EPRO MMS6312    

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可編程控制器在電梯位移控制中的應用

1 引言

    隨著城市建設的不斷發展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活。本設計在用PLC控制變頻調速實現電流、速度雙閉環的基礎上，在不增加硬件設備的條件下，實現電流、速度、位移三環控制。

2 硬件電路

    系統硬件結構圖如圖1 所示，其各部分功能說明如下。

    Q1——三相電源斷路圖 
    K1——電源控制接觸器 
    K2——負載電機通斷控制接觸器

    VS——變頻器 
    BU——制動單元 
    RB——能耗制動電阻 
    M——主拖動曳引電機

    2.1 主電路

    主電路由三相交流輸入、變頻驅動、曳引機和制動單元幾部分組成。由于采用交-直-交電壓型變頻器，在電梯位勢負載作用下，制動時回饋的能量不能饋送回電網，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動方式。

    2.2 PLC控制電路

    選用OMRON公司C系列60P型PLC。PLC接收來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統的功能信號以及井道和變頻器的狀態信號，經程序判斷與運算實現電梯的集選控制。PLC在輸出顯示和監控信號的同時，向變頻器發出運行方向、啟動、加/減速運行和制動停梯等信號。

    2.3 電流、速度雙閉環電路

    采用YASAKWA公司的VS-616G5 CIMRG5A 4022變頻器。變頻器本身設有電流檢測裝置，由此構成電流閉環；通過和電機同軸聯接的旋轉編碼器，產生a、b兩相脈沖進入變頻器，在確認方向的同時，利用脈沖計數構成速度閉環。

    2.4 位移控制電路

    電梯作為一種載人工具，在位勢負載狀態下，除要求安全可靠外，還要求運行平穩，乘坐舒適，停靠準確。采用變頻調速雙環控制可基本滿足要求，但和國外高性能電梯相比還需進一步改進。本設計正是基于這一想法，利用現有旋轉編碼器構成速度環的同時，通過變頻器的PG卡輸出與電機速度及電梯位移成比例的脈沖數，將其引入PLC的高速計數輸入端口0000，通過累計脈沖數，經世式（1）計算出脈沖當量，由此確定電梯位置。電梯位移

    h=SI
    式中 I——累計脈沖數
    S——脈沖當量
    S = lpD / (pr) （1）

    本系統采用的減速機，其減速比l = 1/32，曳引輪直徑D = 580mm，電機額定轉速ned = 1450r/min，旋轉編碼器每轉對應的脈沖數p = 1024，PG卡分頻比r = 1/18，代入式（1）得 
    S = 1.0mm / 脈沖

3 程序設計

    利用變頻器PG卡輸出端（TA2.1）將脈沖信號引入PLC的高速計數輸入端0000，構成位置反饋。高速計數器（CNT47）累加的脈沖數反映電梯的位置。高速計數器的值不斷地與各信號點對應的脈沖數進行比較，由此判斷電梯的運行距離、換速點、平層電和制動停車點等信號。理論上這種控制方式其平層誤差可在±1個脈沖當量范圍。在考慮減速機齒輪嚙合間隙等機械因素情況下，電梯的平層精度可達±5mm內，大大低于國標±15mm的標準，滿足電梯起制動平滑，運行平穩，平層準確的要求。電梯在運行過程中，通過位置信號檢測，軟件實時計算以下位置信號：電梯所在樓層位置、快速換速點、中速換速點、門區信號和平層位置信號等。由此省去原來每層在井道中設置的上述信號檢測裝置，大大減少井道檢測元件和信號連線，降低成本。下面針對在實現集選控制基礎上新增添的樓層計數、快速換速、中速換速、門區和平層信號5個子程序進行介紹。

    3.1 樓層計數

    本設計采用相對計數方式。運行前通過自學習方式，測出相應樓層高度脈沖數，對應17層電梯分別存入16個內存單元DM06 ~ DM21。

    樓層計數器（CNT46）為一雙向計數器，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。樓層計數程序流程圖如圖2 所示。

    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樓層計數器。

3.2 快速換速

    當高速計數器值與快速換速點對應的脈沖數相等時，若電梯處于快速運行且本層有選層信號，發快速換速信號。若電梯中速運行或雖快速運行但本層無選層信號，則不發換速信號。程序流程圖如圖3所示。中速換速與快速換速判斷方法類似，不再重復。

    3.3 門區信號

    當高速計數器CNT47數值在門區所對應脈沖數范圍內時，發門區信號。程序流程圖如圖4所示。平層信號與區信號判斷方法類似，不再重復。

    3.4 脈沖信號故障檢測

    脈沖信號的準確采集和傳輸在本系統中顯得尤為重要，為檢測旋轉編碼器和脈沖傳輸電路故障，設計了有無脈沖信號和錯漏脈沖檢測電路，通過實時檢測確保系統正常運行。為消除脈沖計數累計誤差，在基站設置復位開關，接入PLC高速計數器CNT47的復位端0001。

    3.5 快速換速工作原理

    限于篇幅，本文僅對快速換速工作原理進行介紹，梯形圖如圖5所示。

    圖中數據存儲單元DM01為快速換速距離脈沖數，DM30為樓層間距脈沖數，DM31為快速換速點對應的脈沖數，DM34為高速換速比較區間下限，DM35為高速換速比較區間上限，HR01為快速換速點開始信號，1507為快速運行信號，1700為選層信號，0010為零速信號，0503為快速換速輸出信號。

    以上行為例，DM31快速換速點對應的脈沖數是樓層間距DM30與快速換速舉例DM01之差；DM31和DM30的值分別賦給DM34和DM35。運行時高速計數器不斷累加脈沖數，每個掃描周期計數器的值與DM34~ DM35區段進行比較。當其值進入DM34與DM35區段時，HR01置位，表示進入快速換速區間；若此時有選層信號且電梯為快速運行，則發快速換速信號（0503置ON）。

4 結論

    本文所述系統基于電氣集選控制原則，采用脈沖計數方法，用脈沖編碼器取代井道中原有的位置檢測裝置，實現位移控制，用軟件代替部分硬件功能，既降低系統成本，又提高了系統的可靠性和安全性，實現電梯的全數字化控制。

    在實驗室調試的基礎上，采用上述方法，實地對兩臺17層電梯進行改造，經有關部門檢測和近一年的實際運行表明，系統運行可靠，乘坐舒適，故障率大為降低，平層精度在±5mm以內，取得了良好的運行效果。