S7-200PLC在变频调速电梯控制系统中的研究与应用.pdf

1 9巷 8划 VOI ． 1 9 NO ． 8 研究与开发 RES EARC H AND D E X EL O PM EN_ r 文章编 1 O O 5 8 4 5 1 2 0 1 0 0 8 0 0 0 7 0 4 S 7 2 0 0 P L C在变频调速电梯控制系统中的研究与应用 张绘敏 ，马殷元 ，雷 蕾 ，孟 萍 兰 州交通 大学 机 电技术研 究所 ， 兰州 7 3 0 0 7 0 摘 要 本文提 出利用 S 7 ． 2 0 0 P L C和安川 VS 一 6 1 6 G 5变频 器控制 电梯 系统的设计方案 ，介 绍电梯控制 系统的结构组成、工作原理 、设计思路及其硬件和软件的设计。此方案有效地提高运行质量和效率，节 约 电能 。 火键浏 P L C；变频 器；电梯控制 系统 } I 图分类 号T P 2 9 文献标识码 A Ap pl i c a t i o n a n d r e s e a r c h o f 7 - 2 0 0 PLC t o S pe e d Co n t r o l a n d Va r i a b l e Fr e qu e nc y El e v a t o r Co n t r o l S y s t e m zHANG Hu i ． mi n ． MA Yi n y u a n ， LEI I e i 。 M E NG P i n g I n s t i t u t e f o r Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y , L anz h o u J i a o t o n g U n i v e r s i t y , L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ， C h i n a Abs t r a c t Th i s pa pe r p r o p os e d t h e de s i g n s c h e me b y us i ng S 7 20 0 PLC a n d Ya s ka wa VS 一 61 6G5 t r a ns d u c e r t o c o n tro l t h e El e va t o r Sy s t e m．I t i n t r o du c e d t he s t r uc t u r e c o mp o s i t i o n ，o p e r a t i o n p r i n c i pl e ， d e s i g n i d e a s o ft h e El e v a t or Con tro l S ys t e m， a n d t h e d e s i g n o f i t s h a r d wa r e a n d s o f t wa r e ． Th i s s c h e me e f f e c t i v e l y i mp r o v e d t h e r u n n i n g q u a l i ty， e ffic i e n c y a n d s a v e d e n e r g y Ke y wo r ds Pr og r a mma b l e Lo g i c Co ntro l l e r ； tra ns d u c e r ；El e v a t or Con t r ol Sy s t e m 高层建筑 已经成为现代城 市标 志的今天 ，电 梯作为垂直运输 工具 ， 承担着大量 的输送任务 ， 其 作用在建筑业里 至关重要 ，电梯也成为人们 日常 生活中不可缺少的工具 。 对于载重大 、 速度高的电 梯来说 ，提高运行 质量 及效率和节约 电能是 重点 要解决的问题 。对此 ，采用 P L C作为逻辑控制并 结合变频技术是特别适宜于 电梯驱动的。 利用变频调速控制技术改造 旧电梯 ，充分利 用现代换流技术 、矢量变换控制技术和全数字化 电子控制技术 ，对 旧电梯 电动机转速实现线性控 制 。采用变频调速改造后的 电梯 ，结构紧凑 ，噪 声低 ， 提 高了运行效率 ， 维修 简单 ，故障率低 ，由 于变频调 速为无极调速 ，调速 范围宽 ，因此提 高 了乘坐 的舒适 感 。根 据查 询有 关 资料 可知 变频 调速 电梯 与交流调压调速 电梯相 比节能达 3 0 ％， 可以最佳地利 用电网的能量 ，提 高功率 因数 ，降 低曳引电机 容量 2 0 ％以上 ， 因此变 频调 速 电梯有 明显 的节能 特性 。根据 电梯 控制 系统 的控制 要 求 ， 详细介绍 了P L C和变频 器在 电梯控 制 中的设 计方案。 收稿日期2 0 1 0 0 1 - 0 4 作者简介 张绘敏，在读硕士研究生 马殷元，讲师。 1 制 系统的系统结构 本文采用变频调速控制系统 来控 制电梯 ，系 统结构框 图如图 1 。系统 由轿 厢 ，曳引机构 ，开关 门机构 ，P L C， 变频器及其他 电气元件构成。电梯 的调速部分选用高性 能的矢量控 制变频 器，利用 光电编码器 P G测量曳 引电机的转速 ，构成 闭 环 矢量控制 系统。系统结构框 图如 图 1 。 图 1 系统结构框图 2 控制系统的工作原理及其控制i 咕 I 度策略 此设计采 用模块 化的编程思想 ，根据功能将 电梯控制系统划分 为相对独立的功能模块 ，减少 了设计 的工作量并 且便于维护有利于提高 系统的 圆2 0 1 0 ． 8 总第 1 6 1 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研 究 与 开 发 维护效率 。 电梯运行 的控制调度策略是 电梯控制 系统的 核心部分 。下面具体介绍一下电梯运行的控制调 度策略 运行控制中一次将一个方 向上的所有呼 叫和 目标全部完成后然后掉转运行方 向，完成另 外一个方 向上的所有呼 叫和 目标 ，即实现方向优 先和顺 向截梯。采用设定 目标楼层的办法实现这 个策略 ，即 电梯 向一个 目标楼层运行 ，但这个楼 层可以修改 。具体策略如下 1 修改 目标楼层的策略 电梯 向上或 向下 运行时 ，如果运行到介于 当前 电梯所处楼层和 目 标楼层之间的楼层 ，这个楼层正好也有 同方 向的 呼叫请求时 ，将 目标楼 层修改为这个新的楼层 。 2 确定新的 目标楼层 如果电梯 向上 向 下 运行 ， 当它到达某个 目标楼 层后 ，则依 照以下顺序确定下 一 个 目标楼 层 a ． 如果 只有上升呼叫请求 ， 那 么以最低的向上呼叫所在楼 层为电梯当前的 目标楼层。 b ． 如果只有下降呼叫请求 ， 那么以最高的向下呼 叫所在楼 层为电梯当前的 目标楼层。 c ． 如果既有 上升请求又有 下降请求 ， 那么以最低 最高 不同的功能模块 。 3 ． 1 系 统 的 碰 什 设 汁 3 ． 1 ． 1 P L C的选 肢 P L C艘什接线 通过对系统控制要求的分析 可知 ，电梯控制 系统信号的输入、 输 出。 以3 层电梯控制 系统 为例 ， 系统共有开关量输入点 1 6 点 ， 开关量输 出点2 O 点 ， 所以选用的 CP U2 2 4 1 4 DI ／ 1 0 DO的 P L C，一个 输出混合扩展模块 E M2 2 3 4 D I ／ 4 DO ，还有另一 个 E M2 2 3 8 DI ／ 8 D O ，满足了系统需要的 1 5 ％～ 2 0 ％的 I ／ O点余量 ，即开关量输入 2 6点，输 出 2 2 点。 根据控制系统的输入输出的要求 ， 可以确定输 入输 出点的地址分配表 。 根据输入输 出点的地址分配表 ，可以很容易 地绘制 出 P L C的硬件接线 图，如图 2 。 叫所在楼层为电梯当前的 目标楼 层，顺次到达有 上升 下 降呼 叫请求的 目标楼 层后 ，然后以最 高 最低的向下 向上 呼 叫所在楼层为电梯当 前 目标楼层 ，反方 向顺次 到达有下降 上升 请 求 的 目标楼层。 d ． 如果仍然不能确定 目标楼层 此时实际上没 有任何呼叫和目标 ， 那么电梯无目标， 运行暂停。 3 控制系统的总体没计思路 设计 P L C电梯控制系统时 ，首先要对 P L C进 行选型，采用的是 S 7 ． 2 0 0 系列P L C作为控制系统 的核心控制器 ，根据控制系统的输入输 出量来选 择 P L C的型号。然后根据 系统的控制功能要求对 P L C进行 I ／ O分配 ，分配后绘制 P L C硬件接线图， 最后进行软件编程设计。在 软件设计 中，首先按 照功能要求 画出流程框图 ，按照不 同的功能编写 2 0 1 0 8 总 1 6 I 圆 图 2 P L C硬件接线图 3 ． 1 ． 2 变频器的选择和两 置 为降低 电梯成本 ， 节约用电 ， 并且能够保证电 梯按理想 的给定速 度曲线运行以改善 电梯运行的 舒适感 ，本系统采用 VS 一 6 1 6 G5型全数字变频器。 VS 一 6 l 6 G5 型全数字变频器必须配二次仪表及 光电编码器， 以供电机测速和反馈。光电编码 器与 电动机同轴连接 ， 对 电动机进行测速 。 光电编码器 输 出 A、B两相脉冲 ，A、B脉冲相序可判断 电动 机转动方 向，并可根据 A、B脉冲频率测电动机转 速 。 光 电编码器将此脉冲输出给二次仪表 ，二次仪 表再将此反馈信号送给 变频 器内部 ，进行运算调 节 ，所以光电编码器和二次仪表 实现 了闭环运行 。 同时必须配置制动 电阻 ， 当电梯减速运行时 ， 电梯 处于发电状态 ， 向变频器回馈电能 ， 这时 同步转速 下降 ， 变频器的直流部分 电压升高 ， 制动 电阻的作 用就是消耗 回馈电能 ，抑制直流电压 升高。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m S 7 2 0 P L C 变顿调违电梯拧制系统 中的研究 刖 研 究与 开发 电梯 的工作特 点是频繁的起动和制动 ，为了 满足舒适感提高运输效率及准确平层 ，就要求 电 梯能平稳的加速和减速 ，因此 电梯的速度给定 曲 线是关键的环节。 当 P L C完成定 向后 ，向变频器 发 出方 向使能和速度信号 ，变频器依据设定的速 度及加速度启动 电动机 ，达 到最大速度后匀速运 行 ， 接近 目标 层时 ， P L C发 出低速信号 ， 此时变频 器以设定的减 速度将最大速 度减 至爬行速 度 ，变 频器在加减 速的过程中 ，以设定的优化曲线减速 ， 收到平层信号 后立即停止 。电梯 的起制 动速度曲 线设计 由两段抛物线 s曲线 和一段直线构成 ， 6 1 6 G5变频器就具有将加速时 间和 S曲线加速时 间配合调整的功能 ，即可获得了较为理想的起动 ／ 制动 曲线 。 3 ． 2 系统 的 软 什 没 计 本系统 的控制程序按功能分为 7 部分 ， 分别为 厅外召唤和轿厢请求 、轿 门开关、指 层、定 向、选 层 、 换速 、 平层停车和楼层显示 。P L C控制功能流 程图如 图3 。 通过对部分功能流程 图的设计来分析 各个基本功能模块 的设计过程 。 图 3 P LC控 制功 能流 程 图 3 ． 2 ． 1 外 唤 轿J f I j 求 在正常运行 的情 况下 ，当有轿 厢请 求或厅外 召唤时 ， 电梯以此为 目标在楼层间运行 ， 运行的过 程中判断是否有其他 楼层的按钮被 按下 ，自动记 忆各种呼叫信号 ， 在 电梯到达某层停车时 ， 自动消 除顺 向呼 叫信号 ，保存反 向呼叫信号。 3 ． 2 ． 2 楼 l lz’ t ] ‘ 。-, P L C输 出端直接与七段数码管连接 ，无需 外 部硬件译码器 ，由P L C软件进行七段译码 ，直接 驱动数码管显示 层楼数。当电梯停在某层上时 ， 显 示 当前楼层的数字号。当电梯运行到楼 层中间时， 就需要借助延时程序 。 电梯离开某层楼时 ， 用一个 中间继 电器来保持 它的上一状态 ，轿厢显示为保 持上一状态 的楼层 。当轿厢运行到任一其它楼 层， 中间继 电器失 电 ，此时轿厢显示 为即将到达的最 近的楼 层。 3 ． 2 ． 3 定向、换述 _ ．j 选 控制 当电梯处于底层或者顶层时 ，运行只有 一个 方向上升或者下降 。 电梯的上升和下降是通过电 机的正反转来控制的 。如果停留在中间层 ，通过 P L C的运算将 电梯当前位置与 目标楼层进行比较 ， 自动选择 电梯的运动方 向。电梯在运行时是通过 电梯运 行控制调 度策略来控制 电梯 ，当电梯接到 多个轿 内或厅外指令时 ，自动选择合理的停靠层 站 。 在到达 目标楼 层前 ， 应该提前一定的距离开始 降低速度 ，实现换速功能。 3 ． 2 ． 4 轿 的 卜 j 停‘ 轿厢运行后需要确定在哪一层站停车 ，平层 即是指停车时轿厢的底与门厅地面应相平齐 ，一 般都有平层误差规定 ，即两个平面相差不 能超过 5 mm。平层停车需要在轿厢底与停车楼 层相平之前 就开始 ，必须经过换速过程 ， 先是减速 ， 然后才开 始制动 ， 减小冲击 ， 提高平层的准确性以及乘客的 舒适感 。 3 ． 2 ． 5开 关门 电梯运行过程 中即使按下开 门按钮 ，电梯 门 也不会打开 ，同样如果 电梯 门没有完全关闭，电梯 也不进行上下运行 ， 以此保证乘客的安全。开关门 设计流程 图如图 4 。 4 结束语 本文利用通用变频器和 P L C实现对电梯的控 制 ， 通过合理的设备选型和软件设计 ， 提高了电梯 运行的可靠性 ， 改善 了电梯运行的舒适感 ， 并节约 了电能 ，可 以满足客 户对 电梯控制 系统进行改造 的要求 ， 避免了旧系统诸多缺点 ， 达到了预定的设 圆2 0 1 0 8 总 l 6 l l 9 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研究与开发 RES E Rf l～ I l I J l 、Fl OPMEN 1 ． 团固 1 9 蕾 V t1．1 9 N O ．8 l殳章编 1 0 0 5 ． 8 4 5 1 2 0 1 0 0 8 ． 0 0 1 0 0 4 一 种新的网络拓扑发现解决方案 黄燕辉 ，刘 云 ，张振 江 北京交通大学 通信与信息系统北京市重点实验室，北京 l 0 0 0 4 4 摘 婴通过研 究 网络拓扑发现算 法，描述 了多址路 由器和 匿名路 由 器多拓扑 发现造成 的影响 。 改进 了路 由器别名 判定法和 匿名路 由器处理方 法，提 出邻居 ． 子网综合 法和 最大匿名综合 法。改进后的算法能准 确的发现真实网络拓扑，通过实验表明，该算法能够有效地克服多址路由器和 匿名路 由器对拓扑发现造成 的影响，提高拓扑发现效率与准确性。 父键 拓扑发现；路 由器别名过滤；跟踪路由；匿名路 由器 l l 阁分类 T P 3 9 3 文献标识码 A Ne w s o l ut i o n f o r n e t wo r k t o p o l o g y di s c o v e r y HUA NG Y a n h u i ， L I U Y u n ， Z HA NG Z h e n i i a n g T h e K e y L a b o r a t o r y o f C o mm u n i c a t i o n I n f o r m a t i o n S y s t e ms ， B e ij i n g Mu n i c i p a l C o mmi s s i o n o f E d u c a t i o n ， B e ij i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， B e ij i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a Ab s t r ac t I t wa s s t ud i e d t he n e t wo r k t o po l o gy di s c o v e r y a l g o r i t h m ． Ai mi n g a t t he a no n y mo u s r ou t e r pr o b l e m a nd I P a l i a s o f r o ut e r s i n n e t wo r k t o p ol o g y e x p l o r a t i o n， t hi s p a p e r p r o po s e d a n o ve l r o u t e r l e v e l t o po l o g y di s c o v e r y a l g o r i t h m． The r e s u l t pr ov e d t ha t t h e n e w a l go r i t hm c o ul d g r e a t l y i mpr o v e t he e f f e c t i v e ne s s a n d a c c u r a c y． Ke y wor d s t o p ol o g y d i s c o ve r y； r ou t e r a l i a s r e s o l ut i o n ；t r a c e o u t e ； a n o ny mou s r o ut e r 目前 ， 有很多组织和学者 [ 1 - 2 ] 致力于网络拓扑 收稿日期2 0 0 9 0 1 ． 0 6 基金项目国家 “ 8 6 3 ”基金项 目 2 0 0 9 A A0 1 Z 4 2 3 }国家自然科学基金 资助项目 6 0 9 7 2 0 1 2 ；北京市教育委员会共建项 目资助 W0 8 1 0 0 4 0 ；通信与信息系统北京市重点实验室资助项 目 J S Y J D 2 0 0 9 0 0 0 1 作者简介黄燕辉 ，在读硕士研究生 ；刘云，教授。 图4开关门流程圈 2 0 1 1 8 总 I 6 I 圆 发现和研究 ，还有人提出的结合 S NMP 、I CMP提 出的基于 DNMAI 的拓扑发现 方法也具有研究意 义【 ，但是他们的研究同样还存在各种 问题 ，例如 路 由器的别名解析问题 和匿名路 由器f 5 ] 的处理问 题 。 目前还 没有一种拓 扑发现方法很好地解决上 述问题的同时不影 响效率和拓扑的精确性 。本文 计 目的。 系统软件部分 易于扩展， 从几层的小型电 梯到几十 层的大型电梯 都适用 。 参譬 殳I敞 【 1 】 尹 刚． 基 于P L C的 变频调迷 电梯 系统设计【 D 】 ． 沈 阳沈 阳 工 业 大 学硕 士 论 文 ，2 0 0 8 ． 【 2 】 唐勇奇，赵葵银． P L C在变频调速电梯控制系统中的应用 [ J ] ． 工业 自动控制 ，2 0 0 1 9 2 6 2 7 ． [ 3 ] 石 云． 基于P L C的电梯控制系统的设计和实现[ J ] ． 工业 控制计算机 ，2 0 0 9 ，2 2 4 5 - 6 [ 4 ] 汪晋宽，罗云林 ，于丁文． 自动控 制 系统工程设计【 M】 ． 北 京 北京邮 电大学 出版社 ，2 0 0 5 ． [ 5 ] 郑学伟． 基于P L C的电梯控制系统【 D】 ． 天津天津大学硕 士 论 文 ，2 0 0 6 ． [ 6 ] 程玉华． 西门子 S 7 2 0 0 工程应 用实例分析[ M] ． 北京电子 工 业 出版社 ．2 0 0 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m