S7200+PLC及变频器在电梯控制系统中的应用.pdf

变频i 调速E 狮队迫札再拨爷J 应用2 0 1 0,3 7(1 1)西门子S 7 2 0 0P L C 及变频器在电梯控制系统中的应用罗锋华，房驰(江西现代职业技术学院，江西南昌3 3 0 0 9 5)摘要：随着人们对牛活水平要求的提高，电梯得到r 快速发展，电梯的电气控制进入了一个新的发展时期，其逻辑控制也由可编程逻辑控制器(P L C)代替原来的继电器控制。采用P L C、变频器对电梯进行控制，阐述r 其在电梯自动控制中的应用。关键词：电梯；可编程逻辑控制器；自动控制中图分类号：T M9 2 1 5 1文献标志码：A 文章编号：1 6 7 3-6 5 4 0(2 0 1 0)l l-0 0 4 2-0 4A p p l i c a t i o no fS i e m e n sS 7-2 0 0P r o g r a m m a b l eL o g i cC o n t r o l l e ra n dI n v e r t e ri nE l e v a t o rC o n t r o lS y s t e mL U OF e n g h u a。F A N GC h i(J i a n g x iM o d e mP o l y t e c h n i cC o l l e g e，N a n c h a n g3 3 0 0 9 5，C h i n a)A b s t r a c t：W i t ht h er i s et h a tp e o p l ed e m a n d st ot h el i v i n gs t a n d a r d，t h a tt h ee l e c t r i ce l e v a t o rh a sg o ts p e e d yd e-v e l o p m e n t，h a sm a d et h ee l e c t r i ce l e v a t o re l e c t r i cc o n t r o le n t e ran e wd e v e l o p m e n tp e r i o d，i t Sl o g i cr e p l a c et h eo r i g-i n a lr e l a yu n d e rt h ec o n t r o lo fa l s of r o mP L Cu n d e rt h ec o n t r o lo f，t h ea r t i c l ea d o p tP L C，t h ef r e q u e n c yt r a n s f o r m e rc a r r i e so u ta p p l i c a t i o ni nd e p e n d i n go ne l e c t r i ce l e v a t o ra u t o c o n t r o lh a v i n gc o n t r o l l e d，s e t t i n gf o r t hw h o s eo nt h ee l e c-t r i ce l e v a t o r K e yw o r d s：e l e v a t o r；p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r(P L C)；a u t o m a t i cc o n t r o l0引言流、速度、位移三环控制。随着我国科技水平的不断提高，可编程控制技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关。目前的电梯控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；二是控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。可编程逻辑控制器(P r o g r a m m a b l elo g i cC o n t r o l l e r，P L C)是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。P L C 可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用P L C 控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电一4 2 1 硬件设备选择该系统采用西门子公司S 7 2 0 0 系列C P U 2 2 1 型P L C，此系统采用一台M M 4 4 07 5k W4 0 0V 变频器，电机为7 5k W4 0 0V 三相带制动器电机。西门子新型一代M M 4 4 0 变频器町以控制电机从静止到平滑起动期问提供2 0 0 3s 的过载能力。M M 4 4 0 的矢量控制和町编程的S 曲线功能，使轿厢在任何情况下都能平稳运行且保证乘客的舒适感，特别在轿厢突然停止或起动时。M M 4 4 0变频器内置丁制动单元，用户只需选择制动电阻即可实现再生发电制动，因此可节约系统成本。2硬件电路2 1 硬件结构系统硬件组成框图如图l 所示。万方数据喀札再粒帚J 应闭2 0 1 0 3 7(1 1)变频；调速E Al 空些堡r性=剖尘曼制动单元回J (编程臼)J l 晒q DM M 4 4 0帛H 串行电梯专肌c鸯变频器车司P G B 2：C A N 行网网些，nn。I|。B U S 通尉F _=。图1 系统组成框图2 2 系统说明P L C 接受来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。P L C 在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、起动、加减速运行和制动电梯等信号。一台变频M M 4 4 0 外接制动电阻用于提高电机的制动性能。采用两个固定频率，5 0H z 对应1m s 速度，6H z 的速度用于减速停车。斜坡积分时间设定为3s，其中含有0 7s 的平滑积分时间。控制是由数字量输入完成，2 个输人D i n l，D i n 2 用于选择运行方向；D i n 3，D i n 4 用于选择两段运行速度；D i n 5 用于D C 直流注入制动控制。一个继电器输出用于控制电机的制动器，其余的用于提升机的故障报警。电机制动器打开后，电梯沿着井道方向加速到5 0H z。在井道中用一些接近开关与P L C 相连，它们提供平层信号和减速停车。当电梯达到第一个接近开关时，电机开始减速且以低速6H z爬行，当电梯达到第二个接近开关时，电机停车且电机制动器动作。该系统采用S 7 2 0 0P L C 系统来处理接近开关信号、按钮信号以及电梯的控制开关和楼层显示等。2 3 电流、速度双闭环电路变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过与电机同轴联结的旋转编码器，产生a、b 两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。3位移和运行曲线控制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，理想的运行曲线如图2 所示。H 口)图2 理想电梯运行曲线3 1 位移控制采用变频调速双环控制可基本满足要求，但和国外高性能电梯相比还需进一步改进。该设计正是基于这一想法，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的P G 卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入P L C 的高速计数输入端口0 0 0 0，通过累计脉冲数，经式(1)计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移：h=S I式中：，二一累计脉冲数；I s 脉冲当量。S=l p D(p r)(1)该系统采用的减速机，其减速比Z=1 2 0，拽引轮直径D=5 8 0m m，电机额定转速r t。=一4 3 万方数据变频与调速E 眦A迫札再才空帚J 应用5 0 l o,3 7(1 1)14 5 0r m i n，旋转编码器每转对应脉冲数P=10 2 4。P G 卡分频比r=1 1 8，代人式(1)得：S=1 6m m 脉冲3 2 速度控制该方法是利用P L C 扩展功能模块D A 模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存人P L C寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D A，由D A 转换成模拟量后将理想曲线输出。3 2 1 加速给定曲线的产生8 位D A 输出0 5V 0 1 0V，对应数字值为1 6 进制数0 0 一F F，共2 5 5 级。东洋电梯加速实践在2 5 3s 之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过1 0m s。由于电梯逻辑控制部分程序最大，而P L C 运行采用周期扫描机制，因此采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在P L C 运行过程中，其C P U 与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通信处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，C P U 对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短C P U 的周期扫描时间是一个很复杂的问题，一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过1 0m s，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到1 0m s 以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过1 0m s。为满足系统的实时性要求，本文在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，有效克服了P L C 扫描机制的限制。本文采用的P L C 有三种中断功能：(1)外部中断；(2)高速计数内部中断；(3)定周期中断。前两种中断各有8 个中断点，后一种有4 个中断点。在程序中采用后面两种中断方式。起动过程4 4 采用定周期中断，制动过程采用高速计数内部中断。中断服务程序放在主程序后，运行状态检测、运行保护、内选外呼等逻辑控制均在主程序中实现。运行条件的判断、运行模式的选择、查表等与运行曲线产生有关的程序放在中断服务程序中。起动加速运行由定周期中断服务程序完成。该中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断。因此，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。3 2 2 减速制动曲线的产生为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。在P L C 的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。4程序设计利用变频器P G 卡输出端将脉冲信号引入P L C 的高速计数输入端，构成位置反馈。高速计数器累加的脉冲数反映电梯的位置，高速计数器的值不断与各信号点对应的脉冲数进行比较，由此判断电梯的运行距离、换速点、平层点和制动停车点等信号。理论上该控制方式其平层误差可在一个脉冲当量范围，在考虑减速机齿轮合间隙等机械因素情况下，电梯的平层精度可达4-5m m内，大大低于国标标准，满足电梯起制动平滑、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，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置、快速换速点、中速换速点、门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置，大大减少井道检万方数据迫扎再粒别应闭2 0 1 0,3 7(1 1)变频与调速E 眦A测元件和信号连接，降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数、快速换速、中速换速、门区和平层信号5 个子程序及变频器参数设置进行介绍。程序控制流程图如图3 所示。而而系统初始化，自检皇堡竺壁 墨匝N蛹制结隶I 墨岁kyN甲臣蛰雾陌丽翮I广I刽訇匝芦I箩 龟多灶Y t口蓟隔翮tlI电梯关门Il图3 程序流程控制图4 1 楼层计数该设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼层高度脉冲数，对应1 7 层电梯分别存入1 6 个内存单元D 0 1 一D 1 6。楼层计数器C N T l 0 为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加1 或减计数。运行中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出楼层计数信号，上行加l，下行减1，为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。4 2 快速换速当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速运行且本层有选层信号，发快速换速信号，若电梯中速运行或虽快速运行但本层无选层信号，则不发换速信号。中速换速与快速换速判断方法类似，不再重复。4 3f-1 区信号当高速计数器C N T 4 7 数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。平层信号与门区信号判断方法类似，不再重复。4 4 脉冲信号故障检测脉冲信号的准确采集和传输在该系统中显得尤为重要，为检测旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错漏脉冲检测电路，通过实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接入P L C 高速计数器C N T 4 7 的复位端0 0 0 1。5结语本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低了系统成本，又提高了系统的可靠性和安全性，实现电梯的全数字化控制。在实验室调试的基础上，采用上述方法，实地对两台1 7 层电梯进行改造，经有关部门检测和近一年的实际运行表明，系统运行可靠，乘坐舒适，故障率大为降低，平层精度在5m m 以内，取得了良好的运行效果。(下转第4 9 页)一4 5 一基万方数据迫札与粒制应用2 0 1 0,3 7(1 1)变频与凋速 I J l C A程序(仅供参考)，从而实现主站和变频器的过程控制和信息反馈。这样就可根据在变量表内监控返回的M W 4 4状态字的状态值；根据通过有关资料查询到“状表l 硬件组态界面的两行参数数据参数下标值参数值参数值控制字主设定值特性(状态字)(主实际值)值区D P 从站地址：3 1C P U 315 2 D PC P U 3 4 2 5变频器S F C l 5IF C I M 4 0 0 一M 4 3 0发送发送Q 2 6 4 0-0 2 6 7 0D P 数据S F C l 4F C 2缓冲区1 2“0 1 2 6 7 0M 4 4 4 一M 4 7 0 I 一接收接收图6V L T S 0 0 0 系列变频器通信数据区的结构态字M W 4 4 各位为1 的意义”，从而了解变频器各种运行的状态参数。本例中，变频器的运行停止是通过P L C 的A S I 网络2 号主站的输出A S 0 1端口进行控制，所以在向变频器发送过程数据区P C D 的控制字M W 4 0 的第1 0 位设置为l，这样就设置为“由P L C 进行控制”的模式，可根据通过有关资料查询到“控制字M W 4 0 各位为1 的意义”。3结语由P L C 与变频器的P r o f i b u s 通信组成，理解和掌握它们之间的通信协议、组态和编程的方法，对于检修技术人员能更好、更快地排除通信网络方面的故障及变频器的故障都能提供强有力的技术支持。【参考文献】2 3 4 廖常初，祖正容西门子工业通信网络组态编程与故障诊断 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 9 廖常初s 7 3 0 0 4 0 0P L C 应用技术 M 北京i 机械工业出版社，2 0 0 5 S i e m e n sA G S y s t e ms o f t w a r ef o r$7-3 0 0s y s t e ma n ds t a n d a r df u n c t i o n sr e f e r e n c em a n u a l C 2 0 0 1 D a n f o s sG r o u p V L T 5 0 0 0P r o f i b u sm a n u a l G 2 0 0 5 收稿日期：2 0 1 0 0 7 2 2哪乍e 噶e 乍C 气e 乍e 气e 础水水科神求钟常常水科饼常钟 C 乍c 飞e 气e 乍C 喁 足 啦 心唷也唷e 气C 乍c 气C 飞e 噶C 足 吧 C 噶C 气C，譬o(上接第4 5 页)2 3】【参考文献】朱善君可编程序控制系统原理、应用、维护 M 北京：清华大学出版社，】9 9 2 李景学，金广业可编程控制器应用系统设计方法 M 北京：电子工业出版社，1 9 9 5 王立权，王宗义，王淑钧，等可编程控制器原理与应用 M 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2 0 0 4 4 5 6 王卫兵可编程控制器原理及应用 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 2 陈金华可编程序控制器应用技术 M 北京：电子工业出版社，1 9 9 5 西门子(中国)有限公司西门子公司1$7 2 2 0 0 可编程控制器系统手册 G 2 0 0 2 收稿日期：2 0 1 0 0 9 3 04 9 万方数据西门子S7-200 PLC及变频器在电梯控制系统中的应用西门子S7-200 PLC及变频器在电梯控制系统中的应用作者：罗锋华，房驰，LUO Feng-hua，FANG Chi作者单位：江西现代职业技术学院,江西,南昌,330095刊名：电机与控制应用英文刊名：ELECTRIC MACHINES&CONTROL APPLICATION年，卷(期)：2010，37(11)被引用次数：0次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.朱善君.可编程序控制系统原理、应用、维护M.北京:清华大学出版社,1992.2.李景学,金广业.可编程控制器应用系统设计方法M.北京:电子工业出版社,1995.3.王立权,王宗义,王淑钧,等.可编程控制器原理与应用M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2004.4.王卫兵.可编程控制器原理及应用M.北京:机械工业出版社,2002.5.陈金华.可编程序控制器应用技术M.北京:电子工业出版社,1995.6.西门子(中国)有限公司.西门子公司1S72200可编程控制器系统手册G.2002.相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 何惠芳.HE Hui-fang PLC及变频器在电梯改造中的应用-电机与控制应用2009,36(9)采用可编程逻辑控制器(PLC)控制变频器对继电器控制方式的电梯进行改造,并应用到对十层十站电梯控制系统的改造中.改造后的电梯在运行性能、安全性能、乘坐舒适感、节能等方面均优于原电梯.2.学位论文 周静 基于PLC的电梯群控系统 2009 随着现代建筑技术的突飞猛进，高层和超高层建筑如雨后春笋。在这些高层、大规模建筑中为满足需要一般都安装了多部电梯。在这种情况下，有必要采用电梯群控系统对建筑物内的电梯群进行管理调度，协调各电梯的运行，提高电梯的服务质量和运行效率。因此，研究和制造智能化、高效的电梯群控系统，满足规模越来越庞大的现代建筑群的需要，具有极其重要的现实意义，备受工业界的关注。PLC（Programmable Logical Controller）全称可编程逻辑控制器，自诞生起就始终处于工业自动化领域的主战场，为各类工业设备提供非常可靠的控制手段。目前，PLC与DCS、工业PC并列成为现代工业自动化的三大支柱。基于上述背景，本文借鉴现有的电梯群控算法，通过实验验证和改进，使用三菱公司的PLC和CC-Link 网构建电梯群控系统，实现了电梯的合理调度。本文构建的电梯群控系统为三电梯群控组，采用Q系列PLC作为上位机进行群控调度；采用FX2n系列PLC负责单台电梯的运动控制；各PLC之间使用三菱公司的CC-Link网络进行通信；另外，使用触摸屏实时显示电梯的运行状况。整个系统具有硬件可靠性高、软件易于扩充、开发周期短、维护方便的特点，特别适合中小型电梯生产企业。3.期刊论文 高军礼.禤建林.邓则名.GAO 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