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电梯人生

花果山的电梯人生……

 
 
 

日志

 
 
关于我

来自于黄海之滨、花果山上的一只猴。 读书时即与电梯结缘。工作后最大的心愿是争取做一名出色的电梯电气工程师。偶有技术及管理类文章散见于《中国电梯》、《微计算机信息》、《电气传动》、《自动化应用》、《变频器世界》等专业期刊。

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基于PLC的电梯高精度位置控制的实现  

2008-03-13 21:59:02|  分类: 文章发表 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 【本文刊载于《微计算机信息》(国家级核心期刊)2007年13期】

 

摘  要:采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上,利用旋转编码器发生的脉冲信号通过电梯专用变频器的分频输出构成位置反馈,实现电梯的数字位移控制。通过PLC程序设计实现楼层记数、停车平层的精确控制及减速距离的任意设定,提高了系统的可靠性和平层精度。

关键词:电梯  PLC  变频器  位置控制

分类号:TP202           文献标识码:B   

Abstract:By making use of the impulse generated by rotate coder and the position feed back which is constructed by the frequency division output of the exclusive transducer ,basing on normal control of elevator realized by PLC and transducer ,the digital position control of elevator is realized .Accurate control of floors counted and park flat can be realized by PLC procedure design .The deceleration distance can also be set up at at will ,which raises the reliability of system and precision of flat.

Key Words:elevator、PLC 、transducer、position control

1前言

随着国民经济的飞速发展及人们物质生活的提高,电梯不但成为高层建筑不可缺少的垂直交通运输设备,也已成为低层建筑的代步工具。

可编程序控制器(PLC)与变频(VVVF)调速技术相结合的电梯控制系统,以其运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强、调速性能优等特点被中小型电梯厂家广泛采用。此类系统对电梯减速平层的控制大多仍依靠安装在井道内部的对应位置的磁性开关,减速距离的调整极其不便,且一旦隔磁板位置安装确定,对于运行在不同间距的楼层之间采用相同的减速距离;控制系统也无法精确实时检测电梯运行过程中的实际位置,存在一定的安全隐患。

本设计在原有基础上取消了减速隔磁板,将电梯专用变频器的分频脉冲输出信号反馈给PLC,不仅实现了电梯运行减速距离的任意设定,而且在不增加硬件设备的条件下,实现电梯速度、位移的闭环控制,提高了系统的可靠性和平层精度。

 

2系统要求

图1  系统运行曲线

如图1所示,为电梯运行过程的时间(x轴)、速度(y轴)曲线。当电梯接收到系统的启动信号后,系统加速到额定速度以后,匀速运行,当系统收到减速信号后开始减速,到达门区后开始爬行,至平层后停止。整个运行曲线表现为S型 [1]。

电梯从不同的起始楼层到达相同的目的楼层,最后要求的减速距离是有差异的。用减速隔磁板强行给定系统减速信号,就会用统一的减速距离来要求按两种不同速度运行的电梯在相同的楼层停止,这必然造成其中的一种运行工况减速效果较差。

如果控制系统首先根据不同的目的楼层(运行距离),通过程序计算给定电梯不同的运行速度,在PLC程序中根据不同的运行速度设定对应的减速距离,则可实现并保证电梯良好的减速曲线。

 

3控制系统硬件设计

3.1控制系统组成

图2  系统组成

由图2可知,该系统主要由以下几部分组成:PLC、变频器、曳引机、门机等[1]。PLC是控制系统的核心。PLC根据输入的呼梯信号和目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向及速度,变频器根据PLC的速度指令控制曳引电动机的转速,到达目的层后,自动平层、停车、开关门,在运行过程中输出电梯的楼层位置和运行方向,同时完成对呼梯信号的登记、保存和消除等工作。对电梯运行中的一些特殊情况(如急停、超载、冲顶、蹲底等)自动进行处理和报警。

3.2硬件选型

以一栋15层大楼为例,其电梯控制系统实际需要输入60点,输出62点。选用三菱公司的FX2N-128MR型PLC。这种机型有编程指令100多条,内置8K步RAM寄存器,并配有相应的编程软件GX Developer,不仅可以通过手持编程器对PLC编程,也可在个人PC机上进行编程[2]。在电梯运行过程中,可通过程序内部辅助继电器的状态监控电梯运行状态,现场调试十分方便。

图3  系统硬件电路

变频器选用艾默生公司的TD3100电梯专用变频器。除了矢量控制、转差补偿和负载转矩自适应等功能,还具有抱闸控制及检测、电梯超速检测等电梯专用功能。为实现闭环矢量控制、提高系统的动态性能和实现零速抱闸控制,在曳引电动机轴端加装旋转编码器。该编码器信号不仅作为曳引电动机的速度反馈,利用TD3100变频器的分频功能,还可实现对电梯的数字位移控制[3]。系统硬件电路如图3所示。

 

4位移控制电路

电梯作为一种载人工具,在位势负载状态下,除要求安全可靠外,还要求运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。位移控制在利用现有旋转编码器构成速度闭环的同时,通过变频器的分频输出与电机转速及电梯位移成正比的脉冲数,将其引入PLC的高速记数输入X0,通过累计脉冲数,经式(1)计算出脉冲当量,由此确定电梯位移   h=SI

式中   I—累计脉冲数;S—脉冲当量

S=λπD/(pρ)   (1)

系统采用OTIS公司的17CT曳引机,其减速比λ=1/30,曳引轮直径D=605mm,旋转编码器每转对应的脉冲数p=1024,PG分频比ρ=1/16,代入式(1)得

S=0.99mm/脉冲

5程序设计

利用变频器分频输出端OA将脉冲信号引入PLC的高速记数端X0,构成位置反馈。高速计数器(C235)累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断与各楼层标准层高数据进行比较,由此判断电梯的相对位置、减速点、平层等信号。考虑到减速机齿轮间隙、曳引钢丝绳打滑等机械因素,系统平层精度可达±3mm,大大满足了电梯起制动平滑、运行平稳、平层准确的要求。电梯在运行过程中,通过位置信号检测,软件实时处理以下信号:电梯所在楼层位置、减速点、爬行点、门区信号等。因此可以省去原来每层在电梯井道中设置的减速信号的硬件检测装置,大大减少了信号连接线、降低了成本。下面针对程序中的楼层记数、系统减速两个子程序作重点介绍。

5.1楼层记数

本设计采用相对记数方式。运行前通过井道参数自学习,测出相应楼层高度脉冲数,对应15层电梯分别存入寄存器D300-D314。

其中X27为下强迫减速开关信号、M8为门区信号、M11为运行信号;M42、M43分别为上、下行信号;D10为编码器累积值寄存器。

当电梯每次运行到下端站平层位置停止后,对C235当前值清零。电梯上行时C235增计数,下行时减计数。并将实时的计数值存入D10。

5.2系统减速

其中M85为到达端站的强迫减速信号;M29为低速速度曲线状态;K300为减速脉冲(可根据电梯使用的实际情况任意设定);D13为C235的当前值与标准层高数据的相差值。当相差数值等于设定的减速距离时,输出减速信号M84。

6 结束语

目前我司采用该控制系统的电梯已有两百多台,广受用户青睐。实践证明,在采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上,利用旋转编码器发生的脉冲信号构成位置反馈,实现了电梯的数字位移控制、节约了产品成本。变频系统的使用也大大为用户节约了能源。

 

本文作者创新点:原有电梯减速依靠设置在井道内的减速隔磁板,本设计在原有基础上取消了减速隔磁板,将电梯专用变频器的分频脉冲输出信号反馈给PLC,在不增加硬件设备的条件下实现了电梯运行减速距离的任意设定,提高了系统的平层精度。

 

参考文献:

[1] 朱昌明,洪致育,张惠侨.电梯与自动扶梯——原理 结构 安装 测试.上海交通大学出版社,2000.2.

[2] 三菱FX系列可编程控制器使用手册.三菱电机公司,1998.2.

[3] 毛新建.TD3100系列电梯专用变频器用户手册.艾默生网络能源有限公司,2003.1.

[4] 郝晓弘, 张萍.VS-616G5变频器在电梯调速控制系统中的应用.《微机算机信息》.2006年第1-1期P36-38. 

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