PLC技術(shù)加變頻調(diào)速控制電梯

1、第 1 章 緒論隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代， 其使用越來(lái)越廣泛。 而電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具， 電梯性能的好壞對(duì)人們生活 的影響越來(lái)越顯著， 隨著人們對(duì)其要求的提高， 電梯得到了快速的發(fā)展， 其拖動(dòng)技術(shù) 己經(jīng)發(fā)展到了變頻調(diào)速，其邏輯控制也由 PLC 代替原來(lái)的繼電器控制。電梯是垂直 運(yùn)輸工具，屬于位能負(fù)載，并且要求頻繁起停，隨著載客量多少的變化、上下行的變 換，在空載上行或重載下行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最小，甚至是處于發(fā)電狀態(tài)，而電梯在 重載上行或空載下行時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最大， 是處于電動(dòng)狀態(tài)， 這就要求電動(dòng)機(jī)在四 象限運(yùn)行。 傳統(tǒng)的電梯曳引電動(dòng)機(jī)采

2、用接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的改變， 雙速異 步電動(dòng)機(jī)在定子回路中串電抗和電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速， 這滿足不了乘客的舒適感 另外，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)由繼電器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電 氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷。因此本文用PLC（ 可編程序控制器英文：Programmable Logic Controller）技術(shù)加變頻調(diào)速控制電梯。1.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及問(wèn)題1.1.1 電梯及電梯控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適 合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。（2）系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工

3、具、儀器。（3）大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格便宜。（4）多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料 圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。1.1.2 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題（1）系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。（2）普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制 功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。（3）電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。（5）由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高；而且檢查 故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。

4、電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高， 大大降低了電梯的可靠性和安全性， 經(jīng)常造成停 梯，給乘用人員帶來(lái)不便和驚擾。 且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底， 不但會(huì)造成電梯機(jī)械 部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。1.2 了解可編程序控制器（PLC）及其在電梯控制中的使用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中，對(duì)PLC作了如下 定義： 可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，是一種數(shù)字運(yùn) 算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)。 它采用可編程序的存儲(chǔ)器， 用來(lái) 在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通 過(guò)數(shù)字

5、式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）的特點(diǎn)（1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)（ 2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高（ 3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)（ 4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、安裝、調(diào)試工作量少（ 6） 維修工作量小，維修方便（ 7）體積小，能耗低 2可編程序控制器（PLC）控制電梯的優(yōu)點(diǎn)（1）在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大 大提高。（2）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。（3）PLC 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。（4）PLC 可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警顯示，

6、提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。（5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。（6）更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。第 2 章 電梯及通用變頻器2.1 電梯設(shè)備2.1.1 電梯的產(chǎn)生1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上， 美國(guó)人伊萊沙 格雷夫斯 奧的斯第 一次向世人展示了他的發(fā)明一歷史上第一部安全升降梯。 從那以后， 升降梯在世界范 圍內(nèi)得到了廣泛使用。以?shī)W的斯的名字而命名的電梯公司也開(kāi)始了她輝煌的旅程。電梯是服務(wù)于三分之一樓層的固定式升降設(shè)備。 它具有一個(gè)轎廂， 運(yùn)行在至少兩 列垂直上的傾斜角小于 15°的剛性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸和結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝 卸貨物。它適用于裝置在兩

7、層以上的建筑內(nèi)， 是輸送人員或貨物的垂直提升設(shè)備的交 通工具。追溯電梯這種提升設(shè)備的歷史， 早在公元前我國(guó)就有利用人力作動(dòng)力和簡(jiǎn)單提升 設(shè)備，直到現(xiàn)在我國(guó)北方部分農(nóng)村仍用手搖枯轆提取井水的升降提水裝置，所以說(shuō)， 我國(guó)是世界上最早出現(xiàn)這種提升設(shè)備電梯雛形的國(guó)家之一。隨著電子工業(yè)的發(fā)展， 新技術(shù)、產(chǎn)品不斷用于電梯控制系統(tǒng)， 如可編程控制器的 使用;單片機(jī)的使用 ;無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制晶閘管 （俗稱可控硅 ）的使用；集成電路及 數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)群控制及調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)的使用、拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化、性能提高等。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進(jìn)步。電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直 式到斜式，在操縱控制方面更是步步

8、出新一手柄開(kāi)關(guān)操縱，按鈕控制，信號(hào)控制，集 選控制、人機(jī)對(duì)話等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出 節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)， 變速式自動(dòng)人行道扶梯大大節(jié)省了行人的時(shí)間； 不同外形的扇形、 三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封 閉。一個(gè)半世紀(jì)的風(fēng)風(fēng)雨雨，翻天覆地的是歷史的變遷，永恒不變的是電梯提升現(xiàn) 代人生活質(zhì)量的承諾。2.1.2 電梯技術(shù)的發(fā)展（1）電梯的速度要求越來(lái)越快，高速、超高速電梯的數(shù)量愈來(lái)愈多。（2）電梯的拖動(dòng)技術(shù)有了較大的發(fā)展， 直流電梯由于能耗大、 維修量大等缺點(diǎn)。逐步被交流電梯所替代， 液壓電梯由于運(yùn)行平穩(wěn)， 機(jī)房位置靈活等特

9、點(diǎn)， 使得在低樓 層場(chǎng)合得到愈來(lái)愈廣泛的使用。 交流拖動(dòng)電梯更是得到迅速的發(fā)展， 己由以前的變級(jí) 調(diào)速（AC VP）發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速（AC VV）及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（AC VVVF），使得電梯 的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。（3）電梯的邏輯控制己從過(guò)去簡(jiǎn)單的繼電器 接觸器控制發(fā)展為可編程序控制 （PLC）和微機(jī)控制，控制方式也從手柄控制、信號(hào)控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)制、群 控等，電梯可靠性得到很大的提高。（4）電梯的管理功能不斷加強(qiáng)，電梯廣泛采用微機(jī)控制技術(shù)，不斷滿足擁護(hù)的 使用功能要求。如緊急停車操作，消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。（5）智能群控管理得到廣泛使用。（

10、6）機(jī)械傳動(dòng)方面，由于國(guó)際上機(jī)構(gòu)加工水平的不斷提高，使斜齒傳動(dòng)和行星 齒輪傳動(dòng)在電梯上的使用日益廣泛，已使電梯的傳動(dòng)形式多樣化2.1.3 電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題（ 1）系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而 故障率較高。（2）普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制 功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。（3）電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以 提局。（ 4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。（ 5）由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高；而且檢查 故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率

11、高， 大大降低了電梯的可靠性和安全性， 經(jīng)常造成停 梯，給乘用人員帶來(lái)不便和驚擾。 且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底， 不但會(huì)造成電梯機(jī)械 部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。2.1.4 電梯的安全措施及保護(hù)裝置（1）電磁制動(dòng)器：裝于曳引機(jī)軸上， 一般采用直流電磁制動(dòng)器， 啟動(dòng)時(shí)通電松閘， 停層后斷電制動(dòng)。2）強(qiáng)迫減速開(kāi)關(guān)： 起分別裝于井道的頂部和底部， 當(dāng)轎廂駛過(guò)端站換速未減速 時(shí)，轎廂上撞塊就觸動(dòng)此開(kāi)關(guān)，通過(guò)電器傳動(dòng)控制裝置，使電動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫減速。（3）限位開(kāi)關(guān)：當(dāng)轎廂經(jīng)過(guò)端站平層位置后仍未停車，此限位開(kāi)關(guān)立即動(dòng)作， 切斷電源并制動(dòng)，強(qiáng)迫停車。（4）行程極限保護(hù)開(kāi)關(guān)：當(dāng)限位開(kāi)關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過(guò)端站時(shí)，此開(kāi)

12、關(guān)動(dòng)作。（5）急停按鈕：裝于轎廂司機(jī)操縱盤上，發(fā)生異常情況時(shí)，按此按鈕切斷電源， 電磁制動(dòng)器制動(dòng)，電梯緊急停車。（6）廳門開(kāi)關(guān)：每個(gè)廳門都裝有門鎖開(kāi)關(guān)。僅當(dāng)廳門關(guān)上才允許電梯啟動(dòng)；在 運(yùn)行中如出現(xiàn)廳門開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電梯立即停車。（7）關(guān)門安全開(kāi)關(guān)：常見(jiàn)的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關(guān)門過(guò)程中如安全 觸板碰到乘客時(shí)，發(fā)出信號(hào)，門電機(jī)停止關(guān)門，反向開(kāi)門，延時(shí)重新開(kāi)門，此外還有 紅外線開(kāi)關(guān)等。（8）超載開(kāi)關(guān)：當(dāng)超載時(shí)轎底下降開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電梯不能關(guān)門和運(yùn)行。（9）其它的開(kāi)關(guān)：安全窗開(kāi)關(guān)，鋼帶輪的斷帶開(kāi)關(guān)等。2.2 變頻器的選擇及通用變頻器2.2.1 變頻器的分類變頻器的種類很多，下面根據(jù)不同的分類方法對(duì)變頻

13、器分類：1）按變換頻率的方法分交直交變頻器交交變頻器2）按主電路工作方式分電壓型變頻器電流型變頻器3）按變頻器調(diào)壓方法的不同分 PAM 變頻器PWM 變頻器4）按工作原理分類U/f 控制變頻器VC 控制變頻器SF控制變頻器5）按照用途分類通用變頻器高性能專用變頻器高頻變頻器2.2.2 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件（1）根據(jù)被控設(shè)備的負(fù)載特性選擇通用變頻器的類型。（2）所選擇通用變頻器的類型和被控制異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配。（3）為降低電梯成本，首選通用變頻器。（4）電梯的啟動(dòng)和停車都要平穩(wěn)。（5）變頻器帶有防止失速功能。（6）變頻器具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性。2.2.3 變頻器的規(guī)格選擇變頻器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都提高

14、標(biāo)稱功率數(shù)據(jù)， 但實(shí)際上限制變頻器使用功率的是定子 電流參數(shù)。因此，直接按照變頻器標(biāo)稱功率進(jìn)行選擇，在實(shí)際中常常可能會(huì)行不通。 根據(jù)具體工程的情況，可以有以下幾種不同的變頻器規(guī)格選擇方式：（1）按照標(biāo)稱功率選擇：一般作初步投資估算依據(jù)。（2）按照電動(dòng)機(jī)額定電流選擇；多用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的新設(shè)計(jì)項(xiàng)目。（3）按照電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流選擇：多用于改造工程。（4）按照轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力選擇綜上所述，根據(jù)實(shí)際工程情況， 以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟx擇變頻器規(guī)格很重要。 選擇結(jié)果 多數(shù)情況下變頻器標(biāo)稱功率和電動(dòng)機(jī)匹配， 少數(shù)情況需要放大。 所以，籠統(tǒng)的認(rèn)為放 大一級(jí)功率選擇變頻器是沒(méi)有錯(cuò)的想法， 但會(huì)造成浪費(fèi)。 總的來(lái)說(shuō)從生產(chǎn)成本

15、來(lái)作合 適的選擇 3。224 VS 一 616G5通用變頻器電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、 動(dòng)態(tài)性能外， 他的舒適度指標(biāo)往往是 選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)中拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速 度曲線運(yùn)行，以改善電梯運(yùn)行的舒適感 ;另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑 物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視?？紤]以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器。 它具有磁通矢量控制、 轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、 負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能， 可以最大 限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率， 同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗， 特別適合電梯類負(fù) 載頻繁變化的場(chǎng)合。另外， V

16、S616G5 變頻器的啟動(dòng)、制動(dòng)具有可任意調(diào)節(jié)的 S 曲線和零頻仍可輸 出 150%力矩的特點(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá)0.01 0.02%，使得電梯運(yùn)行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。無(wú)須配專用電機(jī)，可自學(xué)習(xí)所配電機(jī)的 各個(gè)參數(shù)，精確控制任何品牌的電機(jī)。采用高性能工 GBT，載波頻率20KHZ，從而 使變頻器輸出一個(gè)不失真的正弦流波形，使電機(jī)始終運(yùn)行于靜噪音狀態(tài)。VS616G5 型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器。 這 種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過(guò)其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能 和無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較高

17、的調(diào)速范圍 4,5 。VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下：（1）包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。（2）有豐富的內(nèi)藏和選擇功能。（3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。（4）保護(hù)功能完善、維修性能好。（5）通過(guò) LCD 操作裝置，可提高操作性能。通用變頻器 VS616G5 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； 它適合用于各種使用場(chǎng)合， 可以低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確地運(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。 V 616G5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融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是 最適

18、合電梯控制要求的。2.2.5 變頻器自學(xué)習(xí)功能的使用為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)， 在完成參數(shù)設(shè)置后， 需使變頻器對(duì)所驅(qū)動(dòng)的電動(dòng) 機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，而 616G5 就具有曳引機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)的功能，其方法是 :將曳引機(jī)制動(dòng) 輪和電機(jī)軸脫離， 使電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)， 然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)， 讓變頻器自動(dòng)識(shí)別并存 儲(chǔ)電動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識(shí)別到的結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)。顯然， 這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)， 是和變頻器匹配的最佳參數(shù)， 使變頻器能對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最 佳控制 6。2.2.6 電梯調(diào)速系統(tǒng)中使用 VS 一 616G5 型通用變頻器通用變頻器 VS616G5 可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保

19、持較高 的輸出轉(zhuǎn)矩 ;它適合用于各種使用場(chǎng)合，可以低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確地運(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。 VS616G5 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融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是 最適合電梯控制要求的。變頻器的配置及容量選擇VS616G5變頻器用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)，必須配PG卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電 動(dòng)機(jī)測(cè)速及反饋。 旋轉(zhuǎn)編碼器和電動(dòng)機(jī)同軸連接， 對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。 旋轉(zhuǎn)編碼器輸 出A、B、兩相脈沖，當(dāng)A相脈沖超前B相脈沖90°時(shí)，可認(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°

20、時(shí)可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)編碼器根 據(jù) AB 相脈沖的相序，可判斷電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù) AB 脈沖的頻率 （或周期）測(cè)得 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。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616G5 內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)VS616G5用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)，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)處于發(fā)電狀態(tài)， 向變頻器回饋電能。 這時(shí)同步轉(zhuǎn)速下降， 交直交變頻器的 直流部分電壓升高，制動(dòng)電阻的作用就是消耗回饋電能。抑制直流電壓升高。除PG卡和制動(dòng)電阻外。VS616G5還需要配置600脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器和電梯運(yùn)行 曲線輸入板 （可選配）。其容量可選 1:1 配置，即電動(dòng)機(jī)容量和

21、變頻器容量相等。最好 采用大一數(shù)量級(jí)選配，即 11kw電動(dòng)機(jī)，選15kw的變頻器，15kw電動(dòng)機(jī)選，18kw 的變頻器7。第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)的硬件及軟件開(kāi)發(fā)3.1 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖 動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成如圖 3.1。主要硬件包括 PLC 主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操 縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置和主拖動(dòng)系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機(jī)、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)信號(hào)通過(guò) PLC輸入接口送入PLC，存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號(hào)，向拖動(dòng)和門機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)。運(yùn)行方式選

22、擇運(yùn)行控制信號(hào)安全保護(hù)信號(hào)呼梯信號(hào)指令內(nèi)指令信號(hào)外指令信號(hào)光電脈沖輸輸入PLC出接接口口樓層指示運(yùn)行方向指令呼梯鈴開(kāi)關(guān)門控制開(kāi)關(guān)門信號(hào)門取或平層信號(hào)拖動(dòng)控制系統(tǒng)圖3.1電梯PLC信號(hào)控制系統(tǒng)框圖電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能（1）一臺(tái)電機(jī)控制上升和下降，各層設(shè)上 /下呼叫開(kāi)關(guān)（最頂層和起始層只設(shè)一 只）。（2）電梯到位后，具有手動(dòng)或自動(dòng)開(kāi)門關(guān)門功能。（3）電梯內(nèi)設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號(hào)指示燈及層樓指令鍵，警鈴風(fēng)扇及 照明按鍵。（4）待客自動(dòng)開(kāi)門，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。自動(dòng)關(guān)門待客。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) 門在調(diào)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉轎廂

23、照明。（5） 自動(dòng)關(guān)門和提早關(guān)門，在一般情況下，電梯停站46S應(yīng)能自動(dòng)關(guān)門；在延 時(shí)時(shí)間內(nèi)，若按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時(shí)提前實(shí)現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作。（6）按鈕開(kāi)門。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中或門關(guān)閉后，電梯啟動(dòng)前，按下操縱盤上開(kāi)關(guān)按 鈕，門將打開(kāi)。（7）內(nèi)指令記憶。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上有多個(gè)選層指令時(shí)，電梯應(yīng)能按順序?？?車門，并能至調(diào)定時(shí)間，自動(dòng)確定運(yùn)行方向。（8）自動(dòng)定向，當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤選層指令相對(duì)和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)。（9）呼梯記憶和順向截停。電梯在運(yùn)行中應(yīng)能一記憶層外的呼梯信號(hào)，對(duì)符合

24、運(yùn)行方向的召喚，應(yīng)能自動(dòng)逐一?？繎?yīng)答。（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。電梯的操作方法：?jiǎn)闻_(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。1）單轎廂下集選控制：登記所有轎廂和廳門下行召喚 ;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)答廳門下行召喚。2）單轎廂全集選： 登記所有廳門和轎廂召喚； 上行時(shí)順應(yīng)答轎廂和廳門上召喚， 直至最高層自動(dòng)反向應(yīng)答下行召喚和轎廂召喚。系統(tǒng)采用全集選操作方式。3.1.2 電梯的速度給定曲線為了滿足舒適感， 提高運(yùn)輸效率及

25、正確平層要求， 電梯的速度給定曲線是一個(gè)關(guān) 鍵環(huán)節(jié)。 人們對(duì)于速度變化的敏感度主要是加速度的變化， 舒適感就意味著要平滑的 加速和減速。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動(dòng)速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線 （S 曲線 ） 及一段直線構(gòu)成， 而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變， 則是由加速度斜率及 S 曲線變化率 決定的。加速斜率是以速度給定從 0 加速到 1000 轉(zhuǎn)/分所需要的時(shí)間來(lái)定義的。其意 義為加速度由 0 加速到 1000轉(zhuǎn)/秒所需要的時(shí)間。 因此通過(guò)改變起動(dòng)加速時(shí)間可獲得 不同的起動(dòng)曲線斜率。增大加速時(shí)間值起動(dòng)曲線變緩，反之，起動(dòng)曲線變急。同理， 增加 S 曲線變化率起動(dòng)曲線彎曲部分變緩，反之，

26、起動(dòng)曲線彎曲部分變急。而 S 曲 線變化率的變化，也可通過(guò)改變 S 曲線起始、終了加速時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)， 系統(tǒng)采用的 616G5 變頻器就具有S曲線加速時(shí)間設(shè)定功能，故將加速時(shí)間和 S曲線加速時(shí)間配合調(diào)整， 即可獲得理想的起動(dòng)曲線。 同理，制動(dòng)曲線也可按此方法調(diào)整。 理想的電梯速度給定 曲線如圖 3.2 所示，圖中 a 為加速度， v 為速度。在0t3,時(shí)間內(nèi)加速啟動(dòng)階段，其中Otl和t2t3，時(shí)間內(nèi)為拋物線速度曲線，在 tit2時(shí)間內(nèi)為直線速度曲線；t3t4時(shí)間內(nèi)為穩(wěn)速運(yùn)行階段：t4T時(shí)間內(nèi)為減速制動(dòng)階 段。減速制動(dòng)階段速度曲線和加速起動(dòng)階段相對(duì)稱0電梯的工作特點(diǎn)是頻繁起制動(dòng)，為了提高工作效率、改

27、善舒適感，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)和減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時(shí)即可發(fā)出減速命 令。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)使減速過(guò)程不符合平層技術(shù)要求，為此一般在離層樓100200mm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。3.1.3 I/O點(diǎn)的分配設(shè)計(jì)七層的電梯，根據(jù)需要控制的開(kāi)關(guān)，設(shè)備大約有52個(gè)輸入點(diǎn)

28、，34個(gè)輸出點(diǎn)如表3.1,表 3.2, 表 3.3, 表 3.2o表3.1輸入部分X0，X1咼速計(jì)算器輸入端X20消防開(kāi)關(guān)X2硬件復(fù)位X21變頻器故障信號(hào)X3開(kāi)門關(guān)門X22紅外線傳感開(kāi)關(guān)X4有、無(wú)司機(jī)操作方式轉(zhuǎn)換X23急停按鈕X5轎廂門鎖X24變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)”信號(hào)X6開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)X25變頻器故障信號(hào)X7關(guān)門限位開(kāi)關(guān)X26,X27轎內(nèi)、轎頂檢修X10超載觸電X30X36轎內(nèi)指令通道X11直駛開(kāi)關(guān)X40X46廳門鎖X12檢修開(kāi)關(guān)X50X5516層召喚按鈕X13精火按鈕X56,X57上、下限位開(kāi)關(guān)X14關(guān)門開(kāi)關(guān)X60X6527層下召喚按鈕X15轎內(nèi)檢修向上運(yùn)行按鈕X66,X67上、下行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)X16

29、轎內(nèi)檢修向下運(yùn)行按鈕X17底層要是開(kāi)關(guān)表3.2中間繼電器表Y0上行接觸器Y10Y16電梯運(yùn)行位置指示燈Y1下行接觸器Y20Y26內(nèi)選指示燈Y2開(kāi)門繼電器Y30Y3516層上召喚信號(hào)指示燈Y3關(guān)門繼電器Y40Y4527層下召喚信號(hào)指示燈Y4換速信號(hào)繼電器Y6平層停車?yán)^電器Y5點(diǎn)動(dòng)檢修繼電器Y7蜂鳴器3.2電梯的軟件設(shè)計(jì)321軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、 行程信號(hào)進(jìn)行控制，而樓層和轎 廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電表3.3輸出部分M0M6樓層位置信號(hào)通道M73檢修定上向信號(hào)通道M10M16轎內(nèi)指令登記信號(hào)通道M74檢修疋下向信號(hào)

30、通道M20M26選層信號(hào)通道M75人員進(jìn)出紅外線信號(hào)通道M30M36呼梯信號(hào)通道M80上行前沿微分通道M40M45上召喚信號(hào)登記通道M81下行前沿微分通道M50M55下召喚信號(hào)登記通道M82消防上升沿微分通道M60上召喚直駛和反向信號(hào)M83消防下降沿微分通道M61下召喚直駛和反向信號(hào)M84門連鎖信號(hào)通道M62上仃順向截梯M85消防員專用信號(hào)M63下行順向截梯M86消防運(yùn)行繼電器M64電梯運(yùn)行狀態(tài)M56無(wú)司機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行信號(hào)M65順向截梯M57檢修狀態(tài)信號(hào)通道M66反向截梯M70本層開(kāi)門中間信號(hào)通道M67換速信號(hào)通道M71定上向信號(hào)通道M68平層中間繼電器M72疋下向信號(hào)通道M69關(guān)門信號(hào)通道M76

31、M78高速計(jì)數(shù)器輸出通道表3.4其他時(shí)TO開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)失效，定時(shí)使開(kāi)門停間T1定時(shí)斷開(kāi)紅外線檢測(cè)回路繼T2自動(dòng)關(guān)門定時(shí)電T3關(guān)門限位失效，定時(shí)使關(guān)門停器T4自動(dòng)開(kāi)門定時(shí)特殊M8000監(jiān)控PLC操作狀態(tài)功能M8005備用電池失效位ON繼電器M8011M8013產(chǎn)生0.01S,0.1S,1S時(shí)鐘脈沖計(jì)算器告訴計(jì)算器C251梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制 電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定，并送 PLC的計(jì)數(shù)器 來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)系統(tǒng)的樓層信號(hào)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）采用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。根據(jù)電梯所

32、處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四 個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行次優(yōu) 先級(jí)隊(duì)列。其中，上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā) 出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)， 該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所 構(gòu)成的隊(duì)列。 控制系統(tǒng)在電梯運(yùn)行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。 為實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控 制提供了基礎(chǔ)。（2）采用先進(jìn)先出隊(duì)列。根據(jù)電梯的運(yùn)行方向，將同向的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的非零 單元 （有呼叫時(shí)此單元為非零單元；無(wú)呼叫時(shí)則此單元為零 ）送入寄存器隊(duì)列，我們利 用先進(jìn)先出讀出指令，將第一個(gè)單元中數(shù)據(jù)送入比較寄存器。（3）采用隨機(jī)邏輯控制。當(dāng)電

33、梯以某一運(yùn)行方向接近某樓層的減速位置時(shí)，判 別該樓層是否有同向的呼叫信號(hào)， 如有，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)和比較寄存器進(jìn)行 比較，如相同，則在該樓層減速停車；如果不相同，則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存 器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行該樓層的減速停車。該動(dòng)作完畢后，將被保存 的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制。（ 4）采用軟件顯示。系統(tǒng)利用行程判斷樓層，并轉(zhuǎn)化成 BCD 碼輸出，通過(guò)硬件 接口電路以 LED 顯示。（ 5）對(duì)變頻器的控制， PLC 根據(jù)隨機(jī)邏輯控制的要求，可向變頻器發(fā)出正向運(yùn) 行、反向運(yùn)行、 減速以及制動(dòng)信號(hào)， 再由變頻器根據(jù)一定的控制規(guī)律和控制算法來(lái)控 制電機(jī)。同時(shí)，

34、當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)， PLC 向變頻器發(fā)出信號(hào)。3.2.2 軟件設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)的軟件主程序流程圖如圖 3.1 所示：系統(tǒng)的樓層顯示程序流程圖如圖 3.2 所示：3.2.3 電梯的內(nèi)指令、外召喚信號(hào)的登記、消除及顯示回路轎內(nèi)指令和廳外召喚登記的條件是按下要登記的按鈕， 若此時(shí)電梯處在正常運(yùn)行 狀態(tài)，而且電梯又不在登記的層樓， 則該登記即為有效。 轎內(nèi)指令登記消號(hào)的條件是上電初始化 4等待確認(rèn)本層和目標(biāo)層Y是否廳外呼叫Y* 電梯選向1是否同層?*電梯啟動(dòng)電梯高速運(yùn)行樓層檢測(cè)NY電梯減速平層檢測(cè)是否目標(biāo)層N4亠電梯加速Y是否轎廂呼叫Y強(qiáng)制工作是否強(qiáng)制工作是否完成電梯制動(dòng)開(kāi)門延時(shí)NY送入七層數(shù)碼管顯示樓層

35、檢測(cè)樓層是否改變關(guān)門停止是否停止運(yùn)行圖3.1電梯控制土程序流程圖信號(hào)保持圖3.2樓層顯示程序流程圖當(dāng)電梯正常運(yùn)行至登記樓層時(shí)，指令登記即被消號(hào)。廳外召喚消號(hào)的條件是：當(dāng)電梯 正常運(yùn)行至廳外召喚的樓層且電梯的運(yùn)行方向和召喚按鈕的方向一致時(shí)，廳外召喚即被消號(hào)。當(dāng)在安全回路繼電器動(dòng)作、轎內(nèi)電鎖斷開(kāi)、檢修等狀態(tài)下指令信號(hào)不予登一 記，登一記的信號(hào)即刻消號(hào)。（1）內(nèi)指令信號(hào)處理內(nèi)指令登一記信號(hào)。如有人想到5層時(shí)，按下5層的內(nèi)指令按鈕，則X34為ON; 若轎廂不在5層，則M4閉點(diǎn)為ON,所以M14為ON，信號(hào)被登記；當(dāng)轎廂到5層 時(shí)，M4為閉點(diǎn)為OFF,起消號(hào)作用，如圖3.3所示。（2）外召喚信號(hào)處理廳外

36、召喚信號(hào)同樣需要進(jìn)行登記， 顯示本層停車信號(hào)，此外還具有反向運(yùn)行保號(hào) 功能。當(dāng)M60或M61為ON時(shí)，分別進(jìn)行上召喚和下召喚信號(hào)的直駛和反向運(yùn)行保 號(hào)，如當(dāng)下行時(shí)，丫1為ON，貝U M60為ON ;或上行時(shí)丫0為ON，如再按直駛 X11 為ON，貝U M60為ON。此時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，上召喚梯形圖中的各層樓信號(hào)各點(diǎn)被 M60并聯(lián)，不能起消號(hào)作用，因而實(shí)現(xiàn)了反向運(yùn)行和直駛保號(hào)功能，如圖3.4所示。VOXII圖3.4外召喚信號(hào)處理電梯的選層定向及反向截梯回路電梯的定向是綜合考慮電梯的運(yùn)行方式、轎內(nèi)指令、廳外召喚及電梯所處樓層的位置的基礎(chǔ)上，確定電梯的運(yùn)行方向。選層是在有轎內(nèi)指令或廳外召喚信號(hào)的情況下

37、， 電梯應(yīng)響應(yīng)哪個(gè)信號(hào)；電梯即將到達(dá)有轎內(nèi)指令登記或和電梯運(yùn)行方向相同的廳外召 喚信號(hào)的樓層時(shí)，發(fā)出換速信號(hào)。在有司機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，由轎內(nèi)指令及電梯所處 的位置來(lái)確定電梯的運(yùn)行方向；在無(wú)司機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，廳外召喚信號(hào)根據(jù)電梯的 所處位置來(lái)參和電梯的定向。(1)司機(jī)內(nèi)選定向有司機(jī)操作時(shí)，X4的開(kāi)點(diǎn)為OFF,則起動(dòng)運(yùn)行信號(hào) M56為OFF,因而M62、M63均為OFF。此時(shí)只有內(nèi)指令信號(hào)登一記通道M1OM16能對(duì)選層信號(hào)通道M20M26對(duì)應(yīng)位置位，而廳外上、下召喚信號(hào)登記通道 M40M45、M50M55的信 號(hào)不能對(duì)選層信號(hào)通道M20M26置位。當(dāng)選層信號(hào)通道M20M26中有選層信號(hào)后，是定上

38、行方向還是定下行方向取決 于內(nèi)指令信號(hào)在轎廂所在樓層的上方還是下方。即樓層位置信號(hào)通道M0M6中某一 位為ON時(shí)，其閉點(diǎn)為OFF,將定向梯形圖中選層信號(hào)通道 M20M26中的各點(diǎn)分為 兩部分，若選層信號(hào)通道M20M26中選層信號(hào)的最高位低于樓層位置信號(hào)通道M0M6中狀態(tài)為ON的位，則定下方向M72為ON ;反之若選層信號(hào)通道 M20M26 中的選層信號(hào)位高于樓層位置信號(hào)通道 M0M6中狀態(tài)為ON的，則定上方向M71 為ON，如圖3.5所示。M56CM62-0Mil圖3.5司機(jī)內(nèi)選定向(2)無(wú)司機(jī)內(nèi)選外呼定向無(wú)司機(jī)狀態(tài)下X4為ON，當(dāng)滿足轎廂門鎖X5為ON的條件時(shí)，無(wú)司機(jī)起動(dòng)運(yùn)行 信號(hào)M56為O

39、N，在停車狀態(tài)下，M62和M63均為ON,所以外召喚信號(hào)M40M45、 M50M55中的各位可對(duì)選層信號(hào)通道置位，發(fā)出選層信號(hào)。即可進(jìn)行定向，其原理 和有司機(jī)定向相同。（3）反向截梯無(wú)論在有司機(jī)或無(wú)司機(jī)運(yùn)行狀態(tài)， 對(duì)內(nèi)指令，電梯均需換速平層停車，并且直駛 時(shí)只停內(nèi)選層站，當(dāng)外召喚方向和電梯運(yùn)行方向相同時(shí)，電梯換速停車，即順向截車； 只有在無(wú)司機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，電梯才 對(duì)反向召喚信號(hào)應(yīng)招服務(wù)。當(dāng)有多個(gè)反向呼梯信號(hào) 時(shí)，先應(yīng)招最遠(yuǎn)的反向呼梯信號(hào)，即最遠(yuǎn)反向截梯，然后再以順向截車方式應(yīng)招其他 外召喚信號(hào)。外召喚信號(hào)的作用主要在于順向截梯和最遠(yuǎn)反向截梯。梯形圖中，電梯上行時(shí)M62為ON，因而廳外上召喚信號(hào)

40、M40M45可對(duì)選層信號(hào)M20M26置位，M62起 上行順向截梯的作用。同理，M63用于下行順向截梯。反向截梯時(shí)，若轎廂向上運(yùn)行，樓層位置通道 M0M6中數(shù)據(jù)逐位上移，其閉點(diǎn) 為OFF。當(dāng)呼梯信號(hào)通道 M30M36中較高位有外呼信號(hào)時(shí)，則 M65、M66為ON， M66的閉點(diǎn)為OFF，則M63為OFF,所有下召喚信號(hào)不能對(duì)選層信號(hào)位置位，即反 向呼梯信號(hào)不能選層換向停車。在無(wú)司機(jī)狀態(tài)下，只有當(dāng)轎廂運(yùn)行到最高位，M6為ON，其閉點(diǎn)位OFF，信號(hào)位置位，則M66開(kāi)點(diǎn)為OFF，其閉點(diǎn)為ON，M63開(kāi)點(diǎn)為 ON，下召喚信號(hào)才能對(duì)選層進(jìn)行最遠(yuǎn)反向截梯，如圖3.6所示。圖3.6順向截梯層樓位置指示PLC輸出端直接和七段數(shù)碼管連接，無(wú)需外部硬件譯碼器，由PLC軟件進(jìn)行