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【摘 要】随着我国经济的高速发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代,其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具,与人们的生活紧密相关,随着人们对其要求的提高,电梯得到了快速发展,其拖动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。本文介绍用PLC实现四层四站电梯控制系统的设计,给出了详细的系统设计过程、I/O配置方案、及相应的
梯形图控制程序。
【关键词】电梯控制;可编程序控制器;梯形图
Elevator control system design
Ma Deng-jin
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】Along with our country economy of the high speed development, micro-electronics technique, calculator technique and auto control the technique also got quick development, exchanges change Pin's adjusting soon a technique have already get into a brand-new of ages, it application more and more wide.But the elevator be modern key figures building of perpendicular pileup, with people of life close and related, along with people as to it's request of exaltation, the elevator got fast development, it drag along to move a technique already development arrive the frequency modulation adjust to press to adjust soon, its logic control is also replace by PLC originally of after electric appliances control.This text introduction use the PLC realization 4 F four station elevator control system of design, give detailed of system design process, I/O allocation project, and correspond of trapezoid diagram control procedure.
【Key words】Elevetor control;PLC;Trapezoid diagram
1. 绪论
电梯是一种垂直起重运输设备,又是比较复杂的机电一体化的大型工业产品,它既有完善的机械专用构造,又有复杂的电气控制系统。电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿箱电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势,变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间;不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。展望未来电梯发展的方向,将朝着电梯群控系统将更加智能化、超高速电梯速度越来越高、蓝牙技术在电梯上广泛应用、绿色电梯将普及等方面发展。
2. 电梯的定义与简介
2.1 電梯的定义。
一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
2.2 电梯的组成。
(1)曳引系统:主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成。
(2)导向系统:主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成。
(3)轿厢:是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
(4)门系统:主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成。
(5)重量平衡系统:主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。
(6)电力拖动系统:功能是提供动力,实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成。
(7)电气控制系统:主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成。
(8)安全保护系统:保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成。
2.3 电梯主要参数。
主参数指额定载荷和额定速度。
额定载荷Q(Kg)是制造电梯所依据的载荷或卖方保证正常运行的载荷。
额定速度v(m/s)是制造电梯所依据的并由卖方保证正常运动的轿厢速度。
2.4 电梯的工作原理。
曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动,防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸,使电梯运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升降,并在指定层站上维持其静止状态,供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制,同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
3. 电梯控制系统构成
3.1 电梯控制系统。
电梯控制系统原理框图如图1所示,主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
图1 电梯控制系统原理框图图2 电梯控制系统硬件结构框图
3.2 电梯控制系统的硬件结构。电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数,采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC。
4. Plc简介
PLC是微机技术和控制技术相结合的产物,是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机,因此PLC的基本组成与一般的微机系统类似。
4.1 PLC的硬件组成。
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中,CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
4.2 PLC的软件组成。
PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的,并存入PLC的系统存储器中,用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言,根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中,最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序,以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置,其主要使用者是广大电气技术人员,为了满足他们的傳统习惯和掌握能力,PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC编程语言是多种多样的,对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同,但基本上可归纳两种类型:一是采用字符表达方式的编程语言,如语句表等;二是采用图形符号表达方式编程语言,如梯形图等。
5. PLC的I/O接口配置
假设本次PLC选用德维森科技(深圳)有限公司的V80系列,V80 系列可编程控制器是一款通用型高性价比的小型可编程控制器,具有更高的硬件集成度,采用专用的硬件逻辑处理芯片,程序执行速度高和I/O 处理能力强,配合标准的编程软件VLadder丰富的指令功能,既可以处理快速的离散量顺序处理,又可以执行复杂的过程量运算控制。PLC的输入输出点数可根据需要配置,并可根据用户的要求增加并联功能。下面以编制一台4层4站的电梯为例,先根据控制要求计算所需要的I/O接口点数,其中输入点数为32,输出点数为24。选用V80系列PLC的一个CPU单元M40DR和一个扩展单元E16DR来完成电梯控制系统的逻辑控制。
6. 工作过程
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下:
(1)电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较,通过选向模块进行运行选向。
(2)电梯开始起动,通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速,并以高速运行至目标层。
(3)当电梯检测到目标层减速点后,电梯进入减速状态,由高速变为低速,并以低速运行至平层点停止。
(4)平层后,经过一定延时开门,直至碰到开门到位行程开关;再经过一定延时后关门,直到安全触板开关动作。
7. 结论
本文分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理,以及用PLC对电梯控制的整体思路。通过电梯控制系统的现场应用,该系统只需要稍加改进即可应用于更高性能要求的电梯中。这一切都表明PLC不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求,而且在控制水平和性能完全可以替代进口的同类产品,并将突破电梯领域应用到更为广泛的行业,未来前景将更为广阔。
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-887
梯形图控制程序。
【关键词】电梯控制;可编程序控制器;梯形图
Elevator control system design
Ma Deng-jin
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】Along with our country economy of the high speed development, micro-electronics technique, calculator technique and auto control the technique also got quick development, exchanges change Pin's adjusting soon a technique have already get into a brand-new of ages, it application more and more wide.But the elevator be modern key figures building of perpendicular pileup, with people of life close and related, along with people as to it's request of exaltation, the elevator got fast development, it drag along to move a technique already development arrive the frequency modulation adjust to press to adjust soon, its logic control is also replace by PLC originally of after electric appliances control.This text introduction use the PLC realization 4 F four station elevator control system of design, give detailed of system design process, I/O allocation project, and correspond of trapezoid diagram control procedure.
【Key words】Elevetor control;PLC;Trapezoid diagram
1. 绪论
电梯是一种垂直起重运输设备,又是比较复杂的机电一体化的大型工业产品,它既有完善的机械专用构造,又有复杂的电气控制系统。电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿箱电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势,变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间;不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。展望未来电梯发展的方向,将朝着电梯群控系统将更加智能化、超高速电梯速度越来越高、蓝牙技术在电梯上广泛应用、绿色电梯将普及等方面发展。
2. 电梯的定义与简介
2.1 電梯的定义。
一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
2.2 电梯的组成。
(1)曳引系统:主要功能是输出与传递动力,使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成。
(2)导向系统:主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成。
(3)轿厢:是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
(4)门系统:主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成。
(5)重量平衡系统:主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。
(6)电力拖动系统:功能是提供动力,实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成。
(7)电气控制系统:主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成。
(8)安全保护系统:保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成。
2.3 电梯主要参数。
主参数指额定载荷和额定速度。
额定载荷Q(Kg)是制造电梯所依据的载荷或卖方保证正常运行的载荷。
额定速度v(m/s)是制造电梯所依据的并由卖方保证正常运动的轿厢速度。
2.4 电梯的工作原理。
曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动,防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸,使电梯运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升降,并在指定层站上维持其静止状态,供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制,同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
3. 电梯控制系统构成
3.1 电梯控制系统。
电梯控制系统原理框图如图1所示,主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
图1 电梯控制系统原理框图图2 电梯控制系统硬件结构框图
3.2 电梯控制系统的硬件结构。电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数,采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC。
4. Plc简介
PLC是微机技术和控制技术相结合的产物,是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机,因此PLC的基本组成与一般的微机系统类似。
4.1 PLC的硬件组成。
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中,CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。
4.2 PLC的软件组成。
PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的,并存入PLC的系统存储器中,用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言,根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中,最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序,以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置,其主要使用者是广大电气技术人员,为了满足他们的傳统习惯和掌握能力,PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC编程语言是多种多样的,对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同,但基本上可归纳两种类型:一是采用字符表达方式的编程语言,如语句表等;二是采用图形符号表达方式编程语言,如梯形图等。
5. PLC的I/O接口配置
假设本次PLC选用德维森科技(深圳)有限公司的V80系列,V80 系列可编程控制器是一款通用型高性价比的小型可编程控制器,具有更高的硬件集成度,采用专用的硬件逻辑处理芯片,程序执行速度高和I/O 处理能力强,配合标准的编程软件VLadder丰富的指令功能,既可以处理快速的离散量顺序处理,又可以执行复杂的过程量运算控制。PLC的输入输出点数可根据需要配置,并可根据用户的要求增加并联功能。下面以编制一台4层4站的电梯为例,先根据控制要求计算所需要的I/O接口点数,其中输入点数为32,输出点数为24。选用V80系列PLC的一个CPU单元M40DR和一个扩展单元E16DR来完成电梯控制系统的逻辑控制。
6. 工作过程
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下:
(1)电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较,通过选向模块进行运行选向。
(2)电梯开始起动,通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速,并以高速运行至目标层。
(3)当电梯检测到目标层减速点后,电梯进入减速状态,由高速变为低速,并以低速运行至平层点停止。
(4)平层后,经过一定延时开门,直至碰到开门到位行程开关;再经过一定延时后关门,直到安全触板开关动作。
7. 结论
本文分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理,以及用PLC对电梯控制的整体思路。通过电梯控制系统的现场应用,该系统只需要稍加改进即可应用于更高性能要求的电梯中。这一切都表明PLC不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求,而且在控制水平和性能完全可以替代进口的同类产品,并将突破电梯领域应用到更为广泛的行业,未来前景将更为广阔。
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-887