【文章內(nèi)容簡介】 性能要求的小型PLC，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求，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個輸入21個輸出點，可選用CPU226CN作為主控制器。它集成24輸入/16輸出，共40個數(shù)字量I/O點；可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點；具有12K字節(jié)程序和8K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間和6個獨(dú)立的30KHZ高速計數(shù)器，兩路獨(dú)立的20KHZ高速脈沖輸出，1個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。序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點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手動開門14門電機(jī)正轉(zhuǎn)15手動關(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，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)計的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價格相對較貴。因此，本設(shè)計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)計的特點之一。目前，市場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、直流儲能和緩沖無功功率。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)、動態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項重要內(nèi)容。本設(shè)計中拖動調(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)載頻繁變化的場合[17]。 VS616G5型變頻器的特點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，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。VS616G5變頻器的特點如下:(1) 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實現(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組確定加減速時間及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時間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停止時直流制動時間　C103加速時間2　C104減速時間2　C201加速開始時S型曲線時間　C202加速完了時S型曲線時間　C203減速開始時S型曲線時間　C204減速完了時S型曲線時間　C501ASR比例增益15　C502ASR積分時間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斷線檢測時的動作選擇0　F103超速時的動作選擇0　F104超度偏差過大時的動作選擇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，需使變頻器對所驅(qū)動的電動機(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)制動輪與電機(jī)軸脫離，使電動機(jī)處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機(jī)，讓變頻器自動識別并存儲電動機(jī)有關(guān)參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結(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)，使變頻器能對該電動機(jī)進(jìn)行最佳控制。 變頻器容量及制動電阻參數(shù)的計算(1) 變頻器容量的計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。K是傳動系統(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，相對于P2留有安全裕量，可取P≈ P2。因為：K=，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，相對于P2留有較大裕量，可取P= P2=。(2) 變頻器制動電阻參數(shù)的計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。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。能耗制動電阻Rz的大小應(yīng)使制動電流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。由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。根據(jù)這個原則，日本三菱公司為各種型號的變頻器配備了制動電阻，查閱變頻器的使用說明書可得，電機(jī)額定功率為11 KW時。本文采用24V增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，它與主電動機(jī)同軸相連，在PLC中通過對此脈沖的計數(shù)，可以用程序計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)展實現(xiàn)。第五章 軟件設(shè)計 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)過程為: 指令登記, 判斷電梯的運(yùn)行方向。起動運(yùn)行,在運(yùn)行途中實現(xiàn)順向截梯、 廳呼梯信號和轎內(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,并完成開、 程序采用模塊化設(shè)計實現(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自動定向、 選層換速、 ,它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系通過修改 PLC 控制程序可實現(xiàn)多種電梯運(yùn)行方式[19]。圖51 電梯控制系統(tǒng)主流程圖 梯形圖點動內(nèi)呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。本系統(tǒng)設(shè)一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無任何操作，電梯自動返回一樓。轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關(guān)門操作。開關(guān)門執(zhí)行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應(yīng)其他乘坐信號。 如梯形圖所示，電梯到層停車后，延時2s開門，5s后自動關(guān)門。并設(shè)有手動開門按扭和關(guān)門按鈕?？蓪崿F(xiàn)即時開關(guān)門。第六章 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件 上位機(jī)軟件設(shè)計概述組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(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)王軟件是國內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的在國內(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)鍵字的腳本語言支持，也提供多種硬件驅(qū)動程序。[20]。1)。組念王是亞控科技公司自主開發(fā)的組態(tài)技術(shù)軟件，其技術(shù)在不斷的創(chuàng)新中，：a．畫面制作系統(tǒng)：支持無限色和過渡色， 使用戶輕松構(gòu)造面無限逼真、美觀的畫面。并且提供圖庫、按鈕、位圖、可視化動畫連接向?qū)У裙δ?，使畫面設(shè)計過程變得簡單易行。b．報警和事件系統(tǒng)：分布式報警管理提供多種報警管理功能，還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。c．報表系統(tǒng)：提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報表，提供報表工具條，操作簡單明了。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控件和用戶自制的Active X控件；新增三個功能強(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：開發(fā)人員可以從任何一個OPC服務(wù)器直接獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到組態(tài)王中；同時組態(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、支持開發(fā)中進(jìn)行硬件測試、支持網(wǎng)絡(luò)DDE，實現(xiàn)組態(tài)王與excel和vb程序間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。g．安全系統(tǒng)：采用分級和分區(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)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。工程瀏覽器(PROJMAK)：是一個具有集成開發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建工程，并對工程進(jìn)行管理?？梢圆榭垂こ痰母鱾€組成部分，完成構(gòu)造數(shù)據(jù)庫、定義外部設(shè)備等工作。開