plc控制電梯畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在現(xiàn)代社會(huì)及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，電梯已成為城市物質(zhì)文明的標(biāo)志。電梯性能的好壞對(duì)人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)得到了快速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來越廣。新技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展同時(shí)也促進(jìn)了電梯行業(yè)

2、的快速發(fā)展?，F(xiàn)在電梯的拖動(dòng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了變壓變頻調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。</p><p>　　本文采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)電梯常規(guī)控制的基礎(chǔ)上，通過對(duì)變頻器和PLC芯片的合理選擇和設(shè)計(jì)大大提高了電梯的控制水平，使電梯達(dá)到了較為理想的控制和運(yùn)行效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯，PLC，變頻器，變頻調(diào)速</p><p><b>

3、　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the modern social and economic activities, the elevator has become a symbol of urban material civilization.Elevator performance good or bad influence on people's lives mo

4、re and more significant, so must try to improve the performance of the elevator system,  to ensure energy-efficient operation of the lift both safe and reliable. Along with our country economy, the rapid development

5、 of microelectronics technology, computer technology and automatic control technology obtained fast development,</p><p>　　In this paper, to achieve lift conventional PLC and inverter control, based on the fr

6、equency converter and the PLC chip through the rational selection and design greatly improves the level of control of the elevator, the elevator reached the ideal control and operating results.</p><p>　　Keyw

7、ord:Elevator ,PLC, Inverter,VVVF</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究目的及意義1</p>&l

8、t;p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 本課題研究?jī)?nèi)容4</p><p><b>　　2 電梯的概述5</b></p><p>　　2.1 電梯的產(chǎn)生5</p><p>　　2.2 電梯的設(shè)備5</p><p>　　2.2.1電梯的結(jié)構(gòu)5</p&g

9、t;<p>　　2.2.2電梯的種類7</p><p>　　2.2.3電梯的主要參數(shù)8</p><p>　　2.2.4電梯的安全保護(hù)裝置9</p><p>　　3變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 變頻器的概述11</p><p>　　3.1.1變頻器的簡(jiǎn)介11</p

10、><p>　　3.1.2變頻器的發(fā)展方向13</p><p>　　3.1.3變頻器的調(diào)速原理14</p><p>　　3.1.4變頻器的分類15</p><p>　　3.1.5變頻器的主要功能15</p><p>　　3.2變頻器的選擇17</p><p>　　3.2.1變頻器品牌型號(hào)1

11、8</p><p>　　3.2.2選擇變頻器規(guī)格18</p><p>　　3.2.3選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件19</p><p>　　3.3通用變頻器19</p><p>　　3.3.1通用變頻器簡(jiǎn)介20</p><p>　　3.3.2西門子M440變頻器簡(jiǎn)介21</p><p>　　

12、3.3.3變頻器主要參數(shù)設(shè)置24</p><p>　　4 PLC的選擇27</p><p>　　4.1 可編程控制器的概述27</p><p>　　4.1.1PLC的定義及特點(diǎn)27</p><p>　　4.1.2PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理31</p><p>　　4.2.1 S7-200 PLC 的系統(tǒng)配置

13、34</p><p>　　5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)36</p><p>　　5.1電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)36</p><p>　　5.2電梯的控制要求36</p><p>　　5.3電梯工作過程分析38</p><p>　　5.4系統(tǒng)流程圖38</p><p>　　5.5 I/O點(diǎn)數(shù)分配39&l

14、t;/p><p>　　5.5.1I/O分配表39</p><p>　　5.5.2PLC外部接線圖40</p><p>　　6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)42</p><p>　　6.1西門子可編程序控制器介紹42</p><p>　　6.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.2.1開關(guān)門控制

15、43</p><p>　　6.2.2轎廂內(nèi)呼叫45</p><p>　　6.2.3轎廂外呼梯47</p><p>　　6.2.4順向截梯和逆向截梯49</p><p><b>　　總結(jié)53</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p>

16、<p><b>　　致謝55</b></p><p><b>　　附錄56</b></p><p>　　附錄A 外文文獻(xiàn)56</p><p>　　附錄B 中文翻譯61</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　

17、　1.1 研究目的及意義</p><p>　　電梯是安裝在建筑物內(nèi)的一種交通工具，是為了滿足人們對(duì)于垂直運(yùn)輸?shù)男枰⒌?。在現(xiàn)代社會(huì)電梯就如同汽車、輪船一般不可或缺。有關(guān)資料顯示，在美國(guó)，每年乘坐其他交通工具的人數(shù)約為80億人次而乘坐電梯的人數(shù)達(dá)到540億人次之多。如今，電梯的使用情況已成為衡量現(xiàn)代化發(fā)展程度的一種標(biāo)志，從某種意義上說，電梯也成為研究一個(gè)城市中居民生活狀態(tài)的最完美空間。</p>&

18、lt;p>　　社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展帶動(dòng)了人類文明的高速發(fā)展,特別是20世紀(jì)70年代以后,高層建筑在世界范圍內(nèi)得到的迅猛發(fā)展,極大地促進(jìn)了電梯技術(shù)的改良和革新"近半個(gè)世紀(jì)以來,電梯技術(shù)從原始的模型升降機(jī)發(fā)展到能滿足人類需要的高級(jí)智能化電梯。</p><p>　　最初的電梯是由司機(jī)操作控制的,然而這樣不但浪費(fèi)人力還很浪費(fèi)財(cái)力"于是,為了解決這個(gè)問題,便在旅館和住宅樓里采用了簡(jiǎn)易的自動(dòng)控制方式

19、來控制電梯"它的優(yōu)點(diǎn)是可以不利用人力便可自動(dòng)記住呼梯信號(hào)以響應(yīng)最先呼叫的乘客的需求,不過這種控制方式卻無法同時(shí)一記住多個(gè)呼梯信號(hào),這就造成電梯的使用不方便、效率低于人力操作效率的缺點(diǎn)。為了解決這一問題,后來便出現(xiàn)了集選控制,該控制很好地解決了原先那種簡(jiǎn)易的自動(dòng)控制不能記住多個(gè)呼梯信號(hào)的問題并且還具有能在運(yùn)行方向上依次進(jìn)行響應(yīng)的特點(diǎn)。</p><p>　　電梯的拖動(dòng)技術(shù)經(jīng)歷了直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到交流單速電動(dòng)機(jī)

20、驅(qū)動(dòng)、交流雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流調(diào)速調(diào)壓控制及后來的交流調(diào)速調(diào)頻調(diào)壓控制的幾個(gè)階段，這幾個(gè)階段的發(fā)展使電</p><p>　　梯控制技術(shù)得以不斷成熟。</p><p>　　可編程序控制器（PLC）最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。具有安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。</p&g

21、t;<p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　電梯最初是以升降機(jī)為模型的。公元前年，古希臘的阿基米德設(shè)計(jì)了第一臺(tái)升降機(jī)。在我國(guó)，使用的水井轆轤也是一種人力卷揚(yáng)機(jī)。隨著蒸汽機(jī)的產(chǎn)生，1835年，世界上出現(xiàn)第一臺(tái)以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的載貨升降機(jī)。1853年，美國(guó)人奧的斯研究出一種用于升降機(jī)的安全裝置，使得轎廂能夠正常運(yùn)行，保證了乘載人員的安全。它是現(xiàn)代電梯安全鉗的胚體，為電梯的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。18

22、58年，世界上第一臺(tái)以蒸汽機(jī)為動(dòng)力并帶有安全裝置的載人升降機(jī)誕生。1889年，直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力率先被奧的斯公司使用，由于電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，電梯真正趨于實(shí)用化。由于是以電力帶動(dòng)轎廂升降，所以人們稱之為“電梯”。1903年，電梯的安全性和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能有了重大改進(jìn)，摩擦拽引的形式取代了傳統(tǒng)的鼓輪繞繩式。此后，電梯在動(dòng)力發(fā)展比較成熟后，電氣控制以及速度調(diào)節(jié)問題得到了更大的關(guān)注。1915年，自動(dòng)平層控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功。1924年，信號(hào)控制系統(tǒng)的發(fā)展使電

23、梯操縱大大簡(jiǎn)化。1928年，開發(fā)了集選控制電梯。第二次世界大戰(zhàn)以后，新技術(shù)特別是電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的發(fā)展得到了極大的推動(dòng)。1949年，紐約聯(lián)合國(guó)大廈，首次使用了群控電梯。1955年，出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)控制的電梯。196</p><p>　　從以上可以看出，每當(dāng)解決了關(guān)于電梯安全性能的重大問題后，電梯的發(fā)展就會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。而在今天，在大力倡導(dǎo)節(jié)能的今天，電梯將往節(jié)能的方向不斷發(fā)展，同時(shí)，也要兼顧舒適度、快

24、速性、安全性等問題。</p><p>　　1.3 本課題研究?jī)?nèi)容</p><p>　　隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，高層建筑日益增多，電梯成為人們生產(chǎn)生活必不可少的工具之一，其性能也對(duì)人們的生活產(chǎn)生了越來越大的影響。因此必須保證電梯的運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠。傳統(tǒng)的電梯采用繼電器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作狀態(tài)的改變，繼電器存在電器元件多、功能弱、故障頻繁、可靠性差和壽命短等問題。因此本次設(shè)計(jì)針對(duì)繼電器電梯存在的

25、問題，采用可編程控制器（PLC）和變頻器改造現(xiàn)有的電梯控制系統(tǒng)。首先，先介紹一下電梯的基本概況，然后選擇所能用到的變頻器，然后再介紹PLC的選擇及硬件設(shè)計(jì)，完成在介紹軟件設(shè)計(jì)，最后總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2 電梯的概述</b></p><p><b>　　2.1 電梯的產(chǎn)生</b></p><p>

26、　　1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，美國(guó)人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次展示了他的發(fā)明——升降機(jī)，這是歷史上第一部安全升降機(jī)。從此以后，升降機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。而我國(guó)，從改革開放以來，全國(guó)各地高層建筑不斷出現(xiàn)，而電梯的需求量也日益增長(zhǎng)，各種電梯也不斷被開發(fā)出來并投入運(yùn)行。為確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護(hù)好電梯。</p><p><b>

27、　　2.2 電梯的設(shè)備</b></p><p>　　2.2.1電梯的結(jié)構(gòu)</p><p>　　電梯是機(jī)電合一的一種大型的復(fù)雜的產(chǎn)品，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)品。電梯的結(jié)構(gòu)包括四大空間和八大系統(tǒng)。其中，四大空間包括：機(jī)房部分、井道部分、層站部分和轎廂部分。八大系統(tǒng)包括：曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、和安全保護(hù)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖2-1：&l

28、t;/p><p>　　圖2-1電梯基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1——減速箱；2——曳引輪；3——曳引機(jī)底墊；4——導(dǎo)向輪；5——限速器；;6——機(jī)座；7——導(dǎo)軌支架；8——曳引鋼絲繩；9——開關(guān)碰鐵；10——緊急終端開關(guān)；11——導(dǎo)靴；12——轎架；13——轎門；14——安全鉗；15——導(dǎo)軌；16——繩頭組合；17——對(duì)重；18——補(bǔ)償鏈；19——補(bǔ)償鏈導(dǎo)輪；20——張緊裝置；21——緩沖器

29、；22——底坑；23——層門；24——呼梯盒v25——層樓指示燈；26——隨行電纜；27——轎壁；28——轎內(nèi)操縱箱；29——開門機(jī)；30——井道傳感器；31——電源開關(guān)；32——控制柜；33——引電機(jī)；34——制動(dòng)器(抱閘)</p><p>　　2.2.2電梯的種類</p><p>　　電梯有很多種分類方法，而不同的分類方法之間又是相互交叉的。</p><p>　

30、　1、按照用途分類：客梯，代號(hào)K；貨梯，代號(hào)H；客貨梯，代號(hào)L；病床電梯，代號(hào)B；住宅電梯，代號(hào)Z；雜物電梯，代號(hào)W；船舶電梯，代號(hào)C；觀光電梯，代號(hào)G；還有其他的一些專用電梯在這里就不一一贅述了。</p><p><b>　　2、按照速度分類：</b></p><p>　　（1）低速電梯：速度不大于1m/s的電梯，規(guī)格有0.25 m/s、0.5 m/s、0.75 m

31、/s、1 m/s。</p><p>　?。?）中速電梯：速度為1~2 m/s，規(guī)格有1.5 m/s和1.75 m/s。</p><p>　?。?）高速電梯：速度大于2 m/s，規(guī)格有2 m/s、2.5 m/s、3 m/s。甚至有的超高速電梯速度可以達(dá)到6 m/s、10 m/s。</p><p>　　3、按照拖動(dòng)方式分類：</p><p>　　

32、（1）直流電梯：曳引電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，分直流有齒和直流無齒兩類。</p><p>　　（2）交流電梯：曳引電機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)，分為交流單速電梯、交流雙速電梯、交流調(diào)速電梯和變頻調(diào)速電梯四類。</p><p>　?。?）液壓電梯：靠液壓傳動(dòng)的電梯，分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式。</p><p>　　4、按照控制方式分類：手動(dòng)操作控制、按鈕控制、信號(hào)控制、層間控制、簡(jiǎn)易集選

33、控制、集選控制有無司機(jī)控制、群控、并聯(lián)控制等。</p><p>　　其實(shí)電梯的分類方法多種多樣，就不一一詳述了。</p><p>　　2.2.3電梯的主要參數(shù)</p><p>　?。?）載重量(kg) 制造和設(shè)計(jì)規(guī)定，電梯的額定載重量。</p><p>　?。?）轎廂形式：?jiǎn)位螂p面開門及其他特殊要求等，以及對(duì)轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇

34、，對(duì)電話的要求等等。</p><p>　?。?）轎廂尺寸(mm) 寬*深*高。</p><p>　?。?）轎門形式：柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙折門、封閉式雙折中分門等。</p><p>　　（5）開門寬度(mm) 轎廂門和層門完全開啟時(shí)的凈寬度。</p><p>　　（6）開門方向：人在轎外面對(duì)轎廂門向左方向開啟的為左開門，門向右向開啟的

35、為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱中分門。</p><p>　?。?）曳引方式：常用的有半繞 1：1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度；半繞 2：1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩運(yùn)行速度的一半；全繞 1：1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度。</p><p>　?。?） 電氣控制系統(tǒng) 包括控制方式、拖動(dòng)系統(tǒng)的形式等。如交流電機(jī)拖動(dòng)或直流電機(jī)拖動(dòng)，轎內(nèi)

36、按鈕控制或集選控制等。</p><p>　　（9） 額定速度(m/s)：制造和設(shè)計(jì)所規(guī)定的電梯運(yùn)行速度。</p><p>　　（10）停層站數(shù)(站)：凡在建筑物內(nèi)各樓層用于出入轎廂的地點(diǎn)均稱為站。</p><p>　?。?1）提升高度(mm)：由底層端站樓面至頂層端站樓面之間的垂直距離。</p><p>　?。?2）頂層高度(mm)：由底層端

37、站樓面至機(jī)房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直的距離。電梯的運(yùn)行速度越快，頂層高度一般越高。</p><p>　?。?3）底坑深度(mm)：由底層端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運(yùn)行速度越快，底坑一般越深。</p><p>　　（14）井道尺寸(mm) 寬*深。</p><p>　?。?5）井道高度(mm)：由井道底面至機(jī)房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之

38、間的垂直距離。</p><p>　　電梯的主要參數(shù)是電梯制造和設(shè)計(jì)的依據(jù)。用戶在選擇時(shí)，必須根據(jù)電梯的使用地點(diǎn)、運(yùn)載對(duì)象等，按照標(biāo)準(zhǔn)正確的選擇，否則會(huì)影響電梯的使用效果。</p><p>　　2.2.4電梯的安全保護(hù)裝置</p><p>　　（1）電磁制動(dòng)器：裝于曳引機(jī)軸上，一般采用直流電磁制動(dòng)器，啟動(dòng)時(shí)通電松閘，停層后斷電制動(dòng)。</p><p&

39、gt;　　（2）強(qiáng)迫減速開關(guān)：分別裝于井道的頂部和底部，當(dāng)轎廂駛過端站換速未減速時(shí)，轎廂上撞塊就觸動(dòng)此開關(guān)，通過電器傳動(dòng)控制裝置，使電動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫減速。</p><p>　?。?）限位開關(guān)：當(dāng)轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關(guān)立即動(dòng)作，切斷電源并制動(dòng)，強(qiáng)迫停車。</p><p>　?。?）行程極限保護(hù)開關(guān)：當(dāng)限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站時(shí)，此開關(guān)動(dòng)作。</p><

40、p>　?。?）急停按鈕：裝于轎廂司機(jī)操縱盤上，發(fā)生異常情況時(shí)，按此按鈕切斷電源，電磁制動(dòng)器制動(dòng)，電梯緊急停車。</p><p>　?。?）廳門開關(guān)：每個(gè)廳門都裝有門鎖開關(guān)。僅當(dāng)廳門關(guān)上才允許電梯啟動(dòng)；在運(yùn)行中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯立即停車。</p><p>　　（7）關(guān)門安全開關(guān)：常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關(guān)門過程中如安全觸板碰到乘客時(shí)，發(fā)出信號(hào)，門電機(jī)停止關(guān)門，反向開門，

41、延時(shí)重新開門，此外還有紅外線開關(guān)等。</p><p>　?。?）超載開關(guān)：當(dāng)超載時(shí)轎底下降開關(guān)動(dòng)作，電梯不能關(guān)門和運(yùn)行。</p><p>　　（9）其它的開關(guān)：安全窗開關(guān)，鋼帶輪的斷帶開關(guān)等。</p><p>　　3變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　本文通過多種方案的比較對(duì)照，完成了電梯控制系統(tǒng)的變頻器的選擇。</p>

42、<p>　　3.1 變頻器的概述</p><p>　　3.1.1變頻器的簡(jiǎn)介</p><p>　　變頻器是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，將工頻電源變成另一種頻率的電源控制系統(tǒng)。變頻器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，按變流方式可分為交——直——交變頻器和交——交變頻器兩種。交——直——交變頻器先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)的交流，稱做間接變頻；交—

43、—交變頻器將恒壓恒頻的交流電直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無需中間環(huán)節(jié)，稱做直流變頻。</p><p>　　早期的變頻器由晶閘管（SCR）組成，SCR屬于半控型器件，不能通過門極關(guān)斷SCR，需要強(qiáng)迫換流裝置才能實(shí)現(xiàn)換相，故主電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，晶閘管的開關(guān)速度慢，變頻器的開關(guān)頻率低，輸出電壓諧波分量大。全控型器件通過門極控制既可使其開通又可使其關(guān)斷，該類器件的開關(guān)速度普遍高于晶閘管，用全控型器件構(gòu)成的變頻

44、器具有主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。常用的全控器件有電力場(chǎng)效應(yīng)管（Power-MOSFET）、絕緣柵極雙機(jī)型晶體管（IGBT）。</p><p>　　現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM），其基本思想是：控制逆變器中電力電子器件的開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。</p&

45、gt;<p><b>　　a)</b></p><p><b>　　b)</b></p><p>　　圖3-1變頻器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　a)交-直-交變頻器b)交-交變頻器</p><p>　　目前，我們所使用的變頻器主要采用交-直-交方式，它一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變

46、和控制 4 個(gè)部分組成，如圖3-2所示。整流由整流橋?qū)崿F(xiàn)，將方向不斷改變的交流電變成方向單一的直流電，中間直流環(huán)節(jié)起濾波、儲(chǔ)能、緩沖無功功率的作用，逆變器為IGBT三相橋式逆變器，輸出PWM波形。</p><p>　　圖3-2交直交變頻器結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　變頻器廣泛應(yīng)用于電機(jī)的調(diào)速，以可靠性高、精度高、功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，不斷替換其它的調(diào)速方式，廣泛

47、的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，例如機(jī)械、化工、石油、建筑、鋼鐵、電子、醫(yī)藥、電梯、城市供水、中央空調(diào)、污水處理等各領(lǐng)域。</p><p>　　目前，我國(guó)的變頻器生產(chǎn)主要集中在沿海地區(qū)，隨著對(duì)國(guó)外先進(jìn)變頻技術(shù)的學(xué)習(xí)及國(guó)內(nèi)巨大的市場(chǎng)需求，國(guó)產(chǎn)變頻器在21實(shí)際進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期。</p><p>　　3.1.2變頻器的發(fā)展方向</p><p>　　今后，變頻調(diào)速技術(shù)將向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

48、 </p><p>　　1、實(shí)現(xiàn)高水平的控制。對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的控制，采用各種理論實(shí)現(xiàn)高水平控制。諸如，電動(dòng)機(jī)和機(jī)械模型控制，采用矢量控制、磁場(chǎng)控制等，智能控制思想的控制，采用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等。</p><p>　　2、開發(fā)清潔能源的變頻器。降低負(fù)載側(cè)的諧波分量，減少對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。對(duì)中小容量變流器，提高開關(guān)頻率的 PWM 控制，對(duì)大容量變流器，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)

49、現(xiàn)清潔電能的變換。</p><p>　　3、縮小變頻器的體積。通過提高功率和控制元件的集成度和改變功率器件的冷卻方式，使變流裝置變得緊湊。</p><p>　　4、高速度的數(shù)字控制。采用更好的微處理器充當(dāng)控制中心，提高控制對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力，處理速度，實(shí)現(xiàn)各種算法，使得圖形編程的控制技術(shù)有很大發(fā)展。</p><p>　　3.1.3變頻器的調(diào)速原理</p>

50、<p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：</p><p>　　n=n0(1-s)=60f (1-s)/p</p><p>　　式中：n0——同步轉(zhuǎn)速；</p><p>　　f——電源頻率，單位為Hz；</p><p>　　p——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；</p><p>　　s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。</p>

51、<p>　　所以，從上面公式可知，改變電源的頻率、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。而變頻器就是通過改變電源的頻率實(shí)現(xiàn)的調(diào)速。</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，原因是，主磁通太弱，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若主磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。</p><p><b>　　由公式 </b></

52、p><p>　　E1=4.44f1N1Фm</p><p>　　式中，E1——電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)；</p><p>　　f1——電動(dòng)機(jī)定子頻率；</p><p>　　N1——定子相繞組有效砸數(shù)；</p><p>　　Фm——每極磁通量。</p><p>　　可知，要使Фm保持基本不變，必須保持E1

53、和f1的比例不變或者微小</p><p>　　變化。因此，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律，同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。</p><p>　　3.1.4變頻器的分類</p><p>　　變頻器的種類非常多，根據(jù)不同的分類方法有以下幾種分類：</p><p>　　1、按照變換頻率的方法分：交

54、——直——交變頻器、交——交變頻器交——交變頻器</p><p>　　2、按主電路工作方式分：電壓型變頻器、電流型變頻器</p><p>　　3、按變頻器調(diào)壓方法不同分：PAM變頻器、PWM變頻器</p><p>　　4、按工作原理分：U/f控制變頻器、VC控制變頻器、SF控制變頻器</p><p>　　5、按用途分類：通用變頻器、高性能專用

55、變頻器、高頻變頻器</p><p>　　3.1.5變頻器的主要功能</p><p>　　變頻器主要具有以下功能：【7】</p><p>　　1、頻率給定功能。變頻器可以根據(jù)給定的信號(hào)，輸出對(duì)應(yīng)的頻率。給定信號(hào)可以是模擬量信號(hào)，也可以是數(shù)字量信號(hào)。給定信號(hào)為模擬量信號(hào)時(shí)，變頻器輸出的頻率精度略有下降，通常為 ±0 .2%以內(nèi)。變頻器根據(jù)輸入的電壓或者電流值得

56、到相應(yīng)的頻率輸出。變頻器外部有若干個(gè)輸入端，用以控制多段速度，輸入端子的通斷（1/0），按照二進(jìn)制組合形成一個(gè)值，使變頻器輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的頻率。</p><p>　　2、加減速時(shí)間設(shè)置功能。變頻器起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)頻率可以很低，加速時(shí)間可以由用戶自行給定，這樣有效的解決了起動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流大和機(jī)械沖擊的問題。當(dāng)處于減速過程中，如果拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性大，頻率下降又很快，電動(dòng)機(jī)將處于強(qiáng)烈的再生制動(dòng)狀態(tài)，從而產(chǎn)生過電流和過電壓，使變頻

57、器跳閘。為避免上述情況，可進(jìn)行減速時(shí)間的合理選擇。</p><p>　　3、加減速模式選擇功能。有些機(jī)械裝置，對(duì)于速度的要求是不同的，如運(yùn)輸皮帶類的控制對(duì)象，被輸送物體的慣性力與加速度成正比，加速度太大，被輸送的物體很容易滑落或跌落，又如電梯，起動(dòng)、停止速度太快，會(huì)使乘客感到不舒服。變頻器根據(jù)負(fù)載的不同，可以提供不同的加減速曲線，常見的有三種：線性方式、S 形方式、半 S 形方式。線性加速時(shí)，頻率和時(shí)間成正比，可

58、以用在大多數(shù)負(fù)載中；S 形方式的初始速度較緩慢，中間階躍為線性加速，尾段又逐漸減為零，可適用于帶式運(yùn)輸機(jī)一類的負(fù)載；半 S 形一半為 S 形，另一半為線性，使用于低速時(shí)負(fù)載較輕，加速時(shí)可以快一點(diǎn)的負(fù)載。</p><p>　　4、節(jié)能功能。大多數(shù)變頻器都提供了自動(dòng)節(jié)能功能，只需用戶加以選擇，變頻器就可以自動(dòng)搜索最佳工作點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　5、保護(hù)功能。變頻器擁有過電流、

59、過電壓、過載保護(hù)的功能。當(dāng)電流、電壓超過一定值或由于負(fù)載過重導(dǎo)致發(fā)熱超過一定值時(shí)，變頻器會(huì)跳閘保護(hù)。</p><p><b>　　3.2變頻器的選擇</b></p><p>　　當(dāng)確定了變頻器的品牌和型號(hào)，以及確定變頻器的規(guī)格后，也就完成了變頻器的選擇。</p><p>　　變頻器的選擇主要考慮其額定值和頻率指標(biāo)，主要有： </p>

60、<p>　　1、輸入側(cè)的額定值，主要是電壓和相數(shù)，在我國(guó)的中小容量變頻器中，輸入電壓的額定值有以下幾種：380/50Hz，220~230V/50Hz 或 60Hz。</p><p>　　2、輸出側(cè)的額定值，主要由輸出電壓UN、輸出電流IN、輸出容量SN、配用電動(dòng)機(jī)容量PN、過載能力。</p><p>　　3、頻率指標(biāo)，主要考慮頻率范圍、頻率分辨率、頻率精度等指標(biāo)。頻率范圍、指

61、變頻器能夠輸出的最高頻率fmax和最低頻率fmin。</p><p>　　3.2.1變頻器品牌型號(hào)</p><p>　　變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的質(zhì)量品質(zhì)對(duì)于系統(tǒng)的可靠性影響很大，選擇品牌時(shí)，質(zhì)量品質(zhì)，尤其是與可靠性相關(guān)的質(zhì)量品質(zhì)，顯然是需要考慮的重要方面。同時(shí)，設(shè)備的平均壽命的長(zhǎng)短是一個(gè)重要的參數(shù)，所以根據(jù)預(yù)期使用壽命來選擇品牌，經(jīng)驗(yàn)和口碑仍然是主要依據(jù)。在同一品牌中選擇具體型

62、號(hào)時(shí)，則主要依據(jù)已經(jīng)確定的變頻調(diào)速方案、負(fù)載類型以及應(yīng)用所需要的一些附加功能來決定。</p><p>　　3.2.2選擇變頻器規(guī)格</p><p>　　變頻器產(chǎn)品說明書都提高標(biāo)稱功率數(shù)據(jù)，但實(shí)際上限制變頻器使用功率的是定子電流參數(shù)。因此，直接按照變頻器標(biāo)稱功率進(jìn)行選擇，在實(shí)際中常常可能會(huì)行不通。根據(jù)具體工程的情況，可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式：</p><p&

63、gt;　?。?） 按照標(biāo)稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)。</p><p>　?。?） 按照電動(dòng)機(jī)額定電流選擇；多用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目。</p><p>　　（3） 按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇：多用于改造工程。</p><p>　　（4） 按照轉(zhuǎn)矩過載能力選擇</p><p>　　綜上所述，根據(jù)實(shí)際工程情況，以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟx擇變頻器規(guī)格

64、很重要。選擇結(jié)果多數(shù)情況下變頻器標(biāo)稱功率與電動(dòng)機(jī)匹配，少數(shù)情況需要放大。所以，籠統(tǒng)的認(rèn)為放大一級(jí)功率選擇變頻器是沒有錯(cuò)的想法，但會(huì)造成浪費(fèi)?？偟膩碚f從生產(chǎn)成本來作合適的選擇。</p><p>　　3.2.3選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件</p><p>　　選擇變頻器應(yīng)滿足以下的條件：</p><p>　?。?） 根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選擇通用變頻器的類型。</p&

65、gt;<p>　?。?） 所選擇通用變頻器的類型與被控制異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配。</p><p>　　（3） 為降低電梯成本，首選通用變頻器。</p><p>　?。?） 電梯的啟動(dòng)和停車都要平穩(wěn)。</p><p>　?。?） 變頻器帶有防止失速功能。</p><p>　?。?） 變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。</p>

66、<p><b>　　3.3通用變頻器</b></p><p>　　隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此本次設(shè)計(jì)采用了通用變頻器。采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的是：</p><

67、;p>　?。?）為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求。</p><p>　?。?）為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　3.3.1通用變頻器簡(jiǎn)介</p><p>　　上個(gè)世紀(jì) 80 年代初，通用變頻實(shí)現(xiàn)了商品化。在近 20 年的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT

68、 兩個(gè)大發(fā)展過程。</p><p>　?。?） 容量不斷擴(kuò)大</p><p>　　80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。到了 90 年代初，BJT 通用變頻器的容量達(dá)到了 600KVA，400KVA 以下的已經(jīng)系列化，前幾年主開關(guān)器件開始采用 IGBT，僅三、四年的時(shí)間，IGBT 變頻器的單機(jī)容量已達(dá) 1800KVA，隨著 IGBT 容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨

69、之?dāng)U大。 </p><p>　　（2） 結(jié)構(gòu)的小型化</p><p>　　變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路（LSI）和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”（Intelligent

70、Module，IPM）這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強(qiáng)，保護(hù)電路和檢測(cè)電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護(hù)迅速且可靠，傳感信號(hào)也十分迅速。</p><p>　?。?） 多功能和智能化</p><p>　　電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。</p><

71、;p>　?。?） 應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大</p><p>　　通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂疲钡饺珨?shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、

72、立體倉(cāng)庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器；金屬加工機(jī)械，從各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床，加工中心超高速伺機(jī)的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器；在其它方面，如農(nóng)用機(jī)械、食品機(jī)械、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公元噴水池，可以說其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴(kuò)大。</p><p>　　3.3.2西門子M440變頻器簡(jiǎn)介</p><p>　　電梯的調(diào)度要求除了一般的

73、工業(yè)控制要求的動(dòng)、靜態(tài)性能外，還要著重考慮它的舒適度。本設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于保證電梯按理想給定速度曲線運(yùn)行，改善電梯的舒適感。而西門子新一代M440變頻器可以控制電機(jī)從靜止到平滑起動(dòng)期間提供200%3s的過載能力。M440的矢量控制和可編程的S曲線功能，使轎廂在任何情況下都能平穩(wěn)運(yùn)行且保持乘客的舒適感，特別在轎廂突然停止或起動(dòng)時(shí)。M440變頻器內(nèi)置了制動(dòng)單元，用戶只需選擇制動(dòng)電阻即可實(shí)現(xiàn)再生發(fā)電制動(dòng)，因此可節(jié)約系統(tǒng)成本。因此本次設(shè)計(jì)選用了西門子

74、M440型變頻器。</p><p>　　MICROMASTER 440 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號(hào)，額定功率范圍從120W 到200kW（恒定轉(zhuǎn)矩（CT）控制方式） ，或者可達(dá)250 kW（可變轉(zhuǎn) 矩（VT）控制方式），供用戶選用。它具有矢量控制、V/f控制等功能，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的控制特性。同時(shí)它的復(fù)合制動(dòng)功能改善了制動(dòng)特性，加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能，以及動(dòng)

75、力制動(dòng)的斜坡緩沖功能，</p><p>　　本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度 調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。</p><p>　　MICROMASTER 440 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是

76、給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制 系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MICROMASTER 440 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　MICROMASTER 440 既可用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到‘自動(dòng)化系統(tǒng)’中。</p><p>　　MICROMASTER 440的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）

77、易于安裝，參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。</p><p><b>　?。?）易于調(diào)試。</b></p><p>　?。?）牢固的EMC設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）可由 IT （中性點(diǎn)不接地）電源供電。</p><p>　?。?）對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的。</p><p>　?。?）參數(shù)設(shè)置的范圍

78、很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置。</p><p>　?。?）電纜連接簡(jiǎn)便。</p><p>　?。?）具有多個(gè)繼電器輸出。</p><p>　　（9）具有多個(gè)模擬量輸出 (0-20 mA)。</p><p>　　（10）6個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線。</p><p>　　（11）2

79、 個(gè)模擬輸入：</p><p>　?、貯IN1：0-10 V，0-20 mA和-10至+10V</p><p>　?、贏IN2：0-10 V，0-20 mA</p><p>　?。?2）2個(gè)模擬輸入可以作為第7和第8個(gè)數(shù)字輸入.</p><p>　?。?3）BiCo (二進(jìn)制互聯(lián)連接)技術(shù)。</p><p>　　（14

80、）模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活。</p><p>　?。?5）脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低。</p><p>　?。?6）詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和全面的信息功能。</p><p>　?。?7）有多種可選件供用戶選用：用于與 PC 通訊的通訊模塊，基本操作面板 (BOP) ，高級(jí)操作面板(AOP) ，用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的 PROFIBUS 通訊模塊。<

81、/p><p>　　3.3.3變頻器主要參數(shù)設(shè)置</p><p>　　西門子M440變頻器特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3M440的特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　MM440有兩種參數(shù)類型：以字母P開頭的參數(shù)為用戶可改動(dòng)的參數(shù)；以字母r開頭的參數(shù)表示本參數(shù)為只讀參數(shù)。本次設(shè)計(jì)的變頻器參數(shù)設(shè)置如表3-1：</p&

82、gt;<p>　　為減小啟動(dòng)沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其斜坡上升時(shí)間和斜坡下降時(shí)間應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)一些。同時(shí)為了提高運(yùn)行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率應(yīng)盡可能低些，以減小停車沖擊。</p><p>　　表3-1變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　4 PLC的選擇</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用PLC控制電梯，相比于傳統(tǒng)

83、的繼電器控制的電梯，PLC控制電梯具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）在電梯控制中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。</p><p>　?。?）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。</p><p>　?。?）PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便的增加或改變控制功能。</p><p>　

84、　（4）PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。</p><p>　?。?）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。</p><p>　?。?）更改控制方案時(shí)不需要改動(dòng)硬件連線。</p><p>　　4.1 可編程控制器的概述</p><p>　　4.1.1PLC的定義及特點(diǎn)</p><p>&

85、lt;b>　　1、PLC的定義</b></p><p>　　1980年可編程控制器問世后，NEMA(美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì))對(duì)其做過如下定義：</p><p>　　“PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算式運(yùn)算等功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?！?</p><p>　　1982年，

86、IEC(國(guó)際電工委員會(huì))頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，將其定義為：</p><p>　　“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算式運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)

87、?！?</p><p>　　由此可見，PLC是能直接運(yùn)用于工業(yè)環(huán)境的，而且具有與其它順序控制裝置明顯不同的特點(diǎn)。</p><p>　　目前，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，大致使用在以下六個(gè)方面：開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)。正是由于PLC的使用范圍廣泛，優(yōu)點(diǎn)眾多，才成為解

88、決自動(dòng)控制問題的最有效工具。</p><p><b>　　2、PLC的特點(diǎn)</b></p><p>　?。?）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵是可靠性要高。PLC采用了現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝制造嚴(yán)格，并且內(nèi)部電路具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此具有很高可靠性。</p><p>　?。?）

89、配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展至今，已形成了大、中、小各規(guī)模的系列產(chǎn)品，可用于各種規(guī)模的工控場(chǎng)合?，F(xiàn)代PLC除了具備邏輯處理功能，還具備完善的數(shù)字運(yùn)算能力，被許多數(shù)字控制領(lǐng)域所運(yùn)用。隨著近年P(guān)LC功能單元的大量涌現(xiàn)，PLC也滲透到了溫度控制、位置控制、CNC等各項(xiàng)工業(yè)控制中，另外隨著PLC通信能力的加強(qiáng)以及人機(jī)界面技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)PLC組成的各種控制系統(tǒng)的使用也變得非常容易。<

90、;/p><p>　　（3）控制靈活，程序可變，具有良好的柔性</p><p>　　PLC產(chǎn)品采用模塊化的形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選擇，用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件方便快捷的適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。<

91、/p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造的工作量小，維護(hù)方便，易改造</p><p>　　PLC用存儲(chǔ)邏輯取代了接線邏輯，減少了控制設(shè)備外部的接線數(shù)量，大大縮短了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建造的周期，這也使維護(hù)變得很容易。</p><p>　　（5）重量輕、體積小、能耗低</p><p>　　新近出產(chǎn)的超小型PLC的底部尺寸小于100毫米，重量小于150克，功

92、耗僅僅數(shù)瓦。體積小能夠使PLC很容易地裝入機(jī)械內(nèi)部，能夠十分理想地實(shí)現(xiàn)幾點(diǎn)一體化。</p><p><b>　　3、PLC發(fā)展簡(jiǎn)介</b></p><p>　　20世紀(jì)60年代，電子技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了控制電路的電子化，晶體管等無觸點(diǎn)器件的應(yīng)用促進(jìn)了控制裝置的小型化和可靠性的提高。20世紀(jì)60年代中期，小型計(jì)算機(jī)被應(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，大大提高了控制系統(tǒng)的性能。但當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)

93、價(jià)格昂貴，編程很不方便，輸入/輸出信號(hào)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不兼容，因而沒能在工業(yè)控制中得到推廣與應(yīng)用。</p><p>　　20世紀(jì)60年代末期，西方工業(yè)國(guó)家出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)大蕭條，作為工業(yè)龍頭的汽車工業(yè)受到沉重打擊。美國(guó)通用汽車公司（General Motors Corporation，GM）為了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝對(duì)手，擺脫困境，制定出多品種、小批量、不斷推出新車型來吸引顧客的戰(zhàn)略。但原有的控制系統(tǒng)由繼電器和接觸器等組成，靈

94、活性差，不能滿足生產(chǎn)工藝不斷更新的需要。1968年，GM提出了以下10條招標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　?。?）編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序。</p><p>　　（2）維護(hù)方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）可靠性高于繼電器控制柜。</p><p>　　（4）體積小于繼電器控制柜。</p><p>　　

95、（5）數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)。</p><p>　　（6）價(jià)格能與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　（7）輸入可以是交流115V。</p><p>　　（8）輸出≥AC 115V、2A，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。</p><p>　?。?）擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)變更很小。</p><p>　?。?0）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB

96、。</p><p>　　1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（Digital Equipment Corporation，DEC）開發(fā)出世界上第一臺(tái)能滿足上述要求的樣機(jī)，在GM的汽車裝配線上獲得成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、使用靈活、體積小、壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)很快就推廣到其他工業(yè)領(lǐng)域。隨后德國(guó)、日本等國(guó)相繼引進(jìn)這一技術(shù)，使PLC迅速在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在可編程序控制器的早期設(shè)計(jì)中雖

97、然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但只能進(jìn)行邏輯（開關(guān)量）控制，主要用于順序控制，所以被稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器被廣泛應(yīng)用于PLC設(shè)計(jì)中，使PLC的功能增強(qiáng)，速度加快，體積小，成本下降，可靠性高，更多的具有了計(jì)算機(jī)的功能。除了常規(guī)的邏輯控制功能外，PLC還具有模擬量處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算、運(yùn)

98、動(dòng)控制、PID（Proportional-Integral-Differential）控制和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，易于實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS），因而與機(jī)器人及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM）一起并稱為現(xiàn)代控制的三大支柱。此外，可編程序控制器在設(shè)計(jì)中還借鑒了計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，給

99、實(shí)際應(yīng)用帶來了方便。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufactures Association，NEMA）經(jīng)過調(diào)查，將其正式命名為Progrannable Controller，簡(jiǎn)稱PC（后人為與個(gè)人計(jì)算機(jī)Personal Computer區(qū)別起見稱做PLC），并給出了PLC的定義</p><p>　　盡管PLC種類繁多、功能各異，但其工作原理、基本功能

100、、系統(tǒng)構(gòu)成等方面均有共同之處，所以只要掌握一種PLC的原理與應(yīng)用，其他自然觸類旁通。</p><p>　　4.1.2PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　1、PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC的種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也不同，但是結(jié)構(gòu)與工作原理大同小異，一臺(tái)完整的PLC通常由中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出等部分組成。如圖4-1所示：<

101、/p><p>　　圖4-1PLC的硬件結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）主控部分</b></p><p>　　主控部分包括中央處理器，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口和電源等部分。其中，中央處理器是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路，用于運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、做出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)

102、據(jù)處理，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。</p><p>　?。?）輸入/輸出（I/O）接口</p><p>　　I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備的控制信號(hào)，輸出接口是將主機(jī)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。</p><p>　?。?）輸入/輸出擴(kuò)展單元</p><p>　

103、　I/O擴(kuò)展接口用于將外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元和基本單元連接在一起。輸入輸出擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲(chǔ)器等多種形狀。</p><p><b>　?。?）外部設(shè)備接口</b></p><p>　　外部設(shè)備接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。通過它，PLC可以與編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連。該接口的功能是串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)

104、據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。</p><p>　　外部設(shè)備接口一般分為通信接口和專業(yè)接口兩種。通信接口采用標(biāo)準(zhǔn)的通用接口，如RS232、RS422和RS485A，專業(yè)接口是指各PLC廠家專有的自成標(biāo)準(zhǔn)和系列的接口。</p><p>　　通信接口是PLC實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道，通過這些接口，PLC主機(jī)可與編程器、監(jiān)視器、打印機(jī)及其他的PLC和計(jì)算機(jī)相連。</p>

105、<p><b>　　（5）編程器</b></p><p>　　編程器是PLC利用外部設(shè)備，用戶用來輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)視PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜將PLC與電腦連接，并利用專用的軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。</p><p><b>　　（6）電源單元</b></p><p>　　電源是供給

106、PLC電源的器件，通常為輸入設(shè)備提供直流電源。它的作用是把外部的供電電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各電源所需的電源。PLC一般使用220V單向交流電，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部電路所需的直流電，保證PLC正常工作。</p><p>　　PLC的內(nèi)部電源一般采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾能力強(qiáng)。因輸入電壓范圍寬，PLC對(duì)其外部工作電源的穩(wěn)定性要求不高，可允許±15%左右的

107、變化。一般PLC還可為外部提供DC 24V電源，供給現(xiàn)場(chǎng)無源開關(guān)、外部傳感器使用。</p><p>　　2、PLC的工作原理</p><p>　　PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對(duì)用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個(gè)掃描周期主要可分為：讀輸入階段、執(zhí)行程序階段、處理通信請(qǐng)求階段、執(zhí)行

108、CPU自診測(cè)試階段和寫輸出階段。如果程序中使用了中斷，中斷事件出現(xiàn)，立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可以在掃描周期的任一點(diǎn)被執(zhí)行。</p><p>　　如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即I/O指令寫輸出點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。</p><p>　　4.2 PLC的選擇</p>&

109、lt;p>　　本次設(shè)計(jì)采用西門子S7-200系列，出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊等。</p><p>　　STEP 7-Micro/WIN V40是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)在個(gè)人計(jì)算機(jī)Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行的編程軟件，它的功能強(qiáng)大，使用方便，簡(jiǎn)單易學(xué)，可用梯形圖（LAD）、語句表

110、（STL）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。STEP 7-Micro/WIN V40提供兩套指令集，即SIMATIC指令集和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)指令集。</p><p>　　4.2.1 S7-200 PLC 的系統(tǒng)配置</p><p>　　S7-200 PLC的基本模塊也稱主機(jī)，是一個(gè)獨(dú)立的裝置。S7-200 PLC主機(jī)的型號(hào)、種類較多，可適應(yīng)不同需求的場(chǎng)合。CPU

111、22X系列產(chǎn)品有CPU221 模塊、CPU222 模塊、CPU224 模塊、CPU226 模塊、CPU226XM模塊。它們指令豐富、速度快、可靠性好、具有較強(qiáng)的通信能力，表 2-1 列出了S7-200CPU模塊的主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　表2-1 7-200CPU 模塊主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　根據(jù)工程需求，合理選擇CPU和擴(kuò)展模塊是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。選擇過程中，

112、應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：</p><p>　　（1）最大限度地滿足被控設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求。充分發(fā)揮 PLC 功能、最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的前提。這</p><p>　　就要求設(shè)計(jì)人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程管理和技術(shù)人員及、操作人員緊密配合，共同解決重點(diǎn)問題和疑難問題。</p><p>　　（2）在滿足控制要