毕业设计采用工业无线网络的VVVF电梯远程监控系统设计方案.docx

天津理工大学本科毕业设计方案
题目:采用工业无线网络的VVVF电梯远程监控系统设计
前言:
电梯是一种重要的垂直交通运输设备。以往的控制系统采用的继电器控制,由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大而且难于维护等弊端,正逐渐被淘汰。PLC具有功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于编程以及工业环境适应性强等诸多特点。同时由于以太网具有较大的带宽,可以满足数据传输的实时性要求,同时具有通用性强、技术成熟等优点,因此是构建电梯监控系统的一种理想平台。本文设计了一种基于工业无线网络网的电梯远程监控系统,该系统把计算机控制,网络等技术结合。
一、课题设计的内容:
1、以典型的电梯远程监控系统为设计对象,口的SIEMENS S7300系列PLC为控制器,以实验室的变频器作为交流电机的调速器,设计一个VVVF电梯控制系统,并参与编制5层站电梯PLC控制程序。
2、采用一个以WINDOWSXP为操作系统的PC作为上位机,采用组态王作为监控环境,实现对PROFIBUS-DP总线主站PLC以及变频器从站进行监控。
3、建立一个简单的具有工业无线接入节点和用户节点的无线工控网络,将组态监控PC接入无线AP,使得在无线局域网中的其它计算机能够以浏览网页的形式无线监视PLC的状态。
二、系统的整体设计方案:
1、电梯是用电力拖动,将具有乘客或载货的轿箱,于垂直的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。电梯由机械和电气两大系统组成。机械系统由曳引系统、轿箱和对重装置、门系统、机械安全保护系统等组成。
2、电梯的监控系统主要实现的功能有:实现电梯的自动运行,主要实现电梯外呼信号、内呼信号的检测和电梯上行、下行;实现组态软件与plc之间的通讯连接;利用组态软件监视并控制电梯的运行状态。
3、系统的底层控制由软逻辑可编程控制器s7-300,变频器,交流电机,减速装置等完成。微机作为上位机完成对电梯运行状态的监控。电梯的运行由s7-300编程控制电机转动完成控制,上位机则采用组态软件kingview监控电梯的运行状态,实现电梯的实时监控和报警功能。(控制系统总体设计框图如下)
三、课题研究步骤:
1、建立五层站电梯顺序控制工程,总结控制要求和I/O点表,编写电梯控制PLC程序,并在实验室环境调试。
2、利用组态软件设计电梯监控的组态界面。
3、调试无线网络上的PC间通信。
4、将PLC与监控系统相连,并在实验室环境调试。
四、VVVF变频电梯的主电路控制系统的设计:
1、VVVF型电梯的基本原理:
改变定子电源频率f亦可达到调速目的,但f最大不能超过电机额定频率,电梯作为恒转矩负载,调速时为保持最大转矩不变,根据转矩公式:M=CmIΦcosΦ(式中Cm为电机常数,I为转子电流,Φ为电机气隙磁通,cosΦ为转子功率因数),必须保持恒定。又根据电压公式:U=(式中U为定子电压,f为定子电压频率,W为定子绕组匝数,K为电机常数)。必须保持U/f为常数,即:变频器必需兼备变压、变频两种功能,简称为VVVF型变频器,这亦就是VVVF型电梯的基本控制原理。
2、系统结构方框图:
3、VVVF电梯电器元件、设备的选择:
(1)主回路:选用变频器型号为VS-616G5-CIMRG5A4015及旋转编码器(或称脉冲发生器——PG。其主要参数:512p/r,带A、B相输出)构成VVVF闭环系统,只用原电机的高速绕组(四极绕组),而低速绕组(六极绕组)及涡流绕组均不用。
(2)控制回路:选用三菱FX2-128MR主单元和FX2-48ER扩展单元代替原继电器控制部分;采集和处理内、外呼召唤信号,变频器状态信号,井道信号,高速计数信号等,实现对电梯的有序控制。
(3)检测回路:选用OMRON光电开关代替原双稳态开关/磁环装置,用于产生楼层计数、精确平层、门区信号。此外,井道部分、机械部分、用户界面部分均按实际需要进行适当改造。
(4)PLC的选型:直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端,PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源,用PLC的输出点直接控制变频器实现电机的正转、反转、停和多段速控制等,系统的硬件结构如下图。
4、工作原理:
采用PLC控制系统集中处理电梯的内、外呼召唤信号,开、关门信号,井道信号,变频器状态信号,楼层计数信号等。通过逻辑运算,形成变频器运行必需的控制信号(如:正/反转信号,多段速度信号,停止信号)以及楼层显示信号,方向信号,门机构驱动信号。
VVVF变频器与PG构成闭环矢量控制系统。VS—616G5型变频器还具备转差补偿功能,转矩补偿功能及“S”曲线特性。转差补偿功能对电梯的空、满载时上、下行速度稳定非常有利,避免超、欠速运行。例如