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PLC在電梯教學(xué)模型控制中的應(yīng)用
閱讀：2981發(fā)布時(shí)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(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)室中就是采用OMRON的PLC作為電梯教學(xué)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(jiǎn)單、工作可靠等特點(diǎn)。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要影響，該教學(xué)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(jī)來實(shí)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(gè)硬件系統(tǒng)由一個(gè)8層電梯教學(xué)模型、一個(gè)與之相配套的實(shí)驗(yàn)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(jī)構(gòu)、升降電機(jī)、以及模型本身的控制系統(tǒng)組成。為了突出電梯運(yùn)行控制這一重點(diǎn)，該電梯模型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(tái)控制器同時(shí)控制多臺(tái)電梯模型運(yùn)行的情況。升降電機(jī)以給定的速度和轉(zhuǎn)向運(yùn)轉(zhuǎn)。
此模型共需有34點(diǎn)指令信號(hào)和20點(diǎn)以上的控制輸出信號(hào)，他們分別是:
(1) 每層樓上、下請(qǐng)求按鈕指令信號(hào)，共14點(diǎn)(除去1樓下請(qǐng)求和8樓上請(qǐng)求)。
(2) 每層樓的樓層限位開關(guān)指令信號(hào)，共8點(diǎn)
(3) 轎箱內(nèi)8層樓樓層按鈕指令信號(hào)，共8點(diǎn)。
(4) 開、關(guān)門按鈕指令信號(hào)，共2點(diǎn)。
(5) 上下請(qǐng)求指示燈信號(hào)，共14點(diǎn)(除去1樓下請(qǐng)求和8樓上請(qǐng)求)。
(6) 開、關(guān)門控制信號(hào)，共2點(diǎn)。
(7) 變頻器正、反轉(zhuǎn)信號(hào)，變頻器頻率選擇信號(hào)，共4點(diǎn)。
其中(1)～(4)為輸入信號(hào)，(5)～(7)是輸出信號(hào)。
PLC根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(hào)。在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，首先是確定現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出信號(hào)的類型、作用和數(shù)量，再選擇PLC的型號(hào)，在這里我們選擇了日本OMRON公司C200Hα的PLC來對(duì)電梯教學(xué)模型進(jìn)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(qǐng)求信號(hào)、下行請(qǐng)求信號(hào)、電梯轎箱內(nèi)請(qǐng)求信號(hào)、電梯當(dāng)前所處位置等信號(hào)來確定電梯繼續(xù)運(yùn)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(gè)層的上、下行請(qǐng)求信號(hào)、電梯轎箱內(nèi)樓層請(qǐng)求信號(hào)、電梯當(dāng)前樓層信號(hào)等綜合到一條或幾條語句中進(jìn)行判斷。這樣一來，當(dāng)樓層數(shù)目比較大時(shí)，每條語句的編程元件很多，不可避免的帶來程序復(fù)雜，容易出錯(cuò)，調(diào)試麻煩，運(yùn)行速度慢等問題。以下提出的用邏輯運(yùn)算指令來進(jìn)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(gè)方向，但電梯也可能由于沒有任何的上升或者下降請(qǐng)求信號(hào)而處于停止?fàn)顟B(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?fàn)顟B(tài)或者下降狀態(tài)與停止之間轉(zhuǎn)換，例如當(dāng)電梯由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)時(shí)必須先由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止?fàn)顟B(tài)以后再由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)。這樣的處理方式對(duì)電梯的運(yùn)行是很有意義的，以往的電梯控制系統(tǒng)中，當(dāng)電梯響應(yīng)完某個(gè)方向上的所有信號(hào)后，若所有剩余的信號(hào)都是反方向的，電梯立刻改變方向，此時(shí)，在原方向前方若出現(xiàn)新的呼叫信號(hào)，電梯將不會(huì)立刻應(yīng)答，只是記憶該呼叫信號(hào)，而去響應(yīng)換向后的方向上的呼叫信號(hào)，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(gè)方向上的所有信號(hào)后并不是立刻反向，而是保持該狀態(tài)等待一段時(shí)間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，然后再反向響應(yīng)相反方向的呼叫信號(hào)。對(duì)保持時(shí)間進(jìn)行合理的選擇，*可以做到既不會(huì)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(hào)。
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?fàn)顟B(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(dāng)前樓層的上面有上升請(qǐng)求，當(dāng)前樓層的上面有下降請(qǐng)求或者電梯轎箱內(nèi)請(qǐng)求在當(dāng)前樓層的上面，3個(gè)條件有1個(gè)和多個(gè)成立時(shí)，電梯繼續(xù)處于上升狀態(tài);當(dāng)以上3種條件都不滿足時(shí)，電梯經(jīng)過一段定時(shí)時(shí)間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。
(2) 電梯處于下降狀態(tài)
在當(dāng)前樓層的下面有下降請(qǐng)求，當(dāng)前樓層的下面有上升請(qǐng)求或者電梯轎箱內(nèi)的請(qǐng)求在當(dāng)前樓層的下面時(shí)，電梯繼續(xù)處于下降狀態(tài);當(dāng)以上3種條件都不滿足時(shí)，電梯經(jīng)過一段定時(shí)時(shí)間后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。
(3) 電梯處于停止?fàn)顟B(tài)
在當(dāng)前層之上有下降、上升的請(qǐng)求信號(hào)或者電梯轎箱內(nèi)樓層請(qǐng)求信號(hào)在當(dāng)前層的上面則置電梯為上升狀態(tài);相反，若在當(dāng)前層之下有下降、上升的請(qǐng)求信號(hào)或者電梯轎箱內(nèi)樓層請(qǐng)求信號(hào)在當(dāng)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(yùn)算功能可以大大簡(jiǎn)化程序的開發(fā)過程，并使程序的運(yùn)行更加有效。將DM0000作為電梯上行的記憶信號(hào)。將它低8位中的一位用作表示該層有沒有上行請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生且被接納。*位代表電梯1樓上行請(qǐng)求信號(hào)，第二位代表電梯2樓的上行請(qǐng)求信號(hào)，依此類推。程序開始時(shí)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(qǐng)求信號(hào)，如果有，就將該層對(duì)應(yīng)的位置為“1”，否則就置該層對(duì)應(yīng)的位為“0”。同理可以將電梯的下行信號(hào)記憶到DM0001的低8位中，將電梯當(dāng)前的位置保存在DM0002的低8位中，將電梯的轎箱內(nèi)的請(qǐng)求信號(hào)保存在DM0003的低8位中。
電梯處于上升狀態(tài)時(shí)方向判斷相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將保存當(dāng)前電梯位置DM0002與DM0000(記憶上行請(qǐng)求)、M0001(記憶下行請(qǐng)求)、DM0003(記憶轎箱內(nèi)樓層請(qǐng)求)作比較就可以簡(jiǎn)單的判斷在當(dāng)前樓層之上有無上行請(qǐng)求、下行請(qǐng)求或者轎箱內(nèi)樓層請(qǐng)求是否在當(dāng)前層之上，從而決定電梯是否繼續(xù)上升。
當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)時(shí)的方向判斷則比較復(fù)雜一些，以下只以電梯處于下降狀態(tài)時(shí)為例來進(jìn)行說明。為了判斷電梯在當(dāng)前樓層以下是否有請(qǐng)求，在程序中用到了另外一個(gè)DM單元(DM0004)來保存電梯的當(dāng)前位置，但該單元的存儲(chǔ)方式則與DM0002*不同。
電梯當(dāng)前所處的樓層和DM0004的低8位數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如附表。DM0004與DM0000作“與”操作，則可以屏蔽當(dāng)前樓層以上的所有上行請(qǐng)求，而保留當(dāng)前樓層以下的所有上行請(qǐng)求。 若“與”后的結(jié)果不為零，則表示在當(dāng)前樓層的下面仍然有上行請(qǐng)求存在，若“與”后的結(jié)果為零，則表示當(dāng)前樓層以下已經(jīng)沒有上行請(qǐng)求存在了，程序如圖3所示。用相同的方法可以判斷在當(dāng)前樓層的下面是否存在下行請(qǐng)求和轎箱內(nèi)的樓層請(qǐng)求信號(hào)。綜合以上3個(gè)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(shí)后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。
附表 電梯當(dāng)前所處樓層與DM0004低8位的對(duì)應(yīng)關(guān)系電梯處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)的方向判斷的程序編制方法與電梯處于下降時(shí)有很大的相視之處，限于文章的篇幅就不在詳細(xì)敘述。
在電梯控制系統(tǒng)中，電梯速度的控制是一個(gè)重要而難以解決的問題。電梯的速度控制對(duì)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(xué)模型的控制系統(tǒng)中選用日本Panasonic交流馬達(dá)變頻調(diào)速器V700T750B1來控制電梯的速度。當(dāng)PLC完成定向后，向變頻器發(fā)出方向使能的速度信號(hào)，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值啟動(dòng)電機(jī)，達(dá)到zui大速度后勻速運(yùn)行。當(dāng)電梯響應(yīng)呼叫，到達(dá)目的層的減速點(diǎn)時(shí)，PLC切斷高速度信號(hào)輸出，此時(shí)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(yùn)行過程中，變頻器的調(diào)速器能夠自動(dòng)計(jì)算出減速點(diǎn)到限位點(diǎn)之間的距離，并計(jì)算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運(yùn)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(shí)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(yùn)行過程中PLC通過查表找出對(duì)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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