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、廳門信號(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plc完成的。

2、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/關(guān)門控制、位置檢測(cè)、呼梯、速度控制等 。輸出信號(hào)21個(gè)，包括開/關(guān)門、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fx264mr plc。變頻器選用安川616g

3、5 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，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

4、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

5、、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)開始從0hz到50hz開始起動(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，plc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，plc撤消爬行信號(hào)，同時(shí)發(fā)出停梯信號(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，通過(guò)plc抱閘及自動(dòng)開門，電梯運(yùn)

6、行曲線如圖2所示。圖2中運(yùn)行曲線可通過(guò)變頻器進(jìn)行設(shè)置，也可通過(guò)配置運(yùn)行曲線輸入板。本系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置:令c1-01=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)、乘坐舒適、?？繙?zhǔn)確。采用變頻器調(diào)速雙閉環(huán)控制可基本滿足要求。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

7、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)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:hsi式中s:脈沖當(dāng)量 i:累計(jì)脈沖數(shù) h:電梯位移s=d/p d:曳引輪直徑 :pg卡的分頻比 :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=1/32 d=580mm

8、ned=1450r/min p=1024 =1/18 代入s=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1.6米，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/關(guān)門、報(bào)警、相序更正、優(yōu)先服務(wù)等。根據(jù)電

9、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)的脈沖數(shù)及換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)寫入數(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):0d200 4000d201 8000d202 12000d203換速點(diǎn):2400d204 6400d205 10400 d2069600d207 5600d210 1600 d211(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

10、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)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)速電梯具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、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j.