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PLC在電梯教學模型控制中的應(yīng)用
閱讀：3287發(fā)布時間：2017-10-27
1 引言
在電梯控制系統(tǒng)中，采用PLC構(gòu)成的系統(tǒng)具有故障率低，可靠性高，維修方便等優(yōu)點。在本實驗室中就是采用OMRON的PLC作為電梯教學模型的控制裝置。
電梯模型控制系統(tǒng)可分為邏輯控制部分和調(diào)速部分。邏輯部分選用高可靠性的PLC，利用軟件邏輯控制，具有硬件簡單、工作可靠等特點。調(diào)速部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要影響，該教學模型調(diào)速部分是通過高性能的變頻器控制電梯升降電機來實現(xiàn)的，變頻器的頻率輸出和正反轉(zhuǎn)則由PLC的輸出來控制。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個硬件系統(tǒng)由一個8層電梯教學模型、一個與之相配套的實驗操作箱、變頻器、以及用作控制裝置的PLC組成。系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。
我們所用的電梯模型為8層，它由轎箱、開關(guān)門機構(gòu)、升降電機、以及模型本身的控制系統(tǒng)組成。為了突出電梯運行控制這一重點，該電梯模型實驗裝置的樓層顯示，電梯轎箱內(nèi)樓層指示燈，均已由電梯模型實驗箱完成,而各樓層電梯操作面板上的按鈕指示燈則需由用戶控制，這就是為了適合1臺控制器同時控制多臺電梯模型運行的情況。升降電機以給定的速度和轉(zhuǎn)向運轉(zhuǎn)。
此模型共需有34點指令信號和20點以上的控制輸出信號，他們分別是:
(1) 每層樓上、下請求按鈕指令信號，共14點(除去1樓下請求和8樓上請求)。
(2) 每層樓的樓層限位開關(guān)指令信號，共8點
(3) 轎箱內(nèi)8層樓樓層按鈕指令信號，共8點。
(4) 開、關(guān)門按鈕指令信號，共2點。
(5) 上下請求指示燈信號，共14點(除去1樓下請求和8樓上請求)。
(6) 開、關(guān)門控制信號，共2點。
(7) 變頻器正、反轉(zhuǎn)信號，變頻器頻率選擇信號，共4點。
其中(1)～(4)為輸入信號，(5)～(7)是輸出信號。
PLC根據(jù)現(xiàn)場信號的狀態(tài)決定開門、關(guān)門，并決定發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)(變頻器)的速度選擇信號。在進行PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計時，首先是確定現(xiàn)場輸入、輸出信號的類型、作用和數(shù)量，再選擇PLC的型號，在這里我們選擇了日本OMRON公司C200Hα的PLC來對電梯教學模型進行控制。
3 電梯定向邏輯
電梯的定向是根據(jù)電梯的上行請求信號、下行請求信號、電梯轎箱內(nèi)請求信號、電梯當前所處位置等信號來確定電梯繼續(xù)運行的方向。電梯的定向是電梯控制中的重要邏輯。在以往電梯的定向邏輯中，一般都是將電梯各個層的上、下行請求信號、電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號、電梯當前樓層信號等綜合到一條或幾條語句中進行判斷。這樣一來，當樓層數(shù)目比較大時，每條語句的編程元件很多，不可避免的帶來程序復雜，容易出錯，調(diào)試麻煩，運行速度慢等問題。以下提出的用邏輯運算指令來進行電梯定向的方法可以比較好的解決該問題。
3.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式
電梯的方向只有上升、下降2個方向，但電梯也可能由于沒有任何的上升或者下降請求信號而處于停止狀態(tài)。在電梯的方向處理過程中，電梯只能在上升狀態(tài)和停止狀態(tài)或者下降狀態(tài)與停止之間轉(zhuǎn)換，例如當電梯由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)時必須先由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止狀態(tài)以后再由停止狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)。這樣的處理方式對電梯的運行是很有意義的，以往的電梯控制系統(tǒng)中，當電梯響應(yīng)完某個方向上的所有信號后，若所有剩余的信號都是反方向的，電梯立刻改變方向，此時，在原方向前方若出現(xiàn)新的呼叫信號，電梯將不會立刻應(yīng)答，只是記憶該呼叫信號，而去響應(yīng)換向后的方向上的呼叫信號，這樣既不符合電梯選層的優(yōu)先原則，又不能有效的節(jié)約能源。采用圖2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式，電梯在響應(yīng)完某個方向上的所有信號后并不是立刻反向，而是保持該狀態(tài)等待一段時間后進入停止狀態(tài)，然后再反向響應(yīng)相反方向的呼叫信號。對保持時間進行合理的選擇，*可以做到既不會使得電梯的換向過程顯得遲鈍，又能有效的響應(yīng)同方向的新呼叫信號。
從上面的分析可以看出，由于電梯的上升與下降狀態(tài)之間需要通過“停止狀態(tài)”該中間狀態(tài)來轉(zhuǎn)換，故在電梯的方向判斷邏輯中需要考慮以下幾種情況:
(1) 電梯處于上升狀態(tài)
在該狀態(tài)下，當前樓層的上面有上升請求，當前樓層的上面有下降請求或者電梯轎箱內(nèi)請求在當前樓層的上面，3個條件有1個和多個成立時，電梯繼續(xù)處于上升狀態(tài);當以上3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進入停止狀態(tài)。
(2) 電梯處于下降狀態(tài)
在當前樓層的下面有下降請求，當前樓層的下面有上升請求或者電梯轎箱內(nèi)的請求在當前樓層的下面時，電梯繼續(xù)處于下降狀態(tài);當以上3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進入停止狀態(tài)。
(3) 電梯處于停止狀態(tài)
在當前層之上有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當前層的上面則置電梯為上升狀態(tài);相反，若在當前層之下有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當前層的下面則置電梯為下降狀態(tài)。
3.2 電梯定向邏輯
電梯定向邏輯在程序處理上使用OMRON的C系列的PLC所具有的邏輯運算功能可以大大簡化程序的開發(fā)過程，并使程序的運行更加有效。將DM0000作為電梯上行的記憶信號。將它低8位中的一位用作表示該層有沒有上行請求信號產(chǎn)生且被接納。*位代表電梯1樓上行請求信號，第二位代表電梯2樓的上行請求信號，依此類推。程序開始時首先將DM0000的低8位全部置為“0”，然后判斷在每一層是否又有上行請求信號，如果有，就將該層對應(yīng)的位置為“1”，否則就置該層對應(yīng)的位為“0”。同理可以將電梯的下行信號記憶到DM0001的低8位中，將電梯當前的位置保存在DM0002的低8位中，將電梯的轎箱內(nèi)的請求信號保存在DM0003的低8位中。
電梯處于上升狀態(tài)時方向判斷相對簡單，只需將保存當前電梯位置DM0002與DM0000(記憶上行請求)、M0001(記憶下行請求)、DM0003(記憶轎箱內(nèi)樓層請求)作比較就可以簡單的判斷在當前樓層之上有無上行請求、下行請求或者轎箱內(nèi)樓層請求是否在當前層之上，從而決定電梯是否繼續(xù)上升。
當電梯處于下降狀態(tài)和停止狀態(tài)時的方向判斷則比較復雜一些，以下只以電梯處于下降狀態(tài)時為例來進行說明。為了判斷電梯在當前樓層以下是否有請求，在程序中用到了另外一個DM單元(DM0004)來保存電梯的當前位置，但該單元的存儲方式則與DM0002*不同。
電梯當前所處的樓層和DM0004的低8位數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如附表。DM0004與DM0000作“與”操作，則可以屏蔽當前樓層以上的所有上行請求，而保留當前樓層以下的所有上行請求。 若“與”后的結(jié)果不為零，則表示在當前樓層的下面仍然有上行請求存在，若“與”后的結(jié)果為零，則表示當前樓層以下已經(jīng)沒有上行請求存在了，程序如圖3所示。用相同的方法可以判斷在當前樓層的下面是否存在下行請求和轎箱內(nèi)的樓層請求信號。綜合以上3個判斷結(jié)果就可以判斷電梯是否繼續(xù)處于下降狀態(tài)。若電梯繼續(xù)下降的條件不成立，則電梯經(jīng)過一段定時后進入停止狀態(tài)。
附表 電梯當前所處樓層與DM0004低8位的對應(yīng)關(guān)系電梯處于停止狀態(tài)時的方向判斷的程序編制方法與電梯處于下降時有很大的相視之處，限于文章的篇幅就不在詳細敘述。
在電梯控制系統(tǒng)中，電梯速度的控制是一個重要而難以解決的問題。電梯的速度控制對乘坐者的舒適感影響很大，又影響電梯的定位。在該電梯教學模型的控制系統(tǒng)中選用日本Panasonic交流馬達變頻調(diào)速器V700T750B1來控制電梯的速度。當PLC完成定向后，向變頻器發(fā)出方向使能的速度信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值啟動電機，達到zui大速度后勻速運行。當電梯響應(yīng)呼叫，到達目的層的減速點時，PLC切斷高速度信號輸出，此時變頻器以設(shè)定的減速度將zui大速度減至爬行速度。在減速運行過程中，變頻器的調(diào)速器能夠自動計算出減速點到限位點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運行。
使用PLC、變頻器來控制電梯還有一種比較好的速度控制方法可以使用，就是利用PLC的D/A模塊來實現(xiàn)。事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，在電梯的運行過程中PLC通過查表找出對應(yīng)的速度值寫入D/A模塊，再由D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬量后控制變頻器的頻率輸出。
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