交流变频调速电梯PLC控制系统设计.doc

交流变频调速电梯PLC控制系统设计1 引言随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。本设计采用plc控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制，具有一定的代表性和新颖性。2 电梯控制系统硬件构成电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、plc、变频器调速系统构成，控制系统结构图如图1所示。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由plc完成的。plc负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给plc，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接的旋转编码器及pg卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。本设计电梯为四层办公楼用的交流电梯，经过分析可知系统输入信号为26个，包括保护、工作状态选择、开/关门控制、位置检测、呼梯、速度控制等 。输出信号21个，包括开/关门、上行、下行、控制变频器信号、报警器、指示灯等。根据以上情况选择三菱fx264mr plc。变频器选用安川616g5 cimr-g5a 4022通用变频器，技术特性为:可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩;适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动并且极其精确的运行;它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制;它将u/f控制、矢量控制、闭环u/f控制、闭环矢量控制四种控制方式熔为一体，其中闭环矢量控制最适合电梯控制要求。旋转编码器与主电动机同轴连接，通过pg卡(又名编码器连接板)对电动机测速和反馈电梯的位置 。选用omron公司的1024脉动增量式光电脉冲旋转编码器。旋转编码器与电动机同轴连接，产生a、b两相脉冲。当a相脉冲超前于b相脉冲90度时，认为电动机处于正转状态;当a相脉冲滞后于b相脉冲90度时，认为电动机处于反转状态。根据a、b相脉冲的相序，可判断电动机的转向。根据a、b脉冲的频率(或周期)可测得电动机的转速。若以a、b相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。旋转编码器将此脉冲输出给pg卡，pg卡再将此反馈信号送给变频器，以便进行运算调节。3 电梯的工作过程电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。plc接收来自操作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号 ，经程序判断与运算后实现电梯的集选控制，plc在输出显示和监控信号的同时向变频器发出运行方向、启动、加速、减速、运行和制动停梯信号。曳引电动机正转(或反转)控制及高速控制信号有效时，电动机开始从0hz到50hz开始起动，起动时间在3s左右，然后维持50hz的速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当换速信号到来后，plc撤消高速信号，同时输出爬行信号，此时爬行的输出频率为6hz。从50hz到6hz的减速过程在3s之内完成，当达到6hz速度时电梯停止减速，并以此速度爬行。当平层信号到来后，plc撤消爬行信号，同时发出停梯信号，此时电动机从6hz减速到0hz，电梯停梯。正常情况下，在整个起动、运行、减速爬行段内，变频器的零速输出点一直是闭合的，减至0hz之后，零速输出点断开，通过plc抱闸及自动开门，电梯运行曲线如图2所示。图2中运行曲线可通过变频器进行设置，也可通过配置运行曲线输入板。本系统采用变频器进行参数设置:令c1-01=3s,设置加速起动时间为3s;令c1-02=3s,设置减速时间为3s;令d1-02=50hz,设置快车运行速度;d1-03=6hz，设置爬行速度。4 电梯运行中位置信号的检测作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求。在不增加硬件电路的基础上，利用现有的旋转编码器在构成速度闭环的同时，也可构成位置闭环控制。脉冲编码器的输出一般为a和a、b和b两对差动信号，可用于位置和速度测量，a和a、b和b四个方波被引入pg卡，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲，将其引入plc高速计数端，进行位置控制。本系统采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号:电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。电梯运行中位移的计算如下:hsi式中s:脉冲当量 i:累计脉冲数 h:电梯位移s=d/p d:曳引轮直径 :pg卡的分频比 :减速器的减速比p:旋转编码器每转对应的脉冲数本系统中=1/32 d=580mm ned=1450r/min p=1024 =1/18 代入s=d/p 得s=1.00 mm/脉冲设楼层的高度为4m，则各楼层平层点的脉冲数为:1楼为0;2楼为4000;3楼为8000;4楼为12000。设换速点距楼层为1.6米，则各楼层换速点的脉冲数为:上升:1楼至2楼为2400，2楼至3楼为6400，3楼至4楼为10400;下降:4楼至3楼为9600，3楼至2楼为5600，2楼至1楼为1600。5 软件设计系统软件根据运行要求及保护要求共分为14个功能程序块:初始化、外呼、内选、自动开关电梯、平层、层楼计数及显示、超时基驶回基站、上行、下行、换速、开/关门、报警、相序更正、优先服务等。根据电梯运行的要求，作出其运行流程的工作循环如图3所示。电梯在有外呼信号或内选信号时，处于服务状态，当在一定的时间内没有服务信号时，电梯自动驶回基站，下面着重介绍程序初始化、换速、楼层计数及平层的程序设计及工作过程。(1) 程序初始化:将各楼层平层点对应的脉冲数及换速点对应的脉冲数写入数据寄存器(停电保持)。数据寄存器分配如下:平层点:0d200 4000d201 8000d202 12000d203换速点:2400d204 6400d205 10400 d2069600d207 5600d210 1600 d211(2) 换速用plc的高速计数器对pg卡的输出脉冲进行计数，当高速计数器的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，且目的层有有效的选层信号或呼梯信号，则发出换速信号，电梯转入爬行阶段。程序流程如图4所示。(3) 楼层计数当轿厢到达各楼层计数点时，楼层数加1或减1。为防止计数脉冲高电平期间反复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数。程序流程如图5所示。 (4) 平层当高速计数器的计数值与平层点的计数脉冲相等时发出平层信号，电梯平层。平层程序流程如图6所示。6 结束语 利用plc控制交流变频调速电梯具有接线简单、编程直观、扩展容易、可靠性高等特点，且电梯运行平稳，舒适感好。可用于老式电梯的技术改造。参考资料1 韩安荣编. 通用变频器及其应用(第二版)m. 北京:机械工业出版社，2000.2 石健如，邓旋，林志强，禹华军. plc在电梯位移控制中的应用j. 电气传动，2001(1).3 赵凤金编. 工厂电气自动控制m. 武汉:武汉工业大学出版社，1997.4 钟肇新，彭侃编译. 可编程控制器原理及应用(第二版)m. 广州:华南理工大学出版社， 1995.作者简介 罗雪莲(1967-) 女 副教授 主要从事可编程控制器变频调速系统、单片机控制系统等方面的数学研究与开发。