基于PLC-变频器的仿真电梯控制系统设计.pdf

第 2期 总第 1 4 7期 2 0 0 8年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No．2 Apr ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 2 0 1 7 4 0 2 基于 P L C一变频器 的仿 真 电梯控制系统设计 马 宁 山西工程职业技术学院 ，山西 太原0 3 0 0 0 9 摘要 介绍 了采用 P L C 一变频器控制的仿真电梯 系统 的主要功能、设计特点和实 际应用 ；应用本系统可以有 效地提高学生对 电气控制系统的设 计、安装、调试 和维护能力 。 关键词可编 程控制器 ；变频器；电梯 ；电气控制 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 近年来 ，P I C一变频器交流调速电梯获得了广泛 的应用。为了适应电梯的迅速发展及 自动化专业教学 实践的需要 ，我们开发了一套 P I C 一变频器控制的仿 真 电梯系统 。 P I C具有编程简单、控制灵活、功能完善、扩充 方便、抗干扰能力强等优点 ，而变频器不但可以提供 良好 的调速性 能而且 能节约 大量 电能 ，所 以 目前 电梯 多采用 P I C 一变频器控制。变频器只完成调速功能， 而逻 辑控 制部 分是 由 P L C来完 成 。P I C用 于 处理 各 种信号的逻辑关系， 并且向变频器发出起停等信号 ， 同 时变频器将其工作状态信号送给 P I C， 形成双向联络 关 系 。 该仿真电梯 由机械和电气两大系统组成 。 1 仿 真电梯机械 系统 考虑到实际电梯的真实运行环境和功能，同时兼 顾实验教学的直观性 ，采用模拟 5 层 电梯装置。井道 高 3 m， 每层高 0 ． 5 m， 设计 了透明模 拟井道 和轿 厢 ， 能 非常直观地观察到井道中轿厢、对重装置和门系统的 真实运行情 况 ，同时 能观察 到机 械安全保 护系统 、轿 厢减 速和平层 装置 的位置及 工作 过程 。 2 仿真电梯电气控制系统 2 ． 1 主 回路 采用变频器控制笼型异步电动机完成仿真电梯的 上行 、下行、停层减速和平层过程中对曳引电机的变 频控 制 。 电梯一 次完整 的运行 过程 ，就是 曳引电动机 从启 动、匀速运行到减速停车的过程。当正转 或反转 及 收稿 日期 2 0 0 7 ～ l 2 2 7 作者简介 马宁 1 9 6 0 一 ． 女 ， 山西太原人， 副教授 ， 硕士。 快速信号有效时 ， 电动机开始从 0 H z到 5 0 Hz 启动 ， 启 动时间在 3 s 左右 ， 然后维持 5 0 Hz的速度一直运行， 完 成启动及运行段的工作 ； 当停层减速信号到来时 ， P L C 撤销快速信号 ，同时输出慢速信号，慢速爬行输出频 率为 6 Hz ， 从 5 0 Hz 到 6 Hz的减速过程在 3 s之内完成 ， 当达到 6 Hz的速度后 ，在此速度爬行 ；当平层信号到 来时 ，P I C撤掉正转 或反转 信号及慢速爬行信号 ， 电动机从 6 Hz 减速到 0 Hz ， 同时通过 P I C控制抱闸及 自动开门，完成完整的一个运行过程 。电梯运行曲线 见 图 1 。 图 1 电 梯 运 行 曲线 图 2 ． 2控制 回路 控制回路采用 P I C控制， P I C配置灵活， 除主机 单元外，还可以扩展 I ／ O模块、A／ D模块、D ／ A模块 和其它特殊功能模块 。本系统需 I ／ O 6 4点 输 入 3 2 点、 输出 3 2点 。P I C指令功能丰富，可用编程器编 程 ．编程语言可采用梯形图或指令表。 P I C采集和处理电梯的内外呼唤信号、变频器状 态信号、井道信号、开／ 关 门信号等 ，通过逻辑运算， 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 2期 马宁基于P L c一变频器的仿真电梯控制系统设计 1 7 5 形成变频器运行必须的控制信号 如正转和反转信号、 快速和慢速信号、 停止信号等 以及楼层显示信号、方 向信号、门机构驱动信号等 ， 实现对 电梯的有序控制 ， 电梯控制系统结构方框图见图 2 。 制动 电阻 图 2电梯 控 制 系统 结构 方 框 图 3 仿真 电梯 的 电气 装 备 本系统电气装备主要由曳引电动机、 电气控制柜、 选层平层装置 、门系统、操作台及安全保护装置等部 分 组成 。 3 ． 1 曳 引电动机 采用笼型异步电动机， 安装在仿真井道的顶端 ， 实 现对电梯上行 、下行、停层减速和平层过程的控制 。 3 ． 2电 气控 制柜 电气控制柜由可编程控制器 、接触器、相序保护 器 、控制变压器、电压表、电流表、直流电源、指示 灯等组成。为了适应 自动化专业实践教学的需要 ，充 分提高学生设计、 安装、 调试电气控制系统的能力， 采 用 实际控制柜和元器件，同时设置 了 1 0台电气控制 柜， 可供 1 O组学生同时完成设计、安装和调试仿真电 梯的实训过程。1 0个电气控制柜安装完毕后，可通过 其接线端子分别与仿真电梯模型上的接线端子及操作 台连接 ，完成对电气控制系统的调试过程。 3 ． 3 选层平层装置 选层平层装置由轿厢 内和厅门外选层按钮、停层 感应器、平层感应器组成 。轿厢内和厅 f l b 选层按钮 分别设在操作台轿厢操纵区和厅召唤区；停层感应器 安 装在 每一 层 的厅 门上方 ，由 8 个 接 近开关 构成 ；平 层感应器安装在轿厢顶部 ，由 3 个接近开关构成，由 上至下分别为上平层感应器、门区感应器 、下平层感 应器 。当轿厢内或厅 门外选层按钮发出呼唤信号传送 给 P L C后 ，P I C根据轿厢当前的位置与内／ 外呼唤信 号的关 系，通过逻辑运算确定电梯运行方向和停层位 置 ，由停层感应器发出停层减速信号 ，由平层感应器 发出平层信号 ， 并传送给 P L C， 通过 P I c输出减速信 号和平层信号给变频器控制曳引电动机 ，完成停层减 速 和平层 全过 程 。 3 ． 4 门 系统 门系统由直流他励电动机 、开门和关门限位开关 组成 ，安装在轿厢顶部。当电梯慢速平层时 ，层楼井 道内铁板接近装于轿厢顶上的门区感应器，发 出平层 结束信号， 通过 P L C控制门电机向开门方向旋转，当 门开足时，开门限位开关动作发出信号 ， 通过 P I C控 制门电机制动立即停止运转 ，完成 自动开门过程。当 电梯停靠开门后 ， P L C控制延时约 4 s 6 s 后启动门电 机向关门方向运转 ， 直至门关闭， 关门限位开关动作 ， 经 P I C控制门电机制动立即停止运转， 完成 自动关门 过 程 。 3 ． 5 操 作 台 操作台由指示灯、钥匙开关 、按钮等组成。操作 台分 2个区，即厅 f l b 召唤区和轿厢内操纵 区。厅 门 外召唤区由层召唤按钮、层召唤指示灯、上行和下行 指示灯等组成。轿厢内操纵区由层召唤指示灯、层指 令按钮 、层指令指示灯、上行和下行按钮、急停按钮、 检修用关门和开门按钮及检修用上行和下行按钮等组 成。 3 ． 6 安 全保护 装置 在井道的上 、下两端分别设置了上、下 限位开关 作为终端保护 ，防止 电梯冲顶或沉底事故。 4 结 束 语 本系统的电气 自动控制部分采用了实际控制柜和 元器件 ，学生通过设计、安装和调试电梯电气控制系 统，可以有效地提高理论水平和实际动手能力以及分 析和解决问题的能力。本系统 已应用于我院电气 自动 化专业的实践教学 中，收到了 良好的效果。 De s i g n o f I mi t a t i o n El e v a t o r Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC-- I nv e r t e r M A Ni n g S ha nx i En g i n e e r i n g Vo c a t i o n a l Co l l e g e， Ta i y u a n 0 3 0 0 0 9， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e ma i n f u n c t i o n． d e s i g n c h a r a c t e r a n d p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n o f i mi t a t i o n e l e v a t o r c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P LC i n v e r t e r ． By u s i n g t h i s s y s t e m． s t u d e n t s c a n r a i s e t h e i r a b i l i t i e s o f d e s i g n i n g， i n s t a l l i n g， d e b u g g i n g a n d ma i n t a i n i n g e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m e f f i c i e n t l y ． ． ． Ke y wor d s PLC； i nv e r t e r ； e l e v a t or； e l e c t r i c al c on t r ol 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m