【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性能要求的小型PLC，它能夠控制各種設(shè)備以滿(mǎn)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(chēng)輸入點(diǎn)序號(hào)名 稱(chēng)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(kāi)門(mén)14門(mén)電機(jī)正轉(zhuǎn)15手動(dòng)關(guān)門(mén)15門(mén)電機(jī)反轉(zhuǎn)16開(kāi)門(mén)限位 17關(guān)門(mén)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(zhuān)用變頻器早已問(wèn)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(méi)有采用專(zhuān)用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專(zhuān)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(lèi)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(guò)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(lèi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(mǎn)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(zhuān)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(chē)頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車(chē)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(jiàn)表44。表44安川616G5變頻器主要參數(shù)設(shè)置表參數(shù)名稱(chēng)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(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Rz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 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(shū)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(guò)對(duì)此脈沖的計(jì)數(shù)，可以用程序計(jì)算出電梯走過(guò)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(guò)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,電梯在邏輯控制程序操控下往復(fù)運(yùn)行,其循環(huán)過(guò)程為: 指令登記, 判斷電梯的運(yùn)行方向。起動(dòng)運(yùn)行,在運(yùn)行途中實(shí)現(xiàn)順向截梯、 廳呼梯信號(hào)和轎內(nèi)選擇指令的記憶等操作. 到達(dá)選層層站后,換速平層并消號(hào),并完成開(kāi)、 程序采用模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述功能,其結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試, 如轎廂內(nèi)外指令的登記與消號(hào)自動(dòng)定向、 選層換速、 ,它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系通過(guò)修改 PLC 控制程序可實(shí)現(xiàn)多種電梯運(yùn)行方式[19]。圖51 電梯控制系統(tǒng)主流程圖 梯形圖點(diǎn)動(dòng)內(nèi)呼按鈕，信號(hào)登記顯示。到層信號(hào)取消。本系統(tǒng)設(shè)一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無(wú)任何操作，電梯自動(dòng)返回一樓。轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號(hào)，用于在有乘坐需要的樓層停車(chē)，并自動(dòng)或手動(dòng)執(zhí)行開(kāi)關(guān)門(mén)操作。開(kāi)關(guān)門(mén)執(zhí)行一次之后，信號(hào)取消。使電梯能夠繼續(xù)響應(yīng)其他乘坐信號(hào)。 如梯形圖所示，電梯到層停車(chē)后，延時(shí)2s開(kāi)門(mén)，5s后自動(dòng)關(guān)門(mén)。并設(shè)有手動(dòng)開(kāi)門(mén)按扭和關(guān)門(mén)按鈕?？蓪?shí)現(xiàn)即時(shí)開(kāi)關(guān)門(mén)。第六章 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的軟件平臺(tái)工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)王軟件是國(guó)內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)公司北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的在國(guó)內(nèi)使用較廣泛的軟件品牌(更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅)。相對(duì)于其它組態(tài)軟件，組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語(yǔ)言支持，也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。[20]。1)。組念王是亞控科技公司自主開(kāi)發(fā)的組態(tài)技術(shù)軟件，其技術(shù)在不斷的創(chuàng)新中，：a．畫(huà)面制作系統(tǒng)：支持無(wú)限色和過(guò)渡色， 使用戶(hù)輕松構(gòu)造面無(wú)限逼真、美觀的畫(huà)面。并且提供圖庫(kù)、按鈕、位圖、可視化動(dòng)畫(huà)連接向?qū)У裙δ?，使?huà)面設(shè)計(jì)過(guò)程變得簡(jiǎn)單易行。b．報(bào)警和事件系統(tǒng)：分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能，還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。c．報(bào)表系統(tǒng)：提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶(hù)可創(chuàng)建多樣的報(bào)表，提供報(bào)表工具條，操作簡(jiǎn)單明了。d．控件：支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的Active X控件(主要為可視控件)，包括Microsoft提供的標(biāo)準(zhǔn)Active X控件和用戶(hù)自制的Active X控件；新增三個(gè)功能強(qiáng)大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件、歷史曲線控件、PID調(diào)節(jié)控件．e．OPT：開(kāi)發(fā)人員可以從任何一個(gè)OPC服務(wù)器直接獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到組態(tài)王中；同時(shí)組態(tài)王作為OPC服務(wù)器，可向其他符合OPC規(guī)范的廠商的控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。f．通訊系統(tǒng)：支持遠(yuǎn)程撥號(hào)、支持開(kāi)發(fā)中進(jìn)行硬件測(cè)試、支持網(wǎng)絡(luò)DDE，實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與excel和vb程序間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。g．安全系統(tǒng)：采用分級(jí)和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略，使工程的安全性大大提高。2)組態(tài)王系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)“組態(tài)王”是運(yùn)行于Microsoft Windows 98，NT、2000和XP版本中文平臺(tái)的全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。工程瀏覽器(PROJMAK)：是一個(gè)具有集成開(kāi)發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建工程，并對(duì)工程進(jìn)行管理?？梢圆榭垂こ痰母鱾€(gè)組成部分，完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)、定義外部設(shè)備等工作。開(kāi)