【正文】 42 第四章 組態(tài)王的設(shè)計(jì)及概述 (上位機(jī)部分 ) 組態(tài)王概述 緒言 組態(tài)王 是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間做雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。 為了實(shí)現(xiàn)順序截梯的功能，需要在 PLC 程序中，當(dāng)電梯在運(yùn)行時(shí)，時(shí)刻檢 測(cè)外部是否有人在呼叫，如果檢測(cè)到有人在呼叫且和本次電梯行走的方向相同時(shí)，則當(dāng)呼叫的樓層時(shí)停止運(yùn)行開(kāi)門(mén)。 超載保護(hù) 超載保護(hù)是指當(dāng)電梯超載時(shí)，電梯不關(guān)門(mén)，且蜂鳴器鳴響。這就實(shí)現(xiàn)了轎內(nèi)照明、風(fēng)扇自動(dòng)得電的功能?？淳W(wǎng)絡(luò) 30，當(dāng) VB101 為 1 的時(shí)候，則 得電，則表示發(fā)出指令要到 1 樓。 PLC 程序如下圖 3— 18： 33 圖 3— 18 如圖 3— 18 網(wǎng)絡(luò) 50，當(dāng)運(yùn)行到開(kāi)門(mén)的時(shí)候， T37 開(kāi)始得電，并且開(kāi)始計(jì)時(shí) 2 S （時(shí)間要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)） ,當(dāng)開(kāi)門(mén)限位出現(xiàn)故障的時(shí)候， 不能得電，則 不能夠得電。 PLC 程序如下圖 3— 17： 圖 3— 17 32 如圖 3— 17 網(wǎng)絡(luò) 61，當(dāng)運(yùn)行到開(kāi)始關(guān)門(mén)的時(shí)候，如果對(duì)射式傳感器檢測(cè)到有東西擋住時(shí)，則 I2,7 得電，則 得電，則直接跳轉(zhuǎn)到 執(zhí)行開(kāi)門(mén)的命令，并且停止關(guān)門(mén)。 關(guān)門(mén)按鈕關(guān)門(mén) 關(guān)門(mén)按鈕關(guān)門(mén)是指：當(dāng)電梯已經(jīng)關(guān)好門(mén)，并且在延時(shí)等候門(mén)外等候的人進(jìn)來(lái)的時(shí)候，如果箱內(nèi)的人看到外面已經(jīng)沒(méi)有人了，則可按下橋箱內(nèi)的關(guān)門(mén)按鈕，這時(shí)候則會(huì)直接關(guān)門(mén)，而不會(huì)等到延時(shí)結(jié)束在關(guān)門(mén)。 開(kāi)門(mén)按鈕和本層外呼叫開(kāi)門(mén) 開(kāi)門(mén)按鈕開(kāi)門(mén)是指電梯停在門(mén)區(qū)時(shí)，可以在轎廂中按開(kāi)門(mén)按鈕或者在敲響外按按鈕使電梯已經(jīng)關(guān)閉或尚未關(guān)閉的門(mén)重新打開(kāi)。 圖 3— 10 7：在 PLC 程序里面需要在主程序里面寫(xiě)入如圖 3— 11 的程序。 2：點(diǎn)擊編程軟件 STEP7 里面的菜單欄里面的工具 ~指令向?qū)?，彈出?duì)話框如圖 3— 6所示。 （ 10）層樓顯示字符設(shè)置：通過(guò)程序的改動(dòng)可以設(shè)置每一層樓顯示的字符，如設(shè)置地下一樓顯示“ B”等。 （ 3）本層廳外開(kāi)門(mén)：如本層召喚按鈕被按下，轎門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。 表 36 數(shù)字量輸出地址分配表 序號(hào) 名 稱 輸出點(diǎn) 序號(hào) 名 稱 輸出點(diǎn) 1 電機(jī)上 7 開(kāi)門(mén) 2 電機(jī)下 8 關(guān)門(mén) 3 內(nèi)呼一樓指示 9 照明 4 內(nèi)呼二樓指示 10 火災(zāi)應(yīng)急指示燈 5 內(nèi)呼三樓指示 11 電梯超載 6 內(nèi)呼四樓指示 PLC 的硬件接線圖和系統(tǒng)主電路原理圖 如圖 33 所示為主 PLC 的硬件接線圖 , 所選元器件名稱見(jiàn)表 35。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具 備超強(qiáng)的過(guò)載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。通?？梢园严到y(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè) 層次結(jié)構(gòu) 。 （ 5）輸入屏蔽電纜最大 500 米，非屏蔽電纜最大 300 米。 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是有限的，在設(shè)計(jì)一個(gè) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)可能遇到其 I/O 口的點(diǎn)數(shù)問(wèn)題，可以選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)較多的 PLC 或增加擴(kuò)展單元。語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序， 屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 硬件方面： (1)隔離，在微處理與 I／ 0 電路之 間采用光電隔離減少外部干擾源對(duì) PLC 的影響。 (5) 電源單元為 PLC 提供電源，一般采用開(kāi)關(guān)電源，輸入電壓范圍寬，體積小，抗干擾性能好。 圖 31 PLC 的基本組成 (1) 中央處理器： PLC 的核心部分，包括微處理器和控制接口電路。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成 9 本太高，采用能耗制動(dòng)方式通過(guò)制動(dòng)單元將再生能量消耗在制動(dòng)電阻上 ，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動(dòng)電阻 2R 的大小應(yīng)使制動(dòng)電流 Iz的值不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即： z o z nI =U /R =I /2 （ 33） z d n R=2U/I =2 513/≈ (Ω ) （ 34） 其中 oU 為額定情況下變頻器的直流母 線電壓，取 z R ≥ 30Ω。 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)輪與電機(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)。對(duì)于交流異步電機(jī)，磁通是由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生的，怎樣才能保證磁通恒定呢 ?我們知道，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組每相感應(yīng)電勢(shì)為： El= 1 （ 22） Ul=IlZl+El （ 23） 式中： El—— 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，單位為 V； f1—— 定子電源的頻率，單位為 Hz； N—— 定子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)； kW1—— 繞組因數(shù)； φ 1—— 每極氣隙中的磁通量； U1—— 電機(jī)外加電壓； I1—— 電機(jī)定子電流； Z1—— 電機(jī)定子阻抗。 根據(jù)系統(tǒng)綜合考慮因素和學(xué)校的實(shí)際因素，本課題選擇西門(mén)子 MM440 型變頻器。但也存在某些負(fù)載要求較軟的機(jī)械特性如電車(chē)、電梯等負(fù)載，當(dāng)負(fù)載超重時(shí)為安全起見(jiàn)要求其速度自動(dòng)地慢下來(lái)。由于輸出逆變環(huán)節(jié)功率器件采用晶閘管，仍有輸出諧波成分大的弊病。間接變頻器先將工頻交流電源整流成電壓大小可控的直流，再經(jīng)過(guò)逆變器變換成可變頻率交流，由此也稱交 — 直 — 交變頻器；直接變頻器則將工頻交流一 次性變換成可變頻率交流，故可稱交 — 交變頻器。 設(shè)置控制界面：能夠?qū)﹄娞萑嚎叵到y(tǒng)進(jìn)行完全的控制，并且可以進(jìn)入報(bào)警窗口，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。 2：把兩臺(tái)電梯模塊分別連接到 PLC，并且對(duì)兩臺(tái) PLC 進(jìn)行主從編號(hào)。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不 能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。目前，我國(guó)已成為世界最大的新裝電梯市場(chǎng)和最大的電梯生產(chǎn)國(guó)。 本次設(shè)計(jì)主要將可編程序控制器（ PLC）和計(jì)算機(jī)應(yīng)用到電梯的控制系統(tǒng)中去，以兩臺(tái)四層電梯為例來(lái)完成電梯 PLC群控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、組成及模塊化程序設(shè)計(jì)。 本 課題的主要實(shí)現(xiàn)的功能：全集選控制、保持開(kāi)門(mén)時(shí)間的自動(dòng)控制、本層廳外開(kāi)門(mén)、全自動(dòng)狀態(tài)下門(mén)開(kāi)到位后會(huì)立即關(guān)門(mén)、開(kāi)門(mén)按鈕開(kāi)門(mén)、 換站?？俊㈠e(cuò)誤指令取消、接停靠、待梯時(shí)轎內(nèi)照明和風(fēng)扇自動(dòng)斷電、層樓顯示字符設(shè)置、顯示器、火災(zāi)緊急返回運(yùn)行、超載保護(hù)、門(mén)縫防夾保護(hù)、雙剎車(chē)保護(hù)。 2020 年，中國(guó)電梯行業(yè)電梯年產(chǎn)量首次突破 6 萬(wàn)臺(tái)。 PLC 已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序，具有遠(yuǎn)程通訊功能、易于計(jì)算機(jī)接口。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下樓層按鈕，電梯門(mén)自動(dòng)關(guān)閉后．控制系統(tǒng)進(jìn)行下列運(yùn)作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)．判定轎廂運(yùn)行方向，保證轎廂平層時(shí)減速。 3：為兩臺(tái) PLC 寫(xiě)程序 ，并且輸入到對(duì)應(yīng)的 PLC 當(dāng)中。 4：每個(gè)界面當(dāng)中都有時(shí)鐘的顯示。目前以間接變頻器應(yīng)用較為廣泛。 (3)不控整流器整流、脈寬調(diào)制型 (PWM)逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻方式。 (2)考慮調(diào)速經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先考慮設(shè)備投資，從兩方面考慮。 變頻調(diào)速技術(shù) 變頻調(diào)速的定義 由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n=n0（ 1s） =60f0(1s)／ p （ 21） 其中 f0為定子電壓頻率， P 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s 為轉(zhuǎn)差率， n0為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 如果略去定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子外加電壓為： Ul≈ El= 1 （ 24） 從上式可以看出，若定子端電壓 Ul不變，則隨著 fl 的升高，氣隙磁通φ 1 將減小。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。由于制動(dòng)電阻的工作不是連續(xù)長(zhǎng)期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。微處理器是 PLC 的運(yùn)算和控制中心，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作。 PLC 以循環(huán)掃描方式工作，按順序?qū)?nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，工作過(guò)程如圖 3 2 所示。 (2)濾波，對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ A）和數(shù)字量（ D）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 13 擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出單元（即 I/O 擴(kuò)展單元）來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可以通過(guò)附加各種功能單元及特殊功能單元來(lái)提高 PLC 的控制能力。功能塊圖 (FBD)是使用像電子電路的各種門(mén)電路，加上輸入、輸出，通過(guò)一定的邏輯連接方式來(lái)完成控制邏輯，它也可以把函數(shù)和功能塊連接到電路中，完成各種復(fù)雜的功能和計(jì)算。 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面考慮，選擇兩臺(tái)西門(mén)子 S7200系列 PLC 作為此電梯群控系統(tǒng)的控制主機(jī)。 （ 6）輸出電壓允許范圍 — DC，額定電壓 24V DC 。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在 自動(dòng)控制系統(tǒng) 中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。創(chuàng)新的 BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能有無(wú)可比擬的靈活性。 表 35 硬件元器件名稱、數(shù)量表 序號(hào) 圖號(hào) 名稱 數(shù)量 1 SB1~13 按鈕 13 2 XW1~8 限位開(kāi)關(guān) 8 3 L1~14 指示燈 14 4 FJ1 對(duì)射式傳感器開(kāi)關(guān) 1 5 F1 蜂鳴器 1 6 YL1 壓力傳感變送器 1 7 裝有組態(tài)王的電腦 1 8 變頻器 MM440 2 9 PLC主機(jī) 1 19 AIW0+24VCPU224XPEM22311QL+11QM12QL+12QMAIW0+24VCPU224XPEM22311QL+11QM12QL+12QM載重模擬值載重模擬值UVWL NDIN1DIN2+24VCOMUVWLNDIN1DIN2+24VCOMM3~M3~~220V~220V+5V+5V電纜 圖 33 PLC 的硬件接線圖 20 系統(tǒng)硬件的安全保護(hù)措施 在電梯群控主電路控制部分，采用了斷路器，作為電路短路保護(hù)，在電路中還連接了空氣開(kāi)關(guān)和相序保護(hù)，空氣開(kāi)關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種電器，它集控制和多種保護(hù)功能于一身。 （ 4）全自動(dòng)狀態(tài)下，按下關(guān)門(mén)按鈕后，可取消開(kāi)門(mén)保持功能，門(mén)開(kāi)到位后會(huì)立即關(guān)門(mén)。 （ 11）顯示器：系統(tǒng)廳外和轎內(nèi)通過(guò)顯示器，可以顯示樓層位置、運(yùn)行方向、電梯狀態(tài)等信息。 圖 3— 6 3：在 3— 6 的對(duì)話框里面選擇 NETR/NETW 配置多項(xiàng)讀寫(xiě)指令操作，然后點(diǎn)擊下一步，彈出對(duì)話框如圖 3— 7。 圖 3— 11 8：在從 PLC 程序里面也要設(shè)置相應(yīng)的設(shè)置，具體 步驟參照步驟 1~6。 為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)按鈕和本層外呼叫開(kāi)門(mén)的功能，需要在 PLC 控制程序中在關(guān)門(mén)開(kāi)始時(shí)，程序中開(kāi)始檢測(cè)是否開(kāi)門(mén)按鈕和門(mén)外呼叫按鈕按下，如果檢測(cè)到按下，則停止關(guān)門(mén)，并且開(kāi)始開(kāi)門(mén)。 為了實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)按鈕關(guān)門(mén)這個(gè)功能，需要在 PLC 程序中在開(kāi)門(mén)結(jié)束后，檢測(cè)橋箱內(nèi)關(guān)門(mén)按鈕有沒(méi)有按下，如果按下則直接開(kāi)始關(guān)門(mén)。所以這就實(shí)現(xiàn)了，當(dāng)有人因?yàn)橹蓖娞堇锩媾艿臅r(shí)候，停止繼續(xù)關(guān)門(mén)，開(kāi)始開(kāi)門(mén)的功能。而當(dāng)計(jì)時(shí)器 T37 計(jì)時(shí)到 2S后，則 T37 得電，則 得電，則停止開(kāi)門(mén)的程序，直接跳轉(zhuǎn)到 時(shí)間延遲等候的程序當(dāng)中。如果再按一次 ，則 VB101 又加 1，看網(wǎng)絡(luò) 31 則將 VB101 復(fù)位為 0，或者當(dāng)?shù)揭粯堑臅r(shí)候?qū)?VB101復(fù)位為 0。再看網(wǎng)絡(luò) 68，當(dāng)檢測(cè)到電梯已