PLC双电梯联动控制系统

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  电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,因此必须努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。我国电梯控制系统主要有三种方式:继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统,后者通过改变电机供电的电压和频率,平滑调节电梯速度,可以获得更好的乘坐舒适感,它平层精度高,并具有显著的节能效果,保障了电梯的可靠性,成功地解决了电梯运行的舒适感问题。
  在电梯系统中要处理的信号十分多而且复杂,在设计时必须仔细考虑对信号快速准确的处理问题。采用许多的先进驱动和控制技术就很有必要,其中包括矢量变换控制技术、高速CPU技术、DSP技术和采用新型大功率器件IGBT的高性能变频调速器。PLC主要处理一些监控信号,主要有楼层计数信号,呼梯、选层信号,定向信号,换速信号,主控制信号等。此外还有开、关门控制,楼层显示,呼梯、选层显示,单、双控制,安全条件自动检测,自动平层、消防等各种控制信号。
  将变频器用于电梯时,常称为VVVF电梯。一般变频器有交—交、交—直—交两种类型。对于交—直—交变频器,可以按直流环节电压、电流的特点(由滤波的电容量和电感量决定)划分为电压型和电流型变频器。电梯一般采用电压型变频器。改变电动机定子的电源频率,就可实现对异步电动机的调速。但为了保持调速时电动机最大转矩不变,需要维持磁通恒定,应满足压频为常数,即变频时应协调地变压。
  电梯系统的控制主要可分为拖动系统的调速控制与选层系统的逻辑控制。VVVF电梯拖动调速系统的实质就是采用交流异步电动机驱动及矢量变换控制技术。VVVF电梯调速系统的特点是:电梯启动采用降频软启动,电机启动电流很小,不超过额定电流。在电梯的制动段,电梯调速系统工作在发电制动状态,不需从供电网中取得电能,从而降低了电能的消耗,避免了电机过热,调速系统的功率因数比较高(接近1)。
   调速控制是指对电梯从启动到平层整个过程中速度的变化规律进行控制,从而减轻人在乘坐电梯时由于启、制动过程中加、减速产生的不舒适感(上浮、下沉感),并保证平层停车准确可靠。与选层系统的逻辑控制相比,调速控制更为复杂,其控制性能的优劣在很大程度上决定着电梯的性能和质量。电梯的运行可分为启动、稳速、制动三个阶段。稳速运行时考虑到节能和对电网的干扰,系统采用开环控制,而启、制动运行时为使运行速度跟随给定理想速度运行,采用闭环控制。调速控制系统由主回路和控制回路两部分组成,主回路包括曳引电动机(三相异步电动机)驱动及功能电路,速度反馈信号来自与电机转子同轴的脉冲发生器,其输出脉冲的频率对应电梯运行速度。速度的控制由系统通过改变触发脉冲的控制角(移相角)实现,经相应的移相角延时时间后,根据电梯实际速度与给定速度之差情况控制主回路工作状态。由于负载变化、电网波动、钢丝绳打滑、伸缩等因素,使减速过程可能不符合直接停靠的平层要求,为此,在离层楼100-200mm处设置1-2个平层校正器,当轿厢运行到此校正点时,将实际速度与该点由平层校正器发出的平层速度给定值进行比较,如无差,则按原减速曲线运行;若有差,则用差值校正原速度给定曲线斜率,使之保证准确平层。
  本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统。通过一台PLC去控制两台电梯运行的方式,可以省去两台可编程控制器之间的相互通信,从而使得控制系统的可靠性更高,结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图所示。
  
   PLC双电梯联动控制系统硬件框图
  从图可以看出,该系统主要由两个部分组成,其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律,从而设计开发出一套双电梯联动控制程序,使得PLC能够控制两台电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器,配以脉冲发生器(编码器)测量鼠笼式曳引电动机的转速,从而构成电机的闭环矢量控制系统,实现鼠笼式曳引电动机的交流变频调速运行。
  PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号,然后根据这些输入信号的状态,通过其内部一系列复杂的控制程序,对各种信号的逻辑关系有序地进行处理,最后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号,对两台电梯实施群控。在电梯控制系统中,由于电梯的控制属于随机性控制,各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强,逻辑关系处理起来非常复杂,这就给PLC的编程带来很大难度。从某种意义上来说,PLC编程水平的高低就决定整个系统运行质量的好坏。因此,PLC应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术。
  在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时,为了满足电梯的要求,变频器又需要通过与鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡,对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环系统。脉冲发生器输出A、B两相脉冲,PG卡接收到脉冲信号以后,再将此反馈给变频器内部,以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序,可判断出电动机的转动方向,并可以根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。
  电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC,哪些信号需要输入至PLC,PLC需要驱动哪些负载,以及采用何种编程方式,都是需要认真考虑的问题,都会影响到其内部I/O点数的分配。因此,I/O点数的确定,是设计整个PLC电梯控制系统首先需要解决的问题,决定着系统硬件部分的设计,也是系统软件编写的前提。
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