现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现
第三章 系统的硬件设计实现
3.1 硬件电器设备
我们这次设计使用的是实验室已有的实验设备，即一个电梯模型，一套PLC及一台PC机。其中电梯模型还包括曳引电动机、轿厢等。 3.1.1 电梯模型的硬件参数
对于这台电梯模型，其曳引电动机的负载只有轿厢和对重，经测量及相应计算，得出以下参数： 轿厢重 m?1kg； 对重重 m'?0.5kg； 转速 n?15rmin 空载力矩 m0?0.28N ； 滑轮半径 r?2.3cm； m 则制动力矩 M?(m?m')gr?m0?KZ974pn(KZ:制动安全系数) 曳引电动机为ND(H0)型电动机，其参数如下： 3.1.2 变频器的硬件参数
在这里实验室选用的变频器是使用西门子公司的MICROMASTERS系列变频器，专门控制三相交流电机。它的模拟输入由PLC供给，经过变频变压输出电压到电机控制电梯的运行。变频器的参数设置上，P081输入电机额定频率50Hz；P082 输入电机额定转速1400RPM；P083输入电机额定电流0.326A；P084输入电机额定电压220V；P085输入电机额定功率0.1KW/hp。特别要提出的是要P006设置成1模拟输入模式，P002和P003加速时间和减速时间要设置长一点，太短会造成变频器跳闸或停机。电机是普通的三相交流电机（V＝220V，F＝50HZ，I＝0.328A，N＝1400转）。变频器参数设置中也要把电机的额定数据写进去。端口的接线上，用变阻器通过变频器端口1、2的内部电源给端口3、4提供一个模拟电压，控制变频器的频率；用24V电源分别给端口5、6、7提供一个低电压，
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额定电压 UN?220v ； 额定转速 1400r； min额定频率 fN?50HZ； 输出功率 pN?60w； 现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现
控制电梯的正/反转和停止，如下图所示：
图3.1 MICROMASTERS系列变频器原理图[3] [1]
经变频器后所得到的电机速度曲线应如下图所示：
图3.2 系统理想速度曲线图
3.1.3 PLC的硬件参数
在我们的系统设计中，采用西门子S7－200系列的编程器。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计，良好的扩展性。低廉的价格以及强大的指令，使得S7－200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。S7－200CPU的基本操作非常简单：CPU读输入状态；CPU中存储的程序利用这些输入执行控制逻辑，当程序运行时，CPU刷新有关数据；CPU把数据写到输出。 我们这次设计的主要工作就是PLC编程和上位机的监控程序编程。PLC控制系统的具体组成是主模块CPU224，它扩展了16输入/16输出数字量模块EM223、模拟量输入输出输出模块EM235以及一个PROFIBUS—DP扩展从站模块EM277来满足电梯的运行，控制以及和上位机通讯的需要。同时备有一台上位机用于PLC
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的编程和上位机监控程序的编程。其中PLC已经和上位机之间已经用PROFIBUS总线相连接，也就是说经过设置及正确编程之后，上位机和PLC之间可以随时进行参数及控制信号的上传和下载，同时可以用上位机编程软件STEP 7—Micro/Win32的实时监控功能监控PLC程序的某个输入输出量的工作状况，这样有利于编程时候的调试和改正。要进行PLC编程就要了解电梯运行的原理，查清楚各个元器件的输入输出接点数目和各个信号之间的逻辑关系。输入点、输出点、内部标志位、定时器、计数器安排见附录二。
3.2 主电路及其电源电路设计
3.2.1 主电路设计
在电梯实验装置中，设置了一个启动按钮SB2和一个停止按钮SB1，按下SB2按钮，接触器线圈得电，其常开触点KM闭合，接通主电路，并实现自保。SB1是常闭停止开关，按下SB1按钮，接触器线圈断电，退出自保，接触器失电，其常开触点KM断开，导致主电路断开。该设计的主电路如图3.3所示。
图中，AC220V通过空气开关、接触器给变频器供电，驱动变频器工作，变频器在PLC输出的方向使能信号和速度信号的控制下输出一个三相交流电源，给交流电机供电，驱动交流电机带动轿厢升降。
从图3.3中还可看到，主电路中主要用到三种电源：AC220V、DC24V和DC5V。电源为系统正常工作提供动力，只有电源正常工作，系统才能安全可靠的运行。以下讲解这三种电源的设计过程： 3.2.2 AC220V电源设计
AC220V的供电对象是曳引电动机、变频器、220/30V变压器、220/9V变压器。其电路图如图3.4所示：
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图3.3 电梯系统主电路图
图3.4 交流220V电源
图中相应元器件的选择如下：
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SB1、SB2：LA39(Ui：AC660V) KM： JZT(Ui：220V) KK： DZ47- 60(Ui：660) 3.2.3 DC24V电源设计
直流24V的供电对象为PLC和继电器。其组成框图如图3.5所示。
图3.5 直流电源的组成框图
1.桥式整流部分
该部分的功能是将交流电转换为单相直流电，如图3.6。
图3.6 桥式整流电路
输出电压平均值： U0?1?2U2Sin(?t)d(t)?0.9U2 （3.1） ?0π其中U2为变压器次级电压；S为脉动系数 S≈0.67。 元器件选择：
变压器：220/30V 0.83A 整流二极管：IN540DC
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