1、山东科技大学本科毕业论文 1 本科毕业论文 （ 20 届） 基于 PLC 的变频调速电梯控制系统设计 所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 山东科技大学本科毕业论文 2 摘 要 电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，电梯已从直流电 动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动，到交流调压调速 (ACVV， Alternating Current Voltage)控制，发展到交流调压调频技术 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)控制，其逻辑控制也由 PLC
2、 代替原来的继电器控制，使得电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)技术，由于 VVVF 电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。 在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，研究并提出了基于可编程控制器 PLC 和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用安川 VS-616G5 型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。通过合理分析所得速
3、度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使 PLC 的内部的资源和功能得到了充分的利用。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，提高了电梯的控制水平 ，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。 关键词 PLC 控制；变频调速；模块化；电梯；微机控制 山东科技大学本科毕业论文 3 Abstract The elevator is a necessary vehicle for high-buildings perpendicular transportation Along with the rapid developing of drag an
4、d control technique， the elevator has been developed from the DC motor drive to the AC single speed and AC double speed motor drive， till the AC variable voltage(ACVV)control and then till the variable voltage variable frequency(VVVF) control New-made elevators all have employed the VVVF so that the
5、y work quite safely and reliably,cause which use micro-computer controlling so that there are some merits following： perfect self-test，self-diagnostics， self-protect In this thesis it has studied and proposed the implementation project of elevators VVVF control system based on PLC and transducer Thi
6、s thesis has been supported technically by the merit of compiling speed curve using ANCHUAN VS-616G5 Analyzing reasonably the curve which can not only meets the claiming of rapidity but also avoids the effect from acceleration of gravity And the interior resource and function can be fully utilized u
7、sing the rotary encoder It has been developed a complete elevator control software in this thesis,having raised the elevators controlling level,improved the cozy feeling， so the effect of control comes more ideally Keywords PLC control； Frequency Conversion； Modularization； Elevator；Micro-computer c
8、ontrolling 山东科技大学本科毕业论文 1 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题的研究背景及意义 . 1 1.2 电梯的国内外发展状况 . 3 1.3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 . 5 1.4 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较 . 7 1.5 PLC 控制系统与计算机控制系统的比较 . 8 1.6 课题研究的内容 . 9 第 2 章 电梯的概述 . 9 2.1 电梯的基本结构 . 10 2.2 电梯的种类 . 12 2.3 电梯的主要参数及性能指标 . 14 2.3.1 主要参数： . 14 2.3.2 性能指标 . 15 第 3 章 控制系统的组成 . 1
9、7 3.1 PLC 控制系统组成 . 17 3.1.1 硬件的组成 . 18 3.1.2 软件的组成 . 19 PLC 控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。 . 19 3.2 PLC 控制系统抗干扰措施 . 21 3.2.1 PLC 控制系统的安装和使用环境 . 21 3.2.2. PLC 的电源与接 地 PLC . 22 3.2.3 PLC 的输入、输出设备 . 23 3.2.4 软件抗干扰措施 . 25 3.2.5 利用“看门狗”方法对系统的运动状态进行监控 . 25 3.2.6 消抖 . 25 3.2.7 用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪
10、比 . 26 3.3 输入输出（ I/O）点数的估算 . 26 3.4 变频器的选择 . 28 3.4.1 通用变频器 . 28 3.4.2 安川 VS-616G5 型变频器 . 29 第 4 章 四层楼电梯控制系统设计 . 31 4.1 电梯控制系统模拟面板图 . 31 4.2 电动机控制电路图 . 32 山东科技大学本科毕业论文 2 4.3 PLC 外部接线图 . 33 4.4 流程图 . 34 4.5 操作原理简要说明 . 37 4.6 编程元件明细表 . 37 4.7 梯形图及注释 . 38 4.7.1 电梯初始控制 . 38 4.7.2 报警器及超重控制 . 39 4.7.3 内指令
11、信号的登记与消除 . 41 4.7.4 电梯选层定向辅助 . 42 4.7.5 外召唤信号的登记与消除 . 44 4.7.6 电梯开关门 . 46 4.7.7 电梯指层控制 . 48 4.8 程序仿真与调试 . 50 结论 . 51 致 谢 . 52 参考文献 . 53 山东科技大学本科毕业论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题的研究背景及意义 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。 电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和
12、土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯 上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5
13、 倍。据资料统计，在美 国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。目前，由可编程序控制器 (PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 山东科技大学本科毕业论文 2 可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自 1969年针对工业自动控制 的特点和需要而开
14、发的第一台 PLC问世以来，迄今己 30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而 方便地将 PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
15、这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器 PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。 PLC现已成为现代工业控制三大支柱 (PLC、 CAD CAM、 ROBOT)之一，以其可靠性、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，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传 统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。 PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 总之
16、，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。 PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC 应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，山东科技大学本科毕业论文 3 过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 1.2 电梯的国内外发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。电梯作为建筑物内的主要运输工具已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济
17、增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。我国的国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的， 进入了“第三次浪潮”， 2004 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949 年建国以来全国共生产安装了 6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用电梯将达到 130万
18、台，每年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到 13 5 万台，与 1980 年相比， 25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长17 8。 2005 年安装验收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台 ! 我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国山东科技大学本科毕业论文 4 蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74。先进技术和先进管理的引进
19、对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全 部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了国际标准化组织 ISO/TCl78 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生
20、产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。 中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位 置，每年销售量己达 l 万台左右，约占亚洲市场的 1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来
21、越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新 的组成部分。 山东科技大学本科毕业论文 5 1.3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、 PLC 控制和微型计算机控制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用循回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。 PLC
22、 控制是三种控制方 式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽 可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。 (1)智能化。我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有
