【正文】 垂直升降電梯控制系統(tǒng)的分析 1 引言 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。日前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。 PLC 可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活。本設(shè)計(jì)在用尸 LC 控制變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電流、速度雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上，在不 增加硬件設(shè)備的條件下，實(shí)現(xiàn)電流、速度、位移三環(huán)控制。 2 硬件電路 2． 1 硬件結(jié)構(gòu) PLC 為西門子公司 S7200 系列 CPU221， PLC 接受來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號(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／減速運(yùn)行和制動(dòng)電梯等信號(hào) C 2. 2 電流、速度雙閉環(huán)電路 采用 YASAKWA公司的 VS 一 61665 CIM RG5A 4022 變頻器。變頻器本身設(shè)有電流檢測(cè)裝置，由 此構(gòu)成電流閉環(huán)：通過和電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)的旋轉(zhuǎn)編碼器，產(chǎn)生 a, b 兩相脈沖進(jìn)入變頻器，在確認(rèn)方向的同時(shí)，利川脈沖計(jì)數(shù)構(gòu)成速度閉環(huán)。 3 位移和運(yùn)行曲線控制 電梯作為一種載人工具，在位勢(shì)負(fù)載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運(yùn)行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙?zhǔn)確，理想的運(yùn)行曲線 3. 1 位移控制 采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求，但和國(guó)外高性能電梯相比還需進(jìn)一步改進(jìn)。本設(shè)計(jì)一正是基于這一想法，利用現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成速度環(huán)的同時(shí)，通過變頻器的尸 G 卡輸出與電機(jī)速度及電梯位移成比例的脈沖數(shù)，將其引入尸 LC 的高速計(jì)數(shù)輸入端口 0000 通過累計(jì)脈沖數(shù)，經(jīng)式 (1)計(jì)算出脈沖當(dāng)量，由此確定電梯位置。 3． 2 速度控制 本方法是利用 PLC 擴(kuò)展功能模塊 D／ A 模塊實(shí)現(xiàn)的，事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入尸 LC 寄存器，程序運(yùn)行時(shí)，通過查表方。一憶寫入 D／ A，由 D／ A轉(zhuǎn)換成模擬量后將理想曲線輸出。 3. 2. 1 加速給定曲線的產(chǎn)生 6 位。／ A輸出 05V／ 0V 1 OV，對(duì)應(yīng)數(shù)字值人 16 進(jìn)制數(shù) 00FF，共 255 級(jí)。東洋電梯加速實(shí)踐在 2. 53 秒之問。按保守值計(jì)算，電梯加速過程中每次查表的時(shí)間間隔不亙超過 1 Oms o 由于電 梯邏輯控制部分程序最大，而尸 LC 運(yùn)行采用周期掃描機(jī)制，因而采用通常 的查表方法，每次查表的指令時(shí)間間隔過長(zhǎng)，不能滿足給定曲線的精度要求。在 PLC 運(yùn)行過程中，其 CPU與各設(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)行、信號(hào)采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行的，每個(gè)循環(huán)都要對(duì)所有功能進(jìn)行查詢、判斷和操作。在一個(gè)周期內(nèi)， CPU 對(duì)整個(gè)用戶程序只執(zhí)行一遍。這種機(jī)制有其方便的一面，但實(shí)時(shí)性差。過長(zhǎng)的掃描時(shí)間，直接影響系統(tǒng)對(duì)信號(hào)響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短 CPU的周期掃描時(shí)間是一個(gè)很 復(fù)雜的問題。一般只能從用戶程序執(zhí)行時(shí)間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時(shí)間已超過 10ms，盡管采取了 1 些減少程序掃描時(shí)間的辦法，但仍無法將掃描時(shí)間降到 1 Oms 以下。同時(shí)，制動(dòng)段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時(shí)間也不宜超過 1 Oms o 為滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，本文在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了尸 LC 掃描機(jī)制的限制。 本文采用的 PLC 有三種中斷功能：（ 1）外部中斷； (2)高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷 (3)定周期中斷。前兩種中斷各有 8 個(gè)中斷點(diǎn)，后一種有 4 個(gè)中斷點(diǎn)。在程序中采用了后面 兩種中斷方式．起動(dòng)過程采用定周期中斷，制動(dòng)過程采用高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷。中斷服務(wù)程序放在主程序后，運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)＼運(yùn)行保護(hù)＼內(nèi)選外呼等邏輯控制均在主程序中實(shí)現(xiàn)。而運(yùn)行條件的判斷＼運(yùn)行模式的選擇＼查表等與運(yùn)行曲線產(chǎn)生有關(guān)的程序 放在中斷服務(wù)程序中。 起動(dòng)加速運(yùn)行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由程序進(jìn)行開關(guān)，一旦設(shè)定，就一直按設(shè)定時(shí)間間隔循環(huán)，｝一，斷，所以，起動(dòng)運(yùn)行條件需放在中斷服務(wù)程序中，在不滿足運(yùn)行條件時(shí)，中斷即返回。 3. 2. 2 減速制動(dòng)曲線的產(chǎn)生 為保證制動(dòng)過程的完成，需在主程序中進(jìn)行 制動(dòng)條件判斷和減速點(diǎn)確定。在減速點(diǎn)確定之前，電梯一直處于加速或穩(wěn)速運(yùn)行過程中。加速過程由固定周期中斷完成；加速到對(duì)應(yīng)模式的最大值之后，加速程序運(yùn)行條件不再滿足，每次中斷后，不再執(zhí)行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對(duì)應(yīng)模式的最大值運(yùn)行，在該模式減速點(diǎn)到后，產(chǎn)生高速計(jì)數(shù)中斷，執(zhí)行減速服務(wù)程序。在該中斷服務(wù)程序中修改計(jì)數(shù)器設(shè)定值的條件，保證下次中斷執(zhí)行。 在 PLC的內(nèi)部寄存器中，減速曲線表的數(shù)值由大到小排列，每次中斷都執(zhí)行一次表指針加，操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區(qū)和平層區(qū)的判斷均由外部 信號(hào)給出，以保證減速過程的可靠性。 4 程序設(shè)計(jì) 利用變頻器 PG 卡輸出端將脈沖信號(hào)引入尸 LC 的高速計(jì)數(shù)輸入端，構(gòu)成位置反饋．高速計(jì)數(shù)器累加的脈沖數(shù)反映電梯的位置．高速計(jì)數(shù)器的值不斷地與各信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，由此判斷電梯的運(yùn)行距離，換速點(diǎn)，平層點(diǎn)和制動(dòng)停車點(diǎn)等信號(hào)。理論上這種控制方式其平層誤差可在個(gè)脈沖當(dāng)量范圍．在考慮減速機(jī)齒輪合間隙等機(jī)械因素情況下，電梯的平層精度可達(dá)內(nèi)，大大低于國(guó)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，滿足電梯起制動(dòng)平滑，運(yùn)行平穩(wěn)，平層準(zhǔn)確的要求．電梯在運(yùn)行過程中，通過位置信號(hào)檢測(cè)，軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下位置信 號(hào)：電梯所在樓層位置，快速換速點(diǎn)，中速換速點(diǎn)， I39。I 區(qū)信號(hào)和平層位置信號(hào)等．由此省去原來每層在井道中設(shè)置的上述信號(hào)檢測(cè)裝置，大大減少井道檢測(cè)元件和信號(hào)連接，降低成本。下面針對(duì)在實(shí)現(xiàn)集選控制基礎(chǔ)上新增添的樓層計(jì)數(shù)，快速換速，中速換速，門區(qū)和平層信號(hào) 5 個(gè)子程序進(jìn)行介紹。 4. 1 樓層計(jì)數(shù) 本設(shè)計(jì)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式．運(yùn)行前通過自學(xué)習(xí)力一式，測(cè)出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對(duì)應(yīng)17 層電梯分別存入 16 個(gè)內(nèi)存單元 D01 一 D16o 樓層計(jì)數(shù)器 CNTIO 為一雙向計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)各層的樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行方向進(jìn)行加，或減計(jì) 數(shù)。 運(yùn)行中，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)值實(shí)時(shí)與樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)發(fā)出樓層計(jì)數(shù)信號(hào)，上行加 1，下行減 1，為防止計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間重復(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)器。 4． 2 快速換速 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)相等時(shí)，若電梯處于快速運(yùn)行且本層有選層信號(hào)，發(fā)快速換速信號(hào)．若電梯中速運(yùn)行或雖快速運(yùn)行但本層無選層信號(hào)，則不發(fā)換速信號(hào)。中速換速與快速換速判斷方法類似，不再重復(fù)。 4. 3 門區(qū)信