了改变电梯电机负载特性以提高电梯安全性而设置的,电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端,钢丝绳跨挂在曳引轮上曳引轮经减速机构有点急拖动,形成轿厢的上下运动。
井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道,轿厢及配重都是在井道进行的。
井道在各层都设有门厅及呼梯设备。
门厅有门厅门,厅门顶部装有层楼指示器,用于指示电梯的运行方向及电梯所在位置。
门厅里还设有呼梯盒,用于在每层站召唤电梯。
呼梯盒常安装在厅门外离地1m左右的墙壁上,基站与顶站只有一个按钮,中间层站有上下呼两个按钮,按钮下带有呼梯记忆灯。
为了实现轿厢正常运行及准确停车,井道中往往要安装许多定位装置及安全设备。
井道的顶部和底部还设有冲顶及蹲底的缓冲设备。
轿厢内的自动门机是用来实现电梯的开门及关门。
电梯门分厅门及轿厢门,当电梯停靠某层时,此层的厅门在轿厢门的带动下开启即关闭。
电梯的操纵厢也安装在轿厢内,供司机及乘客对电梯发布操作命令。
上面设有与电梯层数相同的内选层按钮(带内选记忆指示灯),上下行启动按钮(带上下行记忆指示灯),开关门按钮,急停按钮,风扇、照明、层数指示灯的控制开关,电梯运行状态选择钥匙开关等。
电梯的安全设备有:
安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关等。
安全窗位于轿厢的顶部,供应急情况下疏散乘客,当安全窗打开时电梯不准运行。
安全钳是为了防止电梯曳引钢丝绳断裂及超速运行的机械装置,用以在上述情况下讲轿厢夹持在轨道上。
限速器是是检测电梯运行速度的装置,当电梯超速运行时限速器动作,带动安全钳使电梯停止运行。
极速开关、强迫换速开关是电梯位置安全装置,当电梯运行至上下极限位置时仍不停车,上下限开关动作,发出停车信号,若仍不能停车,将压下强迫停车开关,强制电梯停止运行,若还不能停车,将通过机械装置带动极限开关切断曳引电动机电源,以达到停车的目的,避免电梯出现冲顶与蹲底事故。
图2-1
图2-2
2.3、电梯模型结构简介
2.3.1轿厢升降拖动系统
电梯顶部装有微型直流电机和减速机构组成的升降拖动系统,拖动轿厢和对重装置作升降运动。
图2-3示出了电梯轿厢运动的过程,编号3为钢丝绳,两头连接着轿厢和对重装置,钢丝绳与曳引轮产生摩擦力,拖动轿厢做上下运动,(a)图中,轿厢在上方,对重装置(编号4)在下方,在曳引轮的带动下,轿厢下降,对重装置上升,如(b)图所示。
升降电机采用电压变频调速,分高速和低速两档。
为了改善舒适性,要求电梯能平滑减速为零,准确平层,即“无速停车抱闸”,不出现运行或低速抱闸,产生震动。
电机转轴上装有旋转编码器,它随着转轴运行并产生两相相互正交的脉冲波A相、B相。
PLC对两相脉冲波进行正交计数,正转增计数,反转减计数,计数结果作为电梯换速信号和楼层平层使用
图2-3
2.3.2门拖动系统
在轿厢顶部装有微型直流电机,用于驱动轿厢门的开和关,图2-4示出了常见的一种门拖动系统,(a)图轿厢门为开状态,当按下关按钮时,轿厢顶部的电机旋转,驱动轿厢门开,开门后的状态,如图(b)所示。
若要改进轿厢门的开关门形式,也可以采用变频调速的形式。
轿厢运行到不同楼层时,由轿厢上的门刀拖动该层层门同时作开、关门动作。
图2-4
2.3.3电梯的呼叫系统和指示系统
电梯的呼叫系统包括内选按钮和外呼按钮,内选按钮拥有8个,底层到5层每层对应1个按钮;
外呼按钮有10个,除底层和顶层只有上呼按钮和下呼按钮外,其余各层(1层—4层)各有两个按钮,用于上呼和下呼。
电梯指示系统也分为两部分,一部分是记录内选按钮的情况,另一部分是记录外呼按钮情况,每个按钮对应一个指示灯。
2.3.4电梯安全保护系统
为保证电梯运行的安全,保障乘客人身安全和货物的安全,电梯系统中设有各种安全系统。
(1)限速器和安全钳保护系统,当发生以外事故时,如钢丝绳断裂、曳引轮蜗轮蜗啮合失灵等原因引起轿厢运行超速或者高速下滑,这时限速器会紧急制动,通过安全钢索及连杆机构,带动安全钳动作,使轿厢在导轨上停止下滑。
(2)轿厢、对重弹簧缓冲装置,缓冲器是电梯极限位置的安全装置,当电梯因故障,造成轿厢或对重蹾底或冲顶时(极限开关保护失效),轿厢或对重撞击弹簧缓冲器,由缓冲器吸收电梯的能量,从而使轿厢或对重安全减速直至停止。
(3)终端极限开关安全保护系统,在电梯井道的顶层及底层装有终端极限开关。
当电梯因故障失控,轿厢发生冲顶或蹲底时,终端极限开关切断控制电路,使轿厢停止运行。
(4)门安全保护装置,在轿厢门的边沿上,装有活动的安全触板。
当门在关闭过程中,安全触板与乘客或障碍物相接触时,通过与安全触板相连的联杆,触及装在轿厢门上的微动开关动作,使门重新打开,避免事故发生。
(5)门机力矩安全装置,门机用一定的力矩同时关闭轿厢门和层门。
当有物品或人夹在门中时,就增加了关门力矩,于是通过相连的行程开关使轿厢门和厅门自动重新打开,从而避免事故发生。
(6)厅门自动闭合装置,电梯层门的开与关,是通过安装在轿门上的开门刀片来实现的。
每个层门都装有一把门锁。
层门关闭后,门锁的机械锁钩啮合,同时层门与轿门电气连锁触头闭合,电梯控制回路接通,此时电梯才能启动运行。
2.4变频器简介
变频器是将工频电源变成另一种频率的电能控制装置。
目前,我们所使用的变频器主要采用交-直-交方式,即先把工频电源(50HZ)经过整流装置整流成直流,再把直流电源转换成频率、电压均可变的交流电。
它一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成,如图2-5所示。
整流由整流桥实现,将方向不断改变的交流电变成方向单一的直流电,中间直流环节起滤波、储能、缓冲无功功率的作用,逆变器为IGBT三相桥式逆变器,输出PWM波形
图2-5交-直-交变频器的结构框图
2.5电梯变频控制特点
交流电梯的调速方法主要有三种:
变极调速(双速)、交流调压调速(ACVV)和变频变压调速(VVVF),其中VVVF被认为是一种最理想的交流电梯调速方法,代表了现代电梯控制技术发展方向。
随着现代电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的发展,近年来VVVF电梯调速系统发展十分迅猛,在工业发达国家已经得到普遍应用,正在逐步取代ACVV调速和直流调速电梯。
VVVF调速的主要优点有如下两个方面:
1、优越的调速性能。
VVVF调速电梯在起动和制动过程中,通过变频器均匀改变电机供电的频率和电压,达到平滑调节电梯的目的,以获得良好的乘座舒适感。
VVVF系统的调速性能明显优于ACVV系统,与直流调速系统相近。
2、明显的节能效果。
由于VVVF电梯调速系统在电梯起动时采用降频软起动,电机起动电流很小,不超过额定电流。
而同样的ACVV电梯在工频(50HZ)下起动,电梯起动电流可达额定电流的3~5倍。
在电梯的制动段,VVVF电梯调速系统工作于发电制动状态,不从电网中取得电能,而ACVV电梯调速系统则需从电网中取得能耗制动电流,不仅浪费电能,而且引起电机发热。
此外,VVVF系统的功率因数较高(≈1)。
VVVF电梯调速系统比ACVV系统节能约40%~50%,同传统的机组式直流电梯相比可节能70%左右。
3变频调速电梯使用的是异步电动机,比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠近好、价格低等优点。
2.6轿厢开关门控制流程
为了使电梯能够及时、准确平层,每一楼层都必须先确定好上、下平层的高度值。
当电梯上行时,在要停靠楼层碰到下平层信号,电梯则由高速转为低速运行再平层。
当电梯下行时,在要停靠楼层碰到上平层信号,电梯则由高速转为低速运行再平层。
轿厢的开门条件是遇到平层信号且电梯的停止运行,轿厢的关门条件有:
一是乘客按下关门按钮,二是开门后一段时间内,未检测到有乘客按关门按钮,则自动关门,如图2-6则为轿厢控制流程图
图2-6轿厢开关门控制流程
2.7电梯上下行控制流程
电梯上行的总体原则是,当电梯上行时,若较轿厢所在楼层
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