【正文】 電 壓 波 動 ， 采 用 電 感 或 電 容吸 收 脈 動 電 壓 （ 電 流 ） ； 逆 變 器 ： 同 整 流 器 相 反 ， 逆 變 器 使 將 直 流 功 率 變 換 為 所 要 求 頻 率 的 交 流頻 率 ， 根 據 PWM 控 制 信 號 使 6 個 開 關 器 件 導 通 、 關 斷 就 可 以 得 到 三 相 頻 率 可 變的 交 流 輸 出 ； 制 動 回 路 ： 異 步 電 動 機 在 再 生 制 動 區(qū) 域 使 用 時 ， 再 生 能 量 儲 存 于 平 波 回基于 PLC 的電梯控制器設計 24 路 電 容 器 中 ， 使 直 流 電 壓 升 高 。 一 般 來 說 ， 由 機 械 系 統(tǒng) 慣 量 積 蓄 的 能 量 比 電 容 器儲 存 的 能 量 大 ， 需 要 快 速 制 動 時 ， 可 用 可 逆 變 流 器 向 電 源 反 饋 或 設 置 制 動 回 路 把再 生 能 量 消 耗 掉 。制動回路UVTSRW整流器 平波回路 逆變器圖 典 型 的 變 頻 器 西 門 子 MicroMaster440 型 通 用 變 頻 器西門子的通用多功能變頻器 MM440 采用具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和功能的多樣性，采用脈沖頻率可選的專用脈寬調制技術，可使曳引機在低噪聲下運行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保護性能，高性能的矢量控制技術，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領域。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。具有快速的動態(tài)響應特性和超強的過載能力。眾多的自由功能模塊通過 BICO(二進制互聯連接)組成了大量資源供用戶使用，從而完成復雜的多種控制。通過 MM440 驅動異步曳引機構成的電梯系統(tǒng)完全滿足國標 GB75882022《電梯制造基于 PLC 的電梯控制器設計 25 與安裝規(guī)范》 ，GB/T100581997《電梯技術條件》的要求。圖 MICROMASTER 440 型通用變頻器基于 PLC 的電梯控制器設計 26 基于 PLC 的電梯控制器設計 27 6 詳細設計 硬件設計圖 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)原理圖在電梯控制系統(tǒng)中，變頻器只完成驅動電機和調速功能，邏輯控制部分是由PLC 完成的。PLC 與變頻器之間通過 RS485 進行通訊。PLC 負責處理各種信號的邏輯關系，對呼叫信號進行判斷，從而向變頻器發(fā)出起停信號，控制變頻器的輸出，同時變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送給 PLC，形成雙向聯絡關系。系統(tǒng)還配置了與曳引電機同軸連接的旋轉編碼器及 PG 卡，完成速度反饋與位置反饋。電梯主電路如圖 所示。在本次設計中輸入輸出（I/O）接點為 40 個輸入、35 個輸出， S7 200 PLC CPU 本身輸入、輸出接點數各為 216，故需要附加擴展模塊，選擇數字量輸入/輸出擴展模塊 EM223 和數字量輸入/輸出擴展模塊 EM222 各一個，接點數可滿足條件。CPU 與擴展模塊之間通過總線連接。PLC 與數碼管連接，串聯一個電阻。在系統(tǒng)中，設置了安全觸板實現反復開門，設置了門聯鎖繼電器保證電梯只有在門關好后才可運行，設置了稱重系統(tǒng)，過載時向系統(tǒng)發(fā)出停止運行、保持開門動作并持續(xù)報警，在空載時電梯高速運行；基于 PLC 的電梯控制器設計 28 考慮到諧波影響與安全需要，在變頻器的三相輸入附加壓敏電阻與電容并聯的電路，在變頻器的三相輸出附加熱繼電器。壓敏電阻用于雷擊保護，電容用于濾波，消除短時尖峰脈沖，熱繼電器用于過流保護。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)多使用磁感應位置開關作為感應信號，故障多、成本高，每層還要敷設信號線，不但施工麻煩，還要占用多個 PLC 的輸入點。在這里使用高速計數器（旋轉編碼器）計數代替開關就能克服以上缺點?？紤]到轎廂是位勢負載，電梯下降時會有負轉矩產生，為避免變頻器因過流或過壓故障而跳閘，變頻器須配置制動電阻，當電梯減速運行時，電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。西門子 Micromaster 440 通 用 型 變頻器的設置：設置為 V/F 控制。由于變頻器需要與 PLC 進行通訊，因此要增加 PROFIBUS 通訊模塊。另外還需要 Encoder脈沖編碼器計數模塊。 直接按圖接好線后，變頻器是不能運行的，必須對變頻器進行正確的設置。首先是變頻器的快速調試，這是變頻器“能轉起來”的基本步驟?？焖僬{試的目的是完成變頻器最基本的設置，決定變頻器的基本工作方式的選擇，對曳引機的參數進行“學習” ，使變頻器和曳引機匹配起來，更加精確的完成控制控制任務。在快速調試中，要輸入曳引機的基本參數，包括額定電壓 P08額定電 P083 流、額定功率 P08功率因數、額定頻率 P08額定速度 P082 等參數，根據 MM440 的數據手冊要求按曳引機名牌上的數據輸入，其他的幾個重要參數P0300 要選擇異步電機，命令源 P0700 選用數字量輸入方式，選擇 2，這樣才能滿足電梯控制的要求。按照步驟最后在 P3900 中輸入 3 快速調試結束并進行電動機的數據計算。由于采用通訊的方法來控制變頻器，故需要設置 P910=1，即變頻器工作在遠程控制方式下，設置 RS485 串口的傳輸速率 P092。變頻器作為通信從站，設置站地址 P091，P0700=5 變頻器的控制方式選擇為通訊方式,加、減速時間P1120=5,P1121=2，波特率 9600bit/s,平層精度 ；m20?本文中電梯控制系統(tǒng)采用 PLC 與變頻器通訊的方法來調速，節(jié)省了多個 PLC的輸出點。M icromaster 440 變頻器采用多段速運行方式，PLC 根據呼叫信號計算出運行方向，向變頻器發(fā)出上行、下行命令，使變頻器建立勵磁，輸出轉矩。變頻器發(fā)出 RUN 運行信號給電機，延時后打開抱閘，變頻器根據 PLC 對變頻器多段速的設置驅動電機的運行。由于曳引電機和門電機不會同時運行，故這里使用同一個變頻器來控制?；?PLC 的電梯控制器設計 29 圖 電梯主電路基于 PLC 的電梯控制器設計 30 軟件設計基于 PLC 的電梯系統(tǒng)控制流程圖如圖 所示。NNNNNYYYYY開始輸入外召喚信號置初始狀態(tài)輸入內指令信號啟動關門啟動、滿速運行關門結束？層樓到？換速嗎？開門平層減速平層位置到？停止運行？停止基于 PLC 的電梯控制器設計 31 圖 基于 PLC 的電梯系統(tǒng)控制流程圖電梯運行速度曲線如圖 所示。電梯的運行過程可分為 5 個階段：加速段、高速運行段、減速段 爬行運行段和減速段 2。電梯在有門聯鎖信號后啟動運行經加速后速度升至 50Hz 高速運行(0～A)，在靠近目標樓層一段距離即換速點 B 時，PLC 向變頻器發(fā)出爬行信號，電梯經減速后速度降至 6Hz 開始爬行運行（C 點） ，一段時間后進入平層區(qū)，PLC 發(fā)出平層信號，電梯進行減速平層過程，當高速計數器數值與門區(qū)脈沖數相等時，PLC 發(fā)出平層停車信號，使變頻器停止輸出，延時后抱閘。基于 PLC 的電梯控制器設計 32 DCBA減速段 2爬行運行段減速段 1高速運行段加速段6Hz50Hz0f圖 電梯運行速度曲線高速計數器用來累計比 CPU 掃描速率更快的事件。S7200 各個高速計數器計數頻率高達 30kHz。S7200 各個高速計數器有 32 位帶符號整數計數器的當前值。若基于 PLC 的電梯控制器設計 33 要存取高速計數器的值，則必須給出高速計數器的地址，即高速計數器的編號。樓層計數采用相對計數方式。運行前通過自學習方式，用高速計數器（HSC0）測出相應樓層高度脈沖數，對應 9 層電梯的位置信息如換速點位置、平層點位置、制動停車點位置等所對應的脈沖數，分別存入相應的存儲單元。在電梯運行過程中，通過旋轉編碼器檢測、實時計算以下信號:電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置，從而進行樓層計數、發(fā)出換速信號和平層信號。樓層計數器（C48）為一雙向增/減計數器，當到達各層的樓層計數點時，根據運行方向進行加 1 或減 1 計數。運行中，高速計數器累計值實時與樓層計數點對應的脈沖數進行比較，相等時發(fā)出樓層計數信號，上行加 1，下行減 1。為防止計數器在計數脈沖高電平期間重復計數，采用樓層計數信號上沿觸發(fā)樓層計數。如采用 600P 的電梯編碼器，電動機每轉一圈旋轉編碼器向高速計數器發(fā)出 600個脈沖，電動機轉速 960r/min 即 16 轉每秒，則每秒脈沖數為 。9601??設電梯每層運行 5 秒，即每層相隔 個脈沖，提前 1s 減速爬行，480965??即提前 9600 個脈沖。以第二層為例，電梯上行在 38400 或電梯下行在 57600 個脈沖時開始減速到 6Hz 頻率爬行。電梯首次運行時以及每次下行到一層停車后必須給高速計數器復位，以避免曳引鋼絲繩打滑等硬件導致的計數器誤差累計。第 1層第 2層脈沖數：38400 → 上行換速爬行點脈沖數：57600 → 下行換速爬行點脈沖數：48000 → 二層平層點脈沖數：0 → 一層平層點脈沖數：96000 → 三層平層點脈沖數：86400 → 上行換速爬行點脈沖數：9600 → 下行換速爬行點基于 PLC 的電梯控制器設計 34 圖 第二層脈沖計算圖客梯講究乘坐舒適，而舒適感與運行時間和加速度有關。要想乘坐舒適，就要延長加、減速時間，降低加速度，這樣會使運行時間延長，電梯運行效率降低。所以，為了使電梯具有較高的運行效率，加、減速時間與加速度應該取在以個合適的范圍，使變速過程平穩(wěn)。這里取加速至滿速時間為 ，減速至爬行速度時間為1s，平層時間為 。電梯運行時如有順路廳外呼叫，則順路停車載客并繼續(xù)運行，對于反向呼叫電梯予以登記，并在響應完所有正向呼叫后響應反向呼叫信號。S7200 通過 USS 協(xié)議與西門子 MicroMaster 440 通用性變頻器進行通信，不僅可以讀/寫變頻器的驅動參數，還可以實現對變頻器的運動控制。USS 協(xié)議（通用串行接口協(xié)議）是西門子公司所有傳動產品的通用通信協(xié)議，它是一種基于串行總線進行數據通訊的協(xié)議。USS 協(xié)議是主從結構的協(xié)議，在 USS協(xié)議總線上可以有一個主站和最多 30 個從站。PLC 的部分程序如下：高速計數器初始化和位置脈沖點程序：基于 PLC 的電梯控制器設計 35 圖 程序開始與下行到一層高速計數器初始化程序圖 高速計數器初始化子程序高速計數器在程序開始時及每次下行到一層時都必須進行初始化，對其進行設置，并避免硬件導致的累計誤差。高速計數器的預設值要很大，因為這里只用其來記錄位置脈沖，計數值超過預設值的情況用中斷來控制。其次將事先計算的各平層點、換速點脈沖數送入相應的內存單元備用；基于 PLC 的電梯控制器設計 36 圖 寫入位置脈沖點數內指令的登記、指示與登記撤銷程序：圖 內指令的登記、指示與登記撤銷程序以三層為例，內指令 接通時，登記中間繼電器 接通自鎖，指示燈 有輸出，由三層平層點信號 來消號，即電梯運行到三層時，三層平層點中間繼電器有輸出，其常開觸點斷開使登記中間繼電器失電；基于 PLC 的電梯控制器設計 37 圖 平層點消除呼叫登記位置程序：圖 位置基于 PLC 的電梯控制器設計 38 圖 位置顯示當高速計數器值在某一范圍時，電梯處在某一位置。通過 PLC 的編碼 ENCO 與段碼 SEG 指令來驅動數碼管使之作相應的樓層位置顯示。變頻器控制程序 [6]：S7200 與變頻器通信之前需要進行 USS 協(xié)議初始化。變頻器的參數對變頻器的控制起到至關主要的作用，所以準確設置變頻器的參數是保證 S7200 正確控制的前提。高速計數器值與換速點相等，則有換速信號，且使變頻器頻率為 6Hz，輸出爬行信號?；?PLC 的電梯控制器設計 39 圖 USS 協(xié)議初始化圖 電梯運行PLC 在有門鎖信號的前提下，置變頻器頻率為 50Hz，輸出慢速運行，上行與下行互鎖。圖 換速爬行基于 PLC 的電梯控制器設計 40 層選程序：圖 上行層選 1圖 上行以一層為例，電梯在一層時，若有轎廂內指令 SB2～SB9 與外呼叫信號SB11～ SB25，則電梯上行。下行與之類似。其他部分程序，限于