【文章內(nèi)容簡介】 繩與懸吊裝置，拖動轎廂和對重在井道內(nèi)作相對運(yùn)動，轎廂上升對重下降，轎廂下降則對重上升，由此實現(xiàn)轎廂在井道中沿導(dǎo)軌上下運(yùn)行。 電梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)軟件根據(jù)運(yùn)行要求及保護(hù)要求共分為 14 個功能程序塊 :初始化、外呼、內(nèi)選、自動開關(guān)電梯、平層 、層樓計數(shù)及顯示、超時基駛回基站、上行、下行、換速、開 /關(guān)門、報警、相序更正、優(yōu)先服務(wù)等。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) 。 電梯在有外呼信號或內(nèi)選信號時，處于服務(wù)狀態(tài)，當(dāng)在一定的時間內(nèi)沒有服務(wù)信號時，電梯自動駛回基站，下面著重介紹程序初始化、換速、樓層計數(shù)及平層的程序設(shè)計及工作過程。 樓層狀態(tài)指示設(shè)計 當(dāng)電梯運(yùn)行至某層有指令發(fā)出時．指示位置及指令。以二層為例： LD twoselet 二層內(nèi)選 擇 S twoseletq， 1 二層內(nèi)選擇指示 LD twoup 二層上呼 S twoupq， 1 二層上呼指示 LJ)twodown 二層下呼 S twodownq， 1 二層下呼指示 LD twoseat 二層位置 = twoeeatq 二層位置指示 圖 2：二層電梯指令圖 電梯下行程序設(shè)計 以電梯在三層下行情況為例。當(dāng)電梯的一或二層有指令時，將三層下行位置，同時無上行，驅(qū)動電梯下行。程序說明如下： 電 梯 在三 層 時下行情況 LDoneseletq 一層內(nèi)選擇 0 twmeletq 或二層內(nèi)選擇 Ooneupq 或一層上呼 0 twodownq 或二層下呼 O tWoup_q 或二層上呼 eseatq 在三層位置時 置三層下行位 電 層 下行 有四層下行位 或有三層下行位 或有二層下行位 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 9 9 AN up 同時無上行 =down 電梯下行 圖 3：三層電梯指令圖 電梯上行程序設(shè)計 以電梯在二層上行情況為例。程序說明如下： 電梯在二層時上行情況 LD fourseletp 四層選擇 O threeseletp 或三層選擇 O fourdownq 或四層下呼 O threedownq 或三層下呼 O threeupq 或三層下呼 A twoseatq 或二層位置時 S ,1 置二層上行位 電梯上行 LD 有一層上行位 O 或有二層上行位 或三層上行位 AN down 同時電梯無下行 =up 電梯上行 圖 4：二層電梯上行圖 電梯到達(dá)時程序設(shè)計 電梯到達(dá)某層時。將已完成的指令信號復(fù)位。以電梯到達(dá)三層為例。程序 說明如下： 電梯到達(dá)三層 LD threeseatq 電梯到達(dá)三層 R threeseletq 復(fù)位三層內(nèi)選擇 R ,1 復(fù)位四層下行 R ,1 復(fù)位一層上行 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 10 10 R ,1 復(fù)位二層上行 LD threeseatq 電梯到達(dá)三層 AN down 同時無下行 R threeupq 復(fù)位三層上行 LD threeseatq 電梯到 達(dá)三層 AN up 同時無上行 R breedown,1 復(fù)位三層下行 圖 5：三層電梯上行圖 電梯 三種狀態(tài)下 速度的控制 處于上升狀態(tài) 在該狀態(tài)下，當(dāng)前樓層的上面有上升請求，當(dāng)前樓層的上面有下降請求或者電梯轎箱內(nèi)請求在當(dāng)前樓層的上面， 3個條件有 1個和多個成立時，電梯繼續(xù)處于上升狀態(tài) 。當(dāng)以上 3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。 電梯處于下降狀態(tài) 在當(dāng)前樓層的下面有下降請求，當(dāng)前樓層的下面有上升請求或者電梯轎箱 內(nèi)的請求在當(dāng)前樓層的下面時，電梯繼續(xù)處于下降狀態(tài) 。當(dāng)以上 3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。 電梯處于停止?fàn)顟B(tài) 在當(dāng)前層之上有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當(dāng)前層的上面則置電梯為上升狀態(tài) 。相反，若在當(dāng)前層之下有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當(dāng)前層的下面則置電梯為下降狀態(tài)。 電梯狀態(tài)的判斷 電梯定向邏輯在程序處理上使用 OMRON 的 C 系列的 PLC 所具有的邏輯運(yùn)算功能可以大大簡化程序的開發(fā)過程，并使程序的運(yùn)行更加有效。將 DM0000作為電 梯上行的記憶信號。將它低 8位中的一位用作表示該層有沒有上行請求信號產(chǎn)生且被接納。第一位代表電梯 1樓上行請求信號，第二位代表電梯 2樓的上行請求信號，依此類推。程序開始時首先將 DM0000的低 8位全部置為 “0” ，然后判斷在每一層是否又有上行請求信號，如果有，就將該層對應(yīng)的位置為 “1” ，否則就置該層對應(yīng)的位為 “0” 。同理可以將電梯的下行信號記憶到 DM0001的低 8位中，將電梯當(dāng)前的位置保存在 DM0002的低 8位中，將電梯的轎箱內(nèi)的請求信號保存在 DM0003的低 8位中。 電梯處于上升狀態(tài)時方向判斷相對簡單，只需將保 存當(dāng)前電梯位置 DM0002與DM0000（記憶上行請求）、 M0001（記憶下行請求）、 DM0003（記憶轎箱內(nèi)樓層請求）作比較就可以簡單的判斷在當(dāng)前樓層之上有無上行請求、下行請求或者轎箱內(nèi)樓層請求是否在當(dāng)前層之上，從而決定電梯是否繼續(xù)上升。 當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)時的方向判斷則比較復(fù)雜一些，以下只以電梯處于下降狀態(tài)時為例來進(jìn)行說明。為了判斷電梯在當(dāng)前樓層以下是否有請求，在程 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 11 11 序中用到了另外一個 DM 單元（ DM0004）來保存電梯的當(dāng)前位置，但該單元的存儲方式則與 DM0002完全不同。 電梯當(dāng)前所處的樓層和 DM0004的低 8位數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如附表。 DM0004與DM0000作 “ 與 ” 操作，則可以屏蔽當(dāng)前樓層以上的所有上行請求，而保留當(dāng)前樓層以下的所有上行請求。 若 “ 與 ” 后的結(jié)果不為零，則表示在當(dāng)前樓層的下面仍然有上行請求存在，若 “ 與 ” 后的結(jié)果為零，則表示當(dāng)前樓層以下已經(jīng)沒有上行請求存在了，程序如圖 3所示。用相同的方法可以判斷在當(dāng)前樓層的下面是否存在下行請求和轎箱內(nèi)的樓層請求信號。綜合以上 3個判斷結(jié)果就可以判斷電梯是否繼續(xù)處于下降狀態(tài)。若電梯繼續(xù)下降的條件不成立，則電梯經(jīng)過一段定時后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。 在電梯控制系統(tǒng) 中，電梯速度的控制是一個重要而難以解決的問題。電梯的速度控制對乘坐者的舒適感影響很大，又影響電梯的精確定位。在該電梯教學(xué)模型的控制系統(tǒng)中選用日本 Panasonic 交流馬達(dá)變頻調(diào)速器 V700T750B1來控制電梯的速度。當(dāng) PLC 完成定向后，向變頻器發(fā)出方向使能的速度信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值啟動電機(jī)，達(dá)到最大速度后勻速運(yùn)行。當(dāng)電梯響應(yīng)呼叫，到達(dá)目的層的減速點(diǎn)時， PLC 切斷高速度信號輸出，此時變頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬行速度。在減速運(yùn)行過程中，變頻器的調(diào)速器能夠自動計算出減速點(diǎn)到限位點(diǎn)之間的 距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運(yùn)行。 2 電梯邏輯 及設(shè)計 電梯的定向是根據(jù)電梯的上行請求信號、下行請求信號、電梯轎箱內(nèi)請求信號、電梯當(dāng)前所處位置等信號來確定電梯繼續(xù)運(yùn)行的方向。電梯的定向是電梯控制中的重要邏輯。在以往電梯的定向邏輯中，一般都是將電梯各個層的上、下行請求信號、電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號、電梯當(dāng)前樓層信號等綜合到一條或幾條語句中進(jìn)行判斷。這樣一來，當(dāng)樓層數(shù)目比較大時，每條語句的編程元件很多，不可避免的帶來程序復(fù)雜，容易出錯，調(diào)試麻煩，運(yùn)行速度慢等問題。以下提出的用邏輯運(yùn)算指令來進(jìn)行電梯 定向的方法可以比較好的解決該問題。 組態(tài)軟件模擬電梯 PLC 控制系統(tǒng)顯示設(shè)計 MCGsm態(tài)軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。實時性強(qiáng)，有良好的并行處理性能和豐富生動的多媒體畫面。 MCGSm 態(tài)軟件的開放式結(jié)構(gòu)擁有廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。同時。提供良好的安全機(jī)制，為多個不同級別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限。 MCGS 組態(tài)軟件支持多種硬件設(shè)備，實現(xiàn) “設(shè)備無關(guān) ”，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動，而影響整個系統(tǒng)。 MCGS 組態(tài)軟件由 “MCGS組態(tài)環(huán)境 ”和 “MCGS運(yùn)行環(huán)境 ”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立。又緊密相關(guān)。 本文利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計。在設(shè)備組態(tài)窗口中選擇適當(dāng)?shù)拇谕ㄓ?設(shè)備．添加西門子 S7—200PLC。正確設(shè)置其屬性。正確設(shè)置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量設(shè)備通道的連接，即可實現(xiàn) PLC 與組態(tài)軟件的通訊。將 PLC 中的串口驅(qū)動程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合，使電腦對 PLC 發(fā)出的信號有響應(yīng)。在 MCGS 組態(tài)軟件的用戶窗口中，制作一個動畫界面。在界面上設(shè)置各個控件的屬性，使設(shè)置的控件按照真實的情況動作，檢驗和測試電梯 PLC 控制系統(tǒng)對電梯的運(yùn)行狀態(tài)的控制效果。 MCGS 用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面．組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)構(gòu)?？梢詫崟r數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。 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 12 12 狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式 電梯的方向只有上升、下降 2個方向，但電梯也可能由于沒有任何的上升或者下降請求信號而處于停止?fàn)顟B(tài)。在電梯的方向處理過程中，電梯只能在上升狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)或者下降狀態(tài)與停止之間轉(zhuǎn)換，例如當(dāng)電梯由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)時必須先由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止?fàn)顟B(tài)以后再由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)。這樣的處理方式對電梯的運(yùn)行是很有意義的，以往的電梯控制系統(tǒng)中，當(dāng)電梯響應(yīng)完某個方向上的所有信號后，若所有剩余的信號都是反方向的，電梯立刻改變方向，此時，在原方向前方若出現(xiàn)新的呼叫信號，電梯將不會立刻應(yīng)答，只是 記憶該呼叫信號，而去響應(yīng)換向后的方向上的呼叫信號，這樣既不符合電梯選層的優(yōu)先原則，又不能有效的節(jié)約能源。采用圖 5所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式，電梯在響應(yīng)完某個方向上的所有信號后并不是立刻反向，而是保持該狀態(tài)等待一段時間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，然后再反向響應(yīng)相反方向的呼叫信號。對保持時間進(jìn)行合理的選擇，完全可以做到既不會使得電梯的換向過程顯得遲鈍，又能有效的響應(yīng)同方向的 信號。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本系統(tǒng)是主要由 PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動機(jī)組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng) (Variable VoltageVariable Frequency，簡稱 VVVF)。通過一臺 PLC 去控制兩臺電梯運(yùn)行的方式，可以省去兩臺可編程控制器之間的相互通信 ,從而使得控制系統(tǒng)的可靠性更高，結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊。本系統(tǒng)的硬件框圖如圖 6 所示。 圖 6： PLC 雙電梯聯(lián)動控制系統(tǒng)硬件框圖 從圖 6 可以看出，該系統(tǒng)主要由兩個部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC 來實現(xiàn)。通過分析研究電梯的實際運(yùn)行情況和控制規(guī)律，從而設(shè)計開發(fā)出一套雙電梯聯(lián)動控制程序，使得 PLC 能夠控制兩臺電梯的運(yùn)行操作。電梯的調(diào)速部分則選用高性能的矢量控制變頻器， 配以脈沖發(fā)生器 (編碼器 )測量鼠籠式曳引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成電機(jī)的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鼠籠式曳引電動機(jī)的交流變頻調(diào)速 (VariableVoltage Variable Frequency，簡稱 VVVF)運(yùn)行。 PLC 首先接收來自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據(jù)這些輸入信號的狀態(tài)，通過其內(nèi)部一系列復(fù)雜的控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系有序地進(jìn)行處理，最后向直流門控電機(jī)、變頻器和各類顯示器適時地發(fā)出開關(guān)量控制信號，對兩臺電梯實施群控。在電梯控制系統(tǒng)中，由于電梯的控制屬于隨機(jī)性控制，各種輸入信號之間、輸 出信號之間以及輸入信號和輸出信號之間的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，邏輯關(guān)系處理起來非常復(fù)雜，這就給 PLC 的編程帶來很大難度。從某種意義上來說， PLC 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 13 13 編程水平的高低就決定整個系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的好壞。因此， PLC 應(yīng)用在電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，這同時也是本系統(tǒng)設(shè)計的一個重點(diǎn)。 在 PLC 向變頻器發(fā)出開關(guān)量控制信號的同時，為了滿足電梯的要求，變頻器又需要通過與鼠籠式曳引電動機(jī)同軸連接的脈沖發(fā)生器和 PG 卡 ,對電動機(jī)完成速度檢測及反饋 ,形成閉環(huán)系統(tǒng)。脈沖發(fā)生器輸出 A、 B 兩相脈沖， PG卡接收到脈沖信號以后，再將此反饋 給變頻器內(nèi)部 ,以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。根據(jù) A、 B 脈沖的相序 ,可判斷出電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向 ,并可以根據(jù) A、 B 脈沖的頻率測得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于本設(shè)計選用的是通用型變頻器，因此其參數(shù)設(shè)置和外部線路設(shè)計的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地高于電梯專用變頻器，其設(shè)置的好壞也將直接影響到電梯運(yùn)行的實際效果。 PLC 的型號的選擇及 I/O 點(diǎn)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