1 引言
隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，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(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器（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(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，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；而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
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，其各部分功能說(shuō)明如下。 
Q1——三相電源斷路圖 K1——電源控制接觸器 K2——負(fù)載電機(jī)通斷控制接觸器 VS——變頻器 BU——制動(dòng)單元 RB——能耗制動(dòng)電阻 M——主拖動(dòng)曳引電機(jī)
2.1 主電路
主電路由三相交流輸入、變頻驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元幾部分組成。由于采用交-直-交電壓型變頻器，在電梯位勢(shì)負(fù)載作用下，制動(dòng)時(shí)回饋的能量不能饋送回電網(wǎng)，為限制泵升電壓，采用受控能耗制動(dòng)方式。
2.2 PLC控制電路
選用OMRON公司C系列60P型PLC。PLC接收來(lái)自操縱盤(pán)和每層呼梯盒的召喚信號(hào)、轎廂和門(mén)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)停梯等信號(hào)。
2.3 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(cè)裝置，由此構(gòu)成電流閉環(huán)；通過(guò)和電機(jī)同軸聯(lián)接的旋轉(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)。
2.4 位移控制電路
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，�？繙�(zhǔn)確。采用變頻調(diào)速雙環(huán)控制可基本滿足要求，但和國(guó)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(guò)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(guò)累計(jì)脈沖數(shù)，經(jīng)世式（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 = 1/32，曳引輪直徑D = 580mm，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ned = 1450r/min，旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)p = 1024，PG卡分頻比r = 1/18，代入式（1）得
S = 1.0mm / 脈沖
3 程序設(shè)計(jì)
利用變頻器PG卡輸出端（TA2.1）將脈沖信號(hào)引入PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端0000，構(gòu)成位置反饋。高速計(jì)數(shù)器（CNT47）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(duì)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)、平層電和制動(dòng)停車(chē)點(diǎn)等信號(hào)。理論上這種控制方式其平層誤差可在±1個(gè)脈沖當(dāng)量范圍。在考慮減速機(jī)齒輪嚙合間隙等機(jī)械因素情況下，電梯的平層精度可達(dá)±5mm內(nèi)，大大低于國(guó)標(biāo)±15mm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(guò)程中，通過(guò)位置信號(hào)檢測(cè)，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(mén)區(qū)信號(hào)和平層位置信號(hào)等。由此省去原來(lái)每層在井道中設(shè)置的上述信號(hào)檢測(cè)裝置，大大減少井道檢測(cè)元件和信號(hào)連線，降低成本。下面針對(duì)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(mén)區(qū)和平層信號(hào)5個(gè)子程序進(jìn)行介紹。
3.1 樓層計(jì)數(shù)
本設(shè)計(jì)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式。運(yùn)行前通過(guò)自學(xué)習(xí)方式，測(cè)出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對(duì)應(yīng)17層電梯分別存入16個(gè)內(nèi)存單元DM06 ~ DM21。
樓層計(jì)數(shù)器（CNT46）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1計(jì)數(shù)。樓層計(jì)數(shù)程序流程圖如圖2 所示。
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(duì)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。
3.2 快速換速
當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對(duì)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(wú)選層信號(hào)，則不發(fā)換速信號(hào)。程序流程圖如圖3 所示。
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中速換速與快速換速判斷方法類(lèi)似，不再重復(fù)。
3.3 門(mén)區(qū)信號(hào)
當(dāng)高速計(jì)數(shù)器CNT47數(shù)值在門(mén)區(qū)所對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)門(mén)區(qū)信號(hào)。程序流程圖如圖4 所示。
平層信號(hào)與區(qū)信號(hào)判斷方法類(lèi)似，不再重復(fù)。
3.4 脈沖信號(hào)故障檢測(cè)
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(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖傳輸電路故障，設(shè)計(jì)了有無(wú)脈沖信號(hào)和錯(cuò)漏脈沖檢測(cè)電路，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)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(kāi)關(guān)，接入PLC高速計(jì)數(shù)器CNT47的復(fù)位端0001。
3.5 快速換速工作原理
限于篇幅，本文僅對(duì)快速換速工作原理進(jìn)行介紹，梯形圖如圖5 所示。
圖中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元DM01為快速換速距離脈沖數(shù)，DM30為樓層間距脈沖數(shù)，DM31為快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，DM34為高速換速比較區(qū)間下限，DM35為高速換速比較區(qū)間上限，HR01為快速換速點(diǎn)開(kāi)始信號(hào)，1507為快速運(yùn)行信號(hào)，1700為選層信號(hào)，0010為零速信號(hào)，0503為快速換速輸出信號(hào)。
以上行為例，DM31快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)是樓層間距DM30與快速換速舉例DM01之差；DM31和DM30的值分別賦給DM34和DM35。運(yùn)行時(shí)高速計(jì)數(shù)器不斷累加脈沖數(shù)，每個(gè)掃描周期計(jì)數(shù)器的值與DM34 ~ DM35區(qū)段進(jìn)行比較。當(dāng)其值進(jìn)入DM34與DM35區(qū)段時(shí)，HR01置位，表示進(jìn)入快速換速區(qū)間；若此時(shí)有選層信號(hào)且電梯為快速運(yùn)行，則發(fā)快速換速信號(hào)（0503置ON）。
4 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(cè)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(duì)兩臺(tái)17層電梯進(jìn)行改造，經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢測(cè)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。