S7200+PLC及变频器在电梯控制系统中的应用.pdf
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1、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
2、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
3、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
4、 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
5、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
6、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
7、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
8、,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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、,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
14、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。
15、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
16、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
17、,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
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- S7200 PLC 变频器 电梯 控制系统 中的 应用
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