电梯控制系统设计(2)

平顶山学院2014届本科生毕业论文 电梯控制系统设计 王培培

目录

1 绪论 .................................................................. 1

1.1 课题研究的背景 ................................................... 1 1.2 课题研究的意义 ................................................... 1 1.3 课题的研究方法及内容 ............................................. 2 2 控制系统的主要硬件选型及实现 .......................................... 3

2.1 系统结构 ......................................................... 3 2.2 可编程序控制器的分析和选择 ....................................... 4 2.3 变频调速系统的分析及选择 ......................................... 6

2.3.1课题研究对变频器的选择 ....................................... 6 2.3.2安川VS-616G5变频器简介 ..................................... 6

3 PLC的通信 ........................................................... 10

3.1 PLC通信简述 ..................................................... 10 3.2 通信协议 ........................................................ 11 3.3 现场总线PROFIBUS .............................................. 11

3.3.1现场总线PROFIBUS的类型 ................................... 11 3.3.2 采用PPI协议实现PROFIBUS-DP PLC的通讯 .................... 12 3.3.3 PROFIBUS-DP基本功能 ...................................... 12 3.3.4 PROFIBUS-DP数据通信的过程 ................................. 13

4 系统软件设计 ......................................................... 15

4.1控制系统的软件设计 ............................................... 15 4.2 程序框图 ........................................................ 17 5 结论 ................................................................. 19 参考文献 ............................................................... 20 致谢 ................................................................... 21

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1 绪论

1.1 课题研究的背景

随着科技的发展，电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因而必须努力提高电梯的系统的性能，保证电梯的运行既高效又安全可靠。 利用可编程控制（PLC）与变频器在电梯控制中的应用，实现控制要求。

使用PLC和变频器实现对电梯的常规控制，通过合理的选择和设计；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，大大提高了电梯的控制水平，使电梯达到较为理想的控制和运行效果。同时，利用PLC的PID反馈，实现电梯的无静差调速控制。

由于PLC性价比较高，使用寿命较长，适应能力强，已普遍应用于高楼现场。而在这些应用场合中，经常会碰到这样的情况，就是一台PLC控制多台电梯，看起来经济适用，可是如果出现故障，所有电梯就要停止工作。还有这台设备用了一个PLC，另一台设备也用了一个PLC，这样做很不经济，完全没有发挥出PLC的作用。在这种情况下，如果两台PLC之间建立通讯，能相互单独工作。同时，这两台设备之间还需要部分数据交换，能够实现相互控制电梯。如其中任何一台PLC有故障，不至于导致电梯停运。所以，讨论两台PLC之间的数据通讯是有必要的，也是现场所急需的。

最后，通过PLC程序设计实现电梯的变频调速、楼层计数、开门等控制，这样会使电梯运行更加可靠、安全、舒适、经济。

1.2 课题研究的意义

本文是主要根据市场上的一些老电梯弊端做出的设计，是基于PLC控制器对双电梯联动进行的设计，采用两台PLC控制器实现对两台电梯的控制。利用可编程控制（PLC）与变频器在电梯控制中的应用，采用先进技术，引进最先进的VVVF调频调压调速装置，完全按现代化社会的需要和人体生理适应要求，由电脑产生最圆滑的速度指令曲线，使电梯的起动、加速、减速及停止严格按理想曲线运行，具有比其他电梯更安全、舒适、平稳的卓越性能。以及采用 PLC 之间PROFIBUS-DP数据相互进行交换，使电梯系统信号能够安全平稳传输，达到较为理想控制要求。该系统解决了市场上电梯不能平稳运行、节能经济的问题以及线路复杂；具有集成电路，使系统结构简单化，降低故障率，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯高速运行的平稳

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性和舒适感[1]。

1.3 课题的研究方法及内容

本文是基于PLC控制器对双电梯联动进行的设计，采用两台PLC控制器实现对两台电梯的控制，利用可编程控制（PLC）与变频器在电梯控制中的应用，使用VVVF调频调压调速装置，变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电压、电流和频率，根据电机的所需的电压进行调节，从而达到节能的目、调速的目的。用PPI通讯协议实现现场总线PROFIBUS数据网络控制技术实现电梯运行智能化。以及采用 PLC 之间PROFIBUS-DP数据相互进行交换，使电梯系统信号能够安全平稳传输，达到较为理想控制要求，提高了电梯的控制水平，并改善电梯运行的平稳性和舒适感，使电梯达到较为理想的控制效果。同时采用世界最先进的鼠笼式拽引电机和大规模集成电路，实现了电梯数字化、功耗低、寿命长，为需要而设的功能，体现人性化的细致关怀[2]。

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2 控制系统的主要硬件选型及实现

2.1 系统结构

乘坐电梯，除了操作开关，目的层的指示将被给PLC根据电梯，根据所在楼层来判断行驶方向，然后开始操作。根据电梯控制系统、电梯系统的发展趋势，本设计采用西门子S7-300PLC结合VS－616G5型，安川变频器，实现了两台电梯的联动控制系统。

本系统主要是由 PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机构成的交流变频调速系统(Variable Voltage Variable Frequency，简称 VVVF)。通过两台 PLC 去控制两台电梯运行的方式，增加PLC之间的相互通信,从而使得控制系统的可靠性更高,结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图2.1 所示。

呼梯信号 平层信号 楼层信号 呼梯信号 门电机

一号拽引机 PLC 二号拽引机

PLC

图2.1 PLC 电梯控制系统硬件框图

一号变频器 二号变频器 电源 从图2.1 可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由 PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出一套双电梯联动控制程序，使得两台 PLC 能够控制两台电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器(编码器)测量鼠笼式曳引电动机的

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转速，从而构成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式曳引电动机的交流变频调速(Variable Voltage Variable Frequency，简称 VVVF)运行。

PLC 先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后对直流电动机，逆变器的门控和各种显示器的开关控制信号，来实现两台电梯控制系统。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给 PLC的编程带来很大难度。所以说，PLC 编程水平的高低决定系统运行质量的好坏。因此，PLC 应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术，这同时也是本系统设计的一个重点[3]。

在PLC的控制输入信号，逆变器的同时，为了满足要求对电梯控制的需求，变频器又需要经过与鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和 PG 卡, 对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环系统。脉冲发生器的输出，A、B两相脉冲，PG接收脉冲信号后，然后反馈给变频器，为了操作规程。根据两项，A、B脉冲序列，电机的旋转方向，并可以根据两项A、B脉冲频率测量电机转速。由于本设计是通用变频器的选择，所以其参数的复杂性和外围电路的设计比电梯专用变频器高得多，其质量的优劣直接影响到电梯运行的实际效果。

2.2 可编程序控制器的分析和选择

电梯逻辑控制系统的控制核心是 PLC，由于 PLC 的品种、型号、规格、功能各不相同，需要考虑各种因素，选择PLC。什么信号输入到PLC，PLC需要驱动的负载和编程的类型，是一个需要认真考虑的问题，会影响其内部的I / O点的分布。于是，I/O 点数的确定,是设计全部 PLC 电梯控制系统首先需要解决的问题,决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的条件。

本系统适用于三层大楼,根据 PLC 的 I/O 节点常用原则,应该预留相应的 I/O节点，做扩展时使用。该系统中实际需要输入点 72 点,输出点 66 点,所以选用西门子S7-300 PLC，其中 CPU 为 CPU315型号，输入模块为DI32xDC24V型号，需要四块，输出模块为 DO32xDC24V/0.5A型号，也需要四块。下面是其中一个PLC的I/O 地址分配表如表 2.1（a）（b）所示。

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