基于PLC的电梯控制系统设计Word文件下载.docx
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致谢32
英文文献及翻译资料.......................................................................................................34
1绪论
1.1本设计的背景
从19世纪50年代人类发明出真正意义上的电梯以来,电梯控制技术越来越显示出它的重要性。
伴随着我国经济的快速发展,高层的建筑日益增多,电梯成为大家日常生活必不可少的代步工具。
而现今建筑物规模越来越大,楼层也越来越多,电梯性能的好坏对人们生活的影响也越来越显著,因此人们对于电梯的调速精度、调速范围等静态与动态特性提出了更高要求——提高电梯系统性能的同时,保证电梯运行既高效节能又安全可靠。
传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变,双速异步电动机在定子回路中串电抗与电阻来实现电动机的调速,这满足不了乘客的舒适感,此外,传统的电梯的控制系统由继电器控制逻辑组成,存在着电气元件多、电气故障频繁、功能弱,可靠性差和工作寿命短等缺陷。
可编程控制器(PLC:
ProgrammableLogicController)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,它是专门为工业环境应用所设计的数字运算操作的电子装置,它的可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能,具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能,在机械、化工、电子、纺织、交通等行业德到广泛应用。
鉴于其各种优点,目前,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。
同时,得益于电机交流变频调速技术的发展,电梯的拖动方式已由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速,这不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度,还可以节约能源,降低能耗,减小运行费用。
因此,PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。
1.2本设计的意义
在电梯业也是如此,目前国内70~80年代安装完成的电梯大部分是继电器控制,线路复杂,故障率高,节点接线多,调速方式一般采用变极调速、调压调速、直流调速。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳,用户寻求对电梯的电控系统进行改造,以节约资金。
因此,对电梯控制技术进行研究,并找出一条适合国产老式电梯的改造之路,并进而提高国产电梯的技术水平和质量,具有十分重要的意义。
对于老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷,提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制电梯。
调速系统采用交流变频调速,在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能,并满足乘客的舒适感和保证平层精度(即准确停车),并能节约大量电能。
1.3本设计的内容
本次设计的主要内容如下:
首先对电梯系统及可编程控制器(PLC)和变频器作了比较全面的总结和介绍。
接着阐述了电梯控制系统的特点和分类,电梯的控制系统分为调速和信号控制等部分。
确定了系统的总体结构,由PLC来实现电梯信号控制变频器实现变频调速,完成了变频器和可编程控制器(PLC)的选择。
然后是系统硬件开发,完成了变频器的参数设置及PLC的选型、I/O点数分配以及旋转编码器与变频器的连接。
在分析了电梯系统的软件设计方法基础上,结合实际硬件电路,设计并用STEP7绘制出梯形图。
2电梯设备与电梯发展动态
2.1电梯的出现
1854年,在纽约水晶宫举行的世界博览会上,美国人格雷夫斯第一次向世人展示了他的发明-历史上第一部安全升降梯。
从那以后,升降梯在世界范围内得到了广泛应用。
以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。
150年以来,她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
自从我国实行改革开放政策以来,全国各地高层建筑不断涌现,作为高楼的垂直交通工具―电梯,其需求量日益增长。
各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。
为了确保电梯正常运行、安全使用,必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。
2.2电梯设备简介
2.2.1电梯的分类
电梯的分类有各式各样:
⑴按用途分类乘客电梯;
载货电梯;
客货电梯;
病床电梯;
住宅电梯;
特种电梯。
⑵按速度分类低速电梯1m/s以下;
高速电梯1~2m/s;
超高速电梯4m/s以上。
⑶按驱动电源分类交流电梯速度一般小于2m/s,直流电梯速度一般大于2m/s。
⑷按控制方式分类层间控制;
简易集选控制;
集选控制有无司机控制。
2.2.2电梯的主要参数
⑴载重量(kg)制造和设计规定,电梯的额定载重量。
⑵轿厢尺寸(mm):
宽*深*高。
⑶轿厢形式有单或双面开门及其他特殊要求等,以及对轿顶、轿底、轿壁的处理,颜色的选择,对电话的要求等等。
⑷轿门形式有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双折门、封闭式双折中分门等。
⑸开门宽度(mm):
轿厢门和层门完全开启时的净宽度。
⑹开门方向:
人在轿外面对轿厢门向左方向开启的为左开门,门向右方向开启的为右开门,两扇门分别向左右两边开启者为中开门,也称中分门。
⑺曳引方式:
常用的有半绕1:
1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝绳的运行速度。
半绕2:
1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝绳运行速度的一半。
全绕1:
⑻额定速度(m/s):
制造和设计所规定的电梯运行速度。
⑼电气控制系统:
包括控制方式、拖动系统的形式等。
如交流电机拖动或直流电机拖动,轿内按钮控制或集选控制等。
⑽停层站数(站):
凡在建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点均称为站。
⑾提升高度(mm):
由底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。
⑿顶层高度(mm):
由底层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直的距离。
电梯的运行速度越快,顶层高度一般越高。
⒀底坑深度(mm):
由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。
电梯的运行速度越快,底坑一般越深。
⒁井道高度(mm):
由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之间的垂直距离。
⒂井道尺寸(mm):
宽*深。
电梯的主要参数是电梯制造厂设计和制造电梯的依据。
用户选用电梯时,必须根据电梯的安装使用地点、载运对象等,按标准的规定,正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸,并根据这些参数与规格尺寸,设计和建造安装电梯的建筑物,否则会影响电梯的使用效果。
⒃电器设备及控制装置:
有曳引机,选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。
⒄其它装置:
对重装置、补偿装置等。
2.2.3电梯的安全保护装置
⑴电磁制动器:
装于曳引机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。
⑵强迫减速开关:
起分别装于井道的顶部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时,轿厢上撞块就触动此开关,通过电器传动控制装置,使电动机强迫减速。
⑶限位开关:
当轿厢经过端站平层位置后仍未停车,此限位开关立即动作,切断电源并制动,强迫停车。
⑷行程极限保护开关:
当限位开关不起作用,轿厢经过端站时,此开关动作。
⑸急停按钮:
装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。
⑹厅门开关:
每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才允许电梯启动;
在运行中如出现厅门开关断开,电梯立即停车。
⑺关门安全开关:
常见的是装于轿厢门边的安全触板,在关门过程中如安全触板碰到乘客时,发出信号,门电机停止关门,反向开门,延时重新开门,此外还有红外线开关等。
⑻超载开关:
当超载时轿底下降开关动作,电梯不能关门和运行。
⑼其它的开关:
安全窗开关,钢带轮的断带开关等。
2.3电梯的发展概况
随着现代建筑的发展,日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要的标志,作为高层建筑的垂直运载工具---电梯得到了快速发展。
电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直上的倾斜角小于15°
的刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
它适用于装置在两层以上的建筑内,是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。
追溯电梯这种提升设备的历史,早在公元前我国就有利用人力作动力和简单提升设备,直到现在我国北方部分农村仍用手摇轱辘提取井水的升降提水装置,所以说,我国是世界上最早出现这种提升设备――电梯雏形的国家之一。
随着电子工业的发展,新技术、产品不断用于电梯控制系统,如可编程控制器的应用;
单片机的应用;
无触点半导体逻辑控制晶闸管(俗称可控硅)的应用;
集成电路及数字控制、计算机群控制及调频调压技术的应用、拖动系统简化、性能提高等。
生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。
电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新-手柄开关操纵,按钮控制,信号控制,集选控制、人机对话等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;
双层轿箱电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势,变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间;
不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。
一个半世纪的风风雨雨,翻天覆地的是历史的变迁,永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。
2.3.1电梯技术发展概况
⑴电梯的速度要求越来越快,高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
⑵电梯的拖动技术有了较大的发展,直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代,液压电梯由于运行平稳,机房位置灵活等特点,使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展,已由以前的变级调速(AC-VP)发展成为调压调速(AC-VV)及调频调压调速(AC-VVVF),使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求,电梯的舒适感大为改善。
⑶电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器——接触器控制发展为可编程序控制器(PLC)和微机控制,控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等,电梯可靠性得到很大的提高。
⑷电梯的管理功能不断加强,电梯广泛采用微机控制技术,不断满足拥护的使用功能要求。
如紧急停车操作,消防员专用、防捣乱系统等。
⑸智能群控管理得到广泛应用。
⑹机械传动方面,由于国际上机构加工水平的不断提高,使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛,已使电梯的传动形式多样化。
2.4交流曳引电梯调速方式的发展
交流电梯与交流电机的发展紧密相连,至今已有三十多年的发展历史,经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程,大致可以划分为三个阶段:
第一个阶段是70年代,其主要标志是交流双速电梯,它采用改变牵引电机极对数来实现调速。
电机通常采用两种或两种以上不同极对数的绕组制成,其中极数少的绕组称为高速绕组,用于电梯的起动及稳速运行,极数多的绕组称为低速绕组,用于电梯的制动及维修。
这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便,但调速不够平滑、舒适感较差。
第二个阶段是80年代盛行的交流调压调速电梯,其性能优越于交流双速电梯。
调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速,其制动多采用能耗制动。
第三个阶段是90年代,变压变频调速电梯(VVVF电梯)开始占据了世界电梯的市场。
VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。
电梯传动系统中,由于大量采用微机控制技术和脉宽调制技术(PWM技术),其运行效率得到了大幅度的提高,电梯的体积大为缩小。
现代交流调速技术向电梯控制领域的渗透,使得交流调速电梯的调速性能几乎完全可以和直流电梯相媲美。
由于变压变频调速(VVVF)的良好特点,目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。
VVVF电梯以其独特的先进技术和性能,实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。
由于其优越的调速性能、显著的节能效果,在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。
目前,VVVF电梯已经遍布世界各国,如日本的三菱公司、东芝公司、日立公司、美国的奥的斯公司等大的电梯制造厂家在VVVF电梯的研制和进一步开发等方面,都取得了骄人的成就。
在我国,电梯工业起步较晚,改革开放以来,也取得了一定的进步,如上海三菱、天津奥的斯、中国迅达、苏州迅达、广州电梯工业公司等五家电梯生产厂家,其产品都有一定的市场份额和技术含量。
但遗憾的是,这些公司多为合资公司,电梯控制关键部分的变频器、控制器等重要组成部分很大程度依靠进口,其核心技术牢牢控制在国外大公司手中。
2.5电梯变频调速控制的特点
随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展,交流变频调速技术的发展也十分迅速。
电动机交流变频技术是当今节电,改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。
变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
⑴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、可靠性高、价格低等优点。
⑵变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术,明显改善了电梯运行质量和性能;
调速范围宽、控制精度高,动态性能好,舒适、安静、快捷,已逐渐取代直流电机调速。
⑶变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术,明显改善了电动机供电电源的质量,减少谐波,提高了效率和功率因数,节能明显。
2.6电梯发展展望
⑴结构不断紧凑化,体积不断轻型化、小巧化。
随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展,电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时,无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
⑵技术含量更高,性能更好。
电梯行业技术发展非常迅速,几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯,如今已成为电梯行业的标准配置,因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点,所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流;
由于永磁技术的先进性,将来很有可能取代VVVF技术。
另外,网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
⑶安装更方便、更快捷
高效、安全、可重复使用的无脚手架安装,将是高层电梯安装的主要方式,随着技术的开发、应用,电梯的硬件系统给安装带来更大的方便,使电梯安装更快、效率更高。
此外,电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、舒适,也将是未来电梯的重要发展方向。
3调速变频器类型选择及其设计参数
3.1变频器的分类及选择
3.1.1变频器的分类
变频器的种类很多,下面根据不同的分类方法对变频器分类:
⑴按变换频率的方法分:
交—直—交变频器;
交—交变频器;
⑵按主电路工作方式分:
电压型变频器;
电流型变频器;
⑶按变频器调压方法的不同分:
PAM变频器;
PWM变频器;
⑷按工作原理分类:
U/f控制变频器;
VC控制变频器;
SF控制变频器;
⑸按照用途分类:
通用变频器;
高性能专用变频器;
高频变频器;
3.1.2变频器的类型选择
变频器是变频调速系统的核心设备,它的质量品质对系统的可靠性影响很大,选择品牌时,质量品质,尤其与可靠性相关的质量品质,显然是选择时的重要考虑方面。
同时,设备的平均寿命长短是一个重要的参数,所以根据预期使用寿命来选择品牌,经验和口碑仍然是主要依据。
在同一品牌中选择具体型号时,主要依据己经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定的。
3.1.3变频器的规格选择
变频器产品说明书都提高标称功率数据,但实际上限制变频器使用功率的是定子电流参数。
因此,直接按照变频器标称功率进行选择,在实际中常常可能会行不通。
根据具体工程的情况,可以有以下几种不同的变频器规格选择方式:
⑴按照标称功率选择:
一般作初步投资估算依据。
⑵按照电动机额定电流选择;
多用于恒转矩负载的新设计项目。
⑶按照电动机实际运行电流选择:
多用于改造工程。
⑷按照转矩过载能力选择。
综上所述,根据实际的工程情况,以适当的方法选择变频器的规格很重要。
选择结果在多数情况下变频器标称功率与电动机匹配,少数情况下需要放大。
所以,认为放大一级功率选择变频器是没有错的想法,但会造成浪费。
总的来说从生产成本来做合适的选择。
3.1.4选择的变频器应满足的条件
⑴
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- 基于 PLC 电梯 控制系统 设计