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- 【导读】随着现代自动化技术水平的不断进步,PLC在实际的工业控制中起到了十分关键的作用,而且在现代高校的自动化教学中,PLC也成为一门必不可少的课程。但如何将学生所学的知识与实践结合起来却...
随着现代自动化技术水平的不断进步,PLC在实际的工业控制中起到了十分关键的作用,而且在现代高校的自动化教学中,PLC也成为一门必不可少的课程。但如何将学生所学的知识与实践结合起来却是一个很大的问题。在以往的课程教学中,通常只是通过仿真软件或一些简单的PLC控制实验,让学生简单体验硬件的接线、编程软件的使用以及一些指令的用法,学生很难建立一个系统的概念。
本文以YUY-DT11六层电梯教学实训模型为对象,结合三菱FR-D700变频器,介绍了如何利用可编程控制器设计电梯模型的自动控制系统,主要包括该系统的硬件组成、主控程序的控制流程图、主要控制模块的梯形图程序以及上位机监控界面的设计等。同时,该课题结合模块化设计的思想,简化了电梯控制中复杂的逻辑设计,使得该实例可以很好地将课程中的许多知识点贯穿到实际应用中。
1、电梯模型简介
1.1电梯模型组成
该款用于教学实践的仿真电梯模型一共设有7层,其中底层为检修层,第二层开始为正常使用层,如图1所示。电梯结构分为实验机架、拽引机、轿厢、对重铁、轿厢轨道、对重铁轨道、变频器、语音到站钟、33点输出端口以及31点输入端口等。
图1电梯实训模型
1.2电梯模型功能
该电梯模型主要有正常运行模式和检修模式,且检修模式的权限高于正常运行模式。检修模式下主要检查电梯的上下行功能,轿厢门开关功能,急停功能,火警功能等是否正常。正常模式下,电梯响应轿厢内外各个层的呼叫信号,并准确做出应答包括电梯运行方向、自动平层、开关门等操作。其主要控制要求为:①电梯下行;②电梯上行;③电梯随时对轿厢内外召唤信号进行登记;④电梯运行到某一层后,对该层轿箱内外登记信号进行消除;⑤轿厢上下行时,只响应顺向截梯信号,保留反向呼梯信号。
2、控制系统的硬件设计本项目的系统框图如图2所示。
图2系统框图2.1控制器的选择
由于系统包含32点开关量输入和31点开关量输出信号,见表1、2,系统的程序也不需要占用很大的内存,所以选择处理器时只要能满足系统的输入输出点数就可以了。本系统选用的是美国罗克韦尔公司SLC500系列的处理器,该处理器模块化的结构使得硬件设计更为灵活方便。
2.2输入、输出模块的选择
如上所述,电梯实验模型具有32点的数字量的输入端口和31点的数字量输出端口,所以选用了两块型号为1746-IB16的16点输入模块分别插在机架的1槽和2槽,对应的输入地址为1:1/0~1:1/15和1:2/0~1:2/15;两块型号为1746-OB16的16点输出模块,分别插在机架的3槽和4槽,对应的输出地址为0:3/0~0:3/15和0:4/0~0:4/15。由于电梯模型提供的信号电平逻辑刚好和SLC输入/输出模块的电平相反,故系统中还添加了两块电平转换模块。
各输入、输出信号说明及对应的地址详见表1、2。表1输入端口说明以及地址表示
表2输出端口说明以及地址表示
2.3变频器的配置
本系统采用三菱公司生产的FR-D700变频器,通过改变其相应参数来改变电梯模型拽引机的加速和减速的状态,从而实现对电梯模型的拽引机进行变频调速。利用S型曲线对电梯进行控制,如图3所示。该方式在加速的起始阶段,频率的上升较缓,电梯加速度a逐渐变大,加加速度ρ为一恒定值。如AE段所示,在电梯达到匀速运行之前,电梯加速度逐渐减小。BC端电梯进入稳定运行状态,此时电梯匀速上升。电梯的减速过程与加速过程类似。
通过修改变频器相关参数以及对变频器STF端(0:3/0)和STR端(0:3/2)的控制,可以让电梯在上、下行时达到图3所示的运动状态。
图3速度控制曲线
3、控制系统的程序设计
3.1主控程序的设计
电梯实训模型的控制程序设计比较复杂灵活,可以分为检修模式和正常运行模式,对于正常运行模式来讲,其程序的设计又可以分为轿厢内外信号登记与显示、Zda值登记、Z小值登记、电梯选向、顺向截梯、轿厢开关门等部分,因此在程序设计中,我们将整个程序分为多个模块,分别进行单独的设计与调试,Z后将不同的模块拼接起来进行综合调试。图4为系统主控程序的控制流程图。
图4主程序流程图
3.2电梯选向以及顺向截梯程序设计通过控制变频器正反转输出,可以控制电梯上行或者下行运行,且电梯上升或下降一定楼层数,对变频器STF或者STR端控制时间是固定的,通过测试分别为:一层4.45s;两层8.90s;三层13.35s;四层17.80s;五层22.25s。基于此,我们设计了相应的电梯选向与顺向截梯程序。
图5为电梯上行选向控制程序,其中N7:10存储的Z初所在楼层信号。当电梯向上运行时,B3:2/0处于闭合状态,就不允许电梯低层的召唤信号与Zdi选层信号进行比较,只有当电梯上升到已登记的Zgao层时,才允许电梯下行与Zdi选层信号进行比较。电梯下行的选向控制与上行选向控制程序有相同的结构。
图6为电梯上行顺向截梯1层的判断程序。利用RTO计时器指令,我们可以由Zgao选层信号N7:6与Z初所在层N7:10,计算得到电梯上行总共所需的时图5电梯选向控制(电梯上行判断)的梯形图程序图6电梯上行顺向截梯设计(1层为例)的梯形图程序间,并将其作为T4:0的预设值,同时在电梯运行当中我们也仍可以对预设值进行刷新,只要更高楼层有召唤信号。电梯的平层动作由电梯Z初所在层与召唤信号所在层之差计算而得,N10:1中存储了电梯从Z初层上行到该层所需时间,当这个时间与RTO中得累计值相同时,电梯停止并跳转到轿厢的自动开关门程序。
图5电梯选向控制(电梯上行判断)的梯形图程序
图6电梯上行顺向截梯设计(1层为例)的梯形图程序3.3上位机监控程序的设计
本系统采用Rockwell公司的RSview32上位机监控软件,即为利用RSView32设计制作的人机交互界面。通过通信软件RSlinx,控制器与上位机之间以OPC的方式进行数据交换,这样就可以利用上位机对电梯进行监控。仪器网-专业分析仪器服务平台,实验室仪器设备交易网,仪器行业专业网络宣传媒体。
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