（控制理论与控制工程专业论文）电梯控制策略的研究.pdf

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r i s e b u i l d i n g sh a v eb e c o m et h eh a l l m a r ko fm o d e r nc i t i e s a sv e r t i c a ll i f te q u i p m e n t ，al o to f p e o p l eb e a rt h et r a n s p o r t a t i o na n dl o g i s t i c s ，i t sr o l ei nb u i l d i n ge s s e n t i a l a tt h es a m e t i m e ，i th a st ol i f tt h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sa r ea l s oi n c r e a s i n g ，s u c ha sr e l i a b i l i t y , e a s yt oo p e r a t e ，c o m f o r t a b l en a t u r e ，a n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o na n ds oo n w i t ht h e f a s td e v e l o p m e n to fe l e v a t o r , i t sl o g i cc o n t r o l r e l a yc o n t r o la l s oh a sb e e nr e p l a c e db y p l c t h er e l i a b i l i t ya n dt h ef e e l i n go fc o m f o r ta r ei m p r o v e dt h r o u g ht h er e a s o n a b l e s e l e c t i o na n dd e s i g nb yu s i n gp l ct oc o n t r o lt h ee l e v a t o r , w h i c hm a k e st h ee f f e c to f c o n t r o lm o r ei d e a l i nt h i sp a p e r , t h ed r i v ea n dc o n t r o lp r i n c i p l eo fe l e v a t o ri si n t r o d u c e di nt h ef i r s t p l a c e t h ed e s i g no fe l e v a t o rs y s t e mi sp r o p o s e di nt h ep a p e rb yw r i t i n gp l cp r o g r a m f o ri m p l e m e n t i n gt h ec o n t r o lo fe l e v a t o r , i n c l u d i n gi n i t i a l i z a t i o no fp r o g r a m ，v i z 1 e v e l i n gm e m o r yp r o c e s s i n g ，c o l l e c t i n go fi n p u td a t e ，p r o c e s s i n go fp o s i t i o no f l i f tc a r , d e s i g no fa u t o m a t i cl e v e l i n gs t a r ta n ds t o p ，h a n d l i n go fu l t i m a t et a s ka n ds o o n s e c o n d l y , r e s e a r c ho nt h ea l g o r i t h m s o ft h ep a r a l l e lc o n t r o ls y s t e m ，t h i ss e c t i o n i n t r o d u c e st r a d i t i o n a l a l g o r i t h m s a b o u ti ta n dp o i n t so u ts o m ed e f e c t so ft h o s e a l g o r i t h m s ，i nt h ef o u n d a t i o n ，a l g o r i t h m so ff a s t e s tr e s p o n di sp r o p o s e di nt h ep a p e r a l g o r i t h mo fe l e v a t o rg r o u ps y s t e m i sr e s e a r c h e da c c o r d i n gt o p a r a l l e lc o n t r o l a l g o r i t h m s t h ep a p e ra p p l i e st h ef u z z yc o n t r o lt e c h n i q u ef o rt h ei d e n t i f i c a t i o no ft h e t r a n s p o r t a t i o np a t t e r na n da c h i e v e st h ew e i g h tc o e f f i c i e n ta b o u te v e r yt r a n s p o r t a t i o n p a t t e r no f e l e v a t o rb yu s i n go fs p e c i a l i s ts y s t e m t h ep a p e ra n a l y z e sf u z z yg r o u pc o n t r o l r e g u l a t i o n so fm u l t i o b j e c t ，b u i l d sam a t h e m a t i c a lm o d e lo fe l e v a t o rg r o u pc o n t r o la n d c o m p u t e s t h r e er e l a t i v e p a r a m e t e r si n c l u d i n gw a i t i n gt i m e ，r i d i n g t i m ea n d r i d i n g - p o w e rc o n s u m e t h i sr e g u l a t i o ni si m p l e m e n t e db yp e r f o r m i n gt w oe l e v a t o r s g r o u ps y s t e ma n dt h e r ei sag o o de f f e c t i tp r o v i d e sa n e wm e t h o df o re l e v a t o rg r o u p i i 墼兰垒堡垒垡曼! 型! i 堕堡q 堡塑! 墨型宝眨 曼墅堕盟 r e g u l a t i o n a tl a s t , t h ep a p e rr e s e a r c h e sh u m a nm a c h i n ei n t e r f a c eb a s e do nd e s i g no fe l e v a t o r g r o u ps y s t e m t h er u n n i n gs t a t eo fe l e v a t o rg r o u ps y s t e mc a nb em o n i t o r e db yh m i ， i n c l u d i n go fr u n n i n gs t a t eo f t h em a i ne l e v a t o ra n dv i c ee l e v a t o r ，t h ed o o ro fl i f tc a r ， r u n n i n gd i r e c t i o n ，t h ep o s i t i o no fl i f tc a l ，p r i o rs i s p a t c h i n go fe l e v a t o r , l a n d i n gc a l lo f r e s p o n dt h a tt h ee l e v a t o rw i l la n s w e ra n dt o t a ll a n d i n gc a l l t h es t a t eo fe l e v a t o rg r o u p s y s t e mc a nb ei m i t a t e db yt h ef u n c t i o no fi m i t a t i o no n l i n ea n do f f - l i n e ，w h i c hm a k e s t h ee l e v a t o rg r o u ps y s t e mw o r k i n gc o r r e c t l ya n dh i g h e f f i c i e n c y k e yw o r d s ：e l e v a t o rc o n t r o l ；p l c ；g r o u pr e g u l a t i o n ；h m i ；s i m u l a t i o n i i i w r i t t e n b y ：l i uq i n s u p e r v i s e db y ：l i uw e n j i e 0iir-r 目录 第一章绪论1 1 1 引言”1 1 2 电梯的概况与发展”1 1 2 1 国内电梯研究情况一2 1 2 2 国外电梯研究概况2 1 2 3 电梯控制的发展趋势4 1 3 论文的课题背景及意义”4 1 4 论文研究的内容”5 1 5 本章小结“：5 第二章电梯控制系统硬件的设计”6 2 1 电梯控制系统的硬件结构设计“6 2 2p l c 的选择7 2 3 变频器调速原理与应用7 2 4 旋转编码器9 2 4 1 旋转编码器的选择9 2 4 2 旋转编码器的应用1 1 2 5 高速计数器11 2 5 1 高速计数器的原理1 1 2 5 22 相双计数输入型高速计数器的应用一11 2 6 外围显示电路的设计1 3 2 7p l c 的元器件分配l3 2 8 本章小结15 第三章电梯控制系统的软件设计1 6 3 1 控制系统的程序设计16 3 - 2 程序初始化18 3 - 3 输入数据收集l9 3 4 运行状态确定和任务处理2 0 3 4 1 运行状态确定2 0 3 4 2 轿厢位置信息处理2 1 3 4 3 电梯自动开关门的程序设计2 l 3 5 电梯速度控制。2 2 3 6 本章小结2 3 第四章电梯群控算法的研究与实现2 4 4 1 电梯并联调度算法2 4 4 1 1 传统的并联调度原则2 4 4 1 2 电梯并联调度算法的改进2 5 4 2 电梯并联控制系统设计2 8 4 2 1 通讯系统的连接”2 8 4 2 2 并联程序设计”3 0 4 3 电梯群控算法的研究3 l 4 3 1 群控规则设计3 2 4 3 2 群控算法设计”3 3 4 4 基于模糊控制的交通模式的识别3 4 4 4 1 客流交通模式的类别及其特性3 4 4 4 2 交通模式的识别3 4 4 4 3 客流交通模式识别的实现3 9 4 5 电梯群控性能评价指标函数4 1 4 5 1 乘梯时间评价函数4 1 4 5 2 外部候梯时间评价函数4 2 4 5 3 能量消耗评价函数4 3 4 5 4 交通模式权重的选择4 4 4 5 5 性能评价指标函数4 5 4 6 电梯群控系统的设计4 6 4 6 1 电梯群控系统通讯4 6 4 6 1 电梯群控系统的设计4 7 4 7 本章小结4 8 第五章电梯群控系统人机界面的设计5 0 5 1 触摸屏概况5 0 5 2 人机画面设计5 0 5 2 1 应用程序的建立 5 2 2 画面设计 5 3h m i 和p c 机、p l c 的通讯 5 4 触摸屏程序的调试 5 5 本章小结 第六章总结与展望 6 1 总结 6 2 问题与展望 参考文献 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文” 致谢 电梯控制燕略的研究 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 电梯控制属于机电一体化研究领域，它涉及到多个方面，包括：机械工程、 电子技术、电力电子技术、电机与拖动理论、自动控制理论、电力拖动自动控制 系统、微机技术和土建工程等多个科学领域。目前，在国内，对于一个中、小型 的电梯控制系统，大多采用p l c 控制，主要原因在于当规模较小时，用p l c 控制 可以降低成本，且p l c 具有编程简单；控制运行可靠性高，抗干扰能力强；通用 性好、功能强大；开发周期短；体积小，使用方便，可扩展性强；成本低，维护 方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼字中、小型电梯控制系统 的主流。同时，由于历史原因，我国目前还存在着相当数量的由继电器一接触器 系统控制的老式电梯，这些电梯的p l c 技术改造也是当前我国电梯控制的热点。 因此，由于p l c 具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、可扩展性强、成本低 等优点在我国电梯行业有着广泛的应用。 同时电梯作为高层智能大厦的主要垂直交通工具，电梯系统服务质量和服务 效率的提高对建筑的有效利用和性能发挥将产生极为重要的影响。因此在电梯的 控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群( 组) 运行效率的问题，如果多台电梯均各 自独立运行的话，不可能提高电梯群的运行效率，也将白白浪费能源。所以在并 排设置两台或两台以上的电梯时，在电梯控制系统中必须考虑电梯的合理调度问 题。从逻辑控制角度看，这种合理调配电梯运行的方法可以按其调配功能的强弱 分为并联控制和群控两大类。本文研究了电梯并联调度算法，通过对传统并联调 度算法的介绍并指出其不足之处，提出了一种最快响应并联调度算法，并通过p l c 编程将此算法实现，应用到电梯并联控制系统中。在此基础上，研究了电梯群控 算法，为电梯群控调度算法的研究提供一种新思路。 1 2 电梯的概况与发展 自1 8 8 9 年1 2 月第一台真正的电梯问世以来【，经过1 0 0 多年的发展，电梯的 控制方法也由最初简单的传统控制，发展到了现在主要采用计算机技术和智能控 制技术的电梯群控方式。随着智能建筑和现代控制技术的发展，特别是电子计算 机和智能控制技术的发展，出现了新型的采用智能控制技术的电梯群控技术 第一章绪论电梯控制策略的研究 ( e g c s ) 。由于电梯群控系统能够有效地改善客流调度及运输效果而一直受到国际 电梯业的高度重视，而作为电梯群控系统的核心一群控算法的研究更是一个引人 注目的课题。目前对电梯控制的研究主要集中在电梯群控算法的研究，以及将研 究成果应用在实际电梯控制方面。 1 2 1 国内电梯研究情况 早期的国产电梯控制系统中，电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实 现的，继电器控制系统故障率高，降低了电梯的运行可靠性与安全性，故目前己 被逐步淘汰。第二种控制方式用可编程控制器( p l c ) 取代继电器实现信号控制。由 于可编程控制器( p l c ) 具有程序设计方便灵活，控制运行稳定可靠，成本低、抗干 扰能力强以及强大的网络通讯功能等特点，所以，在国内对于一个中、小型的电 梯控制系统，大多都是利用p l c 控制，用可编程控制器( p l c ) 取代微机实现信号的 控制，拖动控制则由变频器来完成。 近年来，我国对于电梯控制技术的研究得到了较快的发展。主要表现在引进 国外先进科技技术和产品的基础上，力争推出自己的产品。例如1 9 9 4 年上海电梯 有限公司制造出具有缩短候梯时间，设置服务楼层等功能的电梯群控系统；1 9 9 6 年，迅达电梯公司制造出具有改变运行参数的电梯群控系统。与此同时，我国部 分高校和科研院所的学者，也已经就电梯群控的核心算法展开了研究，并已经取 得了一定的理论成果。文献【2 】在分析电梯群控系统的基础上，将乘客候梯时间作为 评价标准，提出了基于动态最小到达时间的群控算法；文献【3 】贝u 采用动态分区的方 法对电梯的群控算法进行了研究；文献 4 1 考虑电梯群控系统排队服务的随机性，就 电梯的交通高峰期提出采用马尔可夫排队论群控方法；文献【5 】将电梯看作一个近似 的统计问题，对其进行了研究；文献【6 】【7 】贝l j 将电梯群控看作一个多目标规划问题， 对其进行了研究。 1 2 2 国外电梯研究概况 电梯在美国发展很快，1 8 8 9 年美国纽约的“戴维斯特 大厅安装了第一批直 流电动机与蜗轮蜗杆电梯，提升速度达到了0 5 m s 。1 9 0 0 年美国奥梯斯电梯公司 制造出世界上第一台自动扶梯。1 9 1 5 年已设计成功电梯自动平层控制系统。1 9 3 3 年美国制造出6 m s 的高速电梯。在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速 发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。1 9 4 9 年研制出4 - 6 台 电梯的群控系统。1 9 5 5 年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1 9 6 2 年在美 2 电梯控制策略的研究 第一章绪论 国出现了8 5 m s 的超高速电梯。在1 9 6 7 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。随着 电力电子技术的发展，研制出了交流调压调速系统，使交流电梯的调速性能得到 了明显改善。1 9 7 6 年将微处理器应用于电梯。1 9 7 7 年日本三菱电机株式会社开发 出了1 0 m s 的超高速电梯。1 9 8 4 年日本将交流变频调速系统用于2 m s 以上的高速 电梯。1 9 8 5 年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被 认为是电梯行业的当代技术。1 9 8 5 年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯， 使其明显减少了占地面积。1 9 9 3 年日本生产的1 2 5 m s 世界上最高速的交流变频 调速电梯已投入运行。 电梯群控系统是现代电梯技术的又一重要组成部分。它不但有完善的分区服 务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。从电梯群的调 度原则而言，目前国外关于电梯群控调度的研究主要集中在以下几个方向g ( 1 ) 固定顺序的调度原则。 ( 2 ) 分区调度原n - 按照固定分区和动态分区两种方法实现。 ( 3 ) 心理待机时间评价方式：心理待机时间就是将乘客候梯时间这个物理量折 算成此时乘客所承受的心理影响。主要有最小候梯原则、防止预报失败的原则、 避免长时间候梯调度原则几种调度原则等。 从电梯群控技术角度而言，国外电梯群控的研究主要是采用智能控制技术， 进行群控算法的研究，主要有以下几个方向： ( 1 ) 基于模糊控制技术的电梯群控 将楼层召唤分配给电梯的过程是一个多目标的决策过程【8 】。该方法是根据群控 原则分配召唤。而群控原则大多是一些模糊概念【9 】，这些概念难以用明确的数量级 限定，也难以用普通的逻辑规则综合考虑。采用模糊数学中的隶属函数以便于描 述并综合考虑这类概念，可将复杂的问题转换为简单的清晰的形式求解o o i 。 ( 2 ) 基于神经网络的电梯群控系统 其突出特点就是可以通过向环境学习获取知识并改进自身性能。使用神经网 络算法，对于确定的时间范围内的交通流，基本上能识别交通流量变化【1 1 】【1 2 】。 ( 3 ) 基于模糊神经网络( f n n ) 的电梯群控系统 在该技术中，充分发挥模糊技术的逻辑推理能力和神经网络自学习功能，将 这两种方法结合一起，使模糊规则的自动提取及模糊隶属函数的自动生成成为可 能，进而克服神经网络结构难以确定，以及模糊逻辑元缺乏自学习功能的缺点【1 3 】。 3 第一章绪论 电梯控制策略的研究 ( 4 ) 基于专家系统的电梯群控系统 专家系统在电梯群控系统中的应用是电梯群控系统理论及其应用的重要发展 之一。三菱的a 1 2 1 0 0 系列，富士通的f l e x 系列，日立的c i p 5 2 0 0 0 系列，都使 用了专家系统。专家系统就是研究这类知识的表述、使用和获取的方法1 1 4 】。目前， 专家系统和其它控制技术融合在一起，使电梯群控技术有了进一步的提高【1 5 】。 1 2 3 电梯控制的发展趋势 电梯控制系统是整个电梯的核心部分。它是一个相当复杂的逻辑控制系统， 系统要在首要保证乘客安全的基础上，在极短的时间内对几百个信号进行检测和 处理。现在国内的中小型电梯控制系统大多采用p l c 作为控制核心，对每层楼进 行点对点并行控制。而对于高层电梯控制系统，1 个p l c 控制器一般需要数万元， 价格比较昂贵。随着计算机硬件和软件技术的发展，采用合理的c p u 控制，充分 利用c p u 众多的扩展外设。将电梯系统作为一个嵌入式控制系统，采用目前流行 的嵌入式开发技术，通过高级语言设计开发控制核心，进一步降低了产品的硬件 成本以及软件开发成本，提高产品市场竞争力。同时，采用现场总线技术，应用 于生产现场在各种微机测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯，也被称 为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络，为自动化系统的最终用户带来方 便。传统的电梯控制系统各楼层与控制器之间采用点对点的并行连接方式，每个 呼叫器都有一套数据线与主控器相连，当楼层众多时，系统要求有大量的数据线 需要连接，使得电梯的安装、检修、维护比较麻烦。同时降低了通用性，增加了 产品成本。而采用现场总线技术如c a n 总线技术，各控制器间只需要一对双绞线 通过网络拓扑结构连接即可，安装方便，同时对不同的呼梯信号，采用c a n 总线 提供的动态i p 技术，可以方便的通讯响应。这样使电梯控制系统更灵活方便，同 时成本更低。 电梯业以后的发展趋势： 1 ) 绿色环保。 2 ) 电梯产业将信息化、网络化。 3 ) 蓝牙技术在电梯上应用等等。 1 3 论文的课题背景及意义 随着社会的发展，高层建筑的出现和建筑面积的扩大，电梯的使用变得尤为 重要，人们对电梯服务质量提出越来越高的要求，电梯作为垂直运输工具，承担 4 电梯控制策略的研究 第一章绪论 着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。因此对于电梯的研究 也显得更加有意义。与此同时，人们对电梯的性能要求越来越高，比如可靠性， 操纵方便，舒适性，低能耗等等。电梯也得到了快速发展，其逻辑控制由p l c 代 替原来的继电器控制，采用p l c 对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，能够 有效的提高电梯的控制水平，极大地改善电梯运行的舒适感，使电梯的控制达到 了比较理想的控制效果。 单台电梯往往不能满足建筑内的交通需求，为缩短人们的候梯时间，减少能 量的损耗，合理安装多台电梯以完成大楼内的垂直运输任务是非常必要的，这样 就产生了电梯相互联接的问题。对电梯的协调调度，要根据轿箱内的人数、上下 方向的停站次数、层站及轿箱内的呼梯信号以及轿箱所在位置等因素来分析实时 客流的变化情况，自动选择最适合客流情况的输送方式。将多台电梯分组，根据 楼内交通量的变化，采用最优输送的运行方式，合理调配电梯，使其具有最佳的 服务质量和效率。因此，本课题的研究很有理论意义和实际意义。 1 4 论文研究的内容 本论文主要的研究内容包括： 1 本论文通过p l c 控制设计来实现实验电梯的全自动化控制仿真运行。电梯 是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯控制系 统采用随机逻辑方式控制，本论文利用三菱f x 2 n 型号的p l c ，利用其丰富的基 本功能指令，通过程序设计来实现对电梯的控制。 2 分析电梯的控制系统的硬件设计，根据电梯的控制原理与功能要求，利用 p l c 实现对电梯的运行控制设计。 3 研究如何实现电梯的并联控制策略，并联电梯的通信等。进步研究如何实 现电梯的群控以及各个电梯之间的通信和信号的传递。 4 利用触摸屏技术，介绍了电梯的触摸屏设计，同时通过触摸屏设计实现对电 梯的群控以及单独运行的监控，实现电梯的高效率的运行。 1 5 本章小结 本章通过对电梯控制系统以及控制策略国内外现状进行了研究，指出了电梯 今后的发展趋势，介绍了本文所采用的电梯控制技术、群控算法以及本论文所研 究的内容和价值，为后面章节奠定了基础。 5 第二章电梯控制系统硬件的设计 2 1 电梯控制系统的硬件结构设计 根据电梯控制系统的要求，本文所研究的电梯控制系统单梯的结构原理图如 图2 i 所示。 l n 上鞭位慑护，f 黄 上囊位像护开关 盘停开美 九安全簟开关( 右 九安全誓开关左 i _ 艟厦门违囊 轿门美爿位开关 辅n 开捌位开 六桎接m 五植接m 翻桂按镊 三掘垃m = 柱按钮 一植按忸 商鞋j f 盖 证下投证 搜上按铷 手躏自动# 执，f ； 六拄下盱按钮 五攮下旰按钮 五挂上旰按钮 羁瞻下j r 按钮 凹拄上- r 接钮 三擅下盱按钮 三攘l ：盱按钮 二挫f 吁按锶 二艋上吁拄钮 揸上- r 拄钮j 关门接订j 开门按佃 一晨定位皓廊 枷擐 下疆融保妒开 i b 棚白 ? a y 血 0 v 量 nl y 1 7 t i b 5 ，j 4 y 1 3 y 1 2 暂功维m 奢 开rj 门蛙，乜嚣 吕 翻 动 薯 缱 l 六接下行括幕土r l 丘拯下行捕示灯 l 五接上行指示灯 阿桉下行_ l i 示灯 四控上行指示土r 三接下行指示玎 三按上行拆菰灯 二擅下行指示玎 上行指示灯 一糨上行糖承l l 爿站担示啬 擅并输珊 六檀捃示玎 无经揣示l ， 斛括捃示土， = 拯指神 = 接桁示灯 一扭街示灯 下行衍示灯 上行播示打 图2 l 电梯的p l c 原理接线图 l f 疆 s l _ l 在本系统中，p l c 作为控制器，负责电梯信号的采集、输入以及发出信号控 6 m佻瞄俐m渤 篙啪伪协引 嚣”佰幅叫叫引引 訇x22_6勇 n m 州一一一l t 电梯控制策略的研究第二章电梯控制系统的硬件设计 制继电器、变频器等电气元件，同时和人机界面相连，实现对电梯运行状态的监 控。该电梯控制系统主要器件包括p l c ，变频器，编码器、光电开关等等，它们 都是在保证功能的前提下，尽可能选择可靠性高、使用方便、价格合理的产品。 2 2p l c 的选择 在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决 定是否选用p l c 进行控制。本设计的对象是群控六层电梯，每个电梯的硬件完全相 同，在设计控制系统是主要要考虑以下几点： ( 1 ) 对输输出点的选择 要先弄清楚控制系统的i o 总点数，系统中电梯的轿厢内按钮为6 个，用到厅 外外呼上行按钮为5 个，下行外呼按钮为5 个，另外还有开门按钮、关门按钮、 电梯一层定位感应器、限位开关、旋转编码器的接口等，再按实际所需总点数的 1 5 - - - 2 0 留出备用量( 为系统的改造等留有余地) 后确定所需p l c 的点数。 ( 2 ) 对存储容量的选择 对用户存储容量只能粗的估算，一般按估算容量的5 - - - 1 0 留有裕量。 ( 3 ) 对i o 响应时间的选择 p l c 的i o 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的 时间延迟( 一般在2 3 个扫描周期) 等。 综上所述考虑，我们选用三菱公司生产的f x 2 n 系列的f x 2 n 一6 4 m r 型号的可 编程控制器作为电梯的控制器，其输出方式为继电器输出形式。通过主机上配有 的r s 4 2 2 或r s 2 3 2 接口，可实现p l c 与p c 机的通讯，使用g xd e v e l o p e r 软件可 直接在p c 机上用梯形图编程、调试，直观易学。此外也可用手持编程器进行指令 编程，现场直接调试。 2 3 变频器调速原理与应用 变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通讯技术于一体的高科 技技术。现代工业生产的许多领域将变频器与p l c 相结合使用，借助于p c ( 或 h m i ) 可以对自动化设备进行智能控制。 本课题电梯控制系统中采用东芝v f n c l s 2 0 0 4 p w 变频器作为2 2 0 v 交流曳 引电动机的调速装置，下面介绍三菱f x 2 n 。6 4 m r 可编程控制器与东芝v f - n c l 变 频器之间的连接和通讯。三菱p l c 控制变频器有几种方法，下面分别介绍。 7 第二章电梯控制系统的硬件设计 电梯控制策略的研究 1 p l c 采用r s 一4 8 5 无协议通讯方法控制变频器 p l c 对变频器控制时，采用r s 串行通讯指令编程，通过变频器的r s 4 8 5 争行 通讯接口，把r s 4 8 5 接口与p l c 的f x 2 n 4 8 5 b d 通讯模块相连，通过通讯模式控制 变频器运行，如正转、反转、参数设置、状态监控( 一般通过触摸屏来监控) 。其 组成的r s 4 8 5 通讯网络硬件连接如图2 3 所示。 站号3 变频嚣 i i t s 一4 8 5i j 接口l i 端电阻 图2 - 3p l c 与变频器通讯控制的硬件连接 当两台以上变频器接到一台计算机上时，就需要设定变频器的站号( o 3 1 ) 。 2 p l c 采用现场总线方式控制变频器 三菱变频器可内置各种类型的通讯元件，如用于c c l i n k 现场总线的 f r - a 5 n d 元件等，三菱f x 系列p l c 有对应的通讯接口模块与之对接。其优点是 速度快、距离远、工作稳定等，缺点是造价较高。 3 p l c 的模拟量信号控制变频器 f x l n 型、f x 2 n 型p l c 主机，配置简易型的f x l n 。1 d a b d 扩展模拟量输出板 或模拟量输入输出混合模块f x o n 3 a ，或者两路输出的f x 2 n 一2 d a ，或者四路输出 的f x 2 n - 4 d a 模块等。这种方法的p l c 程序编制简单方便，但控制电缆较长，影 响了系统的稳定性和可靠性。 4 p l c 的开关量信号控制变频器 p l c 的输出点、c o m 点直接与变频器的s t f ( i e 转启动) 、i m ( 高速) 、r m ( 中速) 、 r e ( 低速) 、输入端s g 等端口分别相连。p l c 可以通过程序控制变频器的启动、停 止、复位；也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运 行。 这种开关量控制方法连接简单，程序设计简单方法，因此本课题采用此方法 控制变频器，变频器可通过其外部控制端子实现启停、正反转控制。本课题设计 的是通过变频器的外控制端子实现电动机的正反转及速度的变化。其具体接线见 图2 1 所示。 电梯控制策略的研究 第二章电梯控制系统的硬件设计 5 变频器参数的设置 对变频器的频率设置模式选择、命令模式选择、加减速时间等进行设置。如 表2 1 所示。 表2 1 变频器参数的设置 v f - n c i 变频器参数设置 名称功能用户设置 f n o d 频率设置模式选择 o c n o d 命令模式选择 o r c c 加速时间l 1 o d e c 减速时间2 1 0 f h 最大频率 5 0 u l 上限频率 5 0 s c l 预置速度运转频率1 1 0 s c 2 预置速度运转频率2 2 0 s c 3 预置速度运转频率3 5 0 f 1 2 7s i n k s o u r c e0 2 4 旋转编码器 本电梯的定位装置为增量型旋转编码器。而传统的电梯井道位置检测信号由 分布在各层的传感器如单簧管、双稳态磁开关等检测的。该旋转编码器的特点是： 只有在旋转期间会输出对应旋转角度脉冲，它是利用计数来测量旋转的方式，通 过p l c 采集旋转编码器旋转时产生的脉冲信号将电梯定位。图2 - 4 即为系统所使 用的旋转编码器的原理图。电梯轿厢位置检测和电梯选层信号由安装在轿厢顶上 和曳引轮相连的旋转编码器得到，从而摆脱了以往靠继电器和接触开过等有触点 器件控制的庞大复杂的线路系统，优化了线路，大大提高了系统运行的可靠性， 同时也便于检修【1 9 1 。 a b 顺时钟 图2 - 4 旋转编码器原理 2 4 1 旋转编码器的选择 增量式旋转编码器是一种光电式旋转测量装置。通过内部两个光敏接受管转 化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加( 正方向) 或 9 第二章电梯控制系统的硬件设计电梯控制策略的研究 减少( 负方向) 。增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲a 、b 和z 相；a 、b 两组脉冲相位差9 0 0 ，它是由一个中心有轴的光电码盘，如图2 - 4 所示： 其上有环形通、阻的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信 号组合成a 、b 、c 、d ，每个正弦波相差9 0 0 ( 相对于一个周波为3 6 0o ) ，将c 、 d 信号反向，叠加在a 、b 两相上，可增强稳定信号，从而可方便地判断出旋转方 向；而z 相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械 平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其 缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。因此可将旋转编码器的输出信号直接输 入给p l c ，并利用p l c 的高速计数器( c 2 5 1 ) 对旋转编码器的脉冲信号进行计数， 通过计数值来获得电梯运行的距离的定位。 ( 1 ) 计算计数脉冲f l 7 】 设电梯的速度为v = i o m s ，电机的转速为n = 1 4 6 0 r p m ，速比扛1 0 ：1 。若取 每转脉冲数p = 6 0 0 ，则 = h o p = 而1 4 丽6 0 6 0 0 = 1 4 6 0 h z ( 2 - 2 ) s ：三：坠：0 6 8 5 脉冲) (23)1460 壮而2 甄2 丙酗删甲 二3 厂= 刀p = i 而1 4 6 0 6 0 0 = 1 4 6 0 h z ( 2 - 4 )_ ，2 刀p 2 i 而6 0 0 另外，厂的值必须小于高速计数器的脉冲响应速度，即f 轿厢位置时，则把任务层数一轿 厢位置层数值，送入主梯上行任务辅助区；召唤任务层数一轿厢位置时，将召唤数 据送入副梯任务辅助寄存器d 4 8 8 ，由副梯执行。电梯下行时，召唤任务层数 任务层数，即呼梯信号与轿厢同一个方向，且在 下行方向时，极限位置层数为所有呼梯信号中层数最小的。此时将任务到轿厢距 离d 2 5 6 ，即轿厢位置一层数任务层数值送入主梯上行任务数据区。其他各种情况 类似。 4 2 电梯并联控制系统设计 电梯并联控制系统由两台三菱f x 2 n 6 4 m r 型p l c 分别控制两台电梯组成。 4 2 1 通讯系统的连接 1 通讯系统的连接 三菱f ) ( 2 n 系列p l c 之间具有1 ：l 并行连接功能，系统采用f x 2 n - 4 8 5 。b d 内置 通讯板和专用的通讯电缆( 有效距离为5 0 m ) 实现两台p l c 之间的并行通信，达 到双梯并联控制的目的。如图4 5 所示。 双梯并联时，两台电梯自身的功能都和单梯一样。并联控制和单梯控之间最 大区别是对厅外召唤的处理。通常情况下，单梯对厅外召唤处理是根据集选原则， 即有厅外召唤时控