【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。3 PLC的簡介在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，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)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(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、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)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、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格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 PLC的選型PLC可以實現(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不需要改動硬件接線。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，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象的控制要求，這是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提。(2)保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計控制系統(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擴(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)計不僅應(yīng)使控制系統(tǒng)簡單、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)計需要及應(yīng)用水平。因為根據(jù)轎廂樓層位置檢測方法，要求可編程控制器必須具有高數(shù)計數(shù)器。又因為電梯是雙向運(yùn)行的，所以PLC還需具有可逆計數(shù)器。就本次電梯的設(shè)計而言，上述三種機(jī)型都行，但由于市面上三菱產(chǎn)品型號較多，種類齊全，技術(shù)先進(jìn)，通用性強(qiáng)，性價比高，而且根據(jù)課本學(xué)習(xí)和熟悉程度，本次設(shè)計采用三菱FX系列可編程控制器。FX系列為主機(jī)連輸入輸出接點型?？紤]到通用性，選用FX2N這一型號。FX2N系列PLC具有以下幾方面的優(yōu)點：（1）FX2N配置靈活，電源、CPU、輸入輸出、程序內(nèi)存集成在一個模塊內(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，定時器T，寄存器D，計數(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用編程軟件包MELSE MEDOC進(jìn)行。編程語言可用梯形圖或指令表，尤其是可用PC機(jī)對系統(tǒng)實時進(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，首先列出被控制對象輸入輸出的設(shè)備名稱，并根據(jù)所需要的輸入輸出點數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。輸入信號的估計：（1）內(nèi)選、外召喚信號：全集選方式內(nèi)選和外呼信號數(shù)量為（n為層數(shù)）。即；(2) 樓層感應(yīng)中間繼電器5個、層中間繼電器5個、上行中間繼電器、下行中間繼電器、換速中間繼電器、門鎖中間繼電器、上平層中間繼電器、門區(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。綜上，輸入信號總共約40點。輸出信號的估計：（1）內(nèi)選、外召喚指示信號：全集選方式的內(nèi)選和外呼信號數(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，上下行顯示需2個；（3）轎門開門接觸器、轎門關(guān)門接觸器、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。綜上，輸出信號總共約30點。根據(jù)以上分析，總點數(shù)約70個，要求可以估計I/O總點數(shù)約為100點。根據(jù)PLC輸入、輸出量點數(shù)與性質(zhì)，可確定I/O模塊型號與數(shù)量，高密度模塊如364點，平均每點價較低，但受到工作電壓、工作電流和環(huán)境溫度的限制，同時應(yīng)注意同時接通的點數(shù)不應(yīng)超過總數(shù)的60%。所以本設(shè)計選擇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點輸入和40點輸出，使用24V直流電源輸入，繼電器輸出直流信號。FX2N80MR型 PLC的大量功能能夠支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動和維護(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點分配PLC是一種工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，這里指電梯運(yùn)行過程。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。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。所有的輸入信號都是經(jīng)過光電耦合，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。輸入點分配如表31。表31 輸入點分配表名稱輸入點名稱輸入點關(guān)門極限開關(guān)X000轎內(nèi)一層呼鈕X020開門極限開關(guān)X001轎內(nèi)二層呼鈕X021上下平層干簧觸點X002轎內(nèi)三層呼鈕X022轎子內(nèi)關(guān)門按鈕X003轎內(nèi)四層呼鈕X023轎子內(nèi)開門按鈕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X025二層上行召喚按鈕X006二層上行干簧感應(yīng)觸點X026二層下行召喚按鈕X007二層下行干簧感應(yīng)觸點X027三層上行召喚按鈕X010三層上行干簧感應(yīng)觸點X030三層下行召喚按鈕X011三層下行干簧感應(yīng)觸點X031四層上行召喚按鈕X012四層上行干簧感應(yīng)觸點X032四層下行召喚按鈕X013四層下行干簧感應(yīng)觸點X033五層下行召喚按鈕X014五層下行干簧感應(yīng)觸點X034轎內(nèi)開門開關(guān)X015上下行強(qiáng)迫換速開關(guān)X035轎內(nèi)關(guān)門開關(guān)X016速度繼電器感應(yīng)觸點X036門區(qū)感應(yīng)開關(guān)X017光點感應(yīng)觸點X037輸出模塊是接受中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件能接受的信號。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，并且價格較低，所以選用繼電器輸出。輸出模塊同時接通電路的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值，同時，輸出模塊的輸出電流大小要大于負(fù)載電流的額定值。輸出點分配如表32。表32 輸出點分配表名稱輸出點名稱輸出點轎門開門接觸器Y003一層轎內(nèi)指示按鈕Y023轎門關(guān)門接觸器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點動頻率Y009為了更好的闡述起動原理現(xiàn)給出起內(nèi)部繼電器說明，如下表33所示。表33內(nèi)部繼電器說明表內(nèi)部繼電器名稱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門鎖中間繼電器M140上平層中間繼電器M141門區(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，Y003~Y037為輸出信號。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)計隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中，越來越得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計中利用PLC對變頻器的控制，實現(xiàn)變頻調(diào)速。 VVVF電梯，采用交流電動機(jī)，通過對交流電動機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓和頻率來調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性化，將交流電動機(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，微機(jī)全數(shù)字化控制，使電梯平層精度達(dá)到毫米級，并且絕對保證電動機(jī)零速時抱閘，舒適感非常好。 電梯速度曲線在電梯拖動控制系統(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。如果電梯在啟動加速和減速制動時，速度曲線圖性的加、減交界處不圓滑，乘客會感覺很不舒服。人們對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，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線（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)/分所需要的時間定義的。因此通過改變起動加速時間可獲得不同的起動曲線斜率。增大加速時間值，起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。本設(shè)計采用的VS616G5變頻器就具有S曲線加速時間設(shè)定功能，故將加速時間和S曲線加速時間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動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時間內(nèi)為拋物線速度曲線，t1t2時間內(nèi)為直線速度曲線；t3t4時間內(nèi)為穩(wěn)速運(yùn)行階段；t4時間后為減速制動階段。減速制動階段速度曲線與加速起動階段相對稱。 電梯位置的確定轎廂中的乘客以及門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減速平層制動，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)都的位置信號都是靠設(shè)置在井道中的位置開關(guān)來實現(xiàn)的。干簧感應(yīng)器，就是比較可靠，性能比較好的一種。在井道中對應(yīng)每一樓層的適當(dāng)位置都安裝一個干簧感應(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，該干簧管的常閉觸點接通，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樓層的干簧感應(yīng)器為止。 轎廂的平層與停車轎廂運(yùn)行后需要確定在哪一層停車，電梯的工作特點是頻繁起制動，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“無速停車抱閘”，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的設(shè)計。平層即是指停車時轎廂的底與門廳地面應(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5mm。平層停車過程需要在轎廂底與停車樓層相平之前就開始，先是減速，然后才開始制動，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。在上行的過程中，上平層感應(yīng)器首先插入隔磁板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，直到下平層感應(yīng)器插入隔磁板的時候，說明電梯已經(jīng)準(zhǔn)確平層，發(fā)出停車信號，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，抱閘抱死，并發(fā)出開門信號。在電梯下行的過程中井道信號的獲得過程與此正好相反。 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)已不斷與國際上的電梯安全標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。現(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，限速器上的第一個開關(guān)動作，使電梯自動減速。而當(dāng)達(dá)到140%時，限速器上的第二個開關(guān)動作，切斷控制回路使電梯停止運(yùn)行。而此同時，限速器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)使限速器鋼絲繩卡死不動，而電梯轎廂仍在向下，這樣被卡住的限速器鋼絲繩產(chǎn)生一個向上提拉力，從而把它與之相關(guān)的轎廂安全鉗向