【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂，電氣工程師和具有一定知識(shí)的電氣技術(shù)人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)間的隔閡在PLC上完全不存在。因此，許多國(guó)家生產(chǎn)的PLC都把梯形圖語(yǔ)言作為第一用戶語(yǔ)言，此外，還可采用指令表進(jìn)行編程控制。（3）適應(yīng)性好PLC是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可。由于PLC產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。其適應(yīng)能力非常強(qiáng)，既可控制一臺(tái)機(jī)器，一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)復(fù)雜的群控系統(tǒng)；既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)距離控制。（4）功能完善，接口功能強(qiáng)目前的PLC具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高；其接口功率驅(qū)動(dòng)范圍較大，不象普通的計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)需放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，極大地方便了用戶。其常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有110 V、220 V交流和5V、48 V直流等多種，～5 A的范圍內(nèi)變化，模擬量的輸入輸出有177。50 mV、177。10 V和0～10 mA、4～20 mA等多種規(guī)格，可以很方便地將PLC與各種不同的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備順序連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。由于PLC具有以上特點(diǎn)，因此，與傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制和現(xiàn)在流行的電腦控制相比較，在電梯這樣的大型電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中采用PLC實(shí)現(xiàn)控制應(yīng)是最佳選擇。近年來(lái)，PLC在處理速度、控制功能、通信能力及控制領(lǐng)域等方面都不斷有新的突破，正向著電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制一體化(EIC)方向發(fā)展，PLC裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置，是構(gòu)成FMS、COMC、FA的主控單元[14]。 轎廂樓層位置檢測(cè)方法主要方法有如下幾種:(1) 用干簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān):這種方法直觀、簡(jiǎn)單，但由于每層需使用一個(gè)磁感應(yīng)器，當(dāng)樓層較高時(shí)，會(huì)占用PLC太多的輸入點(diǎn)。(2) 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān):這種方法需對(duì)磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無(wú)權(quán)代碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)需采用PLC指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大[9]。(3) 利用旋轉(zhuǎn)編碼器:目前，PLC一般都有高速脈沖輸入端或?qū)Ｓ糜?jì)數(shù)單元，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，使用方便，因而在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可用編碼器測(cè)取電梯運(yùn)行過程中的準(zhǔn)確位置，編碼器可直接與PLC高速脈沖輸入端相連，電源也可利用PLC內(nèi)置24V直流電源，硬件連接可謂簡(jiǎn)單方便。由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置優(yōu)于其他方法，故本設(shè)計(jì)采用此法。 PLC的選型根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測(cè)方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計(jì)數(shù)器。又因?yàn)殡娞菔请p向運(yùn)行的，所以PLC還需具有可逆計(jì)數(shù)器[15]。本設(shè)計(jì)再考慮到以下幾個(gè)方面，因此選用西門子PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)四層樓電梯的電氣控制:(1)配置簡(jiǎn)單。各種機(jī)型均可采用相同配置，簡(jiǎn)化設(shè)備采購(gòu)和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理。(2)編程方便。用戶可根據(jù)不同機(jī)型的流程要求編制程序，程序調(diào)試和修改都非常簡(jiǎn)便，能根據(jù)客戶需求進(jìn)行變化；程序可采用密碼保護(hù)，保護(hù)自己的勞動(dòng)成果。而且PLC采用的梯形圖語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，容易上手，不像單片機(jī)控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜而且一旦定型不易修改，不能根據(jù)客戶需求變化。(3)系統(tǒng)能非常方便地連接到PC機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用情況，有時(shí)可無(wú)須增加額外硬件就能實(shí)現(xiàn)；增加適當(dāng)硬件可連接到互聯(lián)網(wǎng)上。(4)系統(tǒng)外觀高檔，控制靈活，精確度高；故障率極低，節(jié)省維護(hù)成本。綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中選用西門子PLC進(jìn)行過程控制。S7200CNCPU型號(hào)包括CPU222CN，CPU224CN,CPU226CN等。 S7200CN針對(duì)低性能要求的小型PLC，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制需求，緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。根據(jù)電梯控制的要求，需要22個(gè)輸入21個(gè)輸出點(diǎn)，可選用CPU226CN作為主控制器。它集成24輸入/16輸出，共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；具有12K字節(jié)程序和8K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和6個(gè)獨(dú)立的30KHZ高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的20KHZ高速脈沖輸出，1個(gè)RS485通訊/編程口。是具有較強(qiáng)控制力的控制器，用于控制電梯的運(yùn)行[16]。輸入輸出分布如下表。序號(hào)名 稱輸入點(diǎn)序號(hào)名 稱輸出點(diǎn)0一層平層0電梯上行記憶1二層平層1電梯下行記憶2三層平層2電機(jī)正轉(zhuǎn)3四層平層3電機(jī)反轉(zhuǎn)4內(nèi)呼一樓4內(nèi)呼一樓指示5內(nèi)呼二樓5內(nèi)呼二樓指示6內(nèi)呼三樓6內(nèi)呼三樓指示7內(nèi)呼四樓7內(nèi)呼四樓指示8一層外呼上行8一層外呼上行指示9二層外呼上行9二層外呼上行指示10三樓外呼上行10三樓外呼上行指示11二樓外呼下行11二樓外呼下行指示12三樓外呼下行12三樓外呼下行指示13四樓外呼下行13四樓外呼下行指示14手動(dòng)開門14門電機(jī)正轉(zhuǎn)15手動(dòng)關(guān)門15門電機(jī)反轉(zhuǎn)16開門限位 17關(guān)門限位 18電梯上升極限位19電梯下降極限位 變頻器的選擇隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速已應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此，本設(shè)計(jì)沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。目前，市場(chǎng)流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。 變頻器的原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)代使用的變頻器主要采用交直交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源提供給電動(dòng)機(jī)，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形[16]。中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。如圖42所示。圖42 變頻器的基本構(gòu)成變頻器是利用輸出功率可改變的交流電力拖動(dòng)設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電。以此為電源再供給電機(jī)使用。如圖43所示。圖43 變頻器的電路連接示意圖 變頻器的選擇電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，它的舒適度指標(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[8]，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[17]。 VS616G5型變頻器的特點(diǎn)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，通過其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。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)藏與選擇功能。(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LCD操作裝置，可提高操作性能 VS616G5型變頻器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時(shí)采用開關(guān)量而不用模擬量。由于616G5是通用型變頻器，因而用在電梯控制上為了滿足運(yùn)行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求，其參數(shù)設(shè)置比專用型變頻器要復(fù)雜得多。616G5變頻器共有9組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義。常用參數(shù)如表43 [10]。表43變頻器參數(shù)參數(shù)功用A組確定控制模式B組選擇運(yùn)行功能C組確定加減速時(shí)間及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時(shí)間D組選擇頻率E組確定運(yùn)行壓頻曲線F組保護(hù)設(shè)置H組確定偏差標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置的原則:(1) 為減小啟動(dòng)沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時(shí)間常數(shù)宜大些；(2) 為了提高運(yùn)行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊；(3) 零速一般設(shè)置為0Hz，速抱閘功能將影響舒適感；(4) 變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機(jī)銘牌據(jù)直接輸入，具體的設(shè)置見表44。表44安川616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置表參數(shù)名稱設(shè)定值說(shuō)明A102控制方式選擇2不帶PG矢量控制方式B101頻率指令選擇1　B102運(yùn)行指令選擇1　B103停止方法選擇0　B104反轉(zhuǎn)禁止選擇0　B201零速電平選擇　B204停止時(shí)直流制動(dòng)時(shí)間　C103加速時(shí)間2　C104減速時(shí)間2　C201加速開始時(shí)S型曲線時(shí)間　C202加速完了時(shí)S型曲線時(shí)間　C203減速開始時(shí)S型曲線時(shí)間　C204減速完了時(shí)S型曲線時(shí)間　C501ASR比例增益15　C502ASR積分時(shí)間13s　D109檢修速度200rpm　E101輸入電壓設(shè)置380v　E104最高輸出頻率50Hv　E105最大電壓380　E106額定電壓頻率50Hv　E109最低輸出頻率電壓0v　E201電機(jī)額定電流　按電機(jī)銘牌設(shè)置E202電機(jī)額定滑差　按電機(jī)銘牌設(shè)置E203電機(jī)空載電流　按電機(jī)銘牌設(shè)置E204電機(jī)極數(shù)　按電機(jī)銘牌設(shè)置F101PG常數(shù)　按電機(jī)銘牌設(shè)置F102PG斷線檢測(cè)時(shí)的動(dòng)作選擇0　F103超速時(shí)的動(dòng)作選擇0　F104超度偏差過大時(shí)的動(dòng)作選擇0　F105PG分頻比　根據(jù)電機(jī)極數(shù)設(shè)置 變頻器自學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用方法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)。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。 變頻器容量及制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算(1) 變頻器容量的計(jì)算變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計(jì)算。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為P1，電梯運(yùn)行速度為v，電梯自重為W1，電梯載重為W2，配重為W3，重力加速度為g，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2,P2=[(W1 +W2W3)g+F1]v (41)其中F1=K(W1+W2W3)g+f為摩擦力，f可忽略不計(jì)。K是傳動(dòng)系統(tǒng)中隨牽引力變化的摩擦力的摩擦系數(shù)。電機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P1，相對(duì)于P2留有安全裕量，可取P≈ P2。因?yàn)椋篕=，W1=1600Kg，W2=800Kg，W3=2000 Kg，g=，v=代入以上各參數(shù)，得P2= KW。電機(jī)功率P1=11 KW，變頻器的功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P1，相對(duì)于P2留有較大裕量，可取P= P2=。(2) 變頻器制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動(dòng)功能。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高。采用能耗制動(dòng)方式通過制動(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Rz的大小應(yīng)使制動(dòng)電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即 IZ=UD/RZ≤IN/2 (42) 其中UD為額定情況下變頻器的直流母線電壓。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。根據(jù)這個(gè)原則，日本三菱公司為各種型號(hào)的變頻器配備了制動(dòng)電阻，查閱變頻器的使用說(shuō)明書可得，電機(jī)額定功率為11 KW時(shí)。本文采用24V增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，它與主電動(dòng)機(jī)同軸相連，在PLC中通過對(duì)此脈沖的計(jì)數(shù)，可以用程序計(jì)算出電梯走過的距離及當(dāng)前的速度[18]，從而完成調(diào)速系統(tǒng)的位置和速度反饋。接口示意圖如上圖44。圖44 調(diào)速系統(tǒng)接口示意圖，使得變頻器停止工作。、。VOL+、VLL是調(diào)頻調(diào)壓的電壓控制端。這些端口通過PLC的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。第五章 軟件設(shè)計(jì) 電梯控制系統(tǒng)的主流程圖根據(jù)電梯控制要求,電