基于PLC网络的双电梯并联控制技术.pdf

电气技术与 自动化 胡 国良 基 于 P L C网络的双 电梯并联控制技术 基于 P L C网络的双电梯并联控制技术 胡国 良 湖南铁道职业技术学院 电气工程系 ， 湖南 株洲 4 1 2 0 0 1 摘要 从硬件结构与接线、 算法分析与研究 、 软件设计及框图几个方面介绍了应用 P L C网络 技术对双电梯进行并联控制的方法。 关键词 可编程序控制器； 网络； 电梯； 并联控制 中图分类号 T H1 2 ； T P 3 3 2 ． 3 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 0 0 3 4 1 7 6 43 Pa r a l l e l Co nt r o l Te c h no l o g y o f Two El e v a t o r s Ba s e d o n PLC Ne t wo r k HU Gu o l i a n g H u n a n R a i lwa y P r o f e s s i o n a l T e c h n o lo g y C o ll e g e ，E le c t r ic a l E n g i n e e r i n g ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 1 ， Ch i n a Abs t r a c t Fr 0 m t h e s t r u c t u r e a n d wi r i n g a s p e c t s o f t h e h a r d wa r e，alg or it h ms，an a ly sis a n d r e s ea r c h，s o f twar e d e s i g n an d blo c k d i a g r a m，t h i s p a pe r d e s c r ib e s t h e a pp l ic a t ion o f PL C n et wor k t e c h n o l o g y in t h e p a r a l le l c on t r o l o f t wo e lev a t o r s． Ke y wo r d s PL C；n e tw o r k ；e l e v a t o r s；p ar a l lel c o n t r o l 0 前言 随着社会的发展， 电梯在人们的生活巾的地位和作用 将与汽车一样， 成为重要的运输设备。当前各地建筑物正 朝着大型化和高层化方向发展， 往往需要在建筑物内安装 两台或 多台电梯 ， 例如小 高层 住宅 ， 一般 每单 元并列安 装 两台电梯 。电梯是建筑物 内的主要耗能设备 ， 它在运行时 启动和停止动作频繁。因电动机的启动电流远大于额定 电流， 而电能的消耗是与电流成正比的， 故合理地减少电 梯的无效启、 停次数， 可节能。如果两电梯各 自独立运行， 容易发生电梯响应呼梯信号而运行到站后 ， 乘客已被另一 台电梯接走而空运行的现象 ， 长期这样必然造成很大 的能 源浪费 ， 而且给 电梯的集 中管理造 成较大 的困难 ； 如果 电 梯各 自独立运行 ， 就没有把 电梯运输能力 与乘客需求状态 有机地结合起来， 没有合理地调配电梯资源， 电梯系统处 于非最佳运行状态 ， 很难提高运行效 率 ， 乘客需求 也小 能 得到最快的响应和最好的满足。 电梯的并联控制可以提高运输效 率 ， 较好地满足乘客 需求 ， 可以节约能源 ， 克服一些不 良的空运行状态 ， 也为 电 梯的群控 和集 中管理打下 了基础。 控制系统的硬件设计 双电梯的并联控制是在单台电梯控制的基础上改进 而成。随着电气控制技术的发展， 采用可编程序控制器 P L C 与变频器控制电梯已是主流。利用 P L C的通讯网 络功能来实现双电梯的并联 控制 已成 为可能 。P L C主要 是对电梯的信号进行逻辑处理， 变频器则对电梯的运行速 度进行控制 ， 以改善运行 曲线 。 以P L C加变频器的控制方式构成的单台电梯其电气 结构如图 i所示 。 图 1 单 台电梯电气结构 基于 P L C网络的双电梯并联控制， 是在 P L C控制单 台电梯基础上的改进和提 高。A电梯和 B电梯分 别由两 台 F X 2 n系列 P L C控 制， A梯 P L C在 联 网中 为主站 O 站 ， B梯 P L C则为从站 1 站 ， 主、 从站之间能够联网通 信。P L C控制双电梯系统的基本结构如图2 。 三菱 P L C组网主要有两种途径， 是用三菱的专业 工控 网络 C C L i n k ， 二是通过 R S 2 3 2 R S 4 2 2 ， R S 4 8 5等通用 通信接13 进行组网。C C l i n k网络投入的设备多， 资金大， 当然， 组网后的技术性能和参数也高些， 可与远程的 I ／ O 站通信， 主要适用工业现场 自动化车间、 大型自动线等的 P L C组网。通过通信接口组网， 投入小， 组网灵活快捷， 不 增大体积空间， 但传输距离有限， 在网络技术性能和参数 能满足要求 的前提下宜采用 。 一 般两台被并联控制的电梯， 并列安装， 相距不远， 具 有 电梯并联控制的实际意义 ， 从 联 网的角度来 说 ， 即两台 P L C相距不远。文中研究的是采用第二种途径组网。 作者简介 胡 国良 1 9 6 O 一 ， 男 ， 湖南湘潭人， 工程 师， 本科， 研究方 向为电气控制 。 l 7 6 h t t p ／ ／ Z Z H D． c h i n a j o u ma 1 ． n e t c n E m a i l Z Z H D c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c n 机械制造 与自动化 电气技 术与自动化 胡国良 基 于 P L C网络的双电梯 并联控 制技 术 图 2 双电梯的电气 结构 并行通信 ， 即两台同系列 P L C之间的并行通信。可 通过 F X 2 n - 4 8 5 一 B D和专用 的通 信电缆构 建 。对 于两 台电 梯的并联来说是非常适合的 P L C网络形式， 它成本低， 组 网易 ， 比 N N网络 通信效 率高 。并行通信 连接示 意 图如 图 3 ， 接线图如图 4 。 终端 电阻 终端 电阻 FX2 n 0 0 FX2 n 系 t| P L C 厶 。 o 。 。 系 tJ P L C ， - ∞ 0 0 图 3 并行通信连接示意图 双绞屏蔽电缆 终端 电阻 终端 电阻 F X2 n 一 4 8 5 一 B D系g lj A梯P E F X 2 n 一 4 8 5 一 BD系列 梯 图 4 并行通信接线图 2 电梯并联调度算法 两台电梯 的并联控制 ， 其最终 目的是把对应 于某一层 楼召唤信号 而不是某一台电梯的召唤信号， 因为召唤信 号必须共享； 该信号包含要求电梯运行的方向 合理地分 配给电梯群中最有利的一台电梯。并联控制就是两 台电梯 共享厅外召唤信号 ， 并 能够按照预先设定 的调 配原则 自动 地调配某台电梯去应答厅外召唤信号。经过比较认为最快 相应调度原则适合 于 电梯并联 的调度。最快 响应 调度原 则 ， 即就 近调度原则 ， 是比较两台电梯 当前位置与厅外呼梯 信号位置之间的距离， 要求距离小的那台电梯去应答该外 呼信号， 但电梯在运行中仍需要遵守顺向优先的原则。最 快响应调度原则在本质上是一 种按距离进行调度 的方法 ， 它能较好地解决服务快速性和节省能源问题 。 2 ． 1 最快响应调度 原则的数 学模 型 在编写最 决响应调度程序之前 ， 应该建立 2台电梯并联 Ma c h i n e B u i l d i n g8 Au t o m a t i o n ， J u n 2 0 1 0， 3 9 3 1 7 6一J 7 8， 1 8 6 运行的数学模型。假设所并联的 2台电梯有 Ⅳ 本文设 N l O 层站。底层为 1 层站 ， 顶层为Ⅳ层站。先要设定3个变量 ，y ， z 。 ， y分别为 A， B电梯的运行值。电梯的运行值反映 了电梯的运行 隋况 ， 它和电梯的位置和运行方向有关。 设 A梯轿厢在 1层上行 时， X1 ； 在 2层 上行时 ， X 2 在 Ⅳ一 1层上行 时 ， XN一1 。同样 的 ， 在 Ⅳ层下行 时 ， X一Ⅳ； 在N一1 层下行时 一 N一1 ； 在 2层下行时， X一 2 。当电梯停在某层没有运行方向时， A梯的运行值 有 2个， 分别对应上行和下行时的运行值。 设 B梯轿厢在 1 层时上行时 Y 1 ； 在 2层上行 时 Y 2 ； 在 N一1 层 上行 时 ， YN一1 。同样 的， 在 Ⅳ层下行时 ， y 一 N。在 N一1层下 行时 ， Y 一 N一1 ； 在 2层 下行 时， Y一 2 。当电梯停在某层没有运行方向时， B梯 的运 行值有 2个， 分别对应上行和下行时的运行值。 z为某一厅外呼梯按钮按下时对应的键值。呼梯按钮 的键值代表按钮按下的位置和方 向， 它 和按 钮所在 的位 置 和按钮的方 向有关 。设 1 层 至 N一1层的上呼按钮对应 的 键值分别为 1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ， N一 2 ， N一1 ； Ⅳ层 至 2层 的下呼按钮 对应的键值分别为 Ⅳ， Ⅳ1 ， ⋯ ， Ⅳ N一 3 ， N Ⅳ一 2 。 表 1 A、 B电梯运行值 及键值 表 1 O 层 9 层 8 层 7 层 6 层 5 层 4 层 3 层 2 层 1 层 2 ． 2 利用数学模型计算运行分配值 当电梯的某个外呼按钮按下时， 键值变量 z根据前 面介绍的模型被赋予了一个值， A梯的运行变量 和 B 梯的运行变量 y分别根据其所在的位置和运行状态对应 其运行值。到底这个外呼信号， 分配给 A梯还是 B梯呢 需要进行计算 。 1 77 O l 2 3 4 5 6 7 8 m 矗 0 4 9 8 7 6 5 4 3 2 0 m 矗 0 一 ’ ， ， ， ， ， ， ， 9 8 7， O 5 3● 旧9 8 7 6 5 4 3 2 一 一 一 一 一 一 一 一 一 电气技术与自动化 胡国良 基于 P L C网络 的双 电梯并联控制技术 当电梯的某个外呼按钮被按下这一事件发生时 ， 再设 置二个变量 P， Q。设 PzX， QZY 。计算完 P， Q 后还要进行处理。当P或 Q大于 Ⅳ 时， P或 p的值 要减去 Ⅳ Ⅳ ； 当P或 Q小于0时， P或 Q的值要加上 Ⅳ Ⅳ 。这样才能保证 P ， Q的值在 0至 ⅣⅣ 之间， 以便运算和比较。 当2台电梯都有运行方向时， ， Y ， P ， 的值是唯一 的。当P ≤Q时该外呼信号分配给 A梯， 否则分配给 B 梯。当2台电梯都没有运行方向或其中 1台没有运行方 向时， ， Y ， P， Q的结果可能有 2个值， 我们取其中较小的 值进行比较。仍然是， 当 P≤Q时该外呼信号分配给 A 梯 ， 否则 分配给 B梯。 P， Q的实际意义分别为 A， B两电梯轿厢当前位置到 呼梯楼层位置， 按合理运行原则所需要运行经过的层站数。 例如， A梯正在二楼向上运行， B梯在一楼待命， 对于 二楼以上的所有向上 呼梯有 PZ z一2Q zY Z一1 ， 应由A梯响应， 向上时体现了顺向截梯就近 快速响应， 向下时体现了节能。若 A梯在六楼向上运行， 在四楼有向上呼梯信号， 则 P Z X 4 6一 2 0 ， 进 行处理 ， P N N一 2 1 01 0 2 1 8 ， 而 9zY 4 1 3 ， QP， 由B梯响应， 体现了快速服务。 3 有关的软件设计 3 ． 1 通信的基本软元件 硬件设计已确定了采用 F X 2 n - 4 8 5 一 B D作为连接两台 P L C的通信模块， A梯作主站， B梯为从站， 构建并行网络。 在并行通信中特殊辅助继电器和寄存器功能如表2 。 表 2 特殊辅助继电器和寄存器功能表 元件号 说明 M 8 0 7 0 并行连接 中， P L C是主站时驱动 M 8 0 7 1 并行连接 中， P L C是从站时驱动 M8 0 7 2 并行连接中， P L C是运行时为 ON M 80 7 3 雾 操 作 中 ’ 町 M 鲫 被 不 正 确 设 置 M8 1 6 2 并行连接 时为高速模式 ， 仅两个数据字读／ 写 D 8 0 7 0 并行连接监视时间 默认 5 0 0 m s 标准并行通信模式下的通信元件如表 3 。 表 3 标 准并行通信模式 下的通信元件表 通信元件类型 ～ 说明 位元件{ M 宇元件 D M 8 0 o M 8 9 9 I M g 0一I 4 9 9 主站数据传送到从站所用的数据通信元件 M g 0 0一 M 9 9 9 D 5 0 o D 5 0 9 从站数据传送到主站所用的数据通信元件 实验表明， 从通信元件上取对方的数据信号， 如同取 本机的数据信号一样。只是不要搞错元件地址就行了。 设计中有时将通信元件总和称为公共通信区， 因为在此区 的内容， 双机都能读得到。 3 ． 2轿厢楼层位置的确定 硬件设计中采用了旋转编码器， 与曳引电动机同轴安 装， 通过计算来确定轿厢楼层位置 。 旋转编码器每转脉冲P1 0 0 ， 电梯速度 1 m ／ s ， 曳 引电动机满速时转速 1 0 0 0 r ／ m i n ， 则每脉冲对应的轿厢 距离是Sv ／ n P 1 0 0 0 6 0 ／ 1 0 0 0 X l 0 o 0 ． 6m m。 假设层高 3 m， 每个脉冲对应轿厢位移 0 ． 6 mm， 则从 一 层到二层脉冲数为 0～5 0 0 0 ， 二层到三层为 5 0 0 1 1 00 0 0 ， 依此类推。只要读取高速计数器中的脉冲累计 值 ， 就可知道轿厢 的位置。 硬件设计中， 高速脉冲从 x 2端输入， 对应的高速计 数器是 C 2 3 7 ， 具有双向计数功能， 占3 2位字长。梯形图 和脉冲输 入如 图 5 。 J M 1 5 7 M 8 2 3 7 瞄 xo整肌 坚 卜 圆 川 L一 图 5 P L C高速计数梯形 图和脉冲输入图 X O是轿厢到一楼复位 C 2 3 7 ， 以消除运行中的累积误 差； M1 5 7是定下向信号， 当下行时， 置 M 8 2 3 7 ， 减计数。 M 8 0 0 0启动 C 2 3 7 。 用高速计数器比较指令， 将轿厢位置送轿厢楼层位置 信号通道， 梯形图如图6 。 f M8 0 0 0 H卜 J I f C 2 3 7 一 K21 4 7 4 8 3 6 4 7 F N C S 5 D I K o J K 4 9 9 9 l C 2 3 7 J M 2 0 0 M2 0 1 M1 0 0 一楼 o F N C 5 5 D l K 5 0 0 0 l K 9 9 9 9 l C 2 3 7 I M 2 0 3 二 一二 楼 F N C 5 5 D IK 1 0 0 0 0 l K 1 4 9 9 9 I C 2 3 7 ～ 二 二 M o 三 楼 图 6 轿厢位置确定梯形 图 K 2 1 4 7 4 8 6 4 7是 3 2位双向计数器的最高值， 本文 N 1 0层楼， 9个区间， 每区间5 0 0 0脉 冲， l 0层为 4 5 0 0 0 K 2 1 4 7 4 8 6 4 7 。若轿厢在二楼 区间 ， K 5 0 0 0≤C 2 3 7 ≤K 9 9 9 9， M 2 0 4为 O N， 使 M 1 0 1为 O N 。同理 ， 在轿厢位置信号通道 M1 0 0 一 M1 0 9中总有一个为 O N， 它表示了轿厢所在位置。 3 ． 3 主站程序设计流程图 J 通电后 ， 进行联网初始化 ， 设定主站参数 。主 、 从站通 讯的主要内容是 搜索从站电梯轿厢位置参数， 搜索从站 电梯厅外召唤信号 ， 传送从站电梯被选响应信号。流程图 见图 7 。 下转第 1 8 6页 1 7 8h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u rna 1 ． n e t ． e n E m a i l Z Z H D c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． c n 机械制造与自 动化 电气技术与 自动化 李娜 双馈风力发 电机组低 电压穿越技 术研 究 该方案能够在一定程度上提高双馈感应发电机在输电系 统故障时的运行特性， 并能够在一定范围内限制发电机转 子电流， 保护转子励磁变流器。 另外在理解 电网短路故 障时发电机的 暂态 物理过 程 的基础上 ， 提出一种电网短路故 障时双馈感应发 电机不脱 网运行的励磁控制策略。为保证故障期间双馈感应发电机 励磁变频器安全运行， 新的励磁控制策略针对故障过程中 发电机 内部 电磁变量 的暂态特点 ， 控制发电机转子电流产 生的磁链， 以抵消定子磁链中的“ 有害” 暂态直流分量对转 子侧 的影响。利用仿真对发电机不脱 网运行 的励磁控制进 行了研究。研究结果表明， 通过适当提高现有双馈感应发 电机励磁控制器中P l 调节器的比例和积分系数， 能够在一 定范围内维持电网故障时发电机不脱网运行 。 4 结论和展望 并 网型双馈 感应风力发电机组是一个结构庞大 ， 控制 复杂的高度集成化的系统 ， 在其接入电网后， 首先反应出 来 的问题是它对 电网产生的影响， 即对其接入电网形式 和 电网对风电机组的要求进行了详细的研究； 通过分析大量 的国内外文献 ， 对于 L V R T技术 的研究现状及其应用技术 进行了研究 。 电网运行时经常出现的是不对称故障情况， 当电网出 现不对称故障时， 会使过压、 过流的现象更加严重， 因为在 定子电压中含有负序分量， 而负序分量可以产生很高的滑 差。然而 目前严重故 障下进 行的研究大都是 针对 电网对 称故障的情况， 无法满足实际电网故障情况要求， 不能实 现工程实际应用。因此， 考虑电网不对称故障下， 发电机 的控制模型和算法有待于进一步改进研究。总之， L V R T 的研究仍是风力发电系统今后一段时间关注的热点问题。 参考文献 [ 1 ]吴俊岭． 大型风 电场并 网运行 的若 干技术 问题研 究 [ D] ． 北 京 清华大学 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ]孙涛 ， 王伟胜 ， 戴慧珠 ， 等． 风力发 电引起 的电压 波动和 闪变 [ J ] ． 电网技术， 2 0 0 3， 1 2 2 7 6 2 -6 6 ． [ 3 ]雷亚洲． 国外风力发电导则及 动态模 型简介 [ J ] ． 电网技术 ， 2 0 0 5， 1 2 2 5 2 7 3 2 ． [ 4 ]An a y a L O，Mi c h a e l H F， N i c h o l a s J ．R o t o r fl u x ma g n i t u d e a n d a n g l e c o n t r o l s t r a t e g y f o r d o u b l y f e d i n d u c t i o n g e n e r a t o r s 【 J ] ． WI N D E N E R G Y， 2 0 0 6 ， 9 4 4 7 9 - 4 9 5 ． [ 5 ]B I N G X I E，F O X B，F L Y N N D ．S t u d y o f f a u l t r i d e - t h rou g h f o r D F I G b a s e d w i n d t u r b i n e s f J ] ．I E E E T r a n s ．o n E l e c t r i c U t i l i t y D e r e g u l a t i o n ， 2 0 0 4 1 4 1 1 -41 6 ． [ 6 ]M OR R E N J ，D E HA A N S W H ．R i d e t h r o u g h o f w i n d t u r b i n e s w i t h d o u b l y f e d i n d u c t i o n g e n e r a t o r d u r i n g a v o l t a g e d i p[ J ] ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n e r g y C o n v e rs i o n ， 2 0 0 5 ， 2 0 2 4 3 5 - 4 4 1 ． 收稿 日期 2 0 0 90 91 7 上接第 1 7 8页 1 86 4 结语 运用 P L C的网络技术来 实现对 双电梯 的并 联控制 ， 技术可行 、 方案简洁。只需在单 台电梯 基础上加 以组 网， 投入费用无需太大， 硬件不作大的改动， 软件主要是加定 梯计算模块和网络通信。按最快响应原则研究的定梯计 算算法， 可使程序编写更为简单， 对于研究电梯的并联控 制或群控有一 定的参考意义 。 参考文献 [ 1 ]钟万志． 一台 P L C控制双并联电梯 系统的设计[ J ] ． 兵工自动 化 ， 2 0 0 7 ， 2 6 1 1 7 5 - 7 6 ． [ 2 ]张忠万． 可编程控制器应用技术 [ M] ． 2版． 北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ]李惠异． 电梯控制技术 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ]王秀英， 郑海英． P L q技术在电梯运行中的应用[ J ] ． 辽宁工 业大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 8 2 8 8 - 9 0 ． 图 7 主站程序设计流程 图 收稿日 期 2 0 0 9 0 9 0 9 h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u mM ． n e t ． c n E m a i l Z Z H D e h a i n a j o u m a 1 ． n e t ． c n 机械制造与自 动化