【正文】 （24） （25）其中額定情況下變頻器的直流母線電壓為U0，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。3 PLC的簡(jiǎn)介在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型。所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 PLC的選型PLC可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)控制，方便的增加或改變控制功能，進(jìn)行故障的自檢和報(bào)警顯示，提高了系統(tǒng)的安全性，并便于檢修。PLC用于群控調(diào)配和管理，提高了電梯的運(yùn)行效率，而在改變控制方案時(shí)不需要改動(dòng)硬件接線。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：
(1)充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，這是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提。(2)保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。例如，應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 (3) 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。設(shè)計(jì)不僅應(yīng)使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且應(yīng)使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。就PLC機(jī)型，在工程應(yīng)用中可選用的PLC機(jī)型很多，比如三菱公司的FX系列、OMRON公司的C系列、SIEMENS公司的S7系列等，它們功能都差不多，在工程應(yīng)用中各有千秋，至于要選擇哪種機(jī)型，就要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要及應(yīng)用水平。因?yàn)楦鶕?jù)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。就本次電梯的設(shè)計(jì)而言，上述三種機(jī)型都行，但由于市面上三菱產(chǎn)品型號(hào)較多，種類(lèi)齊全，技術(shù)先進(jìn)，通用性強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高，而且根據(jù)課本學(xué)習(xí)和熟悉程度，本次設(shè)計(jì)采用三菱FX系列可編程控制器。FX系列為主機(jī)連輸入輸出接點(diǎn)型。考慮到通用性，選用FX2N這一型號(hào)。FX2N系列PLC具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）FX2N配置靈活，電源、CPU、輸入輸出、程序內(nèi)存集成在一個(gè)模塊內(nèi)。除主機(jī)單元外，還可擴(kuò)展I/O模塊，A/D模塊，D/A模塊和其它特殊功能模塊。（2）FX2N指令功能豐富，有各種指令一百多條，且指令執(zhí)行速度快。（3）FX2N PLC可用內(nèi)部輔助繼電器M，狀態(tài)繼電器S，定時(shí)器T，寄存器D，計(jì)數(shù)器C的功能和數(shù)量，滿足了系統(tǒng)控制要求的需要，尤其是高速計(jì)數(shù)器（C251等），能接受脈沖編碼器脈沖。（4）FX2N系列PLC的編程，可用編程器，也可以在PC機(jī)上使用三菱公司的專(zhuān)用編程軟件包MELSE MEDOC進(jìn)行。編程語(yǔ)言可用梯形圖或指令表，尤其是可用PC機(jī)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。就I/O口分配，首先列出被控制對(duì)象輸入輸出的設(shè)備名稱(chēng)，并根據(jù)所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。輸入信號(hào)的估計(jì)：（1）內(nèi)選、外召喚信號(hào)：全集選方式內(nèi)選和外呼信號(hào)數(shù)量為（n為層數(shù)）。即；(2) 樓層感應(yīng)中間繼電器5個(gè)、層中間繼電器5個(gè)、上行中間繼電器、下行中間繼電器、換速中間繼電器、門(mén)鎖中間繼電器、上平層中間繼電器、門(mén)區(qū)感應(yīng)中間繼電器、下平層中間繼電器、運(yùn)行中間繼電器、換速中間繼電器，共19個(gè)。綜上，輸入信號(hào)總共約40點(diǎn)。輸出信號(hào)的估計(jì)：（1）內(nèi)選、外召喚指示信號(hào)：全集選方式的內(nèi)選和外呼信號(hào)數(shù)量為（n為層數(shù)），即；（2）樓層指示數(shù)碼管樓層顯示需3個(gè)，上下行顯示需2個(gè)；（3）轎門(mén)開(kāi)門(mén)接觸器、轎門(mén)關(guān)門(mén)接觸器、上行交流接觸器、下行交流接觸器、加速接觸器、慢速接觸器、第一慢速減速接觸器、第二慢速減速接觸器，共9個(gè)。綜上，輸出信號(hào)總共約30點(diǎn)。根據(jù)以上分析，總點(diǎn)數(shù)約70個(gè)，要求可以估計(jì)I/O總點(diǎn)數(shù)約為100點(diǎn)。根據(jù)PLC輸入、輸出量點(diǎn)數(shù)與性質(zhì)，可確定I/O模塊型號(hào)與數(shù)量，高密度模塊如364點(diǎn)，平均每點(diǎn)價(jià)較低，但受到工作電壓、工作電流和環(huán)境溫度的限制，同時(shí)應(yīng)注意同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過(guò)總數(shù)的60%。所以本設(shè)計(jì)選擇FX2N80MR主機(jī)作為基本單元，以FX2N48ERD作為拓展單元。這樣，共有128輸入輸出點(diǎn)數(shù)。 FX2N80MR型PLCFX2N80MR中FX2N是指三菱公司FX系列可編程控制器，這款主機(jī)有40點(diǎn)輸入和40點(diǎn)輸出，使用24V直流電源輸入，繼電器輸出直流信號(hào)。FX2N80MR型 PLC的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)，具有高速的指令處理能力，良好的人機(jī)界面，CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件。FX2N80MR型 PLC是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。它可連接FX2N系列的特殊單元以及特殊模塊。 FX2N80MR型PLC的 I/O點(diǎn)分配PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，這里指電梯運(yùn)行過(guò)程。PLC的I/O就是連接在PLC上的各種輸入輸出模塊的輸入輸出點(diǎn)。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。所有的輸入信號(hào)都是經(jīng)過(guò)光電耦合，并經(jīng)RC電路濾波后才送入PLC內(nèi)部放大器的，這樣有效的消除了環(huán)境中雜散電磁波等造成的干擾。輸入點(diǎn)分配如表31。表31 輸入點(diǎn)分配表名稱(chēng)輸入點(diǎn)名稱(chēng)輸入點(diǎn)關(guān)門(mén)極限開(kāi)關(guān)X000轎內(nèi)一層呼鈕X020開(kāi)門(mén)極限開(kāi)關(guān)X001轎內(nèi)二層呼鈕X021上下平層干簧觸點(diǎn)X002轎內(nèi)三層呼鈕X022轎子內(nèi)關(guān)門(mén)按鈕X003轎內(nèi)四層呼鈕X023轎子內(nèi)開(kāi)門(mén)按鈕X004轎內(nèi)五層呼鈕X024一層上行召喚按鈕X005一層上行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X025二層上行召喚按鈕X006二層上行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X026二層下行召喚按鈕X007二層下行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X027三層上行召喚按鈕X010三層上行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X030三層下行召喚按鈕X011三層下行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X031四層上行召喚按鈕X012四層上行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X032四層下行召喚按鈕X013四層下行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X033五層下行召喚按鈕X014五層下行干簧感應(yīng)觸點(diǎn)X034轎內(nèi)開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)X015上下行強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)X035轎內(nèi)關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)X016速度繼電器感應(yīng)觸點(diǎn)X036門(mén)區(qū)感應(yīng)開(kāi)關(guān)X017光點(diǎn)感應(yīng)觸點(diǎn)X037輸出模塊是接受中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件能接受的信號(hào)。由于繼電器輸出模塊的使用電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降損失少，并且價(jià)格較低，所以選用繼電器輸出。輸出模塊同時(shí)接通電路的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值，同時(shí)，輸出模塊的輸出電流大小要大于負(fù)載電流的額定值。輸出點(diǎn)分配如表32。表32 輸出點(diǎn)分配表名稱(chēng)輸出點(diǎn)名稱(chēng)輸出點(diǎn)轎門(mén)開(kāi)門(mén)接觸器Y003一層轎內(nèi)指示按鈕Y023轎門(mén)關(guān)門(mén)接觸器Y005二層轎內(nèi)指示按鈕Y024上行交流接觸器Y010三層轎內(nèi)指示按鈕Y025下行交流接觸器Y011四層轎內(nèi)指示按鈕Y026加速接觸器Y012五層轎內(nèi)指示按鈕Y027快速接觸器Y013一層上行召喚指示燈Y030慢速接觸器Y014二層上行召喚指示燈Y031第一慢速減速接觸器Y015二層下行召喚指示燈Y032第二慢速減速接觸器Y016三層上行召喚指示燈Y033空Y017三層下行召喚指示燈Y034樓層顯示器Y020四層上行召喚指示燈Y035樓層顯示器Y021四層下行召喚指示燈Y036樓層顯示器Y022五層下行召喚指示燈Y037正轉(zhuǎn)Y002多段速指令1Y006反轉(zhuǎn)Y004多段速指令2Y007外部故障輸入Y018多段速指令3Y008異常復(fù)位Y019點(diǎn)動(dòng)頻率Y009為了更好的闡述起動(dòng)原理現(xiàn)給出起內(nèi)部繼電器說(shuō)明，如下表33所示。表33內(nèi)部繼電器說(shuō)明表內(nèi)部繼電器名稱(chēng)M100—M104樓層感應(yīng)中間繼電器M105—M110層中間繼電器M130上行中間繼電器M131下行中間繼電器M134換速中間繼電器M135門(mén)鎖中間繼電器M140上平層中間繼電器M141門(mén)區(qū)感應(yīng)中間繼電器M142下平層中間繼電器M143運(yùn)行中間繼電器M144換速中間繼電器 FX2N80MR型PLC的硬件接線如上所訴，由表31和表32可知，X000~X037為輸入信號(hào)，Y003~Y037為輸出信號(hào)。輸入端的公共端COM1接地，輸出端的公共端COM2接電源。PLC輸入輸出口應(yīng)與相應(yīng)器件連接。圖31為PLC輸入輸出硬件接線示意圖。圖31 PLC輸入輸出硬件接線圖4 硬件設(shè)計(jì)隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動(dòng)控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍事設(shè)施以及日常生活中，越來(lái)越得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中利用PLC對(duì)變頻器的控制，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。 VVVF電梯，采用交流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓和頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線線性段區(qū)域擴(kuò)大。由于系統(tǒng)采用高精度電光碼盤(pán)，微機(jī)全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達(dá)到毫米級(jí)，并且絕對(duì)保證電動(dòng)機(jī)零速時(shí)抱閘，舒適感非常好。 電梯速度曲線在電梯拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，速度曲線圖形直接影響著電梯的舒適感和平層準(zhǔn)確度。如果電梯在啟動(dòng)加速和減速制動(dòng)時(shí)，速度曲線圖性的加、減交界處不圓滑，乘客會(huì)感覺(jué)很不舒服。人們對(duì)于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動(dòng)速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線（S曲線）及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及S曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從0加速到1000轉(zhuǎn)/分所需要的時(shí)間定義的。因此通過(guò)改變起動(dòng)加速時(shí)間可獲得不同的起動(dòng)曲線斜率。增大加速時(shí)間值，起動(dòng)曲線變緩，反之，起動(dòng)曲線變急。本設(shè)計(jì)采用的VS616G5變頻器就具有S曲線加速時(shí)間設(shè)定功能，故將加速時(shí)間和S曲線加速時(shí)間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動(dòng)曲線。同理，制動(dòng)曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如圖41所示。 圖41 理想電梯速度曲線 圖中a為加速度，v為速度，0t1和t2t3時(shí)間內(nèi)為拋物線速度曲線，t1t2時(shí)間內(nèi)為直線速度曲線；t3t4時(shí)間內(nèi)為穩(wěn)速運(yùn)行階段；t4時(shí)間后為減速制動(dòng)階段。減速制動(dòng)階段速度曲線與加速起動(dòng)階段相對(duì)稱(chēng)。 電梯位置的確定轎廂中的乘客以及門(mén)廳中等待乘坐電梯的人都需要知道電梯的當(dāng)前位置，電梯是否能夠應(yīng)答新的召喚指令以及何時(shí)減速平層制動(dòng)，也需要知道電梯的當(dāng)前的準(zhǔn)確位置。一般的電梯系統(tǒng)都的位置信號(hào)都是靠設(shè)置在井道中的位置開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。干簧感應(yīng)器，就是比較可靠，性能比較好的一種。在井道中對(duì)應(yīng)每一樓層的適當(dāng)位置都安裝一個(gè)干簧感應(yīng)器，在轎廂運(yùn)行中，當(dāng)固定在轎廂頂上的隔磁板插入某樓中的干簧感應(yīng)器時(shí)，該干簧管的常閉觸點(diǎn)接通，表示電梯已經(jīng)到達(dá)該樓層，并置位相應(yīng)的狀態(tài)繼電器，直到隔磁板插入另外一個(gè)樓層的干簧感應(yīng)器為止。 轎廂的平層與停車(chē)轎廂運(yùn)行后需要確定在哪一層停車(chē)，電梯的工作特點(diǎn)是頻繁起制動(dòng)，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零，準(zhǔn)確平層，即“無(wú)速停車(chē)抱閘”，不能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘，即“直接停止”，這涉及到平層與停車(chē)的設(shè)計(jì)。平層即是指停車(chē)時(shí)轎廂的底與門(mén)廳地面應(yīng)相平齊，一般都有平層誤差規(guī)定，如平層是兩平面相差不能超過(guò)5mm。平層停車(chē)過(guò)程需要在轎廂底與停車(chē)樓層相平之前就開(kāi)始，先是減速，然后才開(kāi)始制動(dòng)，減小沖擊，提高平層的準(zhǔn)確性以及乘客的舒適感。本系統(tǒng)的平層信號(hào)是由平層干簧感應(yīng)器發(fā)出的。上平層感應(yīng)器和下平層感應(yīng)器都裝在電梯轎廂的頂上，隔磁板安裝在井道壁上。在上行的過(guò)程中，上平層感應(yīng)器首先插入隔磁板，發(fā)出減速信號(hào)，電梯開(kāi)始減速，直到下平層感應(yīng)器插入隔磁板的時(shí)候，說(shuō)明電梯已經(jīng)準(zhǔn)確平層，發(fā)出停車(chē)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，抱閘抱死，并發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)。在電梯下行的過(guò)程中井道信號(hào)的獲得過(guò)程與此正好相反。 電梯的安全保護(hù)環(huán)節(jié)在前述中已述及，電梯的重要結(jié)構(gòu)中包括電梯的各種安全保護(hù)裝置，它們必須可靠有效。這是保證電梯以最安全，最可靠的方式運(yùn)行。我們國(guó)家在1987年頒布了GB758887的《電梯制造與安裝安全規(guī)范》，并于1995年和2003年兩次進(jìn)行了修訂，電梯的安全標(biāo)準(zhǔn)已不斷與國(guó)際上的電梯安全標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一?，F(xiàn)就一般電梯常用的且必不可少的安全保護(hù)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)介如下。 (1) 超速斷繩保護(hù) 按GB758895標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，當(dāng)電梯下降速度達(dá)到額定速度的115%時(shí)，限速器上的第一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使電梯自動(dòng)減速。而當(dāng)達(dá)到140%時(shí)，限速器上的第二個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，切斷控制回路使電梯停止運(yùn)行。而此同時(shí)，限速器通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)使限速器鋼絲繩卡死不動(dòng)，而電梯轎廂仍在向下，這樣被卡住的限速器鋼絲繩產(chǎn)生一個(gè)向上提拉力，從而把它與之相關(guān)的轎廂安全鉗向