1 引言 　　隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，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)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。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 2．1 硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示 圖一 硬件電路 BU：制動(dòng)單元 R：能耗制動(dòng)電阻 M：主拖動(dòng)拽引電機(jī) PLC為西門子公司S7-200系列CPU221，PLC接受來自操縱盤和每層呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門系統(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)電梯等信號(hào)。 2．2 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)有電流檢測裝置，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過和電機(jī)同軸聯(lián)結(jié)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)。 3 位移和運(yùn)行曲線控制 電梯作為一種載人工具，在位勢負(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，理想的運(yùn)行曲線如圖二所示。 圖二 理想電梯運(yùn)行曲線 3．1 位移控制 采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求,但和國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,通過累計(jì)脈沖數(shù),經(jīng)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=l/20,拽引輪直徑D=580mm, 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne=1450r/min,旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對應(yīng)脈沖數(shù)p=1024,PG卡分頻比r=l/18,代入式（1）得 S=1.6mm/脈沖 3．2 速度控制 本方法是利用PLC擴(kuò)展功能模塊D/A模塊實(shí)現(xiàn)的,事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入PLC寄存器,程序運(yùn)行時(shí),通過查表方式寫入D/A,由D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后將理想曲線輸出。 3．2．1 加速給定曲線的產(chǎn)生 　　8位D/A輸出0～5V/0～10V,對應(yīng)數(shù)字值為16進(jìn)制數(shù)00～FF,共255級(jí)。東洋電梯加速實(shí)踐在2.5～3秒之間。按保守值計(jì)算,電梯加速過程中每次查表的時(shí)間間隔不宜超過10ms。 　　由于電梯邏輯控制部分程序最大,而PLC運(yùn)行采用周期掃描機(jī)制,因而采用通常的查表方法,每次查表的指令時(shí)間間隔過長,不能滿足給定曲線的精度要求。在PLC運(yùn)行過程中,其CPU與各設(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)行、信號(hào)采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行的，每個(gè)循環(huán)都要對所有功能進(jìn)行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個(gè)掃描周期，基本要完成六個(gè)步驟的工作，包括運(yùn)行監(jiān)視、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執(zhí)行用戶程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個(gè)周期內(nèi)，CPU對整個(gè)用戶程序只執(zhí)行一遍。這種機(jī)制有其方便的一面，但實(shí)時(shí)性差。過長的掃描時(shí)間，直接影響系統(tǒng)對信號(hào)響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短CPU的周期掃描時(shí)間是一個(gè)很復(fù)雜的問題。一般只能從用戶程序執(zhí)行時(shí)間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時(shí)間已超過10ms,盡管采取了一些減少程序掃描時(shí)間的辦法，但仍無法將掃描時(shí)間降到10ms以下。同時(shí)，制動(dòng)段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時(shí)間也不宜超過10ms。為滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，本文在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機(jī)制的限制。 　　本文采用的PLC有三種中斷功能：（1）外部中斷；（2）高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷（3）定周期中斷。前兩種中斷各有8個(gè)中斷點(diǎn)，后一種有4個(gè)中斷點(diǎn)。在程序中采用了后面兩種中斷方式.起動(dòng)過程采用定周期中斷,制動(dòng)過程采用高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷。中斷服務(wù)程序放在主程序后,運(yùn)行狀態(tài)檢測\運(yùn)行保護(hù)\內(nèi)選外呼等邏輯控制均在主程序中實(shí)現(xiàn)。而運(yùn)行條件的判斷\運(yùn)行模式的選擇\查表等與運(yùn)行曲線產(chǎn)生有關(guān)的程序放在中斷服務(wù)程序中。 起動(dòng)加速運(yùn)行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由程序進(jìn)行開關(guān),一旦設(shè)定,就一直按設(shè)定時(shí)間間隔循環(huán)中斷,所以,起動(dòng)運(yùn)行條件需放在中斷服務(wù)程序中,在不滿足運(yùn)行條件時(shí),中斷即返回。 3．2．2 減速制動(dòng)曲線的產(chǎn)生 　　為保證制動(dòng)過程的完成,需在主程序中進(jìn)行制動(dòng)條件判斷和減速點(diǎn)確定。在減速點(diǎn)確定之前,電梯一直處于加速或穩(wěn)速運(yùn)行過程中。加速過程由固定周期中斷完成,加速到對應(yīng)模式的最大值之后,加速程序運(yùn)行條件不再滿足,每次中斷后,不再執(zhí)行加速程序,直接從中斷返回。電梯以對應(yīng)模式的最大值運(yùn)行,在該模式減速點(diǎn)到后,產(chǎn)生高速計(jì)數(shù)中斷,執(zhí)行減速服務(wù)程序。在該中斷服務(wù)程序中修改計(jì)數(shù)器設(shè)定值的條件,保證下次中斷執(zhí)行。 　　在PLC的內(nèi)部寄存器中,減速曲線表的數(shù)值由大到小排列,每次中斷都執(zhí)行一次表指針加1操作,則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區(qū)和平層區(qū)的判斷均由外部信號(hào)給出,以保證減速過程的可靠性。 4 程序設(shè)計(jì) 　　利用變頻器PG卡輸出端將脈沖信號(hào)引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端,構(gòu)成位置反饋.高速計(jì)數(shù)器累加的脈沖數(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),平層點(diǎn)和制動(dòng)停車點(diǎn)等信號(hào)。理論上這種控制方式其平層誤差可在個(gè)脈沖當(dāng)量范圍.在考慮減速機(jī)齒輪合間隙等機(jī)械因素情況下,電梯的平層精度可達(dá)內(nèi),大大低于國標(biāo)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)行過程中,通過位置信號(hào)檢測,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),門區(qū)信號(hào)和平層位置信號(hào)等.由此省去原來每層在井道中設(shè)置的上述信號(hào)檢測裝置,大大減少井道檢測元件和信號(hào)連接,降低成本。下面針對在實(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,門區(qū)和平層信號(hào)5個(gè)子程序進(jìn)行介紹。 4．1 樓層計(jì)數(shù) 　　本設(shè)計(jì)采用相對計(jì)數(shù)方式.運(yùn)行前通過自學(xué)習(xí)方式,測出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù),對應(yīng)17層電梯分別存入16個(gè)內(nèi)存單元D01-D16。 樓層計(jì)數(shù)器CNT10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或減計(jì)數(shù)。 　　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。 4．2 快速換速 　　當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對應(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)行但本層無選層信號(hào),則不發(fā)換速信號(hào)。中速換速與快速換速判斷方法類似,不再重復(fù)。 4．3 門區(qū)信號(hào) 　　當(dāng)高速計(jì)數(shù)器CNT47數(shù)值在門區(qū)所對應(yīng)脈沖數(shù)范圍內(nèi)時(shí),發(fā)門區(qū)信號(hào).平層信號(hào)與區(qū)信號(hào)判斷方法類似,不再重復(fù)。 4．4 脈沖信號(hào)故障檢測 　　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,為檢測旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖傳輸電路故障,設(shè)計(jì)了有無脈沖信號(hào)和錯(cuò)漏脈沖檢測電路,通過實(shí)時(shí)檢測確保系統(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)位開關(guān),接入PLC高速計(jì)數(shù)器CNT47的復(fù)位端0001。 5 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)地對兩臺(tái)17層電梯進(jìn)行改造,經(jīng)有關(guān)部分檢測和近一年的實(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。