基于plc与变频器电梯控制系统设计

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·54·工业仪表与自动化装置2012年第6期基于PLC和变频器的电梯控制系统设计杨勇，马西仃，任国华(1．山东兖矿集团东华建设有限公司三十七处；2．山东兖矿集团东滩煤矿通防办，山东邹城273500；3．中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221008)摘要：设计了基于PLC和变频器的电梯控制系统，实行变频智能控制的同时对电梯的运行情况进行监控，有利于节省电能，增加舒适感。在一楼设置一触摸屏对目前电梯位置、乘客人数、还需停留几站进行显示。另外，系统对电梯提升钢丝绳的拉力进行检测，防止电梯超载。关键词：电梯；PLC；变频调速；触摸屏中图分类号：TP31文献标志码：B文章编号：1000—0682(2012)06—0054—04DesignofelevatorcontrolsystembasedonPLCandfrequencyinverterYANGYong，MAXiding，RENGuohua(1．Thirty—SeventhDepartmentofDonghuaConstructionCo．LtdofYankuangGroup；2．DongtanCoalMineVentilationandDustOfficeYankuangGroup，ShandongZoucheng273500，China；3．SchoolofMechanicalandElectricEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，JiangsuXuzhou221008，China)Abstract：DesignedthecontrolsystemofelevatorbasedonPLCandtransducer，monitortheopera．tionoftheelevatorwhilefrequencyintelligentcontroltothesystem，anditcansaveelectricityandin—creasecomfort．Installedatouchscreenonthegroundfloor，whichdisplayingtheelevatorpositionandwhichfloorstillneedtostaynext．Ontheothersidethesystemrealizedthefunctionsofreal—timemoni—toringofsteelropetension，topreventelevatoroverload．Keywords：elevator；PLC；frequencyconversiontiming；touchscreen系统，呼叫信号是随机的，单纯用顺序控制、逻辑控O引言制不能很好利用电梯，所以电梯经常采用随机逻辑近些年，地面空间资源日渐紧张，高层建筑不断控制方式。涌现，电梯应运而生。同时，传统的电梯控制系统问电梯的位置信号由安装在电机转动轴上的编码题也在不断出现：传统继电器、控制开关控制系统接器提供。PLC接收编码器发出的脉冲信号，当采集线复杂。PLC使用方便，不但克服了传统继电器控到的位置信号等于程序设定每楼层的平层位置时，制的缺点，并且采用了特殊的抗干扰技术，使之更加PLC发出控制指令，提升电机停止转动，电梯门打适合工业控制。变频器以其成熟的技术和高可靠开。变频器配合PLC的P1D控制能够改变电源的性，己经广泛应用在电梯控制系统中。用上位机组频率，达到调速目的，即变频无极调速，既能节省电态软件WinCCFlexible配合控制核心PLC创建的监能又能增加乘坐的舒适感。天轮支撑着提升钢丝控画面，因其模拟效果逼真，人机界面生动友好而得绳，在其承重梁上安装压力传感器检测钢丝绳的拉到广泛应用。力，防止电梯超载或超载报警。在一楼设置一触摸屏，画面中对电梯的运行楼层位置、上行或下行、电1控制系统工作原理梯将要停留的楼层、电梯载重等一一显示。自白身白惹的运动规律而运行的叫孽2系统硬件组成及其各部分功能，电梯是一个人机交互式一～一一一～系统安装了编码器、PLC控制柜、变频器、钢丝收稿日期：2012—06—04绳压力传感器、语音报警器、触摸屏等实现系统自动作者简介：杨勇(1984)，助理工程师，研究方向为煤矿机电一控制的相关装置。体化。 2012年第6期工业仪表与自动化装置·55·系统包括信号出入部分、控制核心部分以及机受通断电的影响。同时具有良好的耐振动和抗干扰械执行部分。信号输入部分包括：编码器、触摸屏、性能，满足电梯设备安全性的要求。编码器可以安压力传感器、电机限位传感器以及摄像头。PLC负装在电梯提升电机的输出轴上，发出脉冲信号，以便责对信号的处理、判断。最后由执行机构执行相关PLC进行计数，从而监测电梯的位置和运行方向。动作。执行机构有电梯门电机、语音报警器、触摸屏2)触摸屏：信号主要输入和输出设备。能够显等。控制系统构成如图1所示。示电梯运动速度、所处楼层，在电梯达到载重上线时位置信’—-l变频器跳出报警画面并发出语音报警提醒乘客或管理人PLC呼梯信号机--,t电动控制信号员。乘客通过触摸屏选择目地楼层。具有控制功轿厢信号输¨机示入能，管理人员输入密码可以进行自动手动之间的切编码器L+接【l懵-_1换，以便维护。脉冲信号I’CPlJ楼层触摸辫存储器3)压力传感器：检测提升电梯钢丝绳压力，向。lnI寸l卜I。lnl寸lM到川、位信关门号1r．开、关门信号PLC传送压力信号，从而计算出矿车重量，PLC根据重量调节电梯运行速度。图1控制系统的构成4)限位传感器：每楼层2个用来确保电梯门完1)编码器：光电式是最常用的一种，其原理是全打开以及闭合，另外在电梯运行轨道设置一限位在透明的材料圆盘上精确地印制上二进制编码，码传感器用来判断电梯是否到达该楼叫层一平一层一。一一一一一一盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，同5)PLC控制箱：防跑车保护系统的控制核心。一码道印制黑白等间隔图案，组成一套编码。黑色采用西门子公司生产的s7—200系列PLC，其中C—B—A一●一2—3—4—5—6—7—8—9不透光的区域和白色透光的区域分别代表二进制码CPU224XP具有6个高速计数器，更多的输入／输出“0”和“1”。工作时，码盘转到不同位置，光电元件单元以及更大的用户存储量，如果CPU本身所带且姗蝴自)w接收光信号，并转成相应电信号，经过放大整形后，I／0点不能满足需要，可以增加扩展模块以满足系成为相应数码电信号。采用绝对式编码器，这种传统的需要。控制箱PLC外围接线如图2所示。感器在断电后再次通电时能够显示此时的转角而不UVWNliil总开关启动停止急停’编码器西门子S7．200一垒肩动端B相M．3～复位端·自动按钮手动按钮’1MOV图2PLC和变频器的接线图电梯启动运行时，识别电梯运行方向并和目标电梯门并保持直到达到开门设定时间，期间如果红楼层运行方向做比较，判断电梯是否运行正常。同外探测传感器检测到有物体存在与电梯门间开门时时，PLC对旋转编码器发出的脉冲进行计数，经过高间则重新计时。速计数器的统计以及计算，从而判断电梯的位置，当6)变频器：电梯起步需要采用变频器控制电机检测出电梯运行到某一目标楼层或呼叫楼层时，运转，降低电动机的启、制动电流，启动电流被限制PLC发出指令给电机控制开关，控制电机开始打开在150％额定电流以下，因此可以避免产生机械电 ·56·工业仪表与自动化装置2012年第6期气上的冲击。变频调速电梯的速度调节平滑，具有7)摄像头：摄像头用于观察电梯内情况，有无十分良好的乘坐舒适感，与其他类型交流调速系统突发性事件等，并且图像能够在电梯控制室电脑上相比，运行效率高，节能效果显著。速度调节原理如实时显示。图3所示。8)UPS电源：如果出现意外或其他情况导致断电，UPS电源能够继续给系统提供电源，使系统保存重要数据，例如电梯现在位置，行驶方向是下行还是上行，保证了整个装置正常工作。9)语音报警器：在电梯出现超载、在某一楼层等待超时等事故时报警。3控制系统软件设计图3速度调节原理图软件设计包括触摸屏编程和PLC编程2个部根据异步电动机的转速与频率的关系公式(1)分。触摸屏采用WinCCFlexible编辑监控界面，PLC可知：改变三相交流电动机的供电频率-厂，就能控制编程选用西门子公司开发的组态软件STEP7V4．0电动机转速n。SP3。S7—200PLC有LAD编程和STL编程2种方61—5)n=————一式。LAD是使用最多的编程语言，它非常直观易p懂，对每个人都适用；对于编程特别熟悉的人有时候式中：厂为电动机电源频率(Hz)；P为电动机极对会直接使用STL形式编程，用STL编写的程序简数；s为电动机转差率。短，但不直观。对于该系统，LAD是比较合适的选因此，采用变频调速器来改变电动机的供电频率择。程序主要包括以下几个子程序：系统手动、自动厂，就可改变电动机转速从而改变提升电机转子的运控制子程序，电梯上、下行控制子程序。中断子程序动频率，改变电梯运行速度，达到乘坐舒适的目的。变频调速控制系统是通过速度传感器实时监测有：定时中断采集脉冲子程序，当前值等于设定值子程序。如图5所示。电梯速度，当变频器接收到运行开始指令，变频器按具体调节控制方式对系统进行调节，比较给定信号与反馈信号，运算后自动控制输出频率，图4为变频调速技术原理图。o：负作用，△>O，8jt,T率E升；△<0，频率降l：正作j_{_j，△>O，频率F降；△