1、基于 GE 多层货梯控制器的设计 设计总说明书 本设计的目的就在于用 PAC 代替传统的 PLC，充分利用 PAC 的优点和交流变频调速系统，使货梯的实际运行更加的安全、高效。货梯设计使用可编程自动化控制器 (PAC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低，维修保养方便， 使货梯运行更加安全、方便、舒适，而且货梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。 此设计主要采用了比较法、验证法：比较法主要用在了控制器及变频器的选择上；验证法主要用在了验证三层货梯控制器设计的可行性上。本设计在分析传统货梯控制系统 和PAC 特点及性能的基础上，对货梯硬件部分、软件部分进行总体设计，确
2、定了三层货梯系统的总体结构。由 PAC 来实现货梯信号控制，变频器实现变频调速。在变频器和 PAC 的类型选择时，按照设计任务书的要求，通过各项性能指标等综合考虑，选用了施耐德 vta61型变频器和 GE FANUC PAC Systems RX3i 控制器。货梯系统的软件设计采用模块化编程思想，即在程序设计中，根据三层货梯的运行状况设计了开关门和上下行流程图，然后通过编程软件 Proficy Machine Edition 编辑了三层货梯的梯形图。设计的程 序完成货梯自动运行功能如：内选层外呼叫的信号登记、消号、到层开门、上下自动运行、合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答，然后对设计好的
3、货梯系统进行模拟调试。因此， PAC与调速拖动装置相结合的控制系统，实现了电梯的多种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率，改善了电梯运行的舒适感。 三层货梯控制系统结构简单，可方便的增加或改变控制功能，提高运行的安全性，并便于检修。在功能方面，可以方便地增加硬件配置和修改层序达到多层货梯的控制。 关键词 ： PAC；货梯；程序设计；变频调速 The Design of Multilayer Elevator System Based on GE Design General Description The purpose of this design is used on the P
4、AC to replace the traditional PLC, make full use of the advantages of PAC and AC variable frequency speed control system, make the eleva tors more of the actual operation of the safety, high efficiency. Elevator design using programmable automation controller ( PAC ), function in a flexible, simple
5、programming, less failure, low noise, convenient repair and maintenance, make goods ladder more safe operation, convenient, comfortable, and goods ladder as an important means of transportation of high-rise buildings and the peoples work and life increasingly close contact. This design mainly uses t
6、he comparison method, authentication method: co mparison method is mainly used in the controller and inverter selection; verification method mainly used in the validation of a three layer elevator controller design is feasible. The design in the analysis of traditional elevator control system and PA
7、C characteristics and performance based on the ladder of goods, hardware, software design, identified three layer elevator system structure. By the PAC to achieve Huoti signal control, frequency converter frequency control. In the inverter and PAC type selection, in accordance with the requirements
8、of the mission design, through the various performance indicators and comprehensive consideration, chose Schneider type vta61converter and GE FANUC PAC Systems RX3i controller. Goods ladder system software design uses the modular programming ideas, namely, in the program design, according to the thr
9、ee layer elevator running status design door and a downstream flow chart, and then through the programming software Proficy Machine Edition edited three goods ladder ladder diagram. Design of the program to complete the elevator automatic running function such as: select layer call signal registrati
10、on, elimination, to open the door, upper and lower layer automatic operation, reasonable distribution of car instruction execution and hall call answering, then the good design of the elevator system simulation debugging. Therefore, PAC and speed regulating driving device combined control system, ac
11、hieve a variety of control functions, improves the reliability of elevator operation, reduce failure rate, improve the operation of the elevator comfort. Three layer elevator control system has the advantages of simple structure, convenient to add or change control function, improving the operation
12、safety, and easy maintenance. In the function, can easily increase the hardware configuration and the modified sequence multilayer elevator control.ce Key Words:PAC; freight elevator ; program design; frequency control 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 本课题设计的目的和意义 . 1 1.2 本课题设计的背景 . 1 1.3 本课题研究的内容及要求 . 2 1.3.1 研究
13、的内容 . 2 1.3.2 本课题的研究要求 . 2 第 2 章 电梯的概况 . 3 2.1 载货电梯的特点与在我国的发展 . 3 2.2 电梯的种类 . 3 2.3 电梯的机械结构 . 4 第 3 章 货梯控制系统的硬件设计 . 6 3.1 货梯控制系统的工作原理 . 6 3.2 GE FANUC 及 PAC 的 概述 . 6 3.3 机型 的选择 . 8 3.4I/0 点数的分配及 PAC 接线图 . 10 3.4.1 输入 /输出的分配如下 . 10 3.4.2 PAC 外部接线 . 11 3.5 变频器的选择及硬件的连接 . 11 3.6 控制电路设计 . 13 第 4 章 货梯控制系
14、统的软件设计 . 15 4.1 控制系统的流程图 . 15 4.2 三层货梯的梯形图 . 16 4.3 货梯控制系统的语言程序 . 21 第 5 章 货梯控制系统的实验调试 . 26 5.1 实验器材的准备及链接 . 26 5.2 软件编程及实验调试 . 29 5.3 程序运行过程 . 32 5.4 本章小结 . 35 结论 . 26 参考文献 . 37 致谢 . 38 第 1 章 绪论 1.1 本课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯已成为人类现代生活广泛使用的运输工具。由于传统的电梯控制系统采用的是继电器控制系统，而采用这种
15、控制系统，存在易出故障、维护 不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。随着技术的发展，这种系统逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，具有编程简单，故障少，噪音低，维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱体积小，维护方便、开发周期短等优点。这种电梯运行更加可靠，并且有很大的灵活性。 本课题采用 PAC 代替 PLC,此控制系统除了具有 PLC 所具有的特点外，还提供比现有PLC 更强大的处理速度和通信速度以及编程的能力。它能应用到高速处理、数据存取和需要大内存的应用中，如配方存储和数据登录。同时，随着现代电力电子技术及计算机控制技术的 迅速发展，促进了电梯拖动的技术革命，由交流变
16、频调速取代直流变频调速。此技术具有 响应速度快，抗干扰能力强 ， 可以无级变速，速度变换平滑，速度控制精确，适应能力好 的特点 。 通过 PAC 匹配相应型号的变频器对电梯的控制，不仅能够实现电梯平稳运行，响应快，来满足乘客乘坐舒服，节省时间和货物安全运行的要求，还能够降低能耗，节约能源，降低运行成本。因此，具有 PAC 控制技术的电梯能够满足客户更高的要求，且性价比高。 1.2 本课题设计的背景 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯 ;高层 住宅需要有住宅梯 ;百货大楼和宾馆需要有客梯 ,自动扶梯在现代社会 ,电梯已像汽车、轮船一样 ,成为人类不
17、可缺少的交通运输工具。据统计 ,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界 ,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。 追溯电梯这种升降设备的历史 ,据说它起源于公元前 236 年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出 -人力驱动的卷筒式卷扬机。 1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现 ,继而又在英国出现水压梯。 1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力 ,这才出现名副其实的电梯 ,并使电梯趋于实用化。 1900 年还出现了第一台自动扶梯。 1949 年出现了群控电梯 ,首批 4 6 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。 1955 年出现了小型计算机
18、(真空管 )控制电梯。 1962 年美国出现了速度达 8 米 /秒的超高速电梯。1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。 1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。 1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。 1976 年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期 1。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是 采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（ PLC）取代微机实现信号集选控制。 总之，电梯的控制是比
19、较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与 PLC 相比较，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。 但是 PLC 还存在许多缺陷：数据 存取速度差、内存小；封闭化、专业化导致其技术发展缓慢； PLC 与 PC 机间不断扩大的技术导致控制功能差。所以改善电梯的控制技术及其性价比，是当前社会主要解决的问题，从而本课题提出了 PAC 控制技术。 1.3 本课题研究的内容及要求 1.3.1 研究的内容 .电梯类型的选择及具体要求。
20、.货梯硬件系统的设计。 .货梯控制系统软件的设计。 .按照设计好的货梯控制系统在实验室进行调试。 1.3.2 本课题的研究要求 .货梯载重量为 2 吨，货物超载后报警，同时电机不工作。 .PAC 可以实现对各楼层的呼叫响应的控 制。 .PAC 通过变频器可以控制货梯实现平滑的加减速运行。 .通过旋转编码器与各楼层的限位开关可以检测货梯在井道中的位置。 .在开关门的过程中有保护装置，防止乘客被夹而发生事故。 该建筑物为三层建筑。（货物可能要运往二层或三层，也可能从二层分别运至一层三层） 各楼层门在工作时必须关好，否则电机不工作。 该电路应有急停开关。 每层的平层开关要考虑精准。 第 2 章 电梯
21、的概况 2.1 载货电梯的特点与在我国的发展 载货电梯主要是为运送货物而设计的并有人伴随的电梯，通常有专职人员操作，一般用在事业 单位、商场、工矿企业、仓库等场所。货梯的楼层停站大多数在 10 层以下，运行速度一般在 0.63m/s 以下。载货电梯产品特点 ： （ 1） 整机重量轻，机动性好，适合单人操作； （ 2） 特制的桅柱间导轮装置，升降平稳自如； （ 3） 结构紧凑，运输状态尺寸小，可进入一般电梯的轿厢以及能顺利通过门洞和狭小通道； （ 4） 双重保护的支腿结构，工作更安全，且可贴近工作面升降作业 。 解放前，全国总共只有电梯 2000 台，货梯的数量就更加的微乎其微，而且国内几乎没有
22、电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由 60 年代开始起步，到了 70 年代己初具规模。 改革开放后，随着经济的快速发展，我国载货电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制 ，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品， 为我国载货电梯的快速发展奠定了坚实的基础 2。 随着人们对电梯
23、运行 安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电梯控制技术也在不断提升，其发展主要经历了三个阶段：继电器控制阶段，微机控制阶段，现场总线控制阶段。 2.2 电梯的种类 1.按运行速度分类 （ 1）低速电梯（ lm/s 及以下的电梯。如 0.25， 0.5， 0.75， 1m/s；通常用在 10 层以下的建筑或客货两用电梯或货梯）。 （ 2）快速电梯（ lm/s 而 2m/s 的电梯。如 1.5m/s， 1.75m/s；通常用在 10 层以上的建筑物内）。 （ 3）高速电梯（ 2-3m/s 的电梯。如 2m/s， 2.5m/s， 3m/s 等 ;通常用在 16 层以 上的建筑物内）。 （ 4）超
24、高速电梯（ 3m/s-10m/s 或速度更快的电梯，通常用于超高层建筑物内）。 2按用途分类 （ 1）乘客电梯 （ 2）载货电梯 （ 3）客货（两用）电梯 （ 4）病床电梯 （ 5）住宅电梯 （ 6）杂物电梯 （ 7）船用电梯 （ 8）观光电梯 （ 9）车辆电梯代号 3.按拖动方式分类 (1) 直流电梯 (2) 交流电梯 (3) 液压电梯 (4) 齿轮齿条电梯 (5) 螺杆式电梯 (6) 直线电机驱动电梯 2.3 电梯的机械结构 图 2-1 电梯的基本结构剖视图 1、轿厢 2、电梯门 3、开关门机构 4、层门门锁 5、机械安全装置 电梯中限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。它的作用
25、在于：因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时活当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务。上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。 图 2-1 是电梯的基本结构剖视图 3及机械部件说明： 1-减速箱； 2-曳引轮； 3-曳引机底座； 4-导向轮； 5-限速器； 6-机座； 7-导轨支架； 8-曳引钢丝绳； 9-开关碰铁； 10-紧急终端开关； 11-导靴； 12-轿架； 13-轿门； 14-安全钳； 15-导轨； 16-绳头组合； 17-对重； 18-补偿链； 19-补偿链导轮； 20-张紧装置； 21-缓冲器； 22-底坑；
26、23-层门； 24-呼梯盒 25-层楼指示灯； 26-随行电缆； 27-轿 壁； 28-轿内操纵箱； 29-开门机； 30-井道传感器； 31-电源开关； 32-控制柜； 33-曳引电机； 34-制动器 第 3 章 货梯控制系统的硬件设计 3.1 货梯 控制系统的 工作原理 现在的货 梯主要是由控制部分、驱动部分及曳引部分组成。 货梯用多条钢缆一端悬挂轿厢， 钢缆另一端悬挂作平衡的对重。对重一般为轿箱加上 50%负载时的重量。当轿箱移动时，对重会向反方向移动。曳引轮是依靠钢缆的粗糙表面及引轮上坑纹之间的摩擦力来拉动轿箱。 电梯处于基站关门 状态时，此时按基站外呼 按钮，信号经按钮传输到 PAC
27、，经PAC 判断为本层开门，再将信号传输到 M2 开关门电动机。输出开门信号，电梯开门。人进入轿厢后，经延时， 电梯自动关门。也可按关门按钮，使电梯提前关门。开门时显示板上的开 门显示发光二极管点亮，开门结束后熄灭。关门时关门显示发光二极管点亮，关门结束后熄灭。 如果内指令选三 层按钮，则指令经串行传输到 PAC 上，显示屏上的发光二极管 L3 闪亮，当手离开按钮后，信号被登记，内选按钮指示灯也点亮。电梯定为上方向运行。 PAC 核实信号后，可将运行信号传输到变频器，变频器经译码器将信号传给 M1 电动机， 使 电梯运行的速度曲线尽量符合理想的运行曲线，使电梯运行平稳。 运行过程中，井道中的轿
28、厢楼层检测 传感 器每过一个隔磁板即核对一次运行位置， 两 个信号核对无误后电梯继续运行。电梯每到一个隔磁板，门区继电器即吸合一次，层楼指示便变化一次。 电梯停稳后，发出开门信号，电梯开门。经延时，关门时间到，发出关门信号，电梯又开始关门。 电梯门关好后，其运行方向按轿内指令和厅外召唤与轿厢的相对位置而定。如没有任何指令，电梯就地待命。 货梯控制系统硬件电路主要是由按钮电路、楼层传感器检测电路、发光二级管灯电路、交流变频调速器电路、轿厢开 关门电路和七段数码管楼层显示电路等。 3.2 GE FANUC 及 PAC 的 概述 GE Fanuc 从事自动化产品的开发和生产已有数十年的历史。其产品包
29、括在全世界已有数十万套安装业绩的 PLC 系统，包括 90-30， 90-70， VersaMax 系列等。近年来， GE Fanuc 在世界上率先推出 PAC 系统，作为新一代控制系统， PAC 系统以其无以伦比的性能和先进性引导着自动化产品的发展方向。 从紧凑经济的小型可编程逻辑控制器（ PLC）到先进的可编程自动化控制器（ PAC）和开放灵活的工业 PC， GE Fanuc 有各种各样现成的 解决方案，满足确切的需求。并且这些灵活的自动化产品与单一的强大的软件组件集成在一起，该软件组件为所有的控制器、运动控制产品和操作员接口 / HMI 提供通用的工程开发环境，因此相关的知识和应用可无缝隙移植到新的控制系统上，可以从一个平台移植到另一个平台，并且一代一代地进行扩展。 GE Fanuc 工控产品概况如图 3-1：
