基于PLC的變頻調(diào)速組態(tài)控制系統(tǒng)研究

摘 要：近年來，伴隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，電梯也逐漸成為了大家日常生活的必備物品。數(shù)百年來，從最初的升降機(jī)到后來的群控電梯，然后到現(xiàn)在的無機(jī)房電梯等，它們都在為提升現(xiàn)代人的生活質(zhì)量做出巨大貢獻(xiàn)。本系統(tǒng)具備轎內(nèi)指令功能、廳外呼梯功能、選層、定向功能、指示功能之外，還實(shí)現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)與上位機(jī)的連接，通過組態(tài)王軟件對(duì)電梯的控制系統(tǒng)和運(yùn)行狀況進(jìn)行全方位監(jiān)控。通過實(shí)踐論證，，PLC和組態(tài)王的有效結(jié)合既能方便可靠地監(jiān)控電梯運(yùn)行狀態(tài)又可達(dá)到良好的控制效果。

關(guān)鍵詞：PLC控制；電梯；變頻器；組態(tài)軟件

近年來，電梯已經(jīng)成為不可缺少的垂直運(yùn)輸工具。通過對(duì)模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等算法的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電梯群的高速、安全、智能運(yùn)行。目前電梯調(diào)速方式多樣化，部分產(chǎn)品耗能多，負(fù)載小，效率低，不能夠滿足當(dāng)今社會(huì)的需要。本設(shè)計(jì)以變頻調(diào)速為出發(fā)點(diǎn)，以PLC編程設(shè)計(jì)為依托，通過組態(tài)畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)出電梯運(yùn)行時(shí)的畫面監(jiān)控動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，提高了電梯的負(fù)重運(yùn)行效率以及電梯運(yùn)行精確程度。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 基本功能分析

以七層樓電梯系統(tǒng)為例，電梯外部設(shè)備共分七層，每層都應(yīng)有樓層顯示器、上升和下降指示燈、呼叫按鈕、以及呼叫指示燈；在其內(nèi)部，也應(yīng)有開門和關(guān)門按鈕、樓層（1-7）按鈕與顯示器以及上升和下行顯示器。

1.2 電梯監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

電梯監(jiān)控系統(tǒng)是由傳感器位置檢測(cè)單元，外呼按鈕，內(nèi)選按鈕，開、關(guān)門按鈕，上位機(jī)監(jiān)控單元，PLC控制系統(tǒng)單元，接觸器，電機(jī)等組成。電梯運(yùn)行時(shí)，操作者通過外呼按鈕發(fā)出命令，由內(nèi)選按鈕實(shí)現(xiàn)轎內(nèi)選層及開關(guān)門等控制命令的輸入，電梯內(nèi)部通過傳感器檢測(cè)電梯位置，并由PLC程序控制接觸器動(dòng)作來控制電梯的運(yùn)行以及樓層顯示，同時(shí)由上位機(jī)來監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。

1.3 變頻器的選擇

本設(shè)計(jì)選用通用變頻器TD3100-4T，可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)；TD3100-4T可輸出+150%～-150%的力矩，控制精度可達(dá)0.05%，使得電梯舒適感好，零速抱閘，平層精度高。它能實(shí)現(xiàn)直接停靠、效率高，能自動(dòng)記憶各樓層的脈沖數(shù)，自動(dòng)計(jì)算分頻系數(shù)，具有加加速度、減減速度設(shè)置及最大加減速度設(shè)置，并能根據(jù)稱重輸入信號(hào)，自動(dòng)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證電梯平穩(wěn)啟動(dòng)，遇到突發(fā)情況時(shí)能運(yùn)行強(qiáng)迫減速控制，防止轎廂沖頂與蹲底，當(dāng)輸入電源停電時(shí)，可以依靠蓄電池控制電梯就近?？繕菍?。

1.4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯的硬件控制系統(tǒng)由調(diào)速系統(tǒng)、廳門信號(hào)、變頻器、轎廂操縱盤以及PLC構(gòu)成。

其中，邏輯控制部分由PLC完成，而變頻器只完成調(diào)速功能。在實(shí)際控制中，采集到的各種信號(hào)的邏輯關(guān)系由PLC進(jìn)行處理，并發(fā)送啟停信號(hào)至變頻器，與此同時(shí)變頻器也將自身的工作狀態(tài)反饋給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。同時(shí)，系統(tǒng)還配置了PG信號(hào)群，完成速度的檢測(cè)與反饋，形成位置閉環(huán)和速度閉環(huán)。

2 電梯監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

電梯信號(hào)控制基本由PLC軟件實(shí)現(xiàn)。輸入到PLC的控制信號(hào)有運(yùn)行方式選擇、運(yùn)行方向信號(hào)、指令登記信號(hào)、呼梯登記信號(hào)、樓層數(shù)顯信號(hào)、開門、關(guān)門動(dòng)作信號(hào)等。

3 PLC運(yùn)行過程設(shè)計(jì)

電梯總是按照所編寫的程序進(jìn)行重復(fù)動(dòng)作，根據(jù)電梯的運(yùn)行狀態(tài)分析，電梯的運(yùn)行過程為：內(nèi)外部選層→PLC判斷電梯運(yùn)行方向→起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行→運(yùn)行過程中進(jìn)行順向截梯→呼梯和轎內(nèi)狀態(tài)記憶等操作。到站時(shí)，平層、開門、關(guān)門。

4 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件的功能主要是通過對(duì)上位機(jī)組態(tài)的設(shè)計(jì)，使其顯示器畫面上的按鈕、指示燈畫面反應(yīng)，并顯示PLC等下位機(jī)的輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行的功能，同時(shí)通過改變上位機(jī)開關(guān)的ON/OFF狀態(tài)、燈的顯示狀態(tài)以便實(shí)現(xiàn)控制PLC等下位機(jī)的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制監(jiān)視。

4.1 建立新工程

在組態(tài)軟件中新建工程，在設(shè)計(jì)中選擇西門子S7-200PLC、設(shè)備地址和通訊口、PPI通訊協(xié)議、并正確設(shè)置其屬性，為新的I/O設(shè)備命名并優(yōu)化其設(shè)備信息。正確設(shè)置PLC數(shù)據(jù)地址的連接以及組態(tài)軟件中的數(shù)據(jù)變量，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件與PLC的通訊。在組態(tài)軟件中進(jìn)入畫面創(chuàng)建界面，通過各種繪圖工具或應(yīng)用圖庫中的各種元件創(chuàng)建理想組態(tài)畫面。

4.2 組態(tài)軟件數(shù)據(jù)詞典的創(chuàng)建

創(chuàng)建了組態(tài)畫面之后，畫面指示畫面并不能起到監(jiān)控作用。需將系統(tǒng)組態(tài)畫面中的各種元件和數(shù)據(jù)詞典連接起來，組態(tài)畫面才能和系統(tǒng)的輸入輸出及各種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。

4.3 系統(tǒng)調(diào)試

按照硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容選擇上位機(jī)，PLC，按扭，傳感器，接觸器，通訊電纜等硬件設(shè)備，并通過RS-232通訊電纜將上位機(jī)連接到PLC，再按照PLC硬件連接圖連接好按鈕、傳感器等各種輸入設(shè)備以及接觸器、指示燈等各種輸出設(shè)備。

在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6編程軟件中，將程序通過編程軟件下載到PLC。設(shè)計(jì)組態(tài)畫面與程序，定義數(shù)據(jù)，保存，并進(jìn)入“組態(tài)王”軟件運(yùn)行系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行。

通過反復(fù)試驗(yàn)、多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件存在的缺陷與問題，并通過修改軟件程序，調(diào)整硬件設(shè)備使整個(gè)系統(tǒng)盡可能的完善、穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)束語

使用組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，能使現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠管理人員實(shí)時(shí)分享各種數(shù)據(jù)。管理人員不需再深入現(xiàn)場(chǎng)，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試改進(jìn)后，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電梯監(jiān)控系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制、穩(wěn)定運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)了電梯呼梯信號(hào)自動(dòng)保存、消號(hào)，自動(dòng)選向，自動(dòng)停層、平層等基本功能。實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。

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