基于CompactLogix的電梯絕對(duì)編碼位置控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

付瑞斌

（天津三環(huán)樂喜新材料有限公司，天津300457）

基于CompactLogix的電梯絕對(duì)編碼位置控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

付瑞斌

（天津三環(huán)樂喜新材料有限公司，天津300457）

設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Rockwell Automation公司的CompactLogix控制器平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)型電梯控制系統(tǒng)，使輸入、輸出等信號(hào)均采用網(wǎng)絡(luò)通信，大大簡(jiǎn)化接線，提高施工進(jìn)度，降低故障率。電梯轎廂的位置檢測(cè)部分引入絕對(duì)位置定位技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)控制位置和轎廂實(shí)際位置的誤差做出及時(shí)的判斷與調(diào)整，解決了電梯平層精度不高、轎廂與拖動(dòng)電機(jī)編碼器位置誤差較大等問(wèn)題，不僅能提高電梯運(yùn)行的精準(zhǔn)度還能防止重大安全事故的發(fā)生。

CompactLogix；絕對(duì)位置定位系統(tǒng)；設(shè)備網(wǎng)絡(luò)；電梯控制

電梯是重要的垂直交通工具，隨著城市化進(jìn)程的加快，電梯的增長(zhǎng)勢(shì)頭也迅猛，電梯已與每個(gè)人的工作和生活息息相關(guān)，其安全性、可靠性和舒適性也影響著每一個(gè)人[1]。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于以美國(guó)Rockwell automation公司的Compactlogix系列PLC為控制核心，采用德國(guó)PEPPERL+FUCHS公司的WCS絕對(duì)位置定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯轎廂運(yùn)行位置的精準(zhǔn)控制。

目前，為了實(shí)現(xiàn)電梯的樓層檢測(cè)、換速及平層停車的控制，主要有兩種方式，一種是通過(guò)在井道內(nèi)每一樓層裝設(shè)的上下?lián)Q速、平層擋光板并在轎廂上安裝光電傳感器檢測(cè)轎廂的位置，當(dāng)開關(guān)被觸發(fā)，電梯開始平層控制；另一種是由拖動(dòng)電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)編碼器提供的數(shù)字脈沖，得出轎廂的位置從而發(fā)出減速、平層信號(hào)[1]。上述第一種方法，采用擋光板和光電傳感器檢測(cè)轎廂的位置，由于安裝位置、相對(duì)距離等會(huì)造成平層精度不高，且一旦轎廂到位傳感器不能及時(shí)輸入就會(huì)對(duì)電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和安全性造成重大影響，危及生命安全。第二種方法，采用旋轉(zhuǎn)式增量編碼器檢測(cè)轎廂位置后，電梯運(yùn)行的故障減少，穩(wěn)定性有所提高，但也存在斷電位置不能記憶，編碼器檢測(cè)到的位置和轎廂的實(shí)際位置有一定誤差的缺點(diǎn)。

本文針對(duì)目前普遍采用的這兩種方法中存在的安全隱患，在電梯轎廂位置監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)引入新的編碼技術(shù)——線性絕對(duì)位置編碼技術(shù)，并在控制系統(tǒng)和輸入輸出終端、驅(qū)動(dòng)部分等采用網(wǎng)絡(luò)通信，大大簡(jiǎn)化接線，降低故障率，提高運(yùn)行可靠性。

1 電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本設(shè)計(jì)是基于Rockwell Automation公司推出的DLR網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開發(fā)的，DLR協(xié)議施工鏈接級(jí)別的第2層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，和網(wǎng)絡(luò)聚集在1.3 ms范圍內(nèi)的物理冗余，是單一故障容忍網(wǎng)絡(luò)，在單一故障發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸管理保證時(shí)間苛求數(shù)據(jù)能及時(shí)傳送[2]。

如圖1所示，安全裝置信號(hào)、井道裝置信號(hào)、廳外呼機(jī)盤、樓層指示器等連接于設(shè)置在附近的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端輸入輸出模塊，門機(jī)控制信號(hào)、轎廂工作盤等連接于設(shè)置在轎廂內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端輸入輸出模塊，這些模塊通過(guò)工業(yè)交換機(jī)進(jìn)行首尾相連形成設(shè)備級(jí)環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅大大簡(jiǎn)化了電梯電氣控制系統(tǒng)的接線，而且各輸入輸出信號(hào)通過(guò)環(huán)網(wǎng)與Compactlogix控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，保障電梯各信號(hào)的可靠傳輸。通過(guò)交換機(jī)構(gòu)成的工業(yè)級(jí)Ether－Net/IP網(wǎng)絡(luò)還可以連接其他電梯控制系統(tǒng)組成電梯群控網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的人機(jī)顯示界面可以監(jiān)控每一部電梯的工作狀態(tài)。變頻電梯拖動(dòng)控制系統(tǒng)和線性絕對(duì)位置編碼系統(tǒng)完成對(duì)電梯轎廂位置的控制和反饋，變頻器采用Rockwell Automation公司的Allen-Bradley PowerFlex 520系列交流變頻器，該系列變頻器設(shè)計(jì)新穎和簡(jiǎn)單實(shí)用，可為用戶提供一套電機(jī)控制解決方案，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)性能，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間[3]。電梯的控制柜是相對(duì)的狹小和密閉的空間，其安裝的靈活性和高工作溫度的特性也為電梯的可靠運(yùn)行提供了保障。WCS絕對(duì)位置定位系統(tǒng)是將轎廂所在編碼尺的位置通過(guò)解碼、譯碼及通信模塊與Compactlogix建立通信，提供轎廂的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確位置。

Compactlogix控制系統(tǒng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的各種信息，通過(guò)軟件程序向拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出位置速度等通信信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)電梯的起動(dòng)、加速、運(yùn)行、減速、停止等功能。

圖1 電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.2 Compactlogix系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

本設(shè)計(jì)在編程軟件RSLogix5000環(huán)境下開發(fā)，它不僅用來(lái)對(duì)控制器進(jìn)行常規(guī)編程，更多用于組態(tài)和監(jiān)控，并且具有對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視功能和診斷功能[4]。

如圖2所示，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)主要包括1769總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)和1769總線網(wǎng)絡(luò)上的ModbusRTU網(wǎng)絡(luò)通信模塊。CompactLogix控制器通過(guò)1769總線網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)本地輸入輸出模塊建立通信網(wǎng)絡(luò)，主要完成電梯控制柜內(nèi)部信號(hào)的控制，如散熱系統(tǒng)、電柜溫升、電壓檢測(cè)等信號(hào)。ModbusRTU網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用CompactLogix系列產(chǎn)品1769-SM2，它支持標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU通信協(xié)議，也可以被設(shè)定為通信主站或者從站[5]。本設(shè)計(jì)變頻電梯拖動(dòng)控制系統(tǒng)和WCS絕對(duì)位置定位系統(tǒng)連接于該網(wǎng)絡(luò)，將通道1與PowerFlex系列變頻器設(shè)置成相同的通信速率和通信格式即可建立起通信，同樣的方法將通道2與WCS線性絕對(duì)位置通信模塊建立起通信。工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)工業(yè)交換機(jī)將帶有Ethernet通信端口的CompactLogix控制系統(tǒng)與Ethernet終端設(shè)備建立通信，本設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程I/O終端如電梯井道信號(hào)、轎廂與廳外信號(hào)等，控制室內(nèi)人機(jī)交互界面，其他電梯的控制系統(tǒng)都通過(guò)該工業(yè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換。

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

2 電梯絕對(duì)位置數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

WCS絕對(duì)位置定位系統(tǒng)主要由編碼尺、讀碼器及其他附屬裝置構(gòu)成。編碼尺是由塑料或不銹鋼材料制成，尺上按一定距離編制分布通光孔。讀碼器根據(jù)光電原理在編碼尺上讀碼，其內(nèi)部的微處理器負(fù)責(zé)把48對(duì)發(fā)射/接收LED的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為1個(gè)19位編碼，其定位精度可以達(dá)到0.8 mm[6].

本設(shè)計(jì)采用WCS2B讀碼器，它直接支持RS-485，CANopen或SSI通訊，也可以通過(guò)通訊擴(kuò)展支持多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議，其卓越性還體現(xiàn)在即使使用環(huán)境較為惡劣，也能正確讀取數(shù)據(jù)，這為電梯轎廂位置的精準(zhǔn)采集提供了保障。

3 軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，如通信網(wǎng)絡(luò)的建立、初始信息的采集等。系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒后進(jìn)入工作循環(huán)，當(dāng)電梯發(fā)生安全報(bào)警和有檢修提醒時(shí)，控制系統(tǒng)第一時(shí)間發(fā)出警示，確保安全。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)讀取到轎廂的絕對(duì)位置信息和電梯當(dāng)前所處樓層、需到達(dá)樓層等信息綜合判斷，以最小等待時(shí)間計(jì)算出轎廂所運(yùn)行的軌跡，進(jìn)而將軌跡生成的位置、速度、加減速控制等信息實(shí)時(shí)傳送給變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)在HTJDDT-5高仿真電梯實(shí)訓(xùn)裝置中完成，該實(shí)訓(xùn)裝置根據(jù)智能建筑中的升降電梯的結(jié)構(gòu)按照一定比例縮小設(shè)計(jì)，所用設(shè)備，器件與實(shí)際電梯高度一致，機(jī)械系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轎廂及對(duì)重裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、門層和轎門機(jī)開關(guān)門系統(tǒng)、機(jī)械安全保護(hù)系統(tǒng)組成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求將Compactlogix控制系統(tǒng)植入電梯控制柜，與轎廂和廳外呼盤的遠(yuǎn)程終端組成網(wǎng)絡(luò)，井道信息采集部分垂直設(shè)計(jì)安裝編碼尺。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行，該系統(tǒng)不僅能完成電梯控制的基本要求，而且對(duì)預(yù)設(shè)的幾種故障均能做出有效的判斷和預(yù)防措施。如發(fā)生鋼絲繩斷裂或者打滑，控制系統(tǒng)能在轎廂速度變化的初期檢測(cè)到異常，并及時(shí)啟動(dòng)制動(dòng)裝置；又如當(dāng)電梯運(yùn)行中突然發(fā)生斷電，控制系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，并在重新通電的時(shí)候，根據(jù)轎廂的當(dāng)前位置做出應(yīng)對(duì)。同時(shí)由于采用網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)思想，硬件的構(gòu)成和施工過(guò)程也較為精巧和簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)際工程有很大的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

[1]呂景泉，湯曉華，蔣正炎，等.智能電梯裝調(diào)與維護(hù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2]鄧?yán)?集成構(gòu)架中型系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[3]Rockwell Automation.pflex-sg002-en-p[M/OL].PowerFlex LowVoltage Selection Guide.www.rockwellautomation.com，2015.

[4]Rockwell Automation.1769-UM021D-ZH-P[M/OL].Compact Logix 5370控制器.www.rockwellautomation.com，2012.

[5]Rockwell Automation.1769-um013-en-p[M/OL].PowerFlex 1769-SM2 Compact I/O DSI/Modbus Communications Mod ule.www.rockwell automation.com.2010.

[6]Pepperl+Fuchs Group.WCS Position Encoding System [M/OL].www.pepperl-fuchs.com.

Design of Absolute Position Encoding Elevator Control System Based on CompactLogix

FU Rui-bin
（Tianjin Tricyclic Lucky New Materials Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

In this paper，the network elevator control system based on CompactLogix controller platform which produced by Rockwell Automation is designed and developed，owing to network，the input module，output module etc，are easy to connect to controller system，at the same time，the system has more efficient and lower failure rate.The method of detect the elevator car’s position is used absolute position encoding system，it has the advantages of higher accuracy and faster response，and it can prevent the fatal accident happened.

CompactLogix；absolute position encoding system；device network；elevator control

TP315

A

1672-545X（2017）03-0121-03

2016-12-17

付瑞斌（1982-），男，內(nèi)蒙古土默特左旗人，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)，從事自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)工作。