课程设计3(3)

示故障性质。当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。

第三章 系统硬件设计

3.1PLC的硬件设计

1 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： 1)最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

2)保证PLC控制系统安全可靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 3)力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 4)适应发展的需要

由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

2可编程控制器机型的选择

为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。本系统为六层楼的电梯,采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下: 1)输入/输出点的估算

输入点有:门厅按钮10个,轿厢内按钮9个,楼层感应传感器6个,轿厢门限开关2个,检修开关1个,平层传感器2个，减速传感器2个，过载测量传感器1个PG卡1个，障碍检测光电传感器1个共35个。

输出点有：轿厢内指示灯9个，门厅召唤按钮指示等10个，楼层显示用七段 码显示器引脚7个，开关门电动机驱动线圈2个，变频器控制引脚8，电梯上下行

指示灯2，总共38个。

2）内存容量的估算

用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编

写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统 的复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有67个，模拟量I/O数为0个。

利用估算PLC内存总容量的计算公式:

所需总内存字数=开关量I/O总点数×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～ 250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约2K字节的内存容量。 ３）可编程控制器机型的选择

FX2，FX1,FX2C系列是三菱公司今年来推出的高性能小型可编程控制

器，,FX0S,FX0N,FX2N是微型可编程控制器。它们都体积都比较小，但功能强大， 内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多但性能价格有很大的差别。如表3 —3所示。

FX0S的功能简单，价格便宜，可以用与小型开关量的控制系统，FX0N可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用与控制要求很高的控制系统。根据输入/输出点数与内存容量的要求，再留出一定的I/O节点与内存空间以供扩展时使用，以及指令的执行速度，因此选用三菱公司的FX2N系列的FX2N-80MR。它的输入继电器X000-X047共40个，输出继电器Y000-Y047共4个，程序容量为8K字节,完全满足要求。也给以后功能扩展留了足够的空间。 4）输入/输出模块的选择

根据系统控制的要求,本系统的输入选用直流24V的输入模块。输出模块选用继电器输出形式。开关量输出单元的作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。按照现场执行机构使用的电源的不同，可分为直流输出单元（晶体管输出方式，或者继电器触点输出方式）和交流输出单元（晶闸管输出方式或者继电器触点输出方式）。在继电器输出方式中，继电器作为开关元件，同时又是隔离器件。发光二极管（LED）构成输出状态显示器，当PLC输出一个接通信号时候，内部电路使继电器线圈K通电。继电器触点闭合使得负载回路的的负载L接通得电，VD作为续流二极管以消除线圈的反电动势，同时状态指示发光二极管（LED）导通点亮。根据负载的需要，负载回路的电源既可以选用交流电源，也可以选用直流电源。特别也指出的是，继电器模式具有断点确切，可以实际切断所控制的回路电器连接的作用，同时这种模式既适合于直流又适合于交流的情况，因此这种模式在开关频率不是太高的情况下是首先选择的输出控制方案。下图给出了这种输出方案的原理图。

5)输入输出点的分配

3.2变频器的选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。

目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。

3.2.1通用变频器概况

通用变频器的发展

上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。 A、容量不断扩大

80年代初采用的BJ T的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA，400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量已达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。 B、结构的小型化

变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”(Intelligent Module)这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。 C、多功能和智能化

电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。

人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。

8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字信号处理器(Digital Signal Processer-DSP)的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”(Reduced Instruction set Computer一RISC)，将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量(超标量)微处理器，其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道，RISC的运算速度可达1 00OMIPS，即10亿次/秒，相当于巨型计算机水平。指令计算时间为Ins量级，是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PID调节器在线实时运算。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的V种，以满足用户的需要。制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变出驱动技术动向的进步。从技术发展动向来看，大致T的应用正在迅速推进。其显著的特点是:开关频率高，驱动电的噪声明显减少，程度而波频率的提高，使电动机的电流(特别是低速时的电流)波形更加趋置更加紧凑，可靠IPM，上述效果将更加明显。S616一GS变频器就有:(l)无PG(速度传感器)V/f控制;(2)有PGV/f控制;(3)无PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四种控制方式。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要。

D、应用领域不断扩大

通用变频器经历了模拟控，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对

各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。

3.2.2变频器结构及参数设置

由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟一616G5变频器的参数组参数的设定都具有特定的含义。常用参数如由于采用PLC作为逻辑控制部件量。

(1)VS16G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。常用参 数如表3.6

(2)参数设置

参数设置的原则：(1)为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例 系数宜小些，而积分时间常数宜大些:(2)为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击;(3)零速一般设置为OHZ;(4)变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入

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