交流變頻調(diào)速電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、交流變頻調(diào)速電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直升降的交 通工具已和人們的日常生活密不可分，是機(jī)械電氣相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電梯控制系 統(tǒng)可分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要 影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)采用 plc 控制變頻器調(diào)速系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電流、速度、位移三閉環(huán)控制，具有一定的代表性和新穎性。2 電梯控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成電梯控制系統(tǒng)硬件由轎廂操縱盤(pán)、廳門(mén)信號(hào)、plc 、變頻器調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。圖中變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由 pl

2、c 完成的。 plc 負(fù)責(zé)處理 各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起停信號(hào)，同時(shí)變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送 給 plc ，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。系統(tǒng)還配置了與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器及pg 卡，完成速度檢測(cè)及反饋，形成速度閉環(huán)和位置閉環(huán)。此外系統(tǒng)還必須配置制動(dòng)電阻，當(dāng)電梯減速 運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。 本設(shè)計(jì)電梯為四層辦公樓用的交流電梯，經(jīng)過(guò)分析可知系統(tǒng)輸入信號(hào)為 26 個(gè)，包括保 護(hù)、工作狀態(tài)選擇、開(kāi) /關(guān)門(mén)控制、位置檢測(cè)、呼梯、速度控制等 。輸出信號(hào) 21 個(gè)，包括 開(kāi)/ 關(guān)門(mén)、上行、下行、控制變頻器信號(hào)、報(bào)警器、指示燈等。根據(jù)以上情況選擇三菱

3、 fx2 64mr plc 。變頻器選用安川 616g5 cimr-g5a 4022 通用變頻器，技術(shù)特性為 :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。適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，在低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng) 并且極其精確的運(yùn)行。它的自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。它將u/f 控制、矢量控制、閉環(huán) u/f 控制、閉環(huán)矢量控制四種控制方式熔為一體，其中閉環(huán)矢量控制最適合電梯控制要求。旋轉(zhuǎn)編碼器與主電動(dòng)機(jī)同軸連接，通過(guò) pg 卡 （又名編碼器連接板 ）對(duì)電動(dòng)機(jī)測(cè)速和反饋電梯 的位置 。選用 omron 公司的 1024 脈動(dòng)增量式光電脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī) 同軸連接，

4、產(chǎn)生 a、 b 兩相脈沖。當(dāng) a 相脈沖超前于 b 相脈沖 90 度時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于正 轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng) a 相脈沖滯后于 b 相脈沖 90 度時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù)a、 b 相脈沖的相序，可判斷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。根據(jù)a、b 脈沖的頻率（或周期）可測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。若以 a、 b 相脈沖的前沿或后沿產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，可以形成代表正向位移和反向位移的脈沖序 列。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給 pg 卡， pg 卡再將此反饋信號(hào)送給變頻器，以便進(jìn)行運(yùn)算 調(diào)節(jié)。3 電梯的工作過(guò)程 電梯一次完整的運(yùn)行過(guò)程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停 車(chē)的過(guò)程。plc 接收來(lái)自操作面板和呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門(mén)系

5、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)算后實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制，plc 在輸出顯示和監(jiān)控 信號(hào)的同時(shí)向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向、啟動(dòng)、加速、減速、運(yùn)行和制動(dòng)停梯信號(hào)。曳引電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）控制及高速控制信號(hào)有效時(shí)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始從Ohz 到 50hz 開(kāi)始起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間在 3s 左右，然后維持 50hz 的速度一直運(yùn)行，完成起動(dòng)及運(yùn)行段的工作。當(dāng) 換速信號(hào)到來(lái)后，pic 撤消高速信號(hào)，同時(shí)輸出爬行信號(hào)，此時(shí)爬行的輸出頻率為6hz。從50hz 到 6hz 的減速過(guò)程在 3s 之內(nèi)完成，當(dāng)達(dá)到 6hz 速度時(shí)電梯停止減速，并以此速度爬 行。當(dāng)平層信號(hào)到來(lái)后，pic 撤消爬行信號(hào)，同時(shí)發(fā)出

6、停梯信號(hào)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)從6hz 減速到 0hz ，電梯停梯。正常情況下，在整個(gè)起動(dòng)、運(yùn)行、減速爬行段內(nèi)，變頻器的零速輸出 點(diǎn)一直是閉合的，減至 0hz 之后，零速輸出點(diǎn)斷開(kāi)，通過(guò) pic 抱閘及自動(dòng)開(kāi)門(mén)，電梯運(yùn)行 曲線(xiàn)如圖 2 所示。圖 2 中運(yùn)行曲線(xiàn)可通過(guò)變頻器進(jìn)行設(shè)置，也可通過(guò)配置運(yùn)行曲線(xiàn)輸入板。本系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：令 c1-0 仁 3s,設(shè)置加速起動(dòng)時(shí)間為 3s。令 c1-02=3s,設(shè)置減速時(shí)間為 3s。令 d1-02=50hz, 設(shè)置快車(chē)運(yùn)行速度。 d1-03=6hz ，設(shè)置爬行速度。4 電梯運(yùn)行中位置信號(hào)的檢測(cè)作為一種載人工具，在位勢(shì)負(fù)載下，除要求安全可靠還必須運(yùn)行平穩(wěn)、乘

7、坐舒適、?？繙?zhǔn)確。采用變頻器調(diào)速雙閉環(huán)控制可基本滿(mǎn)足要求。在不增加硬件電路的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有 的旋轉(zhuǎn)編碼器在構(gòu)成速度閉環(huán)的同時(shí)，也可構(gòu)成位置閉環(huán)控制。脈沖編碼器的輸出一般為a 和 a、b 和 b 兩對(duì)差動(dòng)信號(hào)，可用于位置和速度測(cè)量，a 和 a、b 和 b 四個(gè)方波被引入 pg 卡，經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移的測(cè)量脈沖，將其引入plc 高速計(jì)數(shù)端，進(jìn)行位置控制。本系統(tǒng)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式進(jìn)行位置測(cè)量。運(yùn)行前通過(guò)編程方式將各信號(hào)，如換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置、制動(dòng)停車(chē)點(diǎn)位置等所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，分別存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，在電梯運(yùn)行 過(guò)程中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)、軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下信號(hào)：電梯所在層樓位置、換速點(diǎn)

8、位置、平層點(diǎn)位置，從而進(jìn)行樓層計(jì)數(shù)、發(fā)出換速信號(hào)和平層信號(hào)。電梯運(yùn)行中位移的計(jì)算如下:h = si式中 s:脈沖當(dāng)量 i:累計(jì)脈沖數(shù) h:電梯位移s=n入 d/ppd:曳引輪直徑p:pg 卡的分頻比 入減速器的減速比P：旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)本系統(tǒng)中入=1/32d=580mm代入 s=n入 d/p 得 s=1.00 mm/脈沖設(shè)樓層的高度為 4m ， 則各樓層平層點(diǎn)的脈沖數(shù)為 :1 樓為 0。 2 樓為 4000。 3 樓為 8000。 4 樓為 12000 。設(shè)換速點(diǎn)距樓層為 1 .6M ，則各樓層換速點(diǎn)的脈沖數(shù)為 :上升:1 樓至 2 樓為 2400，2 樓至 3 樓為 6400，3

9、樓至 4 樓為 10400。下降:4 樓至 3 樓為 9600，3 樓至 2 樓為 5600，2 樓至 1 樓為 1600。5 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件根據(jù)運(yùn)行要求及保護(hù)要求共分為 14 個(gè)功能程序塊 :初始化、外呼、內(nèi)選、自動(dòng)開(kāi) 關(guān)電梯、平層、層樓計(jì)數(shù)及顯示、超時(shí)基駛回基站、上行、下行、換速、開(kāi) /關(guān)門(mén)、報(bào) 警、相序更正、優(yōu)先服務(wù)等。根據(jù)電梯運(yùn)行的要求，作出其運(yùn)行流程的工作循環(huán)如圖 3 所 示。電梯在有外呼信號(hào)或內(nèi)選信號(hào)時(shí)，處于服務(wù)狀態(tài)，當(dāng)在一定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有服務(wù)信號(hào)時(shí)，電 梯自動(dòng)駛回基站，下面著重介紹程序初始化、換速、樓層計(jì)數(shù)及平層的程序設(shè)計(jì)及工作過(guò) 程。(1) 程序初始化 :將各樓層平層點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈

10、沖數(shù)及換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器(停電保持 )。數(shù)據(jù)寄存器分配如下 :平層點(diǎn):0Td200 4000Td201 8000d202 12000d203換速點(diǎn):2400Td204 6400Td205 10400Td2069600td207 5600td210 1600td211(2) 換速 用 plc 的高速計(jì)數(shù)器對(duì) pg 卡的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 脈沖數(shù)相等時(shí)，且目的層有有效的選層信號(hào)或呼梯信號(hào)，則發(fā)出換速信號(hào)，電梯轉(zhuǎn)入爬行 階段。程序流程如圖 4 所示。(3) 樓層計(jì)數(shù)ned=1450r/min p=1024p=1/18當(dāng)轎廂到達(dá)各樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，樓層數(shù)加1 或減 1。為防止計(jì)數(shù)脈沖高電平期間反復(fù)計(jì)數(shù)，采用樓層計(jì)數(shù)信號(hào)上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)。程序流程如圖 5 所示。(4) 平層 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與平層點(diǎn)的計(jì)數(shù)脈沖相等時(shí)發(fā)出平層信號(hào)，電梯平層。平層程序流 程如圖 6 所示。6 結(jié)束語(yǔ) 利用 plc 控制交流變頻調(diào)速電梯具有接線(xiàn)簡(jiǎn)單、編程直觀(guān)、擴(kuò)展容易、可靠性高 等特點(diǎn)，且電梯運(yùn)行平穩(wěn)，舒適感好?？捎糜诶鲜诫娞莸募夹g(shù)改造。參考資料 1 韓安榮編 . 通用變頻器及其應(yīng)用 (第二版 )m. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2000.2 石健如，鄧旋，林志強(qiáng)，禹華軍 . plc 在電梯位移控制中的應(yīng)用