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西門(mén)子S7300 PLC在雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統中的應用
摘要：本文以?xún)膳_五層樓電梯為設計對象，利用西門(mén)子公司S7—300系列可編程控制器（PLC），結合安川VS-616G5通用變頻器，開(kāi)發(fā)出了一套交流變頻調速的PLC雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統，從而只需要一臺PLC便能夠對兩臺電梯的運行操作進(jìn)行控制。
關(guān)鍵詞：PLC 雙電梯 硬件 軟件
1 引言
近年來(lái),隨著(zhù)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，高層建筑和智能化建筑的不斷涌現，人們對電梯提出了越來(lái)越高的要求，單臺電梯往往不能滿(mǎn)足建筑物內的交通需要，這時(shí)候就需要合理安裝多臺電梯來(lái)緩解電梯運行的壓力，因此電梯群控系統(elevatorgroup control system)應運而生。與此同時(shí)，隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，也極大地促進(jìn)了電梯控制技術(shù)的進(jìn)步,大量先進(jìn)的控制技術(shù)應用于電梯群控系統,使得電梯群控系統的控制特性得到很大的改善。針對目前這一現狀，本論文以?xún)膳_五層電梯為設計對象，對電梯的群控問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的分析研究，提出了一些自己的認識和看法，設計出了一套PLC雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統。
2 控制系統的硬件設計
本系統是主要由PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動(dòng)機組成的交流變頻調速系統(Variable VoltageVariable Frequency，簡(jiǎn)稱(chēng)VVVF)。通過(guò)一臺PLC去控制兩臺電梯運行的方式，可以省去兩臺可編程控制器之間的相互通信,從而使得控制系統的可靠性更高，結構顯得更加緊湊。本系統的硬件框圖如圖1所示。
圖1 PLC雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統硬件框圖
從圖1可以看出，該系統主要由兩個(gè)部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC來(lái)實(shí)現。通過(guò)分析研究電梯的實(shí)際運行情況和控制規律，從而設計開(kāi)發(fā)出一套雙電梯聯(lián)動(dòng)控制程序，使得PLC能夠控制兩臺電梯的運行操作。電梯的調速部分則選用高性能的矢量控制變頻器，配以脈沖發(fā)生器(編碼器)測量鼠籠式曳引電動(dòng)機的轉速，從而構成電機的閉環(huán)矢量控制系統，實(shí)現鼠籠式曳引電動(dòng)機的交流變頻調速(VariableVoltage Variable Frequency，簡(jiǎn)稱(chēng)VVVF)運行。
PLC首先接收來(lái)自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據這些輸入信號的狀態(tài)，通過(guò)其內部一系列復雜的控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系有序地進(jìn)行處理，最后向直流門(mén)控電機、變頻器和各類(lèi)顯示器適時(shí)地發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號，對兩臺電梯實(shí)施群控。在電梯控制系統中，由于電梯的控制屬于隨機性控制，各種輸入信號之間、輸出信號之間以及輸入信號和輸出信號之間的關(guān)聯(lián)性很強，邏輯關(guān)系處理起來(lái)非常復雜，這就給PLC的編程帶來(lái)很大難度。從某種意義上來(lái)說(shuō)，PLC編程水平的高低就決定整個(gè)系統運行質(zhì)量的好壞。因此，PLC應用在電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運行的關(guān)鍵技術(shù)，這同時(shí)也是本系統設計的一個(gè)重點(diǎn)。
在PLC向變頻器發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號的同時(shí)，為了滿(mǎn)足電梯的要求，變頻器又需要通過(guò)與鼠籠式曳引電動(dòng)機同軸連接的脈沖發(fā)生器和PG卡,對電動(dòng)機完成速度檢測及反饋,形成閉環(huán)系統。脈沖發(fā)生器輸出A、B兩相脈沖，PG卡接收到脈沖信號以后，再將此反饋給變頻器內部,以便進(jìn)行運算調節。根據A、B脈沖的相序,可判斷出電動(dòng)機的轉動(dòng)方向,并可以根據A、B脈沖的頻率測得電動(dòng)機的轉速。由于本設計選用的是通用型變頻器，因此其參數設置和外部線(xiàn)路設計的復雜程度要遠遠地高于電梯專(zhuān)用變頻器，其設置的好壞也將直接影響到電梯運行的實(shí)際效果。
2.1 PLC的型號的選擇及I/O點(diǎn)數分配
電梯邏輯控制系統的控制核心是PLC，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅動(dòng)哪些負載,以及采用何種編程方式，都是需要認真考慮的問(wèn)題，都會(huì )影響到其內部I/O點(diǎn)數的分配。因此，I/O點(diǎn)數的確定,是設計整個(gè)PLC電梯控制系統首先需要解決的問(wèn)題,決定著(zhù)系統硬件部分的設計，也是系統軟件編寫(xiě)的前提。
本系統是為一幢5層大樓所設計,根據PLC的I/O節點(diǎn)使用原則,應留出一定的I/O點(diǎn)以做擴展時(shí)使用。系統中實(shí)際需要輸入點(diǎn)47點(diǎn),輸出點(diǎn)40點(diǎn),因此我們選用西門(mén)子S7-300PLC，其中CPU的型號選為CPU315，輸入模塊的型號選為DI32xDC24V，總共需要兩塊，輸出模塊的型號選為DO32xDC24V/0.5A，總共也需要兩塊。I/O地址分配表如表1所示。
2.2 變頻器的選型及參數設置
基于價(jià)格等方面因素的考慮，本次電梯調速控制的設計選用的是VS-616G5 型通用變頻器,選擇有PG矢量控制作為曳引鼠籠式電動(dòng)機的控制方式。
PLC通過(guò)向安川616G5變頻器發(fā)出電梯上行輸出和電梯下行輸出信號，從而控制曳引電動(dòng)機的轉動(dòng)方向，決定電梯的上/下行運動(dòng)；PLC通過(guò)向安川616G5變頻器發(fā)出電梯高速運行和電梯低速運行信號，從而間接控制曳引電動(dòng)機的轉動(dòng)速度，決定電梯的高速/低速運動(dòng)。電動(dòng)機通過(guò)脈沖發(fā)生器(編碼器)和PG卡將速度信號及時(shí)反饋給安川616G5變頻器，從而形成速度閉環(huán)控制。接線(xiàn)圖如圖2所示。
圖2 變頻器拖動(dòng)部分線(xiàn)路圖
由于本控制系統選擇的是有PG矢量控制，因此在運行之前，需要變頻器對電機單體進(jìn)行自學(xué)習，否則變頻器將不能正常工作。其具體做法是先將電機銘牌上面記載的額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉數、PG卡脈沖數及電機極數輸入至變頻器，然后啟動(dòng)變頻器，使電機空載運轉，最后這些數值通過(guò)自學(xué)習，自動(dòng)地計算后寫(xiě)入到變頻器的電機參數中。因此對于這些參數，沒(méi)有必要去人工進(jìn)行設置。VS-616G5通用型變頻器設置如表2所示�！�
3 控制系統的軟件設計
硬件系統設計完成以后，為了實(shí)現優(yōu)化控制，還需要用西門(mén)子STEP7專(zhuān)業(yè)編程軟件對雙電梯聯(lián)動(dòng)控制程序進(jìn)行設計。由于電梯控制系統實(shí)際上是一個(gè)人機交互式的控制系統，因此單純采用順序控制或邏輯控制是不能夠滿(mǎn)足要求的，而應該在設計中采用隨機邏輯控制方式。同時(shí)，由于梯形圖之間的相互關(guān)聯(lián)性很強，程序設計比較復雜，因此在雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統的軟件部分時(shí)，主要采用模塊化的編程思想來(lái)進(jìn)行設計。
根據電梯的運行規律,設置了有/ 無(wú)司機、檢修、優(yōu)先服務(wù)、消防等四種工作方式。其編制的程序主要遵循以下控制規律:
兩臺電梯都遵守集選規則，即將呼叫信號先進(jìn)行登記，對與電梯運行同向的呼叫信號逐一應答，當同向指令和召喚應答完畢后電梯可以自動(dòng)換向。
除此以外，電梯并聯(lián)運行還遵循的相應的調度原則：正常情況下，當電梯使用以后，二號電梯作為忙梯會(huì )首先自動(dòng)上升至第三層待命，一號電梯則作為基站電梯在第一層樓待命。當某層站有門(mén)廳呼叫信號時(shí)，則“忙梯”立即啟動(dòng)并定向運行去接該層站的乘客。
當兩臺電梯因轎廂內指令而到達基站后關(guān)門(mén)待命時(shí)，則應按照有效利用的原則，執行相互交替程序段。原先充當忙梯的電梯現在即作為基站電梯來(lái)使用，而原先作為基站電梯使用的電梯此時(shí)即成為忙梯。不論是一號電梯還是二號電梯均停留在最后�？康膶诱敬�。
當忙梯正在上行時(shí)，若其上方出現任何方向的門(mén)廳呼叫信號或是其下方出現向下的門(mén)廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應答運行。但是，若在忙梯的下方出現向上的門(mén)廳呼叫信號，則由基站電梯來(lái)應答信號而發(fā)車(chē)運行接客。
當忙梯正在下行時(shí)，若其下方出現任何方向的門(mén)廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應答運行。但是，若在忙梯的上方出現任何向上或是向下的門(mén)廳呼叫信號，則由基站電梯來(lái)應答信號而發(fā)車(chē)運行接客。
當其中一臺電梯由于故障而停止運行，另一臺電梯則自動(dòng)承擔全部的運行任務(wù)，遵循單臺電梯的運行規則。
無(wú)論是作為一號電梯還是二號電梯,由于轎內呼叫信號而使電梯定向的,電梯都必須啟動(dòng)運行。電梯停用以后，不論當前處在哪一層，都會(huì )自動(dòng)下降至底層。
4 結論
實(shí)踐證明，PLC雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統完全能夠運用于兩臺電梯的聯(lián)動(dòng)控制，具有較好的兼容性，并且可以達到穩定可靠的性能。該系統很容易實(shí)現實(shí)現多臺群控,具有廣闊的應用前景。
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