基于PLC和变频器的电梯控制系统的设计（河南理工大学毕业设计）

式中IM如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适当缩小。

由于电梯为位能负载，在电梯运行过程中会产生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置，通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高。采用能耗制动方式，通过制动单元，将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低，而且具有良好的使用效果。当制动电阻过大，会使制动力矩不足；制动电阻过小，会使电流过大，电阻发热。对于提升高度较大，电动机转速较高的情况，可适当减少电阻阻值，但不能低于制造商规定的最低值。若最小值不能满足制动力矩，要更换大一级功率的变频器。

能耗制动电阻RZ的大小应使制动电流IZ的值不超过变频器额定电流的一半，即

UOIN （2-4） IZ??RZ2UN （2-5） RZ?2IN其中额定情况下变频器的直流母线电压为U0，由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。

3 PLC的简介

在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型。所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。

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3.1 PLC的选型

PLC可以实现复杂的系统控制，方便的增加或改变控制功能，进行故障的自检和报警显示，提高了系统的安全性，并便于检修。PLC用于群控调配和管理，提高了电梯的运行效率，而在改变控制方案时不需要改动硬件接线。任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

(1)充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，这是设计PLC控制系统的首要前提。

(2)保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。例如，应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

(3) 在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。设计不仅应使控制系统简单、经济，而且应使控制系统的使用和维护方便、成本低，不盲目追求自动化和高指标。

就PLC机型，在工程应用中可选用的PLC机型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、SIEMENS公司的S7系列等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。就本次电梯的设计而言，上述三种机型都行，但由于市面上三菱产品型号较多，种类齐全，技术先进，通用性强，性价比高，而且根据课本学习和熟悉程度，本次设计采用三菱FX系列可编程控制器。FX系列为主机连输入输出接点型。考虑到通用性，选用FX2N这一型号。FX2N系列PLC具有以下几方面的优点：

（1）FX2N配置灵活，电源、CPU、输入输出、程序内存集成在一个模块内。除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。 （2）FX2N指令功能丰富，有各种指令一百多条，且指令执行速度快。

（3）FX2N PLC可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量，满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等），能接受脉冲编码器脉冲。

（4）FX2N系列PLC的编程，可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编

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程软件包MELSE MEDOC进行。编程语言可用梯形图或指令表，尤其是可用PC机对系统实时进行监控，为调试和维护提供了极大的方便。

就I/O口分配，首先列出被控制对象输入输出的设备名称，并根据所需要的输入输出点数进行统计。

输入信号的估计：（1）内选、外召唤信号：全集选方式内选和外呼信号数量为

4?n+1（n为层数）。即4?5+1?21；(2) 楼层感应中间继电器5个、层中间继电器5个、上行中间继电器、下行中间继电器、换速中间继电器、门锁中间继电器、上平层中间继电器、门区感应中间继电器、下平层中间继电器、运行中间继电器、换速中间继电器，共19个。综上，输入信号总共约40点。

输出信号的估计：（1）内选、外召唤指示信号：全集选方式的内选和外呼信号数量为3?n+1（n为层数），即3?5+1?16；（2）楼层指示数码管楼层显示需3个，上下行显示需2个；（3）轿门开门接触器、轿门关门接触器、上行交流接触器、下行交流接触器、加速接触器、慢速接触器、第一慢速减速接触器、第二慢速减速接触器，共9个。综上，输出信号总共约30点。

根据以上分析，总点数约70个，要求可以估计I/O总点数约为100点。根据PLC输入、输出量点数与性质，可确定I/O模块型号与数量，高密度模块如32、64点，平均每点价较低，但受到工作电压、工作电流和环境温度的限制，同时应注意同时接通的点数不应超过总数的60%。所以本设计选择FX2N-80MR主机作为基本单元，以FX2N-48ER-D作为拓展单元。这样，共有128输入输出点数。

3.2 FX2N-80MR型PLC

FX2N-80MR中FX2N是指三菱公司FX系列可编程控制器，这款主机有40点输入和40点输出，使用24V直流电源输入，继电器输出直流信号。FX2N-80MR型 PLC的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，具有高速的指令处理能力，良好的人机界面，CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。FX2N-80MR型 PLC是模块化中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。它可连接FX2N系列的特殊单元以及特殊模块。

1.1.21 FX2N-80MR型PLC的 I/O点分配

PLC是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，这里指电梯运

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行过程。PLC的I/O就是连接在PLC上的各种输入输出模块的输入输出点。

输入模块用来接收和采集输入信号。所有的输入信号都是经过光电耦合，并经RC电路滤波后才送入PLC内部放大器的，这样有效的消除了环境中杂散电磁波等造成的干扰。输入点分配如表3-1。

表3-1 输入点分配表

名称

关门极限开关 开门极限开关

上下平层干簧触点 轿子内关门按钮 轿子内开门按钮 一层上行召唤按钮 二层上行召唤按钮 二层下行召唤按钮 三层上行召唤按钮 三层下行召唤按钮 四层上行召唤按钮 四层下行召唤按钮 五层下行召唤按钮 轿内开门开关 轿内关门开关 门区感应开关 输入点 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017

名称

轿内一层呼钮 轿内二层呼钮 轿内三层呼钮 轿内四层呼钮 轿内五层呼钮

一层上行干簧感应触点 二层上行干簧感应触点 二层下行干簧感应触点 三层上行干簧感应触点 三层下行干簧感应触点 四层上行干簧感应触点 四层下行干簧感应触点 五层下行干簧感应触点 上下行强迫换速开关 速度继电器感应触点 光点感应触点 输入点 X020 X021 X022 X023 X024 X025 X026 X027 X030 X031 X032 X033 X034 X035 X036 X037

输出模块是接受中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件能接受的信号。由于继电器输出模块的使用电压范围宽，导通压降损失少，并且价格较低，所以选用继电器输出。输出模块同时接通电路的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值，同时，输出模块的输出电流大小要大于负载电流的额定值。输出点分配如表3-2。

表3-2 输出点分配表

名称

轿门开门接触器 轿门关门接触器 上行交流接触器 下行交流接触器 加速接触器 快速接触器 慢速接触器

输出点 Y003 Y005 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 名称

一层轿内指示按钮 二层轿内指示按钮 三层轿内指示按钮 四层轿内指示按钮 五层轿内指示按钮 一层上行召唤指示灯 二层上行召唤指示灯

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输出点 Y023 Y024 Y025 Y026 Y027 Y030 Y031