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基于PLC的變頻器液位設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，采用ABB公司變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)�；�于S7 200 PLC的編程軟件,采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護(hù)。利用對(duì)PLC軟件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止。 

關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 變頻調(diào)速 

             隨著電力電子技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使得交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。另外，由于PLC的功能強(qiáng)大、輕易使用、高可靠性，經(jīng)常被用來作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。本設(shè)計(jì)就是利用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)水池水位的控制。

         　　變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。它與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有很多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)電、輕易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。輕易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。完善的保護(hù)功能:變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障種別（如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等），并立即封閉輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。

         　　 PLC特點(diǎn)：第一，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，均勻故障時(shí)間為幾十萬小時(shí)。而且PLC采用了很多硬件和軟件抗干擾措施。第二，編程簡(jiǎn)單、使用方便目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很輕易被操縱職員接受。一些PLC還根據(jù)具體題目設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。第三，設(shè)計(jì)安裝輕易，維護(hù)工作量少。第四，適用于惡劣的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場(chǎng)合。第五，與外部設(shè)備連接方便，采用同一接線方式的可拆裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。第六，功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。

         　　在應(yīng)用PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下的基本原則，才能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定。

         　�。�1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；

　�。�2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單；

　　（3）系統(tǒng)工作要穩(wěn)定、可靠；

　�。�4）控制系統(tǒng)能方便的進(jìn)行功能擴(kuò)展、升級(jí)；

　　（5）人機(jī)界面友好。

         　　本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和制動(dòng)的特性，采用ABB公司的ABB ACS800變頻器，系統(tǒng)中由S7-200系列PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。基于S7-200 PLC的編程軟件,采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，大量采用代碼重用，減少軟件的開發(fā)和維護(hù)。系統(tǒng)利用對(duì)PLC軟件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止。

         　　1 本設(shè)計(jì)的控制要求：

         　　 1）系統(tǒng)要求用戶能夠的直觀了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)及水位的變化；

　　 2）要求用戶能夠遠(yuǎn)程控制變頻器的啟動(dòng)和停止；

　　 3）用戶可自行設(shè)置水位的高低，以控制變頻器的起停；

　　 4）變頻器及其他設(shè)備的故障信息能夠及時(shí)反映在遠(yuǎn)程PLC上；

　　 5）具有水位過高、過低報(bào)警和提示用戶功能；

         　　2 本設(shè)計(jì)控制結(jié)構(gòu)：

         　　由于現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)電機(jī)作為被控對(duì)象，可以使用單臺(tái)PLC進(jìn)行單個(gè)對(duì)象的控制，只要適當(dāng)?shù)倪x用高性能的PLC,完全能夠勝任此功能。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

    PLC采集傳感器、監(jiān)控電機(jī)及變頻器等有關(guān)的各類對(duì)象的信息。本系統(tǒng)中，對(duì)電機(jī)采用一臺(tái)變頻器來進(jìn)行頻率的調(diào)節(jié)控制。采用PLC輸出的模擬量信號(hào)作為變頻器的控制端輸進(jìn)信號(hào)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，并且向PLC反饋?zhàn)陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)信號(hào)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能夠向PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)。由于變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率以改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，故在調(diào)速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速性能。

         　　3 設(shè)備的選型

         　�。�1）PLC及其擴(kuò)展模塊的選型：

         　　目前，存在著種類繁多的大、中、小型PLC，小到作為少量的繼電器裝置的替換品，大到作為分布式系統(tǒng)中的上位機(jī)，幾乎可以滿足各種產(chǎn)業(yè)控制的需要。另外，新的PLC產(chǎn)品還在不斷的涌現(xiàn)，那么，如何選擇一個(gè)合適PLC？

         　　本系統(tǒng)有一臺(tái)電機(jī)、一個(gè)液位傳感器、一個(gè)變頻器、五個(gè)繼電器，共有十八個(gè)I/O點(diǎn)，它們構(gòu)成被控對(duì)象。綜合分析各類PLC的特點(diǎn)，終極選西門子公司的S7系列PLC。

         　　由于CPU226集成24輸進(jìn)/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，完全能滿足控制要求。此PLC可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很輕易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸進(jìn)/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。

         　　根據(jù)上述分析，參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄，選用主機(jī)為CPU226 PLC一臺(tái)、另加上一臺(tái)模擬量擴(kuò)展模塊EM235。

         　�。�2）變頻器模塊的選型：

         　　目前，市場(chǎng)上存在各種各樣的變頻器，本設(shè)計(jì)采用ABB公司的ABB ACS800變頻器。ACS800系列傳動(dòng)產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)就是在全功率范圍內(nèi)同一使用了相同的控制技術(shù)，例如啟動(dòng)向?qū)�，自定義編程，DTC控制，通用備件，通用的接口技術(shù)，以及用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。內(nèi)含啟動(dòng)引導(dǎo)程序，令您調(diào)試易如反掌；自定義編程：內(nèi)置可編程模塊，如同PLC令您發(fā)揮自如；體積小巧：內(nèi)置濾波器，斬波器及電抗器、性能卓越。

         　　4 系統(tǒng)的控制流程：

         　�。�1）程序設(shè)計(jì)前預(yù)備工作：了解系統(tǒng)概況，形成整體概念，熟悉被控對(duì)象、編制出高質(zhì)量的程序，充分利用手頭的硬件和軟件工具。

         　�。�2）程序框圖設(shè)計(jì)：這步的主要工作是根據(jù)軟件設(shè)計(jì)規(guī)格書的總體要求和控制系統(tǒng)具體要求，確定應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)、按程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)繪制出程序結(jié)構(gòu)框圖，然后在根據(jù)工藝要求，繪制出各功能單元的具體功能框圖。

         　�。�3）編寫程序：編寫程序就是根據(jù)設(shè)計(jì)出的框圖逐條地編寫控制程序，這是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作的核心部分。

         　　（4）程序測(cè)試和調(diào)試：程序測(cè)試和調(diào)試不同，軟件測(cè)試的目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，軟件調(diào)試的任務(wù)是進(jìn)一步診斷和改正軟件中的錯(cuò)誤。

         　　（5）編寫程序說明書：程序說明書是對(duì)程序的綜合說明，是整個(gè)程序設(shè)計(jì)工作的總結(jié)。

         　　下面是系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖：

PLC水位控制流程圖

圖2 PLC水位控制流程圖

         　　5 程序結(jié)構(gòu)：

　　本程序分為三部分：主程序、各個(gè)子程序、和中斷程序。邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在主程序中。系統(tǒng)初始化的一些工作及液位顯示放在子程序中完成，用以節(jié)省時(shí)間。利用定時(shí)中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。在本系統(tǒng)中，只用比例積分控制，確定增益和時(shí)間常數(shù)為：增益Kc=0.25；采樣時(shí)間Ts=0.1S；積分時(shí)間Ti=30S；微分時(shí)間Td=0S。

　　

    6 PLC編程軟件

　　本設(shè)計(jì)使用的是軟件是STEP7-Micro/WIN,該軟件主要協(xié)助用戶開發(fā)應(yīng)用程序，除了具有創(chuàng)建程序的相關(guān)功能，還有一些文檔治理等工具性功能，還可直接通過軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。

         　　該軟件可以工作于聯(lián)機(jī)和離線兩種工作方式，所謂聯(lián)機(jī)是指直接與PLC連接，答應(yīng)兩者之間進(jìn)行通訊，如上裝或下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。離線則是指不直接與PLC聯(lián)系，所有程序及參數(shù)暫時(shí)存進(jìn)磁盤，聯(lián)機(jī)后再下載至PLC。

基于PLC的液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

在汽車、飛機(jī)和工程機(jī)械等設(shè)備上的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的管路受到不同工況的振動(dòng)沖擊。隨著人們對(duì)產(chǎn)品可靠性要求的提高，以及各種行業(yè)發(fā)展的需要，管路的抗沖擊和抗撓曲性能將越來越受到重視，因而管路的抗沖擊性能成為反映其質(zhì)量和可靠性的重要指標(biāo)。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，需要液壓脈沖設(shè)備來進(jìn)行檢測(cè)軟管在不同環(huán)境和工況下的性能。

液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)用于汽車剎車管、燃油管、轉(zhuǎn)向管、冷卻水管、散熱軟管和暖風(fēng)軟管等軟管脈沖壓力的壽命試驗(yàn)，該試驗(yàn)機(jī)能方便、穩(wěn)定的檢測(cè)出設(shè)備所用的軟管是否符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)是基于plc的二級(jí)混合控制系統(tǒng)，下位機(jī)采用rockwell automation的slc500作為核心處理器的實(shí)時(shí)控制器，上位機(jī)ipc利用labview軟件編寫的人機(jī)界面具有易于操作，便于維護(hù)等特點(diǎn)。通過以太網(wǎng)將上位機(jī)和下位機(jī)連接，使該脈沖試驗(yàn)機(jī)具有很好的實(shí)時(shí)性，抗干擾性強(qiáng)，更加穩(wěn)定可靠。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)要求

該試驗(yàn)系統(tǒng)要求試驗(yàn)樣管在-40～160℃，壓力10～30mpa的不同環(huán)境條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，將新樣管通過壓力沖擊和撓曲試驗(yàn)直至爆破來測(cè)試產(chǎn)品是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)是主要通過液壓伺服系統(tǒng)來控制壓力和脈沖波形。波形誤差、壓力施加方式、響應(yīng)時(shí)間和精度直接影響試驗(yàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)要求波形的控制絕對(duì)誤差為2％。由于采集和處理的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)上傳到上位機(jī)，這就要求控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)，從而保證試驗(yàn)系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)波形曲線。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)樣管會(huì)因?yàn)樽冃巍⑴蛎浺�起管徑和液壓伺服系統(tǒng)參數(shù)的變化，控制系統(tǒng)如何根據(jù)這些變量來調(diào)節(jié)，其硬件和軟件設(shè)計(jì)具有較高的難度。

3 試驗(yàn)方法

脈沖試驗(yàn)機(jī)主要有壓力沖擊和撓曲試驗(yàn)兩種方法，兩種方法同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，很好地模擬了不同環(huán)境和工況條件下，汽車行駛的實(shí)際路面狀況。

3.1 壓力沖擊

液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)壓力通過控制脈沖波形來實(shí)現(xiàn)�？刂撇ㄐ沃饕�分梯形波、凸字波、正弦波和方波四種。控制系統(tǒng)可以根據(jù)試驗(yàn)工藝需要從上位機(jī)選擇預(yù)定的脈沖波形來達(dá)到試驗(yàn)的目的，用戶可以根據(jù)液壓伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自由選擇間隔卸壓。對(duì)存在間隔卸壓的波形，如梯形波和凸字波，在脈沖的波谷的時(shí)候開啟卸壓閥使介質(zhì)可以在試驗(yàn)樣管中流動(dòng)。波形的具體要求如圖1所示。

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圖1 梯形波曲線要求

(1) 梯形波(方波、三角波)。梯形波(方波、三角波)參照德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)tl82415要求為在t1段升壓速率要求在1mpa/s～300mpa/s之間可調(diào)；在t2段要求保壓時(shí)間在0～ns可設(shè)，n為大于0的任意值；在t3段要求與t1段基本對(duì)稱；在t4段要求保壓時(shí)間在0～ns可設(shè)，n為大于0的任意值；pmin控制在0～10%pmax；pmax根據(jù)不同的管有不同的要求，目前不會(huì)大于60mpa。

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圖2 凸字波形曲線要求

(2) 凸字波。參見圖2，凸字波的要求是在t1段升壓速率要求在100mpa/s，t1=2s；在t2段要求保壓時(shí)間在0～ns可設(shè)，n為大于0的任意值，一般也設(shè)定為2s；在t3段要求與t1段基本對(duì)稱；在t4段要求保壓時(shí)間在0～n s可設(shè)，n為大于0的任意值，一般也設(shè)定為4s；pmin=0；第一個(gè)壓力臺(tái)階=0.35mpa；最高壓力=1.05mpa。 

(3) 正弦波(半正弦或完整正弦)。正弦波比較難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際試驗(yàn)中主要是通過plc的專用凸輪指令產(chǎn)生凸輪波形來模擬間隔的正弦半波。完整正弦波是指在封閉狀態(tài)下做的。頻率要求為1s畫出一個(gè)完整的正弦波，波峰值最大60mpa，波谷值為0。半正弦波按照0.5s畫完一個(gè)半正弦，其他0.5s為卸壓時(shí)間來設(shè)計(jì)，卸壓時(shí)壓力為0。

3.2 撓曲試驗(yàn)

控制系統(tǒng)控制一個(gè)伺服油缸y方向的上下振動(dòng)，利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)試驗(yàn)樣管旋轉(zhuǎn)，控制x方向撓曲速度和角度，形成振動(dòng)和撓曲的二維組合。撓曲試驗(yàn)的頻率最大為17hz，最大振幅為±35mm，在最大振動(dòng)頻率時(shí)的振幅為±4mm。

4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由上位機(jī)(ipc)、下位機(jī)(plc)和外部電路控制組成，通過以太網(wǎng)將上位機(jī)和下位機(jī)連接，完成液壓伺服系統(tǒng)。環(huán)境條件變化由儀表控制，通過rs485與上位機(jī)通信，控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

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圖3 液壓脈沖試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)框圖

4.1 壓力變送器和ad模塊

壓力變送器位于增壓器出口，量程0～30mpa，輸出4-20ma，頻響200hz。壓力變送器的精度為滿量程的0.75％，為了得到更高的滿量程精度，液壓系統(tǒng)采用了切換兩個(gè)壓力變送器的組合方式。所有傳感器的采樣頻率為500hz，壓力采樣相對(duì)變送器每個(gè)周期有3-5個(gè)16位數(shù)據(jù)，使于平滑處理，提高測(cè)量精度，以保證±2%的絕對(duì)誤差要求。

系統(tǒng)采用4路差分輸入16位ad模塊，輸入電流4-20ma，全部轉(zhuǎn)換時(shí)間600μs，上傳時(shí)間1ms，采樣頻率相當(dāng)于500hz；2路電壓/電流輸出，輸出±10v，全部轉(zhuǎn)換時(shí)間600μs，下傳時(shí)間1ms。伺服閥按100hz進(jìn)行調(diào)節(jié)即為10ms，pid調(diào)節(jié)算法時(shí)間約為0.6ms，pid指令執(zhí)行時(shí)間少于400μs，即可實(shí)現(xiàn)5次pid調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性有保證。

4.2 液壓伺服系統(tǒng)控制

液壓伺服系統(tǒng)的響應(yīng)頻率和調(diào)節(jié)精度完全取決于系統(tǒng)的固有頻率和諧振頻率，伺服系統(tǒng)仿真分析將成為伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。限于篇幅，本文省略液壓伺服系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。

控制系統(tǒng)通過ao模塊輸出0～10v的電壓信號(hào)，經(jīng)過伺服放大器放大來控制伺服閥的開度，伺服閥開度的大小決定了液體的流量，從而來控制試驗(yàn)樣管所受壓力大小。液壓伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)的輸出量如位移、速度或力等，能自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地跟隨輸入量的變化而變化，與此同時(shí)，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服系統(tǒng)以其響應(yīng)速度快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

伺服控制采用ad-da方法，使用壓力變送器作反饋元件。伺服刷新周期1000μs。伺服系統(tǒng)兩個(gè)伺服閥控制方法相同，僅壓力不同。

4.3 高速計(jì)數(shù)器和其它電路

hsc模塊提供4路50khz高速輸入脈沖計(jì)數(shù)，該模塊與撓曲電動(dòng)機(jī)的編碼器相連。撓曲電動(dòng)機(jī)控制撓曲速度和角度。系統(tǒng)的di和do模塊用于開關(guān)量控制，如油泵、液位、液壓閥、變頻器、介質(zhì)的溫度與攪拌、液壓系統(tǒng)保護(hù)和報(bào)警等控制。

4.4 以太網(wǎng)

slc500/l533處理器自帶有以太網(wǎng)口，相對(duì)于rs232/rs485以太網(wǎng)具有較高的可靠性而且傳輸速率快，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10～100mbps，因此本系統(tǒng)通過以太網(wǎng)將上位機(jī)和下位機(jī)連接，減少數(shù)據(jù)傳輸遲滯對(duì)波形曲線的影響，使脈沖試驗(yàn)機(jī)具有很好的實(shí)時(shí)性，抗干擾性強(qiáng)，更加穩(wěn)定可靠。

5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)就是實(shí)時(shí)脈沖波形曲線的控制，即始終要保證實(shí)際波形曲線要處在給定波形曲線的上下允許誤差范圍內(nèi)，如圖4所示。

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圖4 實(shí)時(shí)波形曲線

5.1 上位機(jī)軟件

整個(gè)控制系統(tǒng)采用labview來編程實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，將試驗(yàn)指令下傳給下位機(jī)，然后接受下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)。labview是一種圖形化的編程語言，它是一個(gè)開放性的環(huán)境，用于快速創(chuàng)建靈活的、可升級(jí)的測(cè)試、測(cè)量和控制應(yīng)用程序。通過labview可以很方便地采集到實(shí)際信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分析得出有用信息，然后將測(cè)量結(jié)果通過直觀化的顯示、報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享。

上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)控制軟件的界面設(shè)計(jì)，包括動(dòng)態(tài)顯示溫度、壓力、振幅、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，以數(shù)值和曲線形式顯示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括設(shè)備硬件信息(液壓系統(tǒng)能力，增壓器比例，伺服閥型號(hào)等)，當(dāng)前試驗(yàn)信息(試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，試件規(guī)格、試驗(yàn)參數(shù))。用戶可以將保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)提取出來，將測(cè)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)生成報(bào)表輸出。所有波形全部保存在相應(yīng)的波形圖文件，波形數(shù)據(jù)中包含介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度、給定壓力波形和實(shí)際壓力波形數(shù)據(jù)。軟件可以實(shí)現(xiàn)歷史曲線的重放并可以改變重放的速度，以便用戶迅速瀏覽脈沖的歷史曲線。控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了報(bào)警功能，若監(jiān)測(cè)油箱溫度、介質(zhì)溫度、環(huán)境溫度、液位浮球、破裂浮球、過濾器堵塞、缸到頭，出現(xiàn)報(bào)警立即輸出報(bào)警信號(hào)。上位機(jī)負(fù)責(zé)采用rs485通信協(xié)議與環(huán)境儀表控制連接，環(huán)境溫度用獨(dú)立的環(huán)境箱控制，上位機(jī)可以寫入溫度控制值或者溫度控制曲線，實(shí)時(shí)讀取環(huán)境箱溫度。

5.2 下位機(jī)軟件 

下位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)控制軟件的實(shí)時(shí)伺服控制和邏輯控制設(shè)計(jì)，包括接收上位機(jī)的給定壓力波形曲線、撓曲試驗(yàn)的振動(dòng)頻率、振幅和撓曲的速度和角度，完成兩個(gè)伺服油缸和撓曲電動(dòng)機(jī)三個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，以及開關(guān)量的邏輯控制。此處省略邏輯控制功能。

由于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間至少要4個(gè)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，下位機(jī)根據(jù)給定壓力波形曲線通過控制伺服油缸和增壓器，保證壓力上升斜坡時(shí)間小于50ms，調(diào)節(jié)周期5-10ms，界面波形顯示滯后約1個(gè)實(shí)時(shí)波形。

脈沖給定壓力曲線與伺服信號(hào)調(diào)節(jié)受到試驗(yàn)壓力大小、試驗(yàn)樣管膨脹量大小、增壓器比例、伺服閥放大器增益大小等因素影響。下位機(jī)應(yīng)根據(jù)前述影響因素自動(dòng)改變給定壓力曲線和放大器增益，通過控制伺服閥和增壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖壓力的控制。通過ad模塊采樣頻率和伺服閥響應(yīng)頻率的最佳匹配，以保證實(shí)際壓力曲線和設(shè)定壓力曲線絕對(duì)誤差不超過2%。通過以太網(wǎng)將控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)壓力波形曲線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、高可靠性。

6 結(jié)束語

由于此試驗(yàn)系統(tǒng)比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)和液壓伺服系統(tǒng)先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物仿真，然后在試驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)解決系統(tǒng)的機(jī)電耦合問題。目前控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)物仿真已取得初步成果，初步解決ad模塊采樣頻率和伺服閥響應(yīng)頻率的匹配、分級(jí)改變給定壓力曲線和放大器增益等問題，還有待于試驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)檢驗(yàn)實(shí)際壓力曲線和設(shè)定壓力曲線誤差是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

基于PLC與工程型變頻器的漿紗機(jī)張力控制 引言

漿紗機(jī)的張力大小直接影響產(chǎn)量。舊式漿紗機(jī)采用機(jī)械式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，張力調(diào)節(jié)范圍較窄。隨著設(shè)備的老化機(jī)械零件的磨損，張力逐漸下降。更換機(jī)械零件不便及費(fèi)用的居高不下促使企業(yè)下決心對(duì)其進(jìn)行改造。

(1)改造對(duì)象：漿紗機(jī)——大雅興業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

(2)改造思路：改造漿紗機(jī)織軸張力控制系統(tǒng)由變頻器控制，使其張力大小易于調(diào)節(jié)；改造控制系統(tǒng)，使其半自動(dòng)化，更易控制、方便監(jiān)視、減少維修量。

2 改造方案

將漿紗機(jī)織軸張力控制系統(tǒng)由原來的機(jī)械張力控制改為由艾默生plc、變頻器td3300系統(tǒng)集成控制。拆除漿紗機(jī)織軸的機(jī)械傳動(dòng)裝置，將原漿紗機(jī)動(dòng)力電機(jī)(22kw)經(jīng)新增傳動(dòng)減速裝置直接拖動(dòng)漿紗機(jī)織軸，新增一普通電機(jī)(11kw)取代原動(dòng)力電機(jī)拖動(dòng)原系統(tǒng)的其他部分(精軸、錫林、壓輥等)。保留漿紗機(jī)上的一次傳感器。電控系統(tǒng)改造方案如圖1所示。主要新增設(shè)備如表1所示。

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3 方案實(shí)施

3.1 砂漿機(jī)工藝參數(shù)

大雅漿紗機(jī)設(shè)備及工藝參數(shù)：車速(線速度)2~60米/分。一般正常車速38米/分。張力2000~5000牛/米�？椵S空芯卷徑116mm、220mm兩種�？椵S最大卷徑(滿軸)小于500mm。主電機(jī) y系列普通電機(jī) 4極 11kw�？椵S電機(jī) y系列普通電機(jī) 4極22kw。

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圖1 變頻張力控制系統(tǒng)

3.2 傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)計(jì)算張力電機(jī)到織軸的減速比：減速比<=織軸空芯卷徑×3.14×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/最大車速(線速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87

(2)復(fù)核電機(jī)功率：電機(jī)功率>=(最大張力×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速×最大織軸半徑)/(傳動(dòng)比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw

(3)確定參數(shù)：經(jīng)計(jì)算減速比應(yīng)確定為8.8左右。廠方在改造時(shí)受自身?xiàng)l件影響，決定將減速比提高到13.15。最大車速=織軸空芯卷徑×3.14×電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/減速比=(0.116×3.14×1460)/13.15=40.46經(jīng)廠方確認(rèn)最大車速滿足工藝要求。隨確定減速比為13.15。速度編碼器選用600線旋轉(zhuǎn)編碼器，一并交廠方安裝。(建議旋轉(zhuǎn)編碼器選用600線以上產(chǎn)品，太低影響系統(tǒng)性能；安裝時(shí)要小心不要對(duì)其實(shí)施太大的沖擊，以免損毀。)

(4)主變頻器參數(shù)設(shè)定(如表2)：根據(jù)漿紗機(jī)實(shí)際情況張力控制系統(tǒng)的主機(jī)變頻器選擇無速度反饋開環(huán)矢量控制方式的td3000-t40110g變頻器。變頻器采用端子控制。

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表2 主變頻器參數(shù)設(shè)定表：(未涉及的參數(shù)采用出廠設(shè)定)

(5)張力變頻器參數(shù)設(shè)定(如表3)：張力變頻器(td3300-4t0300g)采用開環(huán)張力轉(zhuǎn)矩模式(f3.06=3)，線速度采于主變頻器的運(yùn)行頻率輸出�？刂品绞酵瑯硬捎枚俗涌刂品绞�。

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表3 張力變頻器參數(shù)表：(未涉及的參數(shù)采用出廠設(shè)定)

3.3 觸摸屏組態(tài)

觸摸屏選用hitech pws6600-s屏。為了提高系統(tǒng)的時(shí)效性能，plc與其交換數(shù)據(jù)的地址盡量選擇一組連續(xù)的plc地址。

4plc編程設(shè)計(jì)

4.1 接口硬件

如圖1所示，plc是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，由于漿紗機(jī)無現(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入輸出故選用一臺(tái)主機(jī)即可。本案選ec20-3232bra。其主要任務(wù)為控制兩臺(tái)變頻器的動(dòng)作并通過rs485通訊端口與變頻器交換數(shù)據(jù)(考慮到通訊的延遲及準(zhǔn)確性，開關(guān)量不采用通訊方式。數(shù)據(jù)交換采用周期讀取模式并控制在1秒內(nèi))。

開關(guān)量包括主變頻器運(yùn)行停止動(dòng)作(按鈕控制)；主變頻器升降速動(dòng)作(按鈕控制)；張力變頻運(yùn)行停止動(dòng)作(保持型按鈕控制)；張力變頻張力使能(為檢修特設(shè))；張力變頻卷徑復(fù)位(按鈕控制)；確定打印輸出。

通訊數(shù)據(jù)根據(jù)光電開關(guān)計(jì)算的車速(現(xiàn)速度)；計(jì)算總長(zhǎng)；計(jì)算匹長(zhǎng)；計(jì)算匹數(shù)；讀取張力變頻器張力值；讀取張力變頻器計(jì)算的卷徑值；改變張力變頻器張力設(shè)定；改變張力變頻器初始卷徑；長(zhǎng)度、匹數(shù)清零；確定系統(tǒng)所處的狀態(tài)。

4.2 編程設(shè)計(jì)

大雅漿紗車車頭裝有一個(gè)測(cè)量行車長(zhǎng)度的光電開關(guān)。經(jīng)檢測(cè)其輸出脈沖為10公分一個(gè)脈沖。對(duì)于測(cè)量匹長(zhǎng)完全滿足工藝要求，但用于測(cè)量車速其刷新速度必然很慢。因此增加一個(gè)外部中斷檢測(cè)兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間，換算出行車速度。

變頻器td3300通訊，讀取張力、卷徑數(shù)值，如圖3所示。

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5 張力變頻器調(diào)試

5.1 參數(shù)設(shè)置

為保證參數(shù)的準(zhǔn)確性，將艾默生td3300-4t0220g工程型矢量變頻器參數(shù)初始化，恢復(fù)出廠設(shè)置�？刂品绞竭x擇 f0.02=1(閉環(huán)矢量控制)檢查編碼器是否正常。fb.00=600；按運(yùn)行鍵，查看運(yùn)行是否正常。如果變頻器只在2hz左右工作或啟動(dòng)過流，顯示電流很大。則可能是編碼器接線錯(cuò)誤、每轉(zhuǎn)脈沖錯(cuò)誤、編碼器的方向反等原因；如果是低速運(yùn)行正常，高速過流則可能是編碼器的聯(lián)軸器松動(dòng)高速打滑的原因。設(shè)定機(jī)械傳動(dòng)比：

f1.00=13.15(一定要準(zhǔn)確)。電機(jī)調(diào)諧：按照電機(jī)名牌設(shè)定電機(jī)參數(shù)。電機(jī)調(diào)諧時(shí)必須斷開電機(jī)與負(fù)載的連接。調(diào)諧過程是自動(dòng)完成的，如果調(diào)諧時(shí)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來，說明電機(jī)參數(shù)嚴(yán)重不符或電機(jī)有故障。重新輸入電機(jī)參數(shù)或更換電機(jī)。電機(jī)方向確認(rèn)：一般定義為fwd控制時(shí)電機(jī)的運(yùn)行方向?yàn)閷?shí)際需要的方向。慣量調(diào)諧：將電機(jī)與負(fù)載(減速系統(tǒng))斷開(空載)調(diào)諧。

首先用默認(rèn)參數(shù)調(diào)諧。完畢后將加減速時(shí)間1設(shè)為20秒，慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定1設(shè)定為10%，慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩2設(shè)定為20%，再進(jìn)行調(diào)諧。完畢后，參數(shù)自動(dòng)保存在fc.09——fc.12中。記錄fc.09——fc.12的參數(shù)值，然后將fc.09——fc.12參數(shù)清零，待初調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定后再輸入。

5.2 張力控制試車

不掛紗測(cè)試整車按鈕動(dòng)作是否正常，并排除故障。通過觸摸屏輸入初始卷徑、設(shè)定張力；查看觸摸屏顯示數(shù)值是否與變頻器顯示的數(shù)據(jù)一致。上紗。設(shè)定張力值為1000；啟動(dòng)主變頻低速運(yùn)行；上軸；手動(dòng)將紗線繞軸一周并繃緊紗線；啟動(dòng)張力變頻。查看張力是否合適。停車。修改設(shè)定張力。重復(fù)3至5步。直到滿足工藝要求(注意：修改張力一定要停車)。

5.3 輸入?yún)��?shù)fc.11材料慣量補(bǔ)償系數(shù)

fc.11用來補(bǔ)償系統(tǒng)加減速過程中克服材料轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所需的額外轉(zhuǎn)矩，設(shè)定參數(shù)應(yīng)為材料密度與卷軸長(zhǎng)度的乘積，材料密度的單位為千克/米，卷軸長(zhǎng)度單位為米。實(shí)際操作時(shí)輸入計(jì)算值的1/3，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)整。本系統(tǒng)輸入fc.11=200.

注意：此參數(shù)輸入后有可能導(dǎo)致卷軸反轉(zhuǎn)，手動(dòng)調(diào)整此參數(shù)可避免反轉(zhuǎn)。

5.4 調(diào)試中出現(xiàn)的問題

(1)慣量調(diào)諧電機(jī)不轉(zhuǎn)：慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定1與慣量自學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)矩設(shè)定2數(shù)值偏小，適當(dāng)加大即可。

(2)系統(tǒng)低速時(shí)抖動(dòng)：漿紗機(jī)開車過程中在操作工整理紗線、換軸時(shí)不準(zhǔn)停車，而是運(yùn)行在一個(gè)特定的爬行速度。此速度主變頻運(yùn)行在2hz以下。此時(shí)張力變頻器工作在開環(huán)張力轉(zhuǎn)矩模式不滿足張力變頻器工作條件。由于速度很低紗線行走長(zhǎng)度有限，經(jīng)用戶確認(rèn)不影響整體工藝要求。

(3)換軸時(shí)加張力繃斷紗線：此故障為操作工操作不當(dāng)引起。換軸沒有按規(guī)定按下卷徑復(fù)位按鈕。

6 結(jié)束語

漿紗是棉紡織廠整理車間的重要工序。合理的漿紗張力對(duì)織布、印染等后續(xù)工序影響巨大。隨著企業(yè)的發(fā)展及市場(chǎng)的變化，石家莊常山紡織集團(tuán)第五分公司根據(jù)自身的工藝要求，提出了對(duì)舊式的大雅漿紗機(jī)改造的要求，項(xiàng)目實(shí)施取得預(yù)期效果。

基于西門子S7-200PLC的八層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緒論

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已于人們的日常生活密不可分。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫時(shí)隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。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；第二種是用可編程控制器(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說，這兩種方法并沒有太大區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多是采用第二種方式，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，但PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)正是采用西門子S7-200系列PLC控制的。

2 控制電梯的優(yōu)點(diǎn)

1、在電梯控制中采用PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。

2、去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。

3、PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。

4、PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。

5、用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運(yùn)行效率。

6、更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。

3. VS-616G5型通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng)

通用變頻VS-616G5可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩；它適合用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，可以低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確地運(yùn)行，其自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。VS-616G5將U/F控制、矢量控制、閉環(huán)U/F控制、閉環(huán)矢量控制四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢量控制是最適合電梯控制要求的。

VS-616G5變頻器用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)，必須配PG卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電動(dòng)機(jī)測(cè)速及反饋。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B、兩相脈沖，當(dāng) A相脈沖超前B相脈沖90°時(shí)，可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)A相脈沖滯后于B相脈沖90°時(shí)可認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB相脈沖的相序，可判斷電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，并根據(jù)AB脈沖的頻率測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡，PG卡再將此反饋信號(hào)送給616G5內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。AB兩相脈沖波形圖如圖所示。

VS-616G5用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中時(shí)，還必須配置制動(dòng)電阻。當(dāng)電梯減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時(shí)同步轉(zhuǎn)速下降，交-直-交變頻器的直流部分電壓升高，制動(dòng)電阻的作用就是消耗回饋電能。抑制直流電壓升高。

VS-616G5 在設(shè)計(jì)中參數(shù)設(shè)置如表4.2所示：

表  VS-616G5參數(shù)設(shè)置

A1-0 1=4

存取級(jí)別為ADVANCED

A1-0 2=3

帶PG的矢量控制

B1-0 1=0

主速來自D1-01

C1-0 1=3s

加速時(shí)間3s

C1-0 2=3s

減速時(shí)間3s

C2-0 1=0.8s

加速開始時(shí)的S曲線特性時(shí)間

C2-0 2=0.8s

加速完成時(shí)的S曲線特性時(shí)間

C2-0 3=0.8s

減速開始時(shí)的S曲線特性時(shí)間

C2-0 4=0.8s

減速完成時(shí)的S曲線特性時(shí)間

C5-0 1=5

速度環(huán)比例，舒適感不好時(shí)在5~40間調(diào)整

C5-0 2=1s

速度環(huán)積分，舒適感不好時(shí)在0.5~5s間調(diào)整

D1-0 2=50Hz

快車速度

D1-0 3=6Hz

爬行速度

D1-0 9=10Hz

慢車速度

E1-0 1=380V

輸入電壓

E1-0 4=50Hz

最高輸出頻率

E1-0 5=380V

最大電壓輸出

E2-0 1=24.4A

電動(dòng)機(jī)的額定電流（按電動(dòng)機(jī)銘牌輸入）

E2-0 4=6

電極極數(shù)（按電動(dòng)機(jī)銘牌輸入）

H2-0 1=37

變頻器輸出端子9-10為運(yùn)轉(zhuǎn)中2

H3-0 5=1F

選D1-02不選端子16輸入

L3-0 4=0

失速防止無效

L6-0 1=4

過轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇

L6-0 3=10s

過轉(zhuǎn)矩檢出時(shí)間1

L6-0 4=4

過轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇2

L6-0 5=200

過轉(zhuǎn)矩檢出標(biāo)準(zhǔn)2

L6-0 6=2s

過轉(zhuǎn)矩檢出時(shí)間2

L8-0 1=1

制動(dòng)電阻過熱

L8-0 5=1

輸入缺相

L8-0 7=1

輸出缺相

F1-0 1=600

PG脈沖數(shù)

F1-0 5=1/0

編碼器方向出錯(cuò)時(shí)更改

其他參數(shù)按變頻器出廠時(shí)的設(shè)定值

變頻器容量及制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算

變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行計(jì)算。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為P1，電梯運(yùn)行速度為V，電梯自重為W1，電梯載重為W2，配重為W3，重力加速度為g ，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需要曳引功率為P2，P2=[(W1+W2+W3)g+F1] V，其中F1＝=(W1+W2+W3)g+σ，為摩擦力，σ可忽略，電動(dòng)機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近電機(jī)功率P2，相對(duì)于P2留有安全裕量，可取P=1.52P2 。

（二）制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算

由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻器調(diào)速裝置應(yīng)具有制動(dòng)功能。帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕�能量回饋電網(wǎng)，但成本太高，采用能耗制動(dòng)方式通過制動(dòng)單元將再生能量消耗在制動(dòng)電阻Rz上，成本較低而且具有良好的使用效果，能耗制動(dòng)電阻的大小應(yīng)使制動(dòng)電流Iz的值不超過變頻器額定電流的一半，即：

式中UO為額定情況下變頻器的直流母線電壓

制動(dòng)電阻的功率：

4 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 信號(hào)控制系統(tǒng)

電梯信號(hào)控制基本由PLC軟件來實(shí)現(xiàn)，電梯信號(hào)控制系統(tǒng)如圖5.1所示，輸入到PLC的控制信號(hào)有運(yùn)行方式選擇、運(yùn)行控制、轎內(nèi)指令、層站外呼召喚、安全保護(hù)信息、旋轉(zhuǎn)編碼器、開關(guān)門、門區(qū)和平層信號(hào)等。

4.2 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）開始時(shí)，電梯處于任意一層。

（2）當(dāng)有外呼電梯信號(hào)到來時(shí)，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，達(dá)到該樓層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行，轎廂門打開，當(dāng)沒有人員進(jìn)出時(shí)，延時(shí)5秒后自動(dòng)關(guān)門，或者按關(guān)門按鈕關(guān)門。

（3）當(dāng)有內(nèi)呼電梯信號(hào)到來是，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，達(dá)到該樓層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行，轎廂門打開，當(dāng)沒有人員進(jìn)出時(shí)，延時(shí)5秒后自動(dòng)關(guān)門，或者按關(guān)門按鈕關(guān)門。

（4）在電梯轎廂運(yùn)行過程中，即轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信號(hào)均不響應(yīng)，但如果反方向外呼梯信號(hào)前方再無其他內(nèi)、外呼梯信號(hào)時(shí)，則電梯響應(yīng)該外呼梯信號(hào)。

（5）電梯具有最遠(yuǎn)反向外呼梯功能。

（6）電梯未平層或運(yùn)行時(shí)，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運(yùn)行后，按開門按鈕轎廂開門，按關(guān)門按鈕轎廂關(guān)門。

4.3 速度控制及平層控制

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，停靠準(zhǔn)確，電梯的運(yùn)行曲線如圖 5.2所示。但在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)使爬行段盡可能短，并要求在各種負(fù)載下都大于零為標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整減速起始點(diǎn)。

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)電梯的要求不斷提高：不僅速度更快、提升高度更高，還要占地少和運(yùn)營(yíng)成本低。同時(shí)還不能絲毫損失乘客舒適性。乘坐舒適必然要求平穩(wěn)啟動(dòng)和連續(xù)加速已經(jīng)柔和制動(dòng)和準(zhǔn)確抵達(dá)目的位置，要做到這些的關(guān)鍵是準(zhǔn)確發(fā)出減速信號(hào)和平層信號(hào)，在接近層樓面時(shí)按距離精確自動(dòng)矯正速度給定曲線。采用變頻器調(diào)速雙閉環(huán)控制可基本滿足要求。利用旋轉(zhuǎn)編碼器在構(gòu)成速度閉環(huán)的同時(shí)，也可構(gòu)成位置閉環(huán)控制。

旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出一般為A和A、B和B兩對(duì)差動(dòng)信號(hào)，可用于位置和速度測(cè)量，A和A、B和B四個(gè)方波被引入PG卡，經(jīng)辨向和乘以倍率后，變成代表位移的測(cè)量脈沖，將其引入PLC高速計(jì)數(shù)端，進(jìn)行位置控制。本系統(tǒng)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式進(jìn)行位置測(cè)量。運(yùn)行前通過編程方式將各信號(hào)，如換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置等所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，分別存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，在電梯運(yùn)行過程中，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)、軟件實(shí)時(shí)計(jì)算以下信號(hào):電梯所在層樓位置、換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置，從而進(jìn)行樓層計(jì)數(shù)、發(fā)出換速信號(hào)和平層信號(hào)。

電梯運(yùn)行中位移的計(jì)算如下:H=SI 式中S: 脈沖當(dāng)量 I: 累計(jì)脈沖數(shù) H: 電梯位移 S=πλD/Pρ 式中D:曳引輪直徑ρ: PG卡的分頻比 λ:減速器的減速比 P:旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)

本系統(tǒng)中λ=1/32　　 D=580mm    Ned =1450r/min  P=1024   ρ=1/18

設(shè)樓層的高度為4m，則各樓層平層點(diǎn)的脈沖數(shù)為:1樓為0;2樓為4000;3樓為8000;4樓為12000，5樓為16000，6樓為20000，7樓為24000，8樓為28000.

設(shè)換速點(diǎn)距樓層為1.6米，則各樓層換速點(diǎn)的脈沖數(shù)為: 上升: 1樓至2樓為2400，2樓至3樓為6400，3樓至4樓為10400，4樓至5樓14400，5樓至6樓18400，6樓至7樓22400，7樓至8樓26400；下降: 8樓至7樓25600，7樓至6樓21600，6樓至5樓17600，5樓至4樓13600，4樓至3樓為9600，3樓至2樓為5600，2樓至1樓為1600。

4.4 I/O點(diǎn)數(shù)的分配

I/O點(diǎn)數(shù)分配如圖5.3示：

I/O 點(diǎn)數(shù)分配圖

4.5 系統(tǒng)電路原理圖

系統(tǒng)電路原理圖如圖：

系統(tǒng)電路原理圖

5.1 各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方法

一、開關(guān)門環(huán)節(jié)

（一）開門環(huán)節(jié)

(1) 呼梯開門：電梯在某層站待命時(shí)，若有人在該層站呼梯則電梯首先開門；電梯在運(yùn)行過程中，有外呼梯信號(hào)時(shí)，若順向運(yùn)行則電梯停層開門，逆行不停層。

（2）自動(dòng)運(yùn)行停層時(shí)的開門：電梯在停層時(shí)，至平層位置，M3.0接通，電梯開門。

（3）關(guān)門過程中重新開門：關(guān)門過程中重新開門時(shí)，按開門按鈕（I0.4）重開；當(dāng)電梯關(guān)門時(shí)有東西夾在門上，使I4.4接通，門重開；當(dāng)電梯超載時(shí)，使I4.3接通，門重開。

（4）電梯運(yùn)行中禁止開門, 電梯檢修時(shí)開門均為手動(dòng)開門，通過開門和關(guān)門按鈕進(jìn)行。

(二) 關(guān)門環(huán)節(jié)

（1）電梯開門后計(jì)時(shí)，5s后自動(dòng)關(guān)門,計(jì)時(shí)未到5s時(shí)可用關(guān)門按鈕（I0.5）提前關(guān)門。

（2）檢修時(shí)關(guān)門不自鎖,電梯超重時(shí)禁止關(guān)門。

（三）保護(hù)及故障顯示環(huán)節(jié)

（1）電梯在關(guān)門過程中因各種原因不能關(guān)門到位，電梯會(huì)重新開門，開門時(shí)間到后又會(huì)自動(dòng)關(guān)門，關(guān)門不到位又重新開門，如此反復(fù)開、關(guān)門，若不及時(shí)處理，門很容易損壞。所以在出現(xiàn)這種情況時(shí)，用計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)，當(dāng)開、關(guān)門動(dòng)作5次時(shí)，電梯停止運(yùn)行，并0、2交替顯示。當(dāng)電梯關(guān)門到位時(shí)，對(duì)C0復(fù)位。

（2）當(dāng)電梯安全繼電器斷開時(shí)，電梯停止運(yùn)行，且0、1交替顯示。

二、層樓信號(hào)產(chǎn)生與消除環(huán)節(jié)

當(dāng)電梯位于某一層時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生位于該樓層的信號(hào)，以控制樓層顯示器顯示樓層所在的位置，離開該層，到達(dá)另一層時(shí)應(yīng)顯示新的樓層信號(hào)。設(shè)計(jì)中用VB200存儲(chǔ)樓層信號(hào)，當(dāng)電梯到達(dá)各層減速點(diǎn)時(shí)，顯示相應(yīng)樓層的信號(hào)。在一樓和八樓分別設(shè)置一個(gè)強(qiáng)迫開關(guān)，用于矯正錯(cuò)誤顯示，若電梯顯示有誤，只要將電梯開到一樓或八樓就可以顯示正常。

三、 呼梯信號(hào)登記、消除、顯示環(huán)節(jié)

（一）內(nèi)選信號(hào)的登記、消除、顯示

通過對(duì)轎廂內(nèi)操作盤上1樓~8樓選層按鈕的操作，選擇欲去的樓層，選層信號(hào)被登記，且選層按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)所選樓層后，停層信號(hào)被消除，指示燈也應(yīng)熄滅。

（二）外呼信號(hào)的登記、消除、顯示

通過對(duì)電梯每層廳門處外呼按鈕的操作，選擇要上樓或是要下樓，呼梯信號(hào)被登記，且相應(yīng)外呼按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)該層時(shí)，且電梯的運(yùn)行方向與呼梯目的方向一致時(shí)，呼梯滿足要求，呼梯信號(hào)應(yīng)被消除，不一致時(shí)，呼梯不滿足要求，呼梯信號(hào)保持。

四、電梯定向環(huán)節(jié)

電梯的定向即上行和下行。電梯在處于待命狀態(tài)下，接收到內(nèi)選和外呼信號(hào)時(shí)，將電梯所處的位置與內(nèi)選信號(hào)和外呼信號(hào)進(jìn)行比較，確定是上行或下行，且上行指示和下行指示相應(yīng)指示，一旦電梯定向，內(nèi)選信號(hào)和外呼信號(hào)對(duì)電梯進(jìn)行順向運(yùn)行要求沒有滿足的情況下，定向信號(hào)不能消除。檢修狀態(tài)下運(yùn)行方向直接由上行和下行啟動(dòng)按鈕確定，不需定向。

五、停層信號(hào)產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)

電梯在停車制動(dòng)前，應(yīng)首先確定其停層信號(hào)，即確定要�？康臉菍�，每一層產(chǎn)生一個(gè)停層輔助信號(hào)，1樓~8樓的停層輔助分別是M15.0~M15.7。1樓停層條件是電梯下行到1樓，8樓的停層條件是電梯上行至8樓；中間層產(chǎn)生條件是根據(jù)電梯的運(yùn)行方向與外呼信號(hào)的位置和內(nèi)選信號(hào)比較后得出。當(dāng)外呼信號(hào)方向與電梯運(yùn)行方向一致時(shí)，產(chǎn)生停層信號(hào)，不一致時(shí)不產(chǎn)生停層信號(hào)，外呼信號(hào)被登記；當(dāng)?shù)竭_(dá)內(nèi)選信號(hào)產(chǎn)生要去的樓層時(shí)，產(chǎn)生停層信號(hào)。電梯在到達(dá)需停層的樓層3s后，消除該層的停層信號(hào)。

六、啟動(dòng)加速、穩(wěn)定運(yùn)行、制動(dòng)環(huán)節(jié)

（一）啟動(dòng)加速：電梯啟動(dòng)的條件是運(yùn)行方向已確定，門已關(guān)好。

（二）穩(wěn)定運(yùn)行：電梯在經(jīng)3s加速后達(dá)到快車速度（50Hz），進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。

（三）停車制動(dòng)：停層信號(hào)產(chǎn)生后，電梯就減速階段，接收到爬行信號(hào)，經(jīng)3s減速后達(dá)到爬行速度（6Hz）。當(dāng)電梯行進(jìn)至平層位置時(shí)，撤去爬行信號(hào)并停車制動(dòng)、自動(dòng)開門。

（四）檢修時(shí)，接通檢修開關(guān)I0.3，通過上行啟動(dòng)和下行啟動(dòng)按鈕，控制電梯上行或下行，門時(shí)候關(guān)好不影響電梯的運(yùn)行，此時(shí)電梯只能低速運(yùn)行。

6.2 梯形圖

6.3 小結(jié)

本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制。利用變頻器的良好調(diào)速功能，對(duì)電梯速度進(jìn)行矢量控制，因而電梯平穩(wěn)、舒適。利用梯形圖程序可以很直觀的看出運(yùn)行過程。利用可編程控制器控制電梯，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)建筑的層數(shù)增加時(shí)，只需改動(dòng)較少的地方即可。本系統(tǒng)中也有很多不足的地方，如沒涉及到對(duì)電梯使用中各種故障所采取的應(yīng)對(duì)措施等。由于本人學(xué)習(xí)不精，及經(jīng)驗(yàn)不足暫時(shí)不能完成。文中難免有錯(cuò)誤的地方，望各位老師指出糾正。