【正文】 PLC 的型號的選擇及 I/O 點數(shù)分配 電梯邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是 PLC，哪些信號需要輸入至 PLC， PLC 需要驅(qū)動哪些負(fù)載 ,以及采用何種編程方式，都是需要認(rèn)真考慮的問題，都會影響到其內(nèi)部 I/O 點數(shù)的分配。 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置 基于價格等方面因素的考慮，本次 電梯調(diào)速控制的設(shè)計選用的是 VS616G5 型通用變頻器 ,選擇有 PG 矢量控制作為曳引鼠籠式電動機(jī)的控制方式。 圖 7： 變頻器拖動部分線路圖 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 14 14 由于本控制系統(tǒng)選擇的是有 PG 矢量控制，因此在運(yùn)行之前，需要變頻器對電機(jī)單體進(jìn)行自學(xué)習(xí)，否則變頻器將不能正常工作。 圖 8： VS 616G5 通用型變頻器設(shè)置表 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 15 15 圖 9： VS 616G5 通用型 變頻器 設(shè)置表 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 硬件系統(tǒng)設(shè)計完成以后，為了實現(xiàn)優(yōu)化控制，還需要用西門子 STEP7 專業(yè)編程軟件對雙電梯聯(lián)動控制程序進(jìn)行設(shè)計。其編制的程序主要遵循以下控制規(guī)律 : 兩臺電梯都遵守集選規(guī)則，即將呼叫信號先進(jìn)行登記，對與電梯運(yùn)行同向的呼叫信號逐一應(yīng)答，當(dāng)同向指令和召喚應(yīng)答完畢后電梯可以自動換向。原先充當(dāng)忙梯的電梯現(xiàn)在即作為基站電梯來使用，而 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 16 16 原先作為基站電梯使用的電梯此時即成為忙梯。 當(dāng)忙梯正在下行時，若其下方出現(xiàn)任何方向的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應(yīng)答運(yùn)行。電梯停用以后，不論當(dāng)前處在哪一層，都會自動下降至底層。電梯控制 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖 1。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 17 17 電梯控制系統(tǒng)脈沖選層控制原理 利用脈沖計數(shù)實現(xiàn)電梯位移控制 將一增量式光電編碼盤 [2]與電機(jī)同軸安裝，電梯上下運(yùn)行時，碼盤以與電機(jī)同樣的角速度轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生 A ,B 兩路相位相差 90176。 電梯全程的每一個位置對應(yīng)一個脈沖計數(shù)值， 10 層全部脈沖值 (包括頂層和底層的平層位置到上下限位開關(guān)之間的距離所對應(yīng)的脈沖值 )約為 20209p，根據(jù)電梯各個位置對應(yīng)的位移和每個脈沖對應(yīng)井道中電梯所走的平均距離 l可以計算出相應(yīng)的脈沖數(shù)，通過比較判斷所記錄的脈沖數(shù)就可實現(xiàn)電梯的位移閉環(huán)控制。相對計數(shù)方式指采用相對坐標(biāo)進(jìn)行計數(shù)，每次從平層點開始計數(shù)到下一平層點，然后計數(shù)器復(fù)位，每一層均從該層層高對應(yīng)脈沖值開始加 /減計數(shù)。其中 PLC 采用CompactLogix L31 控制器 ,它屬于 CompactLogix 系列，是 Rockwell 目前主推的Logix 控制平臺 [3,4]中的一款中型 PLC。 (2) Logix系統(tǒng)中設(shè)備之間通過 “ 連接 (connection)” 或者 “ 非連接的信息交換 (unconnected message)” 兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。對于系統(tǒng)本地框架中的數(shù)字量輸出模塊，控制器會分別按 RPI 和在任務(wù)執(zhí)行結(jié)束時將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)模塊。即 I/O 的更新同邏輯的執(zhí)行過程異步進(jìn)行 ,這便于應(yīng)用系統(tǒng)盡可能收到更新信息?？梢酝ㄟ^ RSLinx 的自動組態(tài)功能實現(xiàn)控制器型號、波特率、校驗、停止位、錯誤檢測等的自動組態(tài)。PLC的數(shù)字量輸出模塊與變頻器的數(shù)字 IO 端子塊的接線如圖 12所示。 PLC 數(shù)字量輸出模塊的 OUT OUT OUT5(與變頻器數(shù)字 I/O 端子塊的 6接線端相對應(yīng) )輸出狀態(tài)的不同組合對應(yīng)七組預(yù)置頻率中的不同值，對應(yīng)關(guān)系如表 13 所示?？紤]到 CompactLogix 控制器本身的 I/O 更新和邏輯執(zhí)行是異步進(jìn)行的特點 ,本系統(tǒng)中自行設(shè)計了一塊計數(shù)電路板 ,從而代替高速計數(shù)模塊來解決高速脈沖計數(shù)的問題。將脈沖計數(shù)電路板的輸出信號引入 PLC 的一塊擴(kuò)展輸入模塊，通過直接讀取此模塊的輸入狀態(tài)得到對應(yīng)的脈沖數(shù)，由 PLC控制計數(shù)電路清零復(fù)位。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。程序流程如圖 4 所示。 (4) 平層 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 21 21 當(dāng)高速計數(shù)器的計數(shù)值與平層點的計數(shù)脈沖相等時發(fā)出平層信號，電梯平層。以電梯平層停車所需時間 (可由電梯平層停車所需脈沖數(shù)乘以脈沖的周期折算得到 )為例，通過比較得出，影響電梯平層精度的 因素除減速機(jī)齒輪嚙合間隙等機(jī)械因素外主要有以下 4點： (1) 脈沖計數(shù)電路的精度限制造成計數(shù)累計誤差較大； (2) 電梯轎廂有慣性且變頻器響應(yīng)有延時，故電梯平層停車需要一定延時時間 (t1)； (3) 雖然負(fù)責(zé)計數(shù)的輸入模塊各輸入口的狀態(tài)是按 RPI不斷刷新，但是程序中對應(yīng)脈沖值只有在控制器掃描時才被刷新 (刷新的最大延時時間為控制器的最大掃描時間 )，當(dāng)程序較復(fù)雜掃描時間大于脈沖寬度時，程序中讀取的脈沖數(shù)值就不是一個連續(xù)變化的數(shù)，即掃描間隔會造成一定的死區(qū)時間 (t2)； (4) 從發(fā)出停車指令到輸 出端口狀態(tài)的刷新存在一定的延時時間 (t3)。根據(jù)表3所列數(shù)據(jù)，電梯停車所需時間為 t=t1+t2+t3=t1=34= ，其中 t2= 0，t3=0，可見電梯停車時間僅為克服電梯慣性和變頻器響應(yīng)所需時間 (t1)。 改進(jìn)措施 為減小累計誤差，可待電梯運(yùn)行到底層時，通過硬件方式將計數(shù)器清零復(fù)位；由于 t1為一固定值，故可通過軟件程序避免由 t1帶來的平層誤差。 (1)程序中適當(dāng)增加讀取擴(kuò)展輸入模塊輸入狀態(tài) (Local:7:)的指令，從而盡量增加控制器對脈沖值的掃描頻率，減小刷新延時時間。考慮到負(fù)責(zé)處理 I/O 數(shù)據(jù)的周期性任務(wù)的優(yōu)先級為 7，此處周期性任務(wù)的優(yōu)先級選擇 1～ 6。多層電梯平層精度的提高，除了要保證機(jī)械裝置的精度較高外，關(guān)鍵在于選擇合適的控制器以及對控制算法的改進(jìn)，雖然 采用自行設(shè)計的計數(shù)電路板代替高速計數(shù)模塊使脈沖計數(shù)的精度有些影響，但由于 CompactLogix 系列控制器采用新的工作方式，電梯仍可實現(xiàn)較高的平層精度。其次，畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)是老師檢驗其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機(jī)會。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但 收獲同樣巨大。 參考文獻(xiàn)： [1]陳立定、吳玉香、蘇開才編．電氣控制與可編程控制器，廣州：華南理工大學(xué)出版社． 200l [2]劉載文、李毫升、鐘亞林編。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。 答 謝 辭 通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓 了視野，認(rèn)識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。 。 (3) 采用中斷的方式增加掃描頻率。1mm 。電梯停車所需時間為 t=t1+t2+t3=+(3734)= 。 當(dāng)程序較簡單，掃描時間較短時，可以通過判斷單個脈沖值實現(xiàn)樓層檢測、換速及平層停車，即平層誤差可在 177。 4 結(jié)果分析及改進(jìn) 實驗結(jié)果分析 針對本 10 層電梯控制系統(tǒng)，分別編寫簡單控制程序 (只 實現(xiàn)計數(shù)和停車功能 )和復(fù)雜控制程序 (實現(xiàn)了電梯的所有基本功能 )并進(jìn)行多次實驗，表 3給出了部分實驗數(shù)據(jù)。為防止計數(shù)脈沖高電平期間反復(fù)計數(shù)，采用樓層計數(shù)信號上沿觸發(fā)樓層計數(shù)。 (1) 程序初始化 : 將各樓層平層點對應(yīng)的脈沖數(shù)及換速點對應(yīng)的脈沖數(shù)寫入數(shù)據(jù)寄存器 (停電保持 )。 圖 14 脈沖計數(shù)電路結(jié)構(gòu)圖 采用這種方式取代高速計數(shù)模塊 ,雖然硬件設(shè)計增加了系統(tǒng)的開發(fā)時間 ,且計數(shù)精度沒有高速計數(shù)模塊高 ，但實驗表明電梯仍然可以實現(xiàn)較高的平層精度，取得了良好的實驗效果，并且節(jié)省了購買高速計數(shù)模塊的昂貴費(fèi)用。脈沖計 數(shù)電路板以 4片 74LS193 芯片 (高速計數(shù)芯片 )為主要元件，還包括電平轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器復(fù)位電路等其它輔助電路。 圖 11： PLC 數(shù)字量輸出模塊與變頻器數(shù)字 IO 端子塊間的接線圖 端子號 參數(shù)名稱 參數(shù)編號 參數(shù)值 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工 程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計論文 19 19 1 數(shù)字輸入 1 選擇 361 4停機(jī) CF 2 數(shù)字輸入 2 選擇 362 5 起動 3 數(shù)字輸入 3 選擇 363 6正向，反向 4 數(shù)字輸入 4 選擇 364 15速度選擇 1 5 數(shù)字輸入 5 選擇 365 16速度選擇 2 6 數(shù)字輸入 6 選擇 366 17速度選擇 3 圖 12 與變頻器數(shù)字 I/O 端子號對應(yīng)的參數(shù)信息 速度選擇 3 速度選擇 2 速度選擇 1 自動基準(zhǔn)值信號源 頻率值 0 0 0 速度基準(zhǔn)值 A（未用） 0 0 1 速度基準(zhǔn)值 B（預(yù)置頻率 1） 0Hz 0 1 0 預(yù)置頻率 2 5Hz 0 1 1 預(yù)置頻率 3 10Hz 1 0 0 預(yù)置頻率 4 20Hz 1 0 1 預(yù)置頻率 5 30Hz 1 1 0 預(yù)置頻率 6 40Hz 1 1 1 預(yù)置頻率 7 50Hz 表 13 PLC OUT OUT OUT5 選通與預(yù)設(shè)頻率間的對應(yīng)關(guān)系 電梯控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 脈沖計數(shù)的實現(xiàn) 由于傳統(tǒng) PLC的 I/O 控制采取集中輸入、集中輸 出的方式 ,所以對于寬度小于掃描周期的脈沖信號必須采用高速計數(shù)器來實現(xiàn)脈沖計數(shù) ,否則可能會丟失大量的脈沖信號。 PLC 數(shù)字量輸出模塊的 OUT0～ OUT5 輸出接線端分別與變頻器數(shù)字 I/O 端子塊的 1～ 6接線端連接，實現(xiàn) PLC 對變頻器的控制。 變頻器的組態(tài)及 PLC 控制 通過變頻器的 LCD HIM(液晶顯示人機(jī)接口 )進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的組態(tài)，變頻器的組態(tài)包括：組態(tài)變頻器的輸入電壓，設(shè)置電動機(jī)的額定數(shù)據(jù) (額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定功率等 )及加 /減速的斜坡時間，優(yōu)化電機(jī)轉(zhuǎn)矩，設(shè)置變頻器的最大 /小頻率及七組預(yù)置頻率值，設(shè)置變頻器的方向模式等。 控制系統(tǒng)的通訊方式及軟件組態(tài) CompactLogix L31 控制器通過 RS232 串行口 、采用 DF1 全雙工通訊協(xié)議實現(xiàn)控制器與 PC 的點對點通訊。 (4) 控制器使用一個優(yōu)先級為 7的任務(wù)專門用來處理 I/O 數(shù)據(jù)。 (3) 系統(tǒng)本地框架中的數(shù)字量輸入模 塊采取多信道廣播數(shù)據(jù) (循環(huán)數(shù)據(jù)交換 )的工作方式。 (1) 控制器采用具有優(yōu)先級的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，支持 8個 可組態(tài)任務(wù)。由于電梯加工精度不高，每一樓層對應(yīng)脈沖數(shù)可能不同，綜合考慮后本套模擬電梯控制系統(tǒng)采用了絕對計 數(shù)方式。 脈沖計數(shù)的兩種實現(xiàn)方式 通過計算輸入脈沖數(shù)檢測 電梯轎廂位置，可以有 2種計數(shù)方式：絕對計數(shù)方式和相對計數(shù)方式。每個脈沖對應(yīng)井道中電梯所走的平均距離 l 及電梯每層對應(yīng)的平均脈沖數(shù) N 計算如下： 公 式中： D 為限速器繩輪直徑，為 ； P為碼盤旋轉(zhuǎn)一周對應(yīng)的脈沖值，為 1200p(p 為脈沖單位 )； L 為電梯平均每層距離，為 160mm。主要包括以下幾個子程序：樓層檢測、指示燈顯示、手動 /自動開關(guān)門控制、轎廂內(nèi)外呼梯記錄、呼梯優(yōu)先級判斷、變頻器控制、電梯運(yùn)行控制。電力拖動系統(tǒng)主要包括電梯垂直方向主拖動電路和轎廂開關(guān)門電路，其中電梯垂直方向主拖動電路由變頻器控制的三相異步電動機(jī)作為拖動動力源，轎廂開關(guān)門電路則采用易于控制的直流電動機(jī)作為拖動動力源；電氣控制系統(tǒng)由眾多呼叫按鈕、指示燈、 LED 7 段數(shù)碼管和光電編碼盤、脈沖計數(shù)電路、變頻器以及控制部分的核心器件 PLC 等組成。 當(dāng)其中一臺電梯由于故障而停止運(yùn)行，另一臺電梯則自動承擔(dān)全部的運(yùn)行任務(wù)，遵循單臺電梯的運(yùn)行規(guī)則。 當(dāng)忙梯正在上行時，若其上方出現(xiàn)任何方向的門廳呼叫信號或是其下方出現(xiàn)向下的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應(yīng)答運(yùn)行。當(dāng)某層站有門廳呼叫信號時，則 “忙梯 ”立即啟動并定向運(yùn)行去接該層站的乘客。同 時，由于梯形圖之間的相互關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，程序設(shè)計比較復(fù)雜，因此在雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)的軟件部分時，主要采用模塊化的編程思想來進(jìn)行設(shè)計。因此對于這些參數(shù)，沒有必要去人工設(shè)置。電動機(jī)通過脈沖發(fā)生器 (編碼器 )和 PG 卡將速度信號及時反饋給安川 616G5 變頻器，從而形成速度閉環(huán)控制。 本系統(tǒng)是為一幢 5