電梯模型在PLC可編程控制器實(shí)踐教學(xué)中的應用

隨著(zhù)現代自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，PLC 在實(shí)際的工業(yè)控制中起到了十分關(guān)鍵的作用，而且在現代高校的自動(dòng)化教學(xué)中，PLC 也成為一門(mén)*的課程。但如何將學(xué)生所學(xué)的知識與實(shí)踐結合起來(lái)卻是一個(gè)很大的問(wèn)題。在以往的課程教學(xué)中，通常只是通過(guò)仿真軟件或一些簡(jiǎn)單的PLC 控制實(shí)驗，讓學(xué)生簡(jiǎn)單體驗硬件的接線(xiàn)、編程軟件的使用以及一些指令的用法，學(xué)生很難建立一個(gè)系統的概念。
本文以YUY-DT11六層電梯教學(xué)實(shí)訓模型為對象，結合三菱FR-D700 變頻器，介紹了如何利用可編程控制器設計電梯模型的自動(dòng)控制系統，主要包括該系統的硬件組成、主控程序的控制流程圖、主要控制模塊的梯形圖程序以及上位機監控界面的設計等。同時(shí)，該課題結合模塊化設計的思想，簡(jiǎn)化了電梯控制中復雜的邏輯設計，使得該實(shí)例可以很好地將課程中的許多知識點(diǎn)貫穿到實(shí)際應用中。
1、電梯模型簡(jiǎn)介
1．1電梯模型組成
該款用于教學(xué)實(shí)踐的仿真電梯模型一共設有7層，其中底層為檢修層，第二層開(kāi)始為正常使用層，如圖1 所示。電梯結構分為實(shí)驗機架、拽引機、轎廂、對重鐵、轎廂軌道、對重鐵軌道、變頻器、語(yǔ)音到站鐘、33點(diǎn)輸出端口以及31 點(diǎn)輸入端口等。

圖1 電梯實(shí)訓模型
1．2電梯模型功能
該電梯模型主要有正常運行模式和檢修模式，且檢修模式的權限高于正常運行模式。檢修模式下主要檢查電梯的上下行功能，轎廂門(mén)開(kāi)關(guān)功能，急停功能，火警功能等是否正常。正常模式下，電梯響應轎廂內外各個(gè)層的呼叫信號，并準確做出應答——包括電梯運行方向、自動(dòng)平層、開(kāi)關(guān)門(mén)等操作。其主要控制要求為: ① 電梯下行; ② 電梯上行; ③ 電梯隨時(shí)對轎廂內外召喚信號進(jìn)行登記; ④ 電梯運行到某一層后，對該層轎箱內外登記信號進(jìn)行消除; ⑤ 轎廂上下行時(shí)，只響應順向截梯信號，保留反向呼梯信號。
2、控制系統的硬件設計

本項目的系統框圖如圖2 所示。

圖2 系統框圖

2．1控制器的選擇
由于系統包含32 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入和31 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出信號，見(jiàn)表1、2，系統的程序也不需要占用很大的內存，所以選擇處理器時(shí)只要能滿(mǎn)足系統的輸入輸出點(diǎn)數就可以了。本系統選用的是美國羅克韋爾公司SLC500 系列的處理器，該處理器模塊化的結構使得硬件設計更為靈活方便。
2．2 輸入、輸出模塊的選擇
如上所述，電梯實(shí)驗模型具有32 點(diǎn)的數字量的輸入端口和31 點(diǎn)的數字量輸出端口，所以選用了兩塊型號為1746-IB16 的16 點(diǎn)輸入模塊分別插在機架的1槽和2 槽，對應的輸入地址為1: 1 /0 ～ 1: 1 /15 和1: 2 /0～ 1: 2 /15; 兩塊型號為1746-OB16 的16 點(diǎn)輸出模塊，分別插在機架的3 槽和4 槽，對應的輸出地址為0: 3 /0 ～ 0: 3 /15 和0: 4 /0 ～ 0: 4 /15。由于電梯模型提供的信號電平邏輯剛好和SLC 輸入/輸出模塊的電平相反，故系統中還添加了兩塊電平轉換模塊。
各輸入、輸出信號說(shuō)明及對應的地址詳見(jiàn)表1、2。

表1 輸入端口說(shuō)明以及地址表示

表2 輸出端口說(shuō)明以及地址表示

2．3變頻器的配置
本系統采用三菱公司生產(chǎn)的FR-D700 變頻器，通過(guò)改變其相應參數來(lái)改變電梯模型拽引機的加速和減速的狀態(tài)，從而實(shí)現對電梯模型的拽引機進(jìn)行變頻調速。利用S 型曲線(xiàn)對電梯進(jìn)行控制，如圖3 所示。該方式在加速的起始階段，頻率的上升較緩，電梯加速度a 逐漸變大，加加速度ρ 為一恒定值。如AE 段所示，在電梯達到勻速運行之前，電梯加速度逐漸減小。BC端電梯進(jìn)入穩定運行狀態(tài)，此時(shí)電梯勻速上升。電梯的減速過(guò)程與加速過(guò)程類(lèi)似。
通過(guò)修改變頻器相關(guān)參數以及對變頻器STF端( 0: 3 /0) 和STR 端( 0: 3 /2) 的控制，可以讓電梯在上、下行時(shí)達到圖3 所示的運動(dòng)狀態(tài)。

圖3 速度控制曲線(xiàn)
3、控制系統的程序設計
3．1主控程序的設計
電梯實(shí)訓模型的控制程序設計比較復雜靈活，可以分為檢修模式和正常運行模式，對于正常運行模式來(lái)講，其程序的設計又可以分為轎廂內外信號登記與顯示、zui大值登記、zui小值登記、電梯選向、順向截梯、轎廂開(kāi)關(guān)門(mén)等部分，因此在程序設計中，我們將整個(gè)程序分為多個(gè)模塊，分別進(jìn)行單獨的設計與調試，zui后將不同的模塊拼接起來(lái)進(jìn)行綜合調試。圖4 為系統主控程序的控制流程圖。

圖4 主程序流程圖
3．2電梯選向以及順向截梯程序設計通過(guò)控制變頻器正反轉輸出，可以控制電梯上行或者下行運行，且電梯上升或下降一定樓層數，對變頻器STF 或者STR 端控制時(shí)間是固定的，通過(guò)測試分別為: 一層4.45s; 兩層8.90s; 三層13.35s; 四層17.80s; 五層22.25s?；诖?，我們設計了相應的電梯選向與順向截梯程序。
圖5 為電梯上行選向控制程序，其中N7: 10 存儲的zui初所在樓層信號。當電梯向上運行時(shí)，B3: 2 /0 處于閉合狀態(tài)，就不允許電梯低層的召喚信號與zui低選層信號進(jìn)行比較，只有當電梯上升到已登記的zui高層時(shí)，才允許電梯下行與zui低選層信號進(jìn)行比較。電梯下行的選向控制與上行選向控制程序有相同的結構。
圖6 為電梯上行順向截梯1 層的判斷程序。利用RTO 計時(shí)器指令，我們可以由zui高選層信號N7: 6 與zui初所在層N7: 10，計算得到電梯上行總共所需的時(shí)圖5 電梯選向控制( 電梯上行判斷) 的梯形圖程序圖6 電梯上行順向截梯設計( 1 層為例) 的梯形圖程序間，并將其作為T(mén)4: 0 的預設值，同時(shí)在電梯運行當中我們也仍可以對預設值進(jìn)行刷新，只要更高樓層有召喚信號。電梯的平層動(dòng)作由電梯zui初所在層與召喚信號所在層之差計算而得，N10: 1 中存儲了電梯從zui初層上行到該層所需時(shí)間，當這個(gè)時(shí)間與RTO 中得累計值相同時(shí)，電梯停止并跳轉到轎廂的自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)程序。

圖5 電梯選向控制( 電梯上行判斷) 的梯形圖程序

圖6 電梯上行順向截梯設計( 1 層為例) 的梯形圖程序

3．3上位機監控程序的設計
本系統采用Rockwell 公司的RSview32 上位機監控軟件，即為利用RSView32 設計制作的人機交互界面。通過(guò)通信軟件RSlinx，控制器與上位機之間以OPC 的方式進(jìn)行數據交換，這樣就可以利用上位機對電梯進(jìn)行監控。