摘要；文中分析了電梯的負載特性，闡述了采用梯形加速曲線的電梯理想速度曲線，結(jié)合變頻器和PLC的性能，論述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作特性。闡述了電梯速度曲線產(chǎn)生的方法，歸納了由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的特點。
關(guān)鍵詞：負載特性 理想速度曲線 控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計

1.概述

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。

2.電梯理想運行曲線

根據(jù)大量的研究和實驗表明,人可接受的最大加速度為am≤1.5m/s2, 加速度變化率ρm≤3m/s3,電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現(xiàn)較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉(zhuǎn)折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即+ρm跳變到-ρm或由-ρm跳變到+ρm的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標(biāo)，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運行曲線如圖1所示：


智能變頻器是為電梯的靈活調(diào)速、控制及高精度平層等要求而專門設(shè)計的電梯專用變頻器，可配用通用的三相異步電動機，并具有智能化軟件、標(biāo)準(zhǔn)接口、菜單提示、輸入電梯曲線及其它關(guān)鍵參數(shù)等功能。其具有調(diào)試方便快捷，而且能自動實現(xiàn)單多層功能，并具有自動優(yōu)化減速曲線的功能，由其組成的調(diào)速系統(tǒng)的爬行時間少，平層距離短，不論是雙繞組電動機，還是單繞組電動機均可適用，其最高設(shè)計速度可達4m/s，其獨特的電腦監(jiān)控軟件，可選擇串行接口實現(xiàn)輸入/輸出信號的無觸點控制。

變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當(dāng)變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值，啟動電動機，達到最大速度后，勻速運行，在到達目的層的減速點時，控制器發(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬行速度，在減速運行過程中，變頻器的能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運行，使低速爬行時間縮短至0.3s,在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動斜坡來調(diào)整平層精度。即當(dāng)電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置4—10cm時，有平層開關(guān)自動斷開低速信號，系統(tǒng)按優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層，從而達到平層的準(zhǔn)確可靠。

3.電梯速度曲線

電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度a和加速度變化率p的大小，過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不適感。同時，為保證電梯的運行效率，a、p的值不宜過小。能保證a、p最佳取值的電梯運行曲線稱為電梯的理想運行曲線。電梯運行的理想曲線應(yīng)是拋物線-直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋物線和直線構(gòu)成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。

3.1速度曲線產(chǎn)生方法

采用的FX2-64MR PLC，并考慮輸入輸出點要求增加了FX-8EYT、FX-16EYR、FX-8EYR三個擴展模塊和FX2-40AW雙絞線通信適配器，F(xiàn)X2-40AW用于系統(tǒng)串行通信。利用PLC擴展功能模塊D/A模塊實現(xiàn)速度理想曲線輸出，事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，程序運行時，通過查表方式寫入D/A，由D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后將速度理想曲線輸出。

3.2加速給定曲線的產(chǎn)生

8位D/A輸出0～5V/0～10V，對應(yīng)數(shù)字值為16進制數(shù)00～FF，共255級。若電梯加速時間在2.5～3秒之間。按保守值計算，電梯加速過程中每次查表的時間間隔不宜超過10ms。

由于電梯邏輯控制部分程序最大，而PLC運行采用周期掃描機制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時間間隔過長，不能滿足給定曲線的精度要求。在PLC運行過程中，其CPU與各設(shè)備之間的信息交換、用戶程序的執(zhí)行、信號采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環(huán)掃描的方式進行的，每個循環(huán)都要對所有功能進行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個掃描周期，基本要完成六個步驟的工作，包括運行監(jiān)視、與編程器交換信息、與數(shù)字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執(zhí)行用戶程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個周期內(nèi)，CPU對整個用戶程序只執(zhí)行一遍。這種機制有其方便的一面，但實時性差。過長的掃描時間，直接影響系統(tǒng)對信號響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短CPU的周期掃描時間是一個很復(fù)雜的問題。一般只能從用戶程序執(zhí)行時間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時間已超過10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時間的辦法，但仍無法將掃描時間降到10ms以下。同時，制動段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時間也不宜超過10ms。為滿足系統(tǒng)的實時性要求，在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機制的限制。

起動加速運行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由程序進行開關(guān)，一旦設(shè)定，就一直按設(shè)定時間間隔循環(huán)中斷，所以，起動運行條件需放在中斷服務(wù)程序中，在不滿足運行條件時，中斷即返回。

3.3減速制動曲線的產(chǎn)生

為保證制動過程的完成，需在主程序中進行制動條件判斷和減速點確定。在減速點確定之前，電梯一直處于加速或穩(wěn)速運行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對應(yīng)模式的最大值之后，加速程序運行條件不再滿足，每次中斷后，不再執(zhí)行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對應(yīng)模式的最大值運行，在該模式減速點到后，產(chǎn)生高速計數(shù)中斷，執(zhí)行減速服務(wù)程序。在該中斷服務(wù)程序中修改計數(shù)器設(shè)定值的條件，保證下次中斷執(zhí)行。