赵自修基于PLC与变频器的通讯调速系统2

烟台工程职业技术学院机电系机电一体化专业11级毕业设计（论文）题目:基于PLC与变频器的通讯调速系统姓名赵自修学号2011080252指导教师（签名）李明二○一三年十一月三日基于PLC与变频器的通讯调速系统赵自修（摘要）：随着社会的发展和科技的进步，人们的生活生产也发生了日新月异的变化，电梯已经成为了各大城市不可取少的工具。尤其是在物质和精神需求不断增长的今天，电梯已经不仅仅是一种代步工具，在许多大型城市，它已经衍生出了各种各样的产品。而现代电梯所包含的科技和技术亦是前所未有的，计算机、自动控制和电力电子等新兴技术在电梯的制造中都有所体现。现如今比较常见的电梯大多由PLC代替原来的继电器进行逻辑控制，在调速方面也大多使用快捷稳定的变频器进行控制。本次设计根据当今世界科技的发展趋势，将可编程序控制器（PLC）和变频器进行结合，通过合理的设计完成对电梯系统的控制，在可靠性，灵活性以及安全保护方面都有所提高。并且将乘坐时的舒适感也考虑到了设计当中，使得电梯达到了比较理想的水平。本设计所制造的电梯具有厅内外召唤、选层、楼层显示和警铃提醒等功能。本设计分析介绍了电梯的基本结构，阐述了电梯的工作原理，并且对PLC程序的分析和设计进行了重点编写。整体大致分为硬件设计和软件设计两部分，并在论文的最后对电梯的发展进行了总结和展望。关键词：电梯，PLC，变频器调速，梯形图机电工程系11级高职学生毕业设计（论文）任务书设计题目基于PLC与变频器的通讯调速系统-硬件系统学生姓名赵自修系别机电工程系专业机电一体化班级机电11305指导教师李明职称讲师课题来源工程设计任务书下达时间2013-10-30系主任签字教研室主任签字1、毕业设计（论文）主要内容及技术指标主要内容：本文介绍了基于PLC的变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变频调速，首先通过设置给定输入给PLC。再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制异步电机，控制运算主要由PLC和变频器来完成，执行元件为变频器和电机。技术指标：误差≤±5%2、毕业设计（论文）基本要求要求：能按时完成毕业设计(论文)各阶段所要求的工作，论文结构完整、合理，条理清晰，对实验方案的论述正确3、所需数据资料及参考文献[1]乔东凯.基于PLC和变频器控制异步电动机转速的研究[J].机械与电子,2008[2]方强，李丽娜，孙宏昌.可编程控制器技术开发与应用[M].北京：电子工业出版社，[3]胡寿松.自动控制原理（第五版）[M].北京：科学出版社，2007.[4]张承慧,崔纳新,李珂.交流电机变频调速及其应用[M].北京:机械工业出版社,2008.[5]王建伟.基于PLC的电机变频调速试验系统开发[D].太原:中北大学,2010.[6]刘启新.电机与拖动基础[M].北京:中国电力出版社,2007.[7]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[8]刘永华.电气控制与PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.进度计划序号阶段性工作及成果时间安排1申报毕业设计（论文）课题2013-92开题会，各指导教师下达任务书。2013-10.23全体指导教师及学生大会：考试时间调整；各指导教师检查工作进展情况。2013-10-24课题设计、撰写论文、实物制作2013-9~2013-125上交有关材料给指导老师2013-11-266答辩会2013-12-7目录1.概述﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒11.1课题背景﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒21.2关于PLC及PLC的特点﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒31.3变频器及其特点﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒41.4本课题主要研究内容﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒52.电梯控制系统的设计方案﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒62.1电梯的介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒72.2关于电梯调速方法的介绍﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒83.电梯的结构和功能﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒93．1电梯系统的功能和基本结构﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒103.2变频器的选择﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒113.3PLC的选择﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒124.电梯硬件部分的设计﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒134．1调速系统的硬件设计﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒144.2控制系统的硬件设计﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒155.电梯软件部分的设计﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒165.1电梯的三个工作状态﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒175.2控制程序流程图﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒18总结﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒19致谢﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒20参考文献﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒21第1章概述1.1课题背景当今社会，日新月异，高层建筑已经成为一个城市发展所必不可少的建筑，与之相伴随的电梯也在生产和生活中有了广泛的应用。我们所定义的电梯，就是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。还有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度的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式要便于乘客出入或装卸货物。目前，电梯的控制方式大致分为两种：一是采用微机作为信号控制单元，二是采用可编程控制器（PLC）进行集选控制。两种方法各有优点。本次设计采用PLC对轿厢式电梯进行控制，这也是现在国内大多数电梯生产厂家所采用的电梯控制系统。1.1.1电梯发展史升降工具在人类的历史上已经存在并应用了几千年，但驱动力一般是人力或畜力，直到1889年，升降机开始采用电力驱动，才真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。20世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。1967年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983年，变压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯的主流产品。1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。电梯进入中国市场已有一百多年的历史，但真正中国自主研究电梯是在建国以后。1979年以前，建国以来30年间，全国生产安装电梯约1万台。这些电梯主要是直流电梯和交流双速电梯。中国电梯产业在引入外资后才进入了真正的大发展阶段，中国电梯产业在80年代以后发展史可以说就是一部外资引进的发展史，从外资进入中国电梯行业的进程来看，中外电梯合资企业大体经历了如下四次发展阶段：中外合资中方控股、外方逐渐开始控股、基本由外方控股、全部为外方控股或独资。所以中国的电梯在技术方面一直没有自己的突破，所有的技术和大部分的设备都是依赖国外的大型电梯公司。2000年5月，迅达电梯公司发布Eurolift无机房电梯。它采用高强度无钢丝绳芯的合成纤维曳引绳“SchindlerAramid”牵引轿厢。永磁电机无齿轮曳引机驱动。2000年，奥的斯公司发布Gen2无机房电梯。它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。无齿轮曳引机呈细长形，体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。2002年，正在建设中预计2004年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等以实现在安全稳定的前提下进行超高速运行。2008年，日立电梯在廊坊国际电梯展会上推出的“环保电梯”是真正意义上的“低碳节能”的环境友好型电梯，创立了低碳电梯的新标准。通过变频空调和空气洁净器的应用，使轿厢空气更流通、更清新。而能量再生技术、无段速技术等节能技术的应用，使日立电梯更加节省能源，减少碳排放。2008年，科威嵌入式电梯控制器以其独有的能用梯形图编程、兼容三菱PLC指令及编程环境、可自由组态显示、完全嵌入式结构设计、独特的程序加密方法，成为了关注的焦点。它独特的嵌入式电梯控制器可以让消费者通过梯形图语言设置自己需要的参数。1.1.2电梯的发展趋势（1）电力拖动系统—拖动技术拖动技术从直流拖动到交流变极调速（交流双速），到交流变压调速、到目前应用最为广泛的变频变压（VVVF）调速技术。变频变压调速技术发展很快，其调速性能已完全可与直流电机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。（2）电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。（3）超高速电梯曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。（4）蓝牙技术在电梯上广泛应用蓝牙技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。（5）绿色电梯与节能电梯将普及要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等。甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯补充能源。现如今随着一些高端科技的普及，应用到电梯行业的技术也越来越多。全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）；数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）；第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上）；双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）；快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）；节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）；数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制）；无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制）。1.2关于PLC及PLC的特点PLC，即可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的