用PLC和变频器设计电梯轿厢开关门的控制系统论文 (3)

山西职业技术学院毕业论文

摘要

在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述了PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。

关键词：电梯；变频器；PLC控制；变频调速

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1.绪论

课题主要研究内容及意义

论文研究的电梯门机控制系统，是一个典型的电机伺服系统，是电梯门开关的执行机构。据统计，电梯门开关不正常是现代电梯运行过程中比较容易出现的故障。随着国民经济的飞速发展，现代化大厦目益增多，电梯成为人们日常生活工作中不可或缺的工具。电梯的正常运行关系着人身安全，因此，电梯门的开关不仅要动作可靠、准确，而且还必须运行平稳，反应迅速，动态特性好，这对电机本身及其控制系统均提出了较高的要求。控制系统的主要技术要求有：适用范围广，适用于开门宽度在３５０ｍｍ～２４００ｍｍ之间的电梯门；电动机起动、停止，各段速度的转换要求加减速过程平滑，具有ｓ曲线的加减速过程：门扇运行各状态点速度可设置。

2论文方案选择及器件简介

2.1本次论文方案选择

当前，电梯门机控制系统主要有由交流电机及其ＶＶＶＦ调速系统构成的，也有少数由单片机结合变频器控制伺服交流电机及其调速系统构成的。后者除整套系统的成本较高外，虽然体积小，寿命长，但控制较复杂，对控制系统中的处理器性能要求较高，而且如果为同步电机，在带载情况下还易出现失步现象。而后者尽管控制简单，但直流电机体积大，维护困难，寿命短，电刷结构带来电磁火花，易形成干扰。这些缺陷在电梯实际运行中就表现为电梯门开关不正常，维护工作量大等困扰操作人员的问题，进一步可造成严重经济损失甚至人身伤害。

此次，结合本人三年专业知识，将使用可编程控制器（PLC）,变频器(VVVF)来控制交流伺服电动机来实现电梯箱门控制系统。

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2.2器件简介 2.2.1 PLC简介

可编程控制器（PLC）定义：PLC是一种数字运算操作的电子装置；专为工业环境下应用而设计，它采用存储器春初程序，按程序执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术和算术运算等操作，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械式生产过程。

可编程控制器（PLC）基本结构：

PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成（如图2-2所示）。

图2.2 可编程控制器的结构简化框图

PLC的特点：

1.使用方便，编程简单； 2.功能强，性能价格比高；

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；

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4.可靠性高，抗干扰能力强；

5.系统的设计、安装、调试工作量少； 6.维修工作量小，维修方便；

2.2.2变频器简介

（1）变频器的基本结构：

变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。（如图：2.3）

整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。 高容量电容：存储转换后的电能。

逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。

控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。

图2.3 变频器的结构简化框图 （2）变频器的工作原理：

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 （3）变频器控速特点：

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电动机交流变频调速技术是当今节电改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起、制动平稳性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

3.电梯门控制系统硬件设计

3.1变频器的选择 变频器的选择条件：

变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响很大。其选型主要满足以下条件： （1）为降低电梯成本，首选通用变频器。 （2）电梯门机的启动和停车都要平稳。 （3）变频器带有防止失速功能。 （4）变频器具有优良的转矩特性。

变频器型号的确定：

电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。 考虑以上各种因素，本设计选用本学期所学的富士FRN30G11S-4变频器。

3.2.PLC的选择条件及定型：

在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC

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