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        電梯模型在可編程控制器實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

        2013-05-16 08:47:52楊小林潘麗萍
        實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2013年2期
        關(guān)鍵詞:轎廂變頻器電梯

        楊小林, 潘麗萍

        (浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,浙江杭州 310027)

        0 引言

        隨著現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,PLC在實(shí)際的工業(yè)控制中起到了十分關(guān)鍵的作用,而且在現(xiàn)代高校的自動(dòng)化教學(xué)中,PLC也成為一門必不可少的課程。但如何將學(xué)生所學(xué)的知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)卻是一個(gè)很大的問(wèn)題。在以往的課程教學(xué)中,通常只是通過(guò)仿真軟件或一些簡(jiǎn)單的PLC控制實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生簡(jiǎn)單體驗(yàn)硬件的接線、編程軟件的使用以及一些指令的用法,學(xué)生很難建立一個(gè)系統(tǒng)的概念。

        本文以天煌THPFDT-2六層電梯教學(xué)實(shí)訓(xùn)模型為對(duì)象,結(jié)合三菱FR-D700變頻器,介紹了如何利用可編程控制器設(shè)計(jì)電梯模型的自動(dòng)控制系統(tǒng),主要包括該系統(tǒng)的硬件組成、主控程序的控制流程圖、主要控制模塊的梯形圖程序以及上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)等。同時(shí),該課題結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)的思想,簡(jiǎn)化了電梯控制中復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì),使得該實(shí)例可以很好地將課程中的許多知識(shí)點(diǎn)貫穿到實(shí)際應(yīng)用中。

        1 電梯模型簡(jiǎn)介

        1.1 電梯模型組成

        該款用于教學(xué)實(shí)踐的仿真電梯模型一共設(shè)有7層,其中底層為檢修層,第二層開(kāi)始為正常使用層,如圖1所示。電梯結(jié)構(gòu)分為實(shí)驗(yàn)機(jī)架、拽引機(jī)、轎廂、對(duì)重鐵、轎廂軌道、對(duì)重鐵軌道、變頻器、語(yǔ)音到站鐘、33點(diǎn)輸出端口以及31點(diǎn)輸入端口等。

        圖1 電梯實(shí)訓(xùn)模型

        1.2 電梯模型功能

        該電梯模型主要有正常運(yùn)行模式和檢修模式,且檢修模式的權(quán)限高于正常運(yùn)行模式。檢修模式下主要檢查電梯的上下行功能,轎廂門開(kāi)關(guān)功能,急停功能,火警功能等是否正常[1]。正常模式下,電梯響應(yīng)轎廂內(nèi)外各個(gè)層的呼叫信號(hào),并準(zhǔn)確做出應(yīng)答——包括電梯運(yùn)行方向、自動(dòng)平層、開(kāi)關(guān)門等操作。其主要控制要求為[1]:① 電梯下行;② 電梯上行;③ 電梯隨時(shí)對(duì)轎廂內(nèi)外召喚信號(hào)進(jìn)行登記;④ 電梯運(yùn)行到某一層后,對(duì)該層轎箱內(nèi)外登記信號(hào)進(jìn)行消除;⑤ 轎廂上下行時(shí),只響應(yīng)順向截梯信號(hào),保留反向呼梯信號(hào)。

        2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

        本項(xiàng)目的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)框圖[2-3]

        2.1 控制器的選擇

        由于系統(tǒng)包含32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入和31點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào),見(jiàn)表1、2,系統(tǒng)的程序也不需要占用很大的內(nèi)存,所以選擇處理器時(shí)只要能滿足系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)就可以了。本系統(tǒng)選用的是美國(guó)羅克韋爾公司SLC500系列的處理器[4-5],該處理器模塊化的結(jié)構(gòu)使得硬件設(shè)計(jì)更為靈活方便。

        2.2 輸入、輸出模塊的選擇[6]

        如上所述,電梯實(shí)驗(yàn)?zāi)P途哂?2點(diǎn)的數(shù)字量的輸入端口和31點(diǎn)的數(shù)字量輸出端口,所以選用了兩塊型號(hào)為1746-IB16的16點(diǎn)輸入模塊分別插在機(jī)架的1槽和2槽,對(duì)應(yīng)的輸入地址為I:1/0~I(xiàn):1/15和I:2/0~I(xiàn):2/15;兩塊型號(hào)為1746-OB16的16點(diǎn)輸出模塊,分別插在機(jī)架的3槽和4槽,對(duì)應(yīng)的輸出地址為O:3/0~O:3/15和O:4/0~O:4/15。由于電梯模型提供的信號(hào)電平邏輯剛好和SLC輸入/輸出模塊的電平相反,故系統(tǒng)中還添加了兩塊電平轉(zhuǎn)換模塊。

        各輸入、輸出信號(hào)說(shuō)明及對(duì)應(yīng)的地址詳見(jiàn)表1、2。

        表1 輸入端口說(shuō)明以及地址表示

        2.3 變頻器的配置[7]

        本系統(tǒng)采用三菱公司生產(chǎn)的FR-D700變頻器,通過(guò)改變其相應(yīng)參數(shù)來(lái)改變電梯模型拽引機(jī)的加速和減速的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯模型的拽引機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。利用S型曲線對(duì)電梯進(jìn)行控制,如圖3所示。該方式在加速的起始階段,頻率的上升較緩,電梯加速度a逐漸變大,加加速度ρ為一恒定值。如AE段所示,在電梯達(dá)到勻速運(yùn)行之前,電梯加速度逐漸減小。BC端電梯進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),此時(shí)電梯勻速上升。電梯的減速過(guò)程與加速過(guò)程類似。

        表2 輸出端口說(shuō)明以及地址表示

        通過(guò)修改變頻器相關(guān)參數(shù)[7]以及對(duì)變頻器STF端(O:3/0)和STR端(O:3/2)的控制,可以讓電梯在上、下行時(shí)達(dá)到圖3所示的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

        圖3 速度控制曲線

        3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

        3.1 主控程序的設(shè)計(jì)

        電梯實(shí)訓(xùn)模型的控制程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜靈活,可以分為檢修模式和正常運(yùn)行模式,對(duì)于正常運(yùn)行模式來(lái)講,其程序的設(shè)計(jì)又可以分為轎廂內(nèi)外信號(hào)登記與顯示、最大值登記、最小值登記、電梯選向、順向截梯、轎廂開(kāi)關(guān)門等部分,因此在程序設(shè)計(jì)中,我們將整個(gè)程序分為多個(gè)模塊,分別進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)與調(diào)試,最后將不同的模塊拼接起來(lái)進(jìn)行綜合調(diào)試。圖4為系統(tǒng)主控程序的控制流程圖。

        圖4 主程序流程圖[8]

        3.2 電梯選向以及順向截梯程序設(shè)計(jì)[9-10]

        通過(guò)控制變頻器正反轉(zhuǎn)輸出,可以控制電梯上行或者下行運(yùn)行,且電梯上升或下降一定樓層數(shù),對(duì)變頻器STF或者STR端控制時(shí)間是固定的[11],通過(guò)測(cè)試分別為:一層 4.45 s;兩層 8.90 s;三層 13.35 s;四層17.80 s;五層22.25 s?;诖耍覀?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的電梯選向與順向截梯程序。

        圖5為電梯上行選向控制程序,其中N7:10存儲(chǔ)的最初所在樓層信號(hào)。當(dāng)電梯向上運(yùn)行時(shí),B3:2/0處于閉合狀態(tài),就不允許電梯低層的召喚信號(hào)與最低選層信號(hào)進(jìn)行比較,只有當(dāng)電梯上升到已登記的最高層時(shí),才允許電梯下行與最低選層信號(hào)進(jìn)行比較。電梯下行的選向控制與上行選向控制程序有相同的結(jié)構(gòu)。

        圖5 電梯選向控制(電梯上行判斷)的梯形圖程序[12]

        圖6 電梯上行順向截梯設(shè)計(jì)(1層為例)的梯形圖程序[13]

        圖6為電梯上行順向截梯1層的判斷程序。利用RTO計(jì)時(shí)器指令,我們可以由最高選層信號(hào)N7:6與最初所在層N7:10,計(jì)算得到電梯上行總共所需的時(shí)間,并將其作為T4:0的預(yù)設(shè)值,同時(shí)在電梯運(yùn)行當(dāng)中我們也仍可以對(duì)預(yù)設(shè)值進(jìn)行刷新,只要更高樓層有召喚信號(hào)。電梯的平層動(dòng)作由電梯最初所在層與召喚信號(hào)所在層之差計(jì)算而得,N10:1中存儲(chǔ)了電梯從最初層上行到該層所需時(shí)間,當(dāng)這個(gè)時(shí)間與RTO中得累計(jì)值相同時(shí),電梯停止并跳轉(zhuǎn)到轎廂的自動(dòng)開(kāi)關(guān)門程序。

        3.3 上位機(jī)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)采用Rockwell公司的RSview32上位機(jī)監(jiān)控軟件[14],即為利用RSView32設(shè)計(jì)制作的人機(jī)交互界面。通過(guò)通信軟件RSlinx,控制器與上位機(jī)之間以O(shè)PC的方式[15]進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,這樣就可以利用上位機(jī)對(duì)電梯進(jìn)行監(jiān)控。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本電梯實(shí)訓(xùn)模型包括了實(shí)際電梯系統(tǒng)中的主要部分,在具體教學(xué)應(yīng)用上可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分解,包括硬件設(shè)計(jì)、輸入輸出邏輯地址的確定、各功能塊的軟件編程以及上位機(jī)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)等,使學(xué)生充分掌握整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。可編程控制器本身就是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,通過(guò)對(duì)這類實(shí)訓(xùn)模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使課程能夠真正做到從實(shí)踐中來(lái)再回到實(shí)踐中去,同時(shí)使學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力都得到了極大的提高。

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