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                   摘要：本文以兩臺五層樓電梯為設計對象，利用西門子公司S7—300系列可編程控制器（PLC），結合安川VS-616G5通用變頻器，開發出了一套交流變頻調速的PLC雙電梯聯動控制系統，從而只需要一臺PLC便能夠對兩臺電梯的運行操作進行控制。
　　
　　關鍵詞：PLC　雙電梯　硬件　軟件
　　
　　1 引言 
　　 近年來, 隨著建筑業的蓬勃發展，高層建筑和智能化建筑的不斷涌現，人們對電梯提出了越來越高的要求，單臺電梯往往不能滿足建筑物內的交通需要，這時候就需要合理安裝多臺電梯來緩解電梯運行的壓力，因此電梯群控系統（elevator group control system）應運而生。與此同時，隨著自動化技術的快速發展，也極大地促進了電梯控制技術的進步, 大量先進的控制技術應用于電梯群控系統, 使得電梯群控系統的控制特性得到很大的改善。針對目前這一現狀，本論文以兩臺五層電梯為設計對象，對電梯的群控問題進行了較為深入的分析研究，提出了一些自己的認識和看法，設計出了一套PLC雙電梯聯動控制系統。
　　
　　2 控制系統的硬件設計
　　 本系統是主要由PLC、變頻器、控制箱、顯示器、曳引電動機組成的交流變頻調速系統（Variable Voltage Variable Frequency，簡稱VVVF）。通過一臺PLC 去控制兩臺電梯運行的方式，可以省去兩臺可編程控制器之間的相互通信,從而使得控制系統的可靠性更高，結構顯得更加緊湊。本系統的硬件框圖如圖1所示。
　　 


圖1 PLC雙電梯聯動控制系統硬件框圖
　　 從圖1可以看出，該系統主要由兩個部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC來實現。通過分析研究電梯的實際運行情況和控制規律，從而設計開發出一套雙電梯聯動控制程序，使得PLC能夠控制兩臺電梯的運行操作。電梯的調速部分則選用高性能的矢量控制變頻器，配以脈沖發生器（編碼器）測量鼠籠式曳引電動機的轉速，從而構成電機的閉環矢量控制系統，實現鼠籠式曳引電動機的交流變頻調速（Variable Voltage Variable Frequency，簡稱VVVF）運行。
　　 PLC首先接收來自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據這些輸入信號的狀態，通過其內部一系列復雜的控制程序，對各種信號的邏輯關系有序地進行處理，最后向直流門控電機、變頻器和各類顯示器適時地發出開關量控制信號，對兩臺電梯實施群控。在電梯控制系統中，由于電梯的控制屬于隨機性控制，各種輸入信號之間、輸出信號之間以及輸入信號和輸出信號之間的關聯性很強，邏輯關系處理起來非常復雜，這就給PLC的編程帶來很大難度。從某種意義上來說，PLC編程水平的高低就決定整個系統運行質量的好壞。因此，PLC應用在電梯控制中的編程技術就成為控制電梯運行的關鍵技術，這同時也是本系統設計的一個重點。
　　 在PLC向變頻器發出開關量控制信號的同時，為了滿足電梯的要求，變頻器又需要通過與鼠籠式曳引電動機同軸連接的脈沖發生器和PG卡, 對電動機完成速度檢測及反饋,形成閉環系統。脈沖發生器輸出A、B兩相脈沖，PG卡接收到脈沖信號以后，再將此反饋給變頻器內部,以便進行運算調節。根據A、B脈沖的相序,可判斷出電動機的轉動方向,并可以根據A、B脈沖的頻率測得電動機的轉速。由于本設計選用的是通用型變頻器，因此其參數設置和外部線路設計的復雜程度要遠遠地高于電梯專用變頻器，其設置的好壞也將直接影響到電梯運行的實際效果。
　　
　　2.1 PLC的型號的選擇及I/O點數分配
　　 電梯邏輯控制系統的控制核心是PLC，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅動哪些負載,以及采用何種編程方式，都是需要認真考慮的問題，都會影響到其內部I/O點數的分配。因此，I/O點數的確定,是設計整個PLC電梯控制系統首先需要解決的問題,決定著系統硬件部分的設計，也是系統軟件編寫的前提。
　　 本系統是為一幢5層大樓所設計,根據PLC 的I/O節點使用原則,應留出一定的I/O點以做擴展時使用。系統中實際需要輸入點47點,輸出點40點,因此我們選用西門子S7-300PLC，其中CPU的型號選為CPU315，輸入模塊的型號選為DI32xDC24V，總共需要兩塊，輸出模塊的型號選為DO32xDC24V/0.5A，總共也需要兩塊。I/O地址分配表如表1所示。
　　 


　　


　　
　　2.2 變頻器的選型及參數設置 
　　 基于價格等方面因素的考慮，本次電梯調速控制的設計選用的是VS-616G5 型通用變頻器, 選擇有PG矢量控制作為曳引鼠籠式電動機的控制方式。
　　 PLC通過向安川616G5變頻器發出電梯上行輸出和電梯下行輸出信號，從而控制曳引電動機的轉動方向，決定電梯的上/下行運動；PLC通過向安川616G5變頻器發出電梯高速運行和電梯低速運行信號，從而間接控制曳引電動機的轉動速度，決定電梯的高速/低速運動。電動機通過脈沖發生器（編碼器）和PG卡將速度信號及時反饋給安川616G5變頻器，從而形成速度閉環控制。接線圖如圖2所示。
　　 


圖2 變頻器拖動部分線路圖
　　 由于本控制系統選擇的是有PG矢量控制，因此在運行之前，需要變頻器對電機單體進行自學習，否則變頻器將不能正常工作。其具體做法是先將電機銘牌上面記載的額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉數、PG卡脈沖數及電機極數輸入至變頻器，然后啟動變頻器，使電機空載運轉，最后這些數值通過自學習，自動地計算后寫入到變頻器的電機參數中。因此對于這些參數，沒有必要去人工進行設置。 VS-616G5通用型變頻器設置如表2所示。
　


　　
　　3 控制系統的軟件設計 
　　 硬件系統設計完成以后，為了實現優化控制，還需要用西門子STEP 7專業編程軟件對雙電梯聯動控制程序進行設計。由于電梯控制系統實際上是一個人機交互式的控制系統，因此單純采用順序控制或邏輯控制是不能夠滿足要求的，而應該在設計中采用隨機邏輯控制方式。同時，由于梯形圖之間的相互關聯性很強，程序設計比較復雜，因此在雙電梯聯動控制系統的軟件部分時，主要采用模塊化的編程思想來進行設計。
　　 根據電梯的運行規律,設置了有/ 無司機、檢修、優先服務、消防等四種工作方式。其編制的程序主要遵循以下控制規律:
　　 兩臺電梯都遵守集選規則，即將呼叫信號先進行登記，對與電梯運行同向的呼叫信號逐一應答，當同向指令和召喚應答完畢后電梯可以自動換向。
　　 除此以外，電梯并聯運行還遵循的相應的調度原則：正常情況下，當電梯使用以后，二號電梯作為忙梯會首先自動上升至第三層待命，一號電梯則作為基站電梯在第一層樓待命。當某層站有門廳呼叫信號時，則“忙梯”立即啟動并定向運行去接該層站的乘客。
　　 當兩臺電梯因轎廂內指令而到達基站后關門待命時，則應按照有效利用的原則，執行相互交替程序段。原先充當忙梯的電梯現在即作為基站電梯來使用，而原先作為基站電梯使用的電梯此時即成為忙梯。不論是一號電梯還是二號電梯均停留在最后停靠的層站待命。
　　 當忙梯正在上行時，若其上方出現任何方向的門廳呼叫信號或是其下方出現向下的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應答運行。但是，若在忙梯的下方出現向上的門廳呼叫信號，則由基站電梯來應答信號而發車運行接客。
　　 當忙梯正在下行時，若其下方出現任何方向的門廳呼叫信號，則均由忙梯在一周行程中去完成，而基站電梯不予應答運行。但是，若在忙梯的上方出現任何向上或是向下的門廳呼叫信號，則由基站電梯來應答信號而發車運行接客。
　　 當其中一臺電梯由于故障而停止運行，另一臺電梯則自動承擔全部的運行任務，遵循單臺電梯的運行規則。
　　 無論是作為一號電梯還是二號電梯,由于轎內呼叫信號而使電梯定向的,電梯都必須啟動運行。電梯停用以后，不論當前處在哪一層，都會自動下降至底層。
　　
　　4 結論
　　 實踐證明，PLC雙電梯聯動控制系統完全能夠運用于兩臺電梯的聯動控制，具有較好的兼容性，并且可以達到穩定可靠的性能。該系統很容易實現實現多臺群控, 具有廣闊的應用前景。
　　
　　參考文獻
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　　[2] 現代電梯控制技術. 張漢杰. 哈爾濱工業大學出版社，1997
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　　[4] 可編程序控制器及其應用. 李建新. 北京：機械工業出版社
　　[5] 廖常初主編. S7-300/400 PLC應用技術. 北京：機械工業出版社，2005