基于plc的交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　編號(hào) </b></p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于PLC的交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC-based AC Variable Voltage and Variable Frequency elevator cont

2、rol system design</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)承諾書(shū)</p><p>　　1．本人承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）《基于PLC的交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，是認(rèn)真學(xué)習(xí)理解學(xué)校的《長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例》后，在教師的指導(dǎo)下，保質(zhì)保量獨(dú)立地完成了任務(wù)書(shū)中規(guī)定的內(nèi)容，不弄虛作假，不抄襲別人的工作內(nèi)容。</p><p>　　

3、2．本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。</p><p>　　3．在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中對(duì)侵犯任何方面知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行為，由本人承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。</p><p>　　4．本人完全了解學(xué)校關(guān)于保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交論文和相關(guān)材料的印刷本和電子版本；同意學(xué)校

4、保留畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的復(fù)印件和電子版本，允許被查閱和借閱；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。</p><p>　　以上承諾的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)！</p><p>　　作 者 簽 名： 年 月日</p><p><b>　　摘要</b></p><

5、;p>　　本文提出了一種自適應(yīng)控制算法，它采用一種建立在連續(xù)輸入輸出論域上的模糊控制器，仿真結(jié)果表明，基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控系統(tǒng)魯棒性好，控制精度高。然后，實(shí)現(xiàn)了基于模糊控制的VVVF系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電梯系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)要求，進(jìn)行電梯系統(tǒng)的PLC軟件開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)軟件流程圖和軟件模塊化編程。通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，結(jié)合PLC自身的控制規(guī)律，設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)一定功能的PLC電梯控制系統(tǒng)，使電梯可以在自檢、正常工作、強(qiáng)制工作等三種

6、工作狀態(tài)來(lái)回轉(zhuǎn)換。最后的電梯速度控制研究分析表明，基于PLC的變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)運(yùn)行效率高，系統(tǒng)安全可靠性強(qiáng)，并且系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，滿足了對(duì)電梯系統(tǒng)期望的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯 可編程控制器PLC 變頻器 交流調(diào)頻調(diào)壓</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper pr

7、esents an adaptive control algorithm, which uses a continuous input and output based on the domain of the fuzzy controller, the simulation results show that the real-time fuzzy control elevator speed regulation system ro

8、bustness, high control accuracy.Then, to achieve the VVVF system based on fuzzy control. On this basis, according to the working status of the elevator system itself required for the elevator system PLC software developm

9、ent, software design and software flow modular </p><p>　　Key words: Elevator； PLC； inverter； AC VVVF</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p

10、>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景與意義1</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3論文的主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章 基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控3</

11、p><p>　　2.1電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控的意義和方法3</p><p>　　2.2 PID 控制和模糊控制原理4</p><p>　　2.2.1 PID 控制4</p><p>　　2.2.2 模糊控制5</p><p>　　2.3 模糊自適應(yīng) PID 控制器參數(shù)整定原理6</p><p>

12、　　2.4 基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控算法的實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　2.4.1算法的實(shí)現(xiàn)7</p><p>　　2.4.2 算法的仿真與結(jié)果分析10</p><p>　　第3章 PLC的選擇與設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 PLC的簡(jiǎn)介12</p><p>　　3.1.1 PLC的定義12&

13、lt;/p><p>　　3.1.2 PLC的基本組成12</p><p>　　3.1.3 PLC的工作原理14</p><p>　　3.2 PLC硬件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)15</p><p>　　3.2.1可編程控制器的機(jī)型選擇15</p><p>　　3.2.2電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)17</p>&l

14、t;p>　　3.2.3 程序設(shè)計(jì)構(gòu)思17</p><p>　　第4章 變頻器的選型與設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1變頻器的分類(lèi)20</p><p>　　4.4.1交-交變頻器和交-直-交變頻器20</p><p>　　4.1.2交-直-交變頻器的組成21</p><p>　　4.2變頻器的選擇2

15、1</p><p>　　4.2.1變頻器品牌、型號(hào)選擇21</p><p>　　4.2.2變頻器的規(guī)格選擇21</p><p>　　4.2.3變頻器選擇應(yīng)滿足的條件22</p><p>　　4.3酷馬Q7000變頻器調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.1 Q7000-EL 型變頻器硬件設(shè)計(jì)22&

16、lt;/p><p>　　4.3.2 Q7000-EL型變頻器的容量計(jì)算23</p><p>　　4.3.3Q7000-El 型變頻器的制動(dòng)電阻參數(shù)計(jì)算24</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)25</p><p>　　5.1電梯的三個(gè)工作狀態(tài)25</p><p>　　5.1.1 電梯的自檢狀態(tài)26</p

17、><p>　　5.1.2電梯的正常工作狀態(tài)26</p><p>　　5.1.3電梯的強(qiáng)制工作狀態(tài)26</p><p>　　5.2系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方法26</p><p>　　5.2.1軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)26</p><p>　　5.2.2軟件設(shè)計(jì)流程27</p><p>　　5.2.3 設(shè)計(jì)模塊化編

18、程29</p><p>　　5.3 VVVF電梯速度控制研究?jī)?nèi)容及分析30</p><p>　　5.3.1電梯速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)30</p><p>　　5.3.2電梯的速度控制方式31</p><p>　　5.3.3電梯速度運(yùn)行曲線分析33</p><p><b>　　結(jié)論36</

19、b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　附錄39</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1

20、.1研究背景與意義</p><p>　　隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷深化，城市迅速的崛起，高層建筑的不斷增多，安裝電梯的場(chǎng)所越來(lái)越多，電梯在人們?nèi)粘Ｉ钪械淖饔靡踩遮呏匾ｋ娞菰O(shè)置在垂直的兩根導(dǎo)軌之間，通過(guò)電力拖動(dòng)的方式，將載有乘客或貨物的轎廂做升降運(yùn)動(dòng)。所以，電梯是為高層建筑運(yùn)輸服務(wù)的設(shè)備，它具有運(yùn)送速度快、安全可靠、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。繼電器控制是電梯產(chǎn)業(yè)中最為傳統(tǒng)的一種控制方式。繼電器控制系統(tǒng)存在很多缺點(diǎn)與不足，如

21、：故障率高、維護(hù)不方便、耗能比較大、編程繁瑣等缺點(diǎn)。從人們對(duì)電梯的需求出發(fā)，這種系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了人們?nèi)粘５男枨?，將逐漸被淘汰。</p><p>　　可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)具有可靠性高、編程和維護(hù)方便等主要特性。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸普遍，特別是在我國(guó)中小型電梯企業(yè)的產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，在我國(guó)的電梯行業(yè)中，傳統(tǒng)的繼電器控制方式逐漸被PLC控制系統(tǒng)和微控制器數(shù)字控

22、制系統(tǒng)所取代。其中,PLC由于編程簡(jiǎn)單、容易維護(hù)、設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)中。</p><p><b>　　1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　如今，我國(guó)電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力，不但可以生產(chǎn)出符合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，而且部分產(chǎn)品已經(jīng)走出國(guó)門(mén)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)多年的改革與發(fā)展，涌現(xiàn)出了江蘇江南、巨人

23、通力、蘇州帝奧、申龍、寧波宏大等一大批國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的電梯品牌。以國(guó)際先進(jìn)技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)電梯企業(yè)堅(jiān)持“科學(xué)發(fā)展、科學(xué)創(chuàng)新”的原則，努力拼搏、頑強(qiáng)奮進(jìn)，在無(wú)機(jī)房電梯、遠(yuǎn)程監(jiān)控、綠色電梯等新技術(shù)和新產(chǎn)品中取得了卓越的成績(jī)，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，得到了國(guó)內(nèi)外廣大用戶的一致好評(píng)。</p><p>　　目前，繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制是電梯主要的三種控制方式。電梯技術(shù)的飛速發(fā)展，主要取決于國(guó)內(nèi)電梯企業(yè)對(duì)技

24、術(shù)發(fā)展的重視程度，在電梯技術(shù)的革新、電梯工藝的修善上投入了大量的人力、物力。繼電器控制系統(tǒng)是以前電梯企業(yè)主要采用的一種電梯控制系統(tǒng)，隨著技術(shù)的革新?lián)Q代，人們對(duì)生活水平的要求越來(lái)越高，開(kāi)始考慮電梯的安全性、舒適性、快速性，繼電器控制已經(jīng)不能滿足人們的生活需求。隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展提高，PLC控制系統(tǒng)作為一種可編輯的數(shù)字運(yùn)算電子裝置，開(kāi)始出現(xiàn)在電梯控制系統(tǒng)中，由于此系統(tǒng)具有安全穩(wěn)定、靈活實(shí)用、易操作、低能耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，得到大力推廣與發(fā)展，

25、已經(jīng)逐漸開(kāi)始替代繼電器控制，成為電梯控制技術(shù)的主流。與此同時(shí)，交流變頻調(diào)速的電梯拖動(dòng)方式也逐漸淘汰了原來(lái)的直流調(diào)速。以現(xiàn)有的高端電梯產(chǎn)品來(lái)看，大部分企業(yè)在電梯控制中采用了PLC控制與交流調(diào)速相配合的控制技術(shù)，此控制技術(shù)以高效的性能、獨(dú)特的穩(wěn)定性，正成為當(dāng)今電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。</p><p>　　1.3論文的主要內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)把握當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)文獻(xiàn)查閱、

26、調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)論證等方式方法，對(duì)電梯PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究、分析、總結(jié)與設(shè)計(jì)。研究基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控算法，以及其在電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。</p><p>　　本論文共分為五章： </p><p>　　首先介紹本文的研究背景、意義以及國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。</p><p>　　其次，闡述了電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控的意義，結(jié)合模糊控制和PID控制原理，提出了一種基于模糊

27、控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控算法，新算法具有穩(wěn)態(tài)誤差小、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　第三章，從PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體原則、設(shè)計(jì)步驟、主要內(nèi)容、編程語(yǔ)言類(lèi)型等方面出發(fā)，詳細(xì)介紹了PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　第四章，變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，完成變頻器的選擇以及參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　第五章，在分析電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了軟件流程圖

28、，模塊化編程。最后對(duì)改造后的電梯系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。調(diào)試結(jié)果說(shuō)明采用一種建立在連續(xù)輸入輸出論域上的模糊控制器，避免了普通模糊控制器由于論域的離散化而存在的量化誤差。通過(guò)采用分級(jí)模糊控制的方法進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的控制精度和收斂品質(zhì)。</p><p>　　第2章 基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控</p><p>　　2.1電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)控的意義和方法</p><p>　　在進(jìn)

29、行電梯速度控制時(shí)，系統(tǒng)需根據(jù)實(shí)時(shí)速度對(duì)給定速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。電梯速度調(diào)節(jié)的方法主要有： </p><p>　?。?）PID控制：PID控制是目前控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種控制方法。它控制方法簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)整三個(gè)參數(shù)，即比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)控制被控對(duì)象的快速性和穩(wěn)定性。但是PID控制的三個(gè)參數(shù)需要在實(shí)際應(yīng)用中調(diào)整，而電梯曳引系統(tǒng)并非一成不變，因此，PID參數(shù)在具體對(duì)象的應(yīng)用中調(diào)整有一定困難，需要在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中不斷調(diào)

30、試以找出PID值。 </p><p>　?。?）智能PID控制：主要是模糊控制理論和PID的結(jié)合，在PID的三個(gè)參數(shù)、控制系統(tǒng)、反饋誤差之間建立一種模糊關(guān)系規(guī)則。當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)變化時(shí)，PID的三個(gè)參數(shù)可以在線調(diào)整，大大加強(qiáng)了PID控制算法的魯棒性。 </p><p>　?。?）電梯運(yùn)行速度的PDF控制文獻(xiàn)：美國(guó)康奈爾大學(xué)的Phalen教授最早提出偽微分反饋（pseudo-derivative

31、 feedback）控制，簡(jiǎn)稱PDF控制。該控制方法具有抗干擾能力強(qiáng)、負(fù)載能力大、對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)變化不敏感以及算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）電梯運(yùn)行速度的預(yù)測(cè)控制：在電梯啟動(dòng)加速和減速制動(dòng)段，速度曲線是變化的，常規(guī)的PID控制不能很好地按給定速度曲線運(yùn)行。通過(guò)預(yù)測(cè)控制，將此兩段速度的變化率以一定的方式前饋到控制器中，必將減小電梯的啟動(dòng)死區(qū)，進(jìn)而提高超高速電梯的運(yùn)行品質(zhì)。 </p>

32、<p>　?。?）多模式模糊控制：普通模糊控制的跟蹤性能和定位精度不高的原因在于偏差e的檔次分得太粗。這種模糊控制算法，對(duì)偏差e的基本論域?yàn)槟骋淮_定的范圍，具有較好的控制效果。但如果偏差e的基本論域與系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)有關(guān)，或者說(shuō)，偏差e的基本論域是一個(gè)變量，那么用普通模糊控制器就很難得到理想的控制效果?？朔@個(gè)缺點(diǎn)的方法是使普通模糊控制和其它控制方式相結(jié)合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。 </p><p>　?。?）神

33、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制：電梯在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，存在著超調(diào)、振蕩和死區(qū)，特別是在電梯運(yùn)行的起動(dòng)和平層段，嚴(yán)重影響液壓電梯乘坐的舒適感。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其高度的非線性逼近映射、特有的聯(lián)想記憶、在線學(xué)習(xí)和優(yōu)化等功能，使其在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。神經(jīng)元非模型控制方法，仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性。</p><p>　　比較以上各種速度調(diào)節(jié)的控制方法，考慮到PID控制方式較簡(jiǎn)單，模糊控制較為優(yōu)化型，易于用編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字的

34、PID控制，因此本文在速度控制模塊內(nèi)編寫(xiě)了數(shù)字PI速度調(diào)節(jié)程序?qū)﹄娞莸慕o定速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.2 PID 控制和模糊控制原理</p><p>　　2.2.1 PID 控制 </p><p>　　在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今己有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

35、、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，對(duì)于不太復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如單一加熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、單一閥門(mén)的流量控制器等，使用傳統(tǒng)PID控制可以達(dá)到較好的控制效果。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)

36、獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 </p><p>　　將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。</p><p>　　在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID規(guī)律。模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-

37、1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。</p><p>　　圖2-1 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差 </p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　PID的控制規(guī)律為 </p>

38、<p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式 </p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中， ——比例系數(shù)；——積分時(shí)間常數(shù)；——微分時(shí)間常數(shù)。 </p><p>　　簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： <

39、/p><p>　?。?）比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 </p><p>　?。?）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 </p><p>　　（3）微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引

40、入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 </p><p>　　PID 控制傳遞函數(shù)的一般模型如下圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 PID控制傳遞函數(shù)的一般模型</p><p>　　框圖中的、、分別為PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)。r(s)為系統(tǒng)輸入，e(s)為輸入輸出之間的誤差，u(s)為PID控制器的輸出，G(s)表示工業(yè)

41、控制對(duì)象的傳遞函數(shù)，y(s)為系統(tǒng)輸出。實(shí)際的控制回路中，需要對(duì)PID控制模塊中的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，尋找最佳的 PID 參數(shù)，滿足實(shí)際的控制要求。 </p><p>　　2.2.2 模糊控制 </p><p>　　模糊控制是以模糊理論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制</p><p>　　方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策

42、過(guò)程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)編成模糊規(guī)則，然后將來(lái)自傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)模糊化，將模糊化后的信號(hào)作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。</p><p>　　圖2-3模糊控制的基本原理框圖</p><p>　　如圖2-3所示，它的核心部分為模糊控制器，途中線框部分的控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)。其實(shí)現(xiàn)模糊控制算法的過(guò)程描述如下：微機(jī)經(jīng)中斷采樣

43、獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號(hào)E，一般選誤差信號(hào)E作為模糊控制器的一個(gè)輸入量，把誤差信號(hào)E的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量。誤差E的模糊量可用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示，得到誤差E的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集（是一個(gè)模糊矢量），再由和模糊控制規(guī)則（模糊算子）根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><

44、;p>　　2.3 模糊自適應(yīng) PID 控制器參數(shù)整定原理</p><p>　　模糊自適應(yīng) PID 控制就是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整。模糊自適應(yīng) PID 控制器的結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。</p><p>　

45、　圖2-4模糊自適應(yīng)PID控制器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　r為系統(tǒng)的輸入；y為系統(tǒng)的輸出；error為系統(tǒng)輸入與輸出的差；為誤差的變化率，模糊自適應(yīng)參數(shù)整定就是尋求PID的三個(gè)參數(shù)與、之間的關(guān)系。整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行中不斷檢測(cè)和，然后根據(jù)一定的原理對(duì)PID的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改，以滿足不同和對(duì)控制參數(shù)的不同要求，從而使被控對(duì)象有良好的性能。</p><p>　　2.4 基于模糊控制的電梯實(shí)時(shí)速度調(diào)

46、控算法的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　2.4.1算法的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　模糊自適應(yīng)PID控制器參數(shù)整定是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差和誤差變化率，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。其設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì)、、三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表。</p><p>　　（1）、

47、控制規(guī)則設(shè)計(jì) 在PID控制器中，值的選取決定于系統(tǒng)的響應(yīng)速度。增大能提高響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差；但是，值過(guò)大會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定減小可以減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但過(guò)小會(huì)減慢響應(yīng)速度，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間。因此，調(diào)節(jié)初期應(yīng)適當(dāng)取較大的值以提高響應(yīng)速度，而在調(diào)節(jié)中期，則取較小值，以使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)并保證一定的響應(yīng)速度；而在調(diào)節(jié)過(guò)程后期再將值調(diào)到較大值來(lái)減小靜差，提高控制精度。的控制規(guī)則如表2-1所列。</p>

48、<p>　　表2-1的模糊規(guī)則表</p><p>　　注：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。</p><p>　?。?）、控制規(guī)則設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)控制中，積分控制主要是用來(lái)消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。由于某些原因(如飽和非線性等)，積分過(guò)程有可能在調(diào)節(jié)過(guò)程的初期產(chǎn)生積分飽和，從而引起調(diào)節(jié)過(guò)程的較大超調(diào)。因此，在調(diào)節(jié)過(guò)程的初期，為防

49、止積分飽和，其積分作用應(yīng)當(dāng)弱一些，甚至可以取零；而在調(diào)節(jié)中期，為了避免影響穩(wěn)定性，其積分作用應(yīng)該比較適中；最后在過(guò)程的后期，則應(yīng)增強(qiáng)積分作用，以減小調(diào)節(jié)靜差。依據(jù)以上分析，制定的控制規(guī)則表如表2-2所列。</p><p>　　表2-2的模糊規(guī)則表</p><p>　　注：NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。</p><

50、p>　?。?）、控制規(guī)則設(shè)計(jì) 微分環(huán)節(jié)的調(diào)整主要是針對(duì)大慣性過(guò)程引入的，微分環(huán)節(jié)系數(shù)的作用在于改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。系統(tǒng)的微分環(huán)節(jié)系數(shù)能反映信號(hào)變化的趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變化太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快響應(yīng)速度，減少調(diào)整時(shí)間，消除振蕩．最終改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，值的選取對(duì)調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)特性影響很大。值過(guò)大，調(diào)節(jié)過(guò)程制動(dòng)就會(huì)超前，致使調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；值過(guò)小，調(diào)節(jié)過(guò)程制動(dòng)就會(huì)落后，從而導(dǎo)致超調(diào)增加。根據(jù)實(shí)際

51、過(guò)程經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)初期，應(yīng)加大微分作用，這樣可得到較小甚至避免超調(diào)；而在中期，由于調(diào)節(jié)特性對(duì)值的變化比較敏感，因此，值應(yīng)適當(dāng)小一些并應(yīng)保持固定不變；然后在調(diào)節(jié)后期，值應(yīng)減小，以減小被控過(guò)程的制動(dòng)作用，進(jìn)而補(bǔ)償在調(diào)節(jié)過(guò)程初期由于值較大所造成的調(diào)節(jié)過(guò)程的時(shí)間延長(zhǎng)。依據(jù)以上分析，制定的控制規(guī)則表如表2-3所列。</p><p>　　表2-3的模糊規(guī)則表</p><p>　　注：NB、NM、NS、Z

52、O、PS、PM、PB分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。</p><p>　　建立好控制規(guī)則表后，將系統(tǒng)誤差和誤差變化率變化范圍定義為模糊集上的論域，</p><p><b>　　其模糊子集為 </b></p><p>　　設(shè),和、、均服從正態(tài)分布，因此可得到各模糊子集的隸屬度，根據(jù)各子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)模糊控制模型，應(yīng)用模糊

53、合成推理設(shè)計(jì)PID參數(shù)的模糊矩陣表，查出修正參數(shù)代入下式計(jì)算： </p><p><b>　??；；</b></p><p>　　在線運(yùn)行過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理、查表和運(yùn)輸，完成PID參數(shù)的在線自校正，其工作流程如圖2-5所示。</p><p>　　圖 2-5模糊自適應(yīng)PID控制器在線自校正工作流程圖</p>

54、<p>　　2.4.2 算法的仿真與結(jié)果分析 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)同已有的普通PID控制器做了速度跟蹤性能比較。圖2-6中的曲線是設(shè)定的電梯理想速度曲線，圖2-7為VVVF電梯在PID控制下的實(shí)際運(yùn)行曲線，圖2-8為采用本文介紹的模糊自適應(yīng)控制方法的電梯實(shí)際運(yùn)行曲線。實(shí)驗(yàn)表明采用本文的控制算法后，電梯啟動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)減小，整個(gè)電梯運(yùn)行過(guò)程與PID相比更加平穩(wěn)。</p><p>

55、;　　圖2-6電梯理想速度曲線</p><p>　　圖2-7電梯PID控制速度曲線</p><p>　　圖2-8電梯模糊控制速度曲線</p><p>　　第3章 PLC的選擇與設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PLC的簡(jiǎn)介</p><p>　　3.1.1 PLC的定義</p><p>　　PLC

56、是一種專(zhuān)門(mén)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(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(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)。 </p><p>　　上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有與其

57、他順序控制裝置不同的特點(diǎn)。</p><p>　　3.1.2 PLC的基本組成</p><p>　　世界各國(guó)生產(chǎn)的可編程控制器（PLC）外觀各異，但是作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)大體相同，主要由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備等幾大部分構(gòu)成[6][7]，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖

58、3-1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　?。?）中央處理單元（CPU） </p><p>　　中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。可編程控制器中采用的 CPU 一般有三大類(lèi)：一類(lèi)為通用微處理器，如80286、80386等；一類(lèi)為單片機(jī)芯片，如8051、8096等；另外還有位處理器，如 AMD2900、AMD2

59、903 等。一般說(shuō)來(lái)，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)越多，運(yùn)算速度越快，指令功能也越強(qiáng)。 </p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)器 </b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，可分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，一般采用ROM或EPROM，PLC出廠時(shí)，系統(tǒng)程序已經(jīng)固化在存儲(chǔ)器中，用戶不能修改；用戶程序存儲(chǔ)

60、器用于存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序，用戶根據(jù)實(shí)際控制的需要，用PLC的編程語(yǔ)言編制應(yīng)用程序，通過(guò)編程器輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中，中小型PLC的用戶程序存儲(chǔ)器一般采用EPROM、EEPROM或加后備電池的RAM，其容量一般不超過(guò)8KB。 </p><p>　?。?）輸入輸出接口（I/O 接口） </p><p>　　I/O接口是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過(guò)輸入接

61、口把外部設(shè)備（如開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器）的狀態(tài)或信息讀入CPU，經(jīng)用戶程序運(yùn)算與操作后，把結(jié)果經(jīng)輸出接口傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。輸入接口對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)的邏輯安全可靠地輸入到PLC的內(nèi)部。輸出接口是把程序執(zhí)行的結(jié)果輸出到 PLC 的外部，輸出接口具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。 </p><p>　　各種PLC的輸入接口電路大都相

62、同，通常有三種類(lèi)型：一種是直流12V～24V輸入；第二種是交流100V～120V、200V～240V輸入，第三種是交直流12V～24V輸入。外部輸入器件可以開(kāi)關(guān)量（ON/OFF）信號(hào)；數(shù)字信號(hào)，如數(shù)字開(kāi)關(guān)輸入；高速脈沖輸入，如旋轉(zhuǎn)編碼器等。這些外部輸入器件是通過(guò)PLC的輸入端子和PLC相連的。 </p><p>　　PLC的輸出電路有三種形式：一種是繼電器輸出，它是通過(guò)控制繼電器的線圈使其觸點(diǎn)的通斷來(lái)控制輸出設(shè)備

63、，實(shí)現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出，它是通過(guò)光電耦合器使輸出開(kāi)關(guān)晶體管通斷，進(jìn)而控制輸出設(shè)備；第三種是晶閘管輸出，通過(guò)觸發(fā)晶閘管的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)外部輸出設(shè)備的控制。 </p><p><b>　?。?）電源 </b></p><p>　　PLC的供電電源是220V交流電源，也有用DC24V供電的。PLC對(duì)電源穩(wěn)定度要求不高，內(nèi)部有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，電源的交流輸入端口一般有尖

64、峰脈沖吸收電路，以提高抗干擾能力。允許電源電壓在額定值15%到10%的范圍內(nèi)波動(dòng)。目前，大部分PLC電源部分還有DC24V輸出，用于對(duì)外部傳感器等供電，但電流一般不超過(guò)100mA。 </p><p><b>　?。?）編程器 </b></p><p>　　編程器是PLC最重要的外圍設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查、修改程序；利用編程

65、器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為簡(jiǎn)易編程器、圖形編程器和通用計(jì)算機(jī)編程器三種類(lèi)型。</p><p>　　3.1.3 PLC的工作原理</p><p>　　可編程控制器(PLC)有兩種基本工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。當(dāng)PLC工作在STOP狀態(tài)下時(shí)，掃描過(guò)程只包括內(nèi)部處理和通信處理兩個(gè)階段；當(dāng)PLC在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條

66、指令開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r(shí)的掃描過(guò)程如圖3-2所示，包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間稱為掃描周期，掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。</p><p>　　圖3-2 PLC工作時(shí)的掃描過(guò)程&

67、lt;/p><p>　　其次PLC程序的執(zhí)行過(guò)程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段，在PLC的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）進(jìn)行通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷以及與外設(shè)通信等時(shí)間。另外PLC采用集中I/O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變，還會(huì)影響本次循環(huán)的掃描結(jié)

68、果。輸出信號(hào)的變化滯后于輸入信號(hào)的變化，這就產(chǎn)生了PLC的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象，最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。</p><p>　　3.2 PLC硬件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)</p><p>　　3.2.1可編程控制器的機(jī)型選擇</p><p>　　為了完成設(shè)定的控制任務(wù)，主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和占用內(nèi)存的多少來(lái)確定PLC的機(jī)型。本系統(tǒng)為五層樓的電梯，采用集選控制

69、方式。所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量估算如下: </p><p>　　（1）輸入/輸出點(diǎn)的估算 </p><p>　　輸入點(diǎn)有：門(mén)廳按鈕10個(gè)，轎廂內(nèi)按鈕9個(gè)，樓層感應(yīng)傳感器5個(gè)，轎廂門(mén)限開(kāi)關(guān)2個(gè)，檢修開(kāi)關(guān)1個(gè)，平層傳感器2個(gè)，減速傳感器2個(gè)，過(guò)載測(cè)量傳感器1個(gè)，PG卡1個(gè)，障礙檢測(cè)光電傳感器1個(gè)共34個(gè)。</p><p>　　輸出點(diǎn)有：轎廂內(nèi)指示燈9個(gè)，門(mén)廳召喚按鈕

70、指示等10個(gè)，樓層顯示用七段碼顯示器引腳7個(gè)，開(kāi)關(guān)門(mén)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈2個(gè)，變頻器控制引腳8，電梯上下行指示燈2，總共38個(gè)。 </p><p>　?。?）內(nèi)存容量的估算 </p><p>　　用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫(xiě)水平等因素有關(guān)。因此，在用戶程序編寫(xiě)前只能根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行估算。本系統(tǒng)有開(kāi)關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)有67個(gè)，模擬量I

71、/O數(shù)為0個(gè)。利用估算PLC內(nèi)存總?cè)萘康挠?jì)算公式: </p><p>　　所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開(kāi)關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù)×(10～15)+模擬量I/O總點(diǎn)數(shù)×(150～250)再按30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約2K字節(jié)的內(nèi)存容量。 </p><p>　　（3）可編程控制器機(jī)型的選擇 </p><p>　　FX2，F(xiàn)X1，F(xiàn)X2C系列是三菱公司今年來(lái)推出

72、的高性能小型可編程控制器，，F(xiàn)X0S，F(xiàn)X0N，F(xiàn)X2N是微型可編程控制器。它們的體積都比較小，但功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價(jià)格有很大的差別。如表 3-3 所示。</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　FX0S的功能簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以用于小型開(kāi)關(guān)量的控制系統(tǒng)，F(xiàn)X0N可用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)，F(xiàn)X2

73、N的功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)。根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的I/O節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時(shí)使用，以及指令的執(zhí)行速度，因此選用三菱公司的FX2N系列的FX2N-80MR。它的輸入繼電器X000-X047共40個(gè)，輸出繼電器Y000-Y047共40個(gè)，程序容量為8K字節(jié)，完全滿足要求。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。</p><p>　　（4） 輸入/輸出模塊的選擇 </p>

74、;<p>　　根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，本系統(tǒng)的輸入選用直流24V的輸入模塊。輸出模塊選用繼電器輸出形式。 </p><p>　　開(kāi)關(guān)量輸出單元的作用是把PLC的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)。按照現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源不同，可分為直流輸出單元（晶體管輸出方式，或繼電器觸點(diǎn)輸出方式）和交流輸出單元（晶閘管輸出方式或繼電器觸點(diǎn)輸出方式）。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開(kāi)關(guān)元件，同時(shí)又是隔離器件。發(fā)

75、光二極管（LED）構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng)PLC輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)，內(nèi)部電路使繼電器線圈K通電。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載L接通得電，VD作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)載回路的電源既可以選用交流電源，也可以選用直流電源。 </p><p>　?。?）輸入輸出點(diǎn)的分配</p><p><b>　　表3-2<

76、;/b></p><p>　　3.2.2電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī)，通過(guò)PLC輸入接口送入PLC，由存儲(chǔ)器的PLC軟件運(yùn)算處理，然后經(jīng)輸出接口分別向指層器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號(hào)，向主拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)。具體的電梯控制信號(hào)原理圖如下圖 3-3所示。</p><p>　　圖3-3 電梯控制信號(hào)原理圖</p

77、><p>　　3.2.3 程序設(shè)計(jì)構(gòu)思</p><p>　　1．電梯PLC控制方案： </p><p>　　電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，哪些信號(hào)需要輸入PLC、PLC要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載、以及采用何種編程方式、輸入輸出點(diǎn)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)控制系統(tǒng)的首要問(wèn)題，是決定系統(tǒng)的程序及線路設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵。 </p><p>　　2．PLC輸入信號(hào)的確定方法：

78、 </p><p>　　在保證電梯運(yùn)行安全的前提下，各種控制信號(hào)盡量直接輸入PLC，如：內(nèi)外呼信號(hào)及層樓信號(hào)、開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)等。 </p><p>　　3．PLC輸出信號(hào)的確定方法： </p><p>　　PLC通過(guò)軟件對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行處理后，由輸出接口發(fā)出控制信號(hào)及各種指示信號(hào)，如：由上下方向指示、層樓指示、內(nèi)外召喚相應(yīng)指示等。 </p><p&

79、gt;　　4．PLC控制程序的編制方式： </p><p>　　PLC梯形圖軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，分為開(kāi)關(guān)門(mén)、內(nèi)選、外召喚、層樓數(shù)指示、定向等模塊。模塊間不完全獨(dú)立，它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系。 </p><p>　　5．信號(hào)控制系統(tǒng)： </p><p>　　電梯信號(hào)控制基本由PLC軟件實(shí)現(xiàn)。電梯信號(hào)控制系統(tǒng)如圖3-4所示，輸入到PLC

80、的控制信號(hào)有：運(yùn)行方式選擇（如自動(dòng)、有/無(wú)司機(jī)、檢修、消防運(yùn)行方式等）、運(yùn)行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護(hù)信息、旋轉(zhuǎn)編碼器、光電脈沖、開(kāi)關(guān)門(mén)及限位信號(hào)、門(mén)區(qū)和平層信號(hào)等。</p><p>　　圖3-4電梯控制信號(hào)原理圖</p><p>　　6．電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能： </p><p>　?。?）一臺(tái)電機(jī)控制上升與下降，各層設(shè)有上/下呼叫開(kāi)關(guān)（起始層和最頂層只設(shè)

81、一只）。 </p><p>　?。?）電梯到位以后，具有手動(dòng)或自動(dòng)開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)功能。 </p><p>　?。?）電梯內(nèi)設(shè)有方向指示燈、電梯當(dāng)前層號(hào)指示燈、層樓指令鍵以及警鈴、風(fēng)扇和照明按鍵。 </p><p>　?。?）待客自動(dòng)開(kāi)門(mén)，當(dāng)電梯在某層停梯待客時(shí)，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動(dòng)開(kāi)門(mén)迎客；自動(dòng)關(guān)門(mén)待客，當(dāng)完成全部轎廂內(nèi)指令，又無(wú)層外呼梯信號(hào)時(shí)，電梯應(yīng)自動(dòng)關(guān)門(mén)，并在

82、調(diào)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉轎廂照明。 </p><p>　?。?）自動(dòng)關(guān)門(mén)與提早關(guān)門(mén)。在一般情況下，電梯停站4~6s應(yīng)能自動(dòng)關(guān)門(mén)；在延時(shí)時(shí)間內(nèi)，若按下關(guān)門(mén)按鈕，門(mén)將不延時(shí)提前實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)動(dòng)作。 </p><p>　　（6）按鈕開(kāi)門(mén)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中或門(mén)關(guān)閉后、電梯啟動(dòng)前，按下操縱盤(pán)上開(kāi)關(guān)按鈕，門(mén)將打開(kāi)。 </p><p>　?。?）內(nèi)指令記憶，當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤(pán)上有多個(gè)選層指令時(shí)，電梯

83、應(yīng)能按順序停靠車(chē)門(mén)，并能自動(dòng)確定運(yùn)行方向。 </p><p>　?。?）自動(dòng)定向，當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤(pán)選層指令相對(duì)于電梯位置具有不同方向時(shí)，電梯應(yīng)能按先入為主的原則，自動(dòng)確定運(yùn)行方向；自動(dòng)換向，當(dāng)電梯完成全部順向指令后，應(yīng)能自動(dòng)換向，應(yīng)答相反方向的信號(hào)。 </p><p>　　（9）呼梯記憶與順向截停，電梯在運(yùn)行中應(yīng)能記憶層外的呼梯信號(hào)，對(duì)符合運(yùn)行方向的召喚，應(yīng)能自動(dòng)逐一?？繎?yīng)答。 </p

84、><p>　　（10）自動(dòng)返基站，當(dāng)電梯設(shè)有基站時(shí)，電梯在完成全部指令后，自動(dòng)駛回基站，停機(jī)待客。 </p><p><b>　　7．電梯操作方式 </b></p><p>　　單臺(tái)電梯的操作方式有手柄操縱控制、按鈕控制、信號(hào)控制和集選控制等。在乘客電梯中幾乎全部采用集選控制方式。 </p><p>　?。?）單轎廂下集選控

85、制：登記所有轎廂和廳門(mén)下行召喚；轎廂上行時(shí)，只答應(yīng)轎廂召喚，直至最高層；自動(dòng)改變運(yùn)行方向?yàn)橄滦校瑧?yīng)答廳門(mén)下行召喚。 </p><p>　?。?）單轎廂全集選：登記所有廳門(mén)和轎廂召喚；上行時(shí)順應(yīng)答轎廂和廳門(mén)上召喚，直至最高層自動(dòng)反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。</p><p>　　8．減速及平層控制 </p><p>　　電梯的工作特點(diǎn)是頻繁起制動(dòng)，為了提高工作效率、改善

86、舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時(shí)，準(zhǔn)確平層，即“無(wú)速停車(chē)抱閘”，不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘，即直接停止，要做到這一點(diǎn)關(guān)鍵是準(zhǔn)確發(fā)出減速信號(hào)，在接近層樓面時(shí)按距離精確的自動(dòng)矯正速度給定曲線。系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置，只要電梯一運(yùn)行，計(jì)算器就可以精確地確定走過(guò)的距離，到達(dá)與減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時(shí)即可發(fā)出減速命令。 </p><p>　　不論哪種方式產(chǎn)生的減速命令，由于負(fù)載的變化、電網(wǎng)波動(dòng)、鋼絲繩打滑等，都會(huì)

87、使減速過(guò)程不符合平層技術(shù)要求，為此一般在離層樓 100~ 200mm 處需設(shè)置一個(gè)平層矯正器，以確保平層的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性。</p><p>　　第4章 變頻器的選型與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1變頻器的分類(lèi)</b></p><p>　　變頻器的種類(lèi)很多，按電壓的變換方法分為交-交變頻器和交-直-交變頻器兩大類(lèi)；按調(diào)制方法分又分為PWM（

88、脈寬調(diào)制）變頻器和PAM（脈幅調(diào)制）變頻器等。變頻器的分類(lèi)大致如下：</p><p>　　4.4.1交-交變頻器和交-直-交變頻器</p><p><b>　　1.交-交變頻器 </b></p><p>　　交-交變頻器是將工頻交流電直接變換為頻率、電壓可調(diào)的交流電，又稱為直接變頻器。該變頻器開(kāi)關(guān)電路由晶閘管組成，輸出功率大。但控制電路復(fù)雜，輸

89、出頻率低，多應(yīng)用于低速大功率的場(chǎng)合。 </p><p>　　2.交-直-交變頻器 </p><p>　　交-直-交變頻器是先將交流電整流為直流電，經(jīng)過(guò)中間濾波環(huán)節(jié)，再通過(guò)逆變電路逆變?yōu)殡妷?、頻率可調(diào)的交流電（見(jiàn)圖 4-2）。因此，又稱為間接變頻器。交-直-交變頻器是變頻器應(yīng)用的主流，現(xiàn)在的變頻器基本上都為該類(lèi)。</p><p>　　圖4-1 交-直-交變頻器<

90、/p><p>　　4.1.2交-直-交變頻器的組成 </p><p>　　圖4-2是交-直-交變頻器的構(gòu)成框圖，由主電路、控制電路及外接控制端子和操作面板等幾大部分組成。</p><p>　　圖4-2 交-直-交變頻器構(gòu)成框圖</p><p><b>　　4.2變頻器的選擇</b></p><p>

91、　　變頻器自實(shí)際應(yīng)用以來(lái)，主要以交流電動(dòng)機(jī)的節(jié)能應(yīng)用為主。但是近階段，變頻器得到了迅速地發(fā)展。變頻器的正確選用對(duì)于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。選擇變頻器，首先要按照機(jī)械設(shè)備的類(lèi)型、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要求，然后決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。所謂合適是在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場(chǎng)合的前提下，實(shí)現(xiàn)變頻器的應(yīng)用的最佳性價(jià)比。隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，使得交流變頻調(diào)速在

92、電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，為電梯控制而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用變頻器已經(jīng)問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。因此，本設(shè)計(jì)采用專(zhuān)用變頻器。</p><p>　　4.2.1變頻器品牌、型號(hào)選擇</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)系統(tǒng)的可靠性影響較大，選擇品牌時(shí)，與其可靠性相關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量，顯然是選擇的重要考慮方面。同時(shí)，設(shè)備的使用壽命長(zhǎng)短也是一個(gè)重要的參數(shù)，所以

93、根據(jù)這點(diǎn)來(lái)選擇品牌，以及經(jīng)驗(yàn)和口碑亦是主要依據(jù)。在同一品牌中選擇具體型號(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(lèi)型以及應(yīng)用所需要的一些附加功能來(lái)決定[9]。</p><p>　　4.2.2變頻器的規(guī)格選擇</p><p>　　大多數(shù)變頻器的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給出了額定電流、可配用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量 3個(gè)主要參數(shù)，其中后兩項(xiàng)，廠商通常是根據(jù)本國(guó)或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出的，不能確切表達(dá)變頻

94、器實(shí)際的帶負(fù)載能力，只有額定電流一個(gè)能反映變頻器負(fù)載能力的關(guān)鍵參數(shù)。因此，以電動(dòng)機(jī)的額定電流不超過(guò)變頻器的額定電流為依據(jù)是選擇變頻器容量的基本原則，電動(dòng)機(jī)的額定功率只能作為參考。確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，并適當(dāng)考慮電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和工作特性，留有一定的余量。</p><p>　　4.2.3變頻器選擇應(yīng)滿足的條件</p><p>　?。?）根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選擇通

95、用變頻器的類(lèi)型。 </p><p>　?。?）所選擇通用變頻器的類(lèi)型與被控制異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配。 </p><p>　?。?）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(chē)都要平穩(wěn)。 </p><p>　　（5）變頻器帶有防止失速功能。 </p><p>　　（6）變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩

96、特性。</p><p>　　4.3酷馬Q7000變頻器調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　酷馬（Qma）Q7000型變頻器是酷馬公司面向全球推出的電梯扶梯專(zhuān)用電流矢量變頻器，其中，Q7000-EC為扶梯專(zhuān)用變頻器；Q7000-EL為電梯專(zhuān)用異步變頻器，連接傳統(tǒng)異步電機(jī)；Q7000-IP為電梯專(zhuān)用同步變頻器，連接同步無(wú)齒輪電機(jī)。其具有優(yōu)越的速度控制特性和高轉(zhuǎn)矩的面向現(xiàn)場(chǎng)矢量傳動(dòng)裝置，專(zhuān)用于

97、電梯工業(yè)以及一般的起重應(yīng)用。這種變頻器實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過(guò)其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，在這里我們選用酷馬變頻器的Q7000-E型變頻器，變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格見(jiàn)附件二。其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　采用IGBT的PWM控制。 </p><p>　　電流矢量控制、V/F控制。 </p><p

98、>　　內(nèi)含接點(diǎn)式DC0-10V自學(xué)習(xí)，啟動(dòng)力矩荷重補(bǔ)償及手動(dòng)微調(diào)修整功能。</p><p>　　具有高效能安全機(jī)能，300%力矩補(bǔ)償，隨時(shí)監(jiān)控變頻器力矩補(bǔ)償輸出。 </p><p>　　具有馬達(dá)自學(xué)習(xí)（EASYTUNING）功能。 </p><p>　　全系列符合GB法規(guī)，內(nèi)含制動(dòng)單元（45KW內(nèi)）。 </p><p><b>

99、;　　內(nèi)置速度回饋單元。</b></p><p>　　4.3.1 Q7000-EL 型變頻器硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　Q7000-EL型電梯專(zhuān)用變頻器可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩；它適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，可以在低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并極其精確地運(yùn)行，其自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。Q7000-EL型變頻器將控制、矢量控制、閉環(huán)控制、閉環(huán)

100、矢量控制四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制室最適合電梯控制要求。</p><p>　　Q7000-EL型變頻器的電氣接口很多，比如：電源接口、三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣接口、編碼器的輸入口、高速脈沖的輸出口和各種控制信號(hào)的口。變頻器接線圖如圖 4-3 所示：</p><p>　　圖4-3 變頻器接線圖</p><p>　　4.3.2 Q7000-EL型變頻器的容量計(jì)算

101、</p><p>　　變頻器容量的選擇是一個(gè)重要且復(fù)雜的問(wèn)題，要考慮變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量的匹配，容量偏小會(huì)影響電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩的輸出，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至損壞裝置；而容量偏大則電流的諧波分量會(huì)增大，也增加了設(shè)備投資，經(jīng)濟(jì)性將變差。 </p><p>　　變頻器的容量可根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計(jì)算。設(shè)電梯電動(dòng)機(jī)功率為，電梯運(yùn)行速度為v，電梯自重為，電梯載重為，配重

102、為，重力加速度為g，變頻器容量為。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為： </p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　其中，g+&為摩擦力，&可忽略不計(jì)。 </p><p>　　電機(jī)功率，變頻器功率應(yīng)接近電機(jī)功率，相對(duì)于留有安全裕量，可取。 </p><p><b>　

103、　,,</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　又所以：。 </b></p><p>　　由于采用變頻調(diào)速，效率高。依照計(jì)算結(jié)果選1.5倍裕量，取變頻器容量為 230kW。</p&

104、gt;<p>　　4.3.3Q7000-El 型變頻器的制動(dòng)電阻參數(shù)計(jì)算</p><p>　　制動(dòng)電阻的選擇非常重要，制動(dòng)電阻的阻值選擇過(guò)大則制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足，制動(dòng)電阻的阻值選擇過(guò)小則制動(dòng)電流過(guò)大、電阻發(fā)熱等問(wèn)題難以解決。由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動(dòng)功能。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高，采用能耗制動(dòng)方式通過(guò)制動(dòng)單元

105、將再生能量消耗在制動(dòng)電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動(dòng)電阻的大小應(yīng)使制動(dòng)電流的值不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即：</p><p><b>　?。?-2) </b></p><p>　　其中為額定情況下變頻器的直流母線電壓。由于制動(dòng)電阻的工作不是連續(xù)長(zhǎng)期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。 </p><p>　　第5章 系

106、統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)</p><p>　　5.1電梯的三個(gè)工作狀態(tài)</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖 5-1 所示。</p><p>　　圖5-1系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　PLC 接受來(lái)自操縱盤(pán)和每層呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門(mén)系統(tǒng)的功能信號(hào)以及井道和變頻器的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。PLC 在輸出顯示和監(jiān)控

107、信號(hào)的同時(shí)，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向、起動(dòng)、加/減速運(yùn)行和制動(dòng)電梯等信號(hào)。 </p><p>　　變頻器外接制動(dòng)電阻用于提高電機(jī)的制動(dòng)性能?？刂剖怯蓴?shù)字量輸入完成，2個(gè)輸入Din1，Din2用于選擇運(yùn)行方向，Din3、Din4用于選擇兩段運(yùn)行速度，Din5用于DC直流注入制動(dòng)控制。一個(gè)繼電器輸出用于控制電機(jī)的制動(dòng)器，其余的用于提升機(jī)的故障報(bào)警。電機(jī)制動(dòng)器打開(kāi)后，電梯沿著井道方向加速。在井道中用一些接近開(kāi)關(guān)與PLC相連

108、，它們提供平層信號(hào)和減速停車(chē)。當(dāng)電梯達(dá)到第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)開(kāi)始減速且以低速爬行，當(dāng)電梯達(dá)到第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)停車(chē)且電機(jī)制動(dòng)器動(dòng)作。該系統(tǒng)采用PLC系統(tǒng)來(lái)處理接近開(kāi)關(guān)信號(hào)、按鈕信號(hào)以及電梯的控制開(kāi)關(guān)和樓層顯示等。 </p><p>　　利用變頻器PG輸出端將脈沖信號(hào)引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端，構(gòu)成位置反饋。高速計(jì)數(shù)器累加的脈沖數(shù)反映電梯的位置，高速計(jì)數(shù)器的值不斷與各信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，由此判斷電梯的

109、運(yùn)行距離、換速點(diǎn)、平層點(diǎn)和制動(dòng)停車(chē)點(diǎn)等信號(hào)。理論上該控制方式其平層誤差可在一個(gè)脈沖當(dāng)量范圍，在考慮減速機(jī)齒輪合間隙等機(jī)械因素情況下，電梯的平層精度可達(dá)±5mm內(nèi)，大大低于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，滿足電梯起制動(dòng)平滑、運(yùn)行平穩(wěn)、平層準(zhǔn)確的要求。</p><p>　　電梯在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)位置信號(hào)檢測(cè)，軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下位置信號(hào)：電梯所在樓層位置、快速換速點(diǎn)、中速換速點(diǎn)、門(mén)區(qū)信號(hào)和平層位置信號(hào)等。由此省去原來(lái)每層在井道中設(shè)置

110、的上述信號(hào)檢測(cè)裝置，大大減少井道檢測(cè)元件和信號(hào)連接，降低成本。</p><p>　　5.1.1 電梯的自檢狀態(tài)</p><p>　　PLC上電后，PLC中的程序己開(kāi)始運(yùn)行，但因?yàn)殡娞萆形醋x入任何數(shù)據(jù)，也就無(wú)法在收到請(qǐng)求信號(hào)后通過(guò)固化在PLC中的程序做出響應(yīng)。為滿足處于響應(yīng)呼叫就緒狀態(tài)這一條件，必須使電梯處于平層狀態(tài)已知樓層且電梯門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。電梯自檢過(guò)程的目標(biāo)為：先按下啟動(dòng)按鈕，再按下恢