基于PLC的交流调压调频控制电梯系统毕业设计.doc

1、长春理工大学本科毕业设计 编号 本科生毕业 设计 基于 PLC的交流调压调频控制电梯系统设计 PLC-based AC Variable Voltage and Variable Frequency elevator control system design 长春理工大学本科毕业设计 毕业设计（论文）原创承诺书 1本人承诺：所呈交的毕业设计（论文） 基于 PLC 的交流调压调频控制电梯系统设计 ，是认真学习理解 学校的长春理工大学本科毕业设计（论文）工作条例 后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄 虚作假，不抄袭别人的工作内容。 2本人在毕业设计（论文）中引用他人的

2、观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。 3在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中 的全部或部分内容。 以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月日 长春理工大学本科毕业设计 长春理工大学本科毕业设计 I 摘要 本文提出了一

3、种自适应控制算法，它采用一种建立在 连续输入输出论域上的模糊控制器， 仿真结果表明，基于模糊控制的电梯实时速度调控系统鲁棒性好，控制精度高。 然后， 实现了基于模糊控制的 VVVF 系统。 在此基础上 ， 根据电梯系统自身的工作状态要求 ， 进行电梯系统的 PLC 软件开发，设计软件流程图和软件模块化编程。通过软件开发的特点 ， 结合 PLC 自身的控制规律 ， 设计出可实现一定功能的PLC 电梯控制系统，使 电梯 可以在自检、正常工作、强制工作等三种工作状态来回转换。 最后的电梯速度控制研究分析表明 ， 基于 PLC 的变频调速电梯系统运行效率高 ， 系统安全可靠性强 ， 并且系统构造简单易

4、于实现 ， 满足了对电梯系统期望的要求 。 关键词： 电梯 可编程控制器 PLC 变频器 交流调频调压 长春理工大学本科毕业设计 II Abstract This paper presents an adaptive control algorithm, which uses a continuous input and output based on the domain of the fuzzy controller, the simulation results show that the real-time fuzzy control elevator speed regulation

5、 system robustness, high control accuracy.Then, to achieve the VVVF system based on fuzzy control. On this basis, according to the working status of the elevator system itself required for the elevator system PLC software development, software design and software flow modular programming. Through so

6、ftware development features, combined with its own PLC control law, designed to achieve a certain function PLC elevator control system, so that you can lift self, work, work, three working condition forced back and forth. The final analysis shows that the elevator speed control, elevator system base

7、d on high-frequency control PLCs operating efficiency, system security and reliability, and the system structure is simple and easy to implement, to meet the expectations of the elevator system. Key words: Elevator； PLC； inverter； AC VVVF 长春理工大学本科毕业设计 III 目录 摘要 .I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 研究背景

8、与意义 . 1 1.2 国内研究现状 . 1 1.3 论文的主要内容 . 2 第 2 章 基于模糊控制的电梯实时速度调控 . 3 2.1 电梯实时速度调控的意义和方法 . 3 2.2 PID 控制和模糊控制原理 . 4 2.2.1 PID 控制 . 4 2.2.2 模糊控制 . 5 2.3 模糊自适应 PID 控制器参数整定原理 . 6 2.4 基于模糊控制的电梯实时速度调控算法的实现 . 7 2.4.1 算法的实现 . 7 2.4.2 算法的仿真与结果分析 . 10 第 3 章 PLC 的选择与设计 . 12 3.1 PLC 的简介 . 12 3.1.1 PLC 的定义 . 12 3.1.2

9、 PLC 的基本组成 . 12 3.1.3 PLC 的工作原理 . 14 3.2 PLC 硬件设计与开发 . 15 3.2.1 可编程控制 器的机型选择 . 15 3.2.2 电梯 PLC 控制系统的基本结构 . 17 3.2.3 程序设计构思 . 17 第 4 章 变频器的选型与设计 . 20 4.1 变频器的分类 . 20 4.4.1 交 -交变频器和交 -直 -交变频器 . 20 4.1.2 交 -直 -交变频器的组成 . 21 4.2 变频器的选择 . 21 4.2.1 变频器品牌、型号选择 . 21 4.2.2 变频器的规格选择 . 21 长春理工大学本科毕业设计 IV 4.2.3

10、变频器选择应满足的条件 . 22 4.3 酷马 Q7000 变频器调速系统硬件设计 . 22 4.3.1 Q7000-EL 型变频器硬件设计 . 22 4.3.2 Q7000-EL 型变频器的容量计算 . 23 4.3.3Q7000-El 型变频器的制动电阻参数计算 . 24 第 5 章 系统软件开发 . 25 5.1 电梯的三个工作状态 . 25 5.1.1 电梯的自检状态 . 26 5.1.2 电梯的正常工作状态 . 26 5.1.3 电梯的强制工作状态 . 26 5.2 系统软件开发方法 . 26 5.2.1 软件设计特点 . 26 5.2.2 软件设计流程 . 27 5.2.3 设计模

11、块化编程 . 29 5.3 VVVF 电梯速度控制研究内容及分析 . 30 5.3.1 电梯速度闭环和位置闭环控制实现 . 30 5.3.2 电梯的速度控制方式 . 31 5.3.3 电梯速度运行曲线分析 . 33 结论 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 38 附录 . 39 长春理工大学本科毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 研究背景与 意义 随着中国城市化进程的不断深化，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，安装电梯的场所越来越多，电梯在人们日常生活中的作用也日趋重要。电梯设置在垂直的两根导轨之间，通过电力拖动的方式，将载有乘客或货物的轿厢做升降运动。所以，电梯是为高层建筑运输服务

12、的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从 人们对电梯的需求出发，这种系统已经满足不了人们日常的需求，将逐渐被淘汰。 可编程序控制器（ PLC）控制系统具有可靠性高、编程和维护方便等主要特性。自 20 世纪 90 年代以来， PLC 在电梯控制系统中的应用日渐普遍，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应用。近年来，在我国的电梯行业中，传统的继电器控制方式逐渐被 PLC 控制系统和微控制器数字控制系统所取代。其中 ,PLC 由于编程简单、容易维

13、护、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，被广泛地应用于电梯控制系统中。 1.2 国内研究现状 如今，我国电梯行业已 经具备了很强的生产能力，不但可以生产出符合国内市场需求的产品，而且部分产品已经走出国门进入国际市场。经过多年的改革与发展，涌现出了江苏江南、巨人通力、苏州帝奥、申龙、宁波宏大等一大批国内优秀的电梯品牌。以国际先进技术为标准，国内电梯企业坚持 “科学发展、科学创新 ”的原则，努力拼搏、顽强奋进，在无机房电梯、远程监控、绿色电梯等新技术和新产品中取得了卓越的成绩，部分技术已经达到了国际先进水平，得到了国内外广大用户的一致好评。 目前，继电器控制、 PLC控制和微型计算机控

14、制是电梯主要的三种控制方式。电梯技术的飞速发展 ，主要取决于国内电梯企业对技术发展的重视程度，在电梯技术的革新、电梯工艺的修善上投入了大量的人力、物力。继电器控制系统是以前电梯企业主要采用的一种电梯控制系统，随着技术的革新换代，人们对生活水平的要求越来越高，开始考虑电梯的安全性、舒适性、快速性，继电器控制已经不能满足人们的生活需求。随着电子技术不断发展提高， PLC控制系统作为一种可编辑的数字运算电子装置，开始出现在电梯控制系统中，由于此系统具有安全稳定、灵活实用、易操作、低能耗等一系列优点，得到大力推广与发展，已经逐渐开始替代继电器控制，成为电梯控制技术 的主流。与此同时，交流变频调速的电梯

15、拖动方式也逐长春理工大学本科毕业设计 2 渐淘汰了原来的直流调速。以现有的高端电梯产品来看，大部分企业在电梯控制中采用了 PLC控制与交流调速相配合的控制技术，此控制技术以高效的性能、独特的稳定性，正成为当今电梯产业发展的主流。 1.3 论文的主要内容 本设计把握当今电梯控制系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究、实验论证等方式方法，对电梯 PLC控制系统进行了研究、分析、总结与设计。研究基于模糊控制的电梯实时速度调控算法，以及其在电梯自动控制系统的应用。 本论文共分为五章： 首先介绍本文的研究背景、意义 以及国内 研究现状。 其次，阐述了电梯实时速度调控的意义，结合模糊控制和 PID控制原理

16、，提出了一种基于模糊控制的电梯实时速度调控算法，新算法具有稳态误差小、稳定性好的优势。 第三章，从 PLC控制系统设计总体原则、设计步骤、主要内容、编程语言类型等方面出发，详细介绍了 PLC控制系统的总体设计。 第四章，变频器实现变频调速，完成变频器的选择以及参数设置。 第五章， 在 分析电梯系统的软件设计方法基础上，设计了软件流程图，模块化编程。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。调试结果说明采用一种建立在连续输入输出论域上的模糊 控制器，避免了普通模糊控制器由于论域的离散化而存在的量化误差。通过采用分级模糊控制的方法进一步提高了系统的控制精度和收敛品质。 长春理工大学本科毕业设计 3 第

17、2 章 基于模糊控制的电梯实时速度调控 2.1 电梯实时速度调控的意义和方法 在进行电梯速度控制时，系统需根据实时速度对给定速度进行调节。电梯速度调节的方法主要有： （ 1） PID 控制 ： PID 控制是目前控制领域应用最广泛的一种控制方法。它控制方法简单，通过调整三个参数，即比例常数、积分常数和微分常数控制被控对象的快速性和稳定性。但是 PID 控制的三个参数需要在实际 应用中调整，而电梯曳引系统并非一成不变，因此， PID 参数在具体对象的应用中调整有一定困难，需要在实际应用当中不断调试以找出 PID 值 。 （ 2） 智能 PID 控制 ： 主要是模糊控制理论和 PID 的结合，在

18、PID 的三个参数、控制系统、反馈误差之间建立一种模糊关系规则。当系统的参数变化时， PID 的三个参数可以在线调整，大大加强了 PID 控制算法的鲁棒性。 （ 3） 电梯运行速度的 PDF 控制文献 ： 美国康奈尔大学的 Phalen 教授最早提出伪微分反馈 （ pseudo-derivative feedback） 控制，简称 PDF 控制。该控 制方法具有抗干扰能力强、负载能力大、对被控对象的参数变化不敏感以及算法结构简单等优点。 （ 4） 电梯运行速度的预测控制 ： 在电梯启动加速 和减速制动段，速度曲线是变化的，常规的 PID 控制不能很好地按给定速度曲线运行。通过预测控制，将此两段

19、速度的变化率以一定的方式前馈到控制器中，必将减小电梯的启动死区，进而提高超高速电梯的运行品质。 （ 5） 多模式模糊控 制 ： 普通模糊控制的跟踪性能和定位精度不高的原因在于偏差 e 的档次分得太粗。这种模糊控制算法，对偏差 e 的基本论域为某一确定的范围，具有较好的控制效果。但如果偏差 e 的基本 论域与系统的设定参数有关，或者说，偏差 e 的基本论域是一个变量，那么用普通模糊控制器就很难得到理想的控制效果。克服这个缺点的方法是使普通模糊控制和其它控制方式相结合，相互取长补短。 （ 6） 神经网络控制 ： 电梯在实际运行的过程中，存在着超调、振荡和死区，特别是在电梯运行的起动和平层段，严重影响液压电梯乘坐的舒适感。神经网络以其高度的非线性逼近映射、特有的联想记忆、在线学习和优化等功能，使其在控制领域得到了广泛的应用。神经元非模型控制方法，仿真实验证明，该方法具有很强的适应性和鲁棒性。 比较以上各种速度调节的控制 方法，考虑到 PID 控制方式较简单，模糊控制较为优化型，易于用编程实现数字的 PID 控制，因此本文在速度控制模块内编写了数字 PI 速度调节程序对电梯的给定速度进行实时调节。