本文采用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)電梯常規(guī)控制的基礎(chǔ)上,，利用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)構(gòu)成位置反饋,，實(shí)現(xiàn)電梯的精確位移控制。通過(guò)PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)樓層計(jì)數(shù),、換速信號(hào),、門(mén)區(qū)和平層信號(hào)的數(shù)字控制，取代井道位置檢測(cè)裝置,，提高了系統(tǒng)的可靠性和平層精度,。 

1 引言

    隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)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(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集,、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定,，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成,；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制,。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別,。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式,，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高,；而PLC可靠性高,，程序設(shè)計(jì)方便靈活。本設(shè)計(jì)在用PLC控制變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電流,、速度雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上,，在不增加硬件設(shè)備的條件下，實(shí)現(xiàn)電流,、速度,、位移三環(huán)控制。

2 硬件電路

    系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示,，其各部分功能說(shuō)明如下,。

    Q1——三相電源斷路圖 
    K1——電源控制接觸器 
    K2——負(fù)載電機(jī)通斷控制接觸器

    VS——變頻器 
    BU——制動(dòng)單元 
    RB——能耗制動(dòng)電阻 
    M——主拖動(dòng)曳引電機(jī)

    2.1 主電路

    主電路由三相交流輸入、變頻驅(qū)動(dòng),、曳引機(jī)和制動(dòng)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(shì)負(fù)載作用下,，制動(dòng)時(shí)回饋的能量不能饋送回電網(wǎng),，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動(dòng)方式,。

    2.2 PLC控制電路

    選用OMRON公司C系列60P型PLC,。PLC接收來(lái)自操縱盤(pán)和每層呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門(mén)系統(tǒng)的功能信號(hào)以及井道和變頻器的狀態(tài)信號(hào),，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制,。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向,、啟動(dòng),、加/減速運(yùn)行和制動(dòng)停梯等信號(hào),。

    2.3 電流、速度雙閉環(huán)電路

    采用YASAKWA公司的VS-616G5 CIMRG5A 4022變頻器,。變頻器本身設(shè)有電流檢測(cè)裝置,，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過(guò)和電機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)編碼器,，產(chǎn)生a,、b兩相脈沖進(jìn)入變頻器，在確認(rèn)方向的同時(shí),，利用脈沖計(jì)數(shù)構(gòu)成速度閉環(huán),。

    2.4 位移控制電路

    電梯作為一種載人工具，在位勢(shì)負(fù)載狀態(tài)下,，除要求安全可靠外,，還要求運(yùn)行平穩(wěn)，乘坐舒適,，?？繙?zhǔn)確。采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求,，但和國(guó)外高性能電梯相比還需進(jìn)一步改進(jìn),。本設(shè)計(jì)正是基于這一想法，利用現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成速度環(huán)的同時(shí),，通過(guò)變頻器的PG卡輸出與電機(jī)速度及電梯位移成比例的脈沖數(shù),，將其引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端口0000，通過(guò)累計(jì)脈沖數(shù),，經(jīng)世式（1）計(jì)算出脈沖當(dāng)量,，由此確定電梯位置。電梯位移

    h=SI
    式中 I——累計(jì)脈沖數(shù)
    S——脈沖當(dāng)量
    S = lpD / （pr） （1）

    本系統(tǒng)采用的減速機(jī),，其減速比l = 1/32,，曳引輪直徑D = 580mm，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ned = 1450r/min,，旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)p = 1024,，PG卡分頻比r = 1/18，代入式（1）得 
    S = 1.0mm / 脈沖

3 程序設(shè)計(jì)

    利用變頻器PG卡輸出端（TA2.1）將脈沖信號(hào)引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端0000,，構(gòu)成位置反饋,。高速計(jì)數(shù)器（CNT47）累加的脈沖數(shù)反映電梯的位置,。高速計(jì)數(shù)器的值不斷地與各信號(hào)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較,，由此判斷電梯的運(yùn)行距離、換速點(diǎn),、平層電和制動(dòng)停車(chē)點(diǎn)等信號(hào),。理論上這種控制方式其平層誤差可在±1個(gè)脈沖當(dāng)量范圍,。在考慮減速機(jī)齒輪嚙合間隙等機(jī)械因素情況下，電梯的平層精度可達(dá)±5mm內(nèi),，大大低于國(guó)標(biāo)±15mm的標(biāo)準(zhǔn),，滿足電梯起制動(dòng)平滑，運(yùn)行平穩(wěn),，平層準(zhǔn)確的要求,。電梯在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)位置信號(hào)檢測(cè),，軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下位置信號(hào)：電梯所在樓層位置,、快速換速點(diǎn)、中速換速點(diǎn),、門(mén)區(qū)信號(hào)和平層位置信號(hào)等,。由此省去原來(lái)每層在井道中設(shè)置的上述信號(hào)檢測(cè)裝置，大大減少井道檢測(cè)元件和信號(hào)連線,，降低成本,。下面針對(duì)在實(shí)現(xiàn)集選控制基礎(chǔ)上新增添的樓層計(jì)數(shù)、快速換速,、中速換速,、門(mén)區(qū)和平層信號(hào)5個(gè)子程序進(jìn)行介紹。

    3.1 樓層計(jì)數(shù)

    本設(shè)計(jì)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式,。運(yùn)行前通過(guò)自學(xué)習(xí)方式,，測(cè)出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對(duì)應(yīng)17層電梯分別存入16個(gè)內(nèi)存單元DM06 ～ DM21,。

    樓層計(jì)數(shù)器（CNT46）為一雙向計(jì)數(shù)器,，當(dāng)?shù)竭_(dá)各層的樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行方向進(jìn)行加1或減1計(jì)數(shù),。樓層計(jì)數(shù)程序流程圖如圖2 所示,。

    運(yùn)行中，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)值實(shí)時(shí)與樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較,，相等時(shí)發(fā)出樓層計(jì)數(shù)信號(hào),，上行加1，下行減1,。為防止計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間重復(fù)計(jì)數(shù),，采用樓層計(jì)數(shù)信號(hào)上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)器。

3.2 快速換速 

    當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)相等時(shí),，若電梯處于快速運(yùn)行且本層有選層信號(hào),，發(fā)快速換速信號(hào)。若電梯中速運(yùn)行或雖快速運(yùn)行但本層無(wú)選層信號(hào)，則不發(fā)換速信號(hào),。程序流程圖如圖3所示,。中速換速與快速換速判斷方法類(lèi)似，不再重復(fù),。

3.3 門(mén)區(qū)信號(hào)

    當(dāng)高速計(jì)數(shù)器CNT47數(shù)值在門(mén)區(qū)所對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)范圍內(nèi)時(shí),，發(fā)門(mén)區(qū)信號(hào)。程序流程圖如圖4所示,。平層信號(hào)與區(qū)信號(hào)判斷方法類(lèi)似,，不再重復(fù)。

3.4 脈沖信號(hào)故障檢測(cè)

    脈沖信號(hào)的準(zhǔn)確采集和傳輸在本系統(tǒng)中顯得尤為重要,，為檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖傳輸電路故障,，設(shè)計(jì)了有無(wú)脈沖信號(hào)和錯(cuò)漏脈沖檢測(cè)電路，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)確保系統(tǒng)正常運(yùn)行,。為消除脈沖計(jì)數(shù)累計(jì)誤差,，在基站設(shè)置復(fù)位開(kāi)關(guān)，接入PLC高速計(jì)數(shù)器CNT47的復(fù)位端0001,。

    3.5 快速換速工作原理

    限于篇幅,，本文僅對(duì)快速換速工作原理進(jìn)行介紹，梯形圖如圖5所示,。

    圖中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DM01為快速換速距離脈沖數(shù),，DM30為樓層間距脈沖數(shù)，DM31為快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù),，DM34為高速換速比較區(qū)間下限,，DM35為高速換速比較區(qū)間上限，HR01為快速換速點(diǎn)開(kāi)始信號(hào),，1507為快速運(yùn)行信號(hào),，1700為選層信號(hào)，0010為零速信號(hào),，0503為快速換速輸出信號(hào),。

    以上行為例，DM31快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)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(yùn)行時(shí)高速計(jì)數(shù)器不斷累加脈沖數(shù)，每個(gè)掃描周期計(jì)數(shù)器的值與DM34～ DM35區(qū)段進(jìn)行比較,。當(dāng)其值進(jìn)入DM34與DM35區(qū)段時(shí),，HR01 置位，表示進(jìn)入快速換速區(qū)間,；若此時(shí)有選層信號(hào)且電梯為快速運(yùn)行,，則發(fā)快速換速信號(hào)（0503置ON）,。

4 結(jié)論

    本文所述系統(tǒng)基于電氣集選控制原則，采用脈沖計(jì)數(shù)方法,，用脈沖編碼器取代井道中原有的位置檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)位移控制,，用軟件代替部分硬件功能,，既降低系統(tǒng)成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性,，實(shí)現(xiàn)電梯的全數(shù)字化控制,。

    在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試的基礎(chǔ)上，采用上述方法,，實(shí)地對(duì)兩臺(tái)17層電梯進(jìn)行改造,，經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢測(cè)和近一年的實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠,，乘坐舒適,，故障率大為降低，平層精度在±5mm以內(nèi),，取得了良好的運(yùn)行效果,。