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采用PLC對(duì)電梯速度曲線產(chǎn)生方法的技術(shù)改造

    電梯運(yùn)行的舒適性取決于其運(yùn)行過(guò)程中加速度a和加速度變化率p的大小，過(guò)大的加速度或加速度變化率會(huì)造成乘客的不適感。同時(shí)，為保證電梯的運(yùn)行效率，a、p的值不宜過(guò)小。能保證a、p取值的電梯運(yùn)行曲線稱(chēng)為電梯的理想運(yùn)行曲線。電梯運(yùn)行的理想曲線（圖1） 應(yīng)是拋物線-直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過(guò)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(shí)際的運(yùn)行曲線。

一、東洋電梯速度曲線的產(chǎn)生方法
    東洋電梯采用的方法是階梯-濾波方式，和一般電梯的起、制動(dòng)方式一樣，起動(dòng)受時(shí)間控制（稱(chēng)為時(shí)間原則），制動(dòng)受距離控制（稱(chēng)為距離原則）。先通過(guò)電阻分壓產(chǎn)生階梯給定電壓U，階梯電壓的順序由繼電器的觸點(diǎn)控制。每一階梯的保持時(shí)間，就是對(duì)應(yīng)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)吸合的時(shí)間，這一時(shí)間由延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)過(guò)程由對(duì)應(yīng)減速距離的選層器凸輪觸點(diǎn)和門(mén)區(qū)內(nèi)的磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)控制。起動(dòng)過(guò)程分12級(jí)，制動(dòng)過(guò)程為13級(jí)。這是為了在起動(dòng)時(shí)有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而將*級(jí)給定電壓設(shè)置得較高。制動(dòng)時(shí)，為保證平層精度，zui后一級(jí)要小一些。階梯電壓產(chǎn)生后，送到濾波電路，經(jīng)濾波輸出后，產(chǎn)生平滑的速度給定曲線。

    采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的速度曲線產(chǎn)生方法，由于采用繼電器邏輯控制，不僅可靠性不理想，而且存在下述問(wèn)題：（1）受分級(jí)電壓級(jí)數(shù)的限制，不易使曲線達(dá)到理想；（2）調(diào)試?yán)щy；（3）加速過(guò)程采用由小到大的階梯給定順序，引起電梯起動(dòng)時(shí)的沖擊。這一問(wèn)題是由于在電梯起動(dòng)瞬間克服了機(jī)械靜磨擦力后，給定電壓沒(méi)能隨磨擦力的減小而及時(shí)降低造成。此外，在減速過(guò)程中，轎廂位置信號(hào)取自機(jī)械選層器，減速點(diǎn)及每級(jí)減速距離的精度也受到限制。

二、速度曲線產(chǎn)生方法的改造
    本方法是利用PLC擴(kuò)展功能模塊-D/A模塊實(shí)現(xiàn)的，事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，程序運(yùn)行時(shí)，通過(guò)查表方式寫(xiě)入D/A，由D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后將理想曲線輸出。本文選用的富士可編程控制器FLEX-PC的NB-AXY4-11型模擬輸入輸出模塊，分別有兩路8位A/D和D/A。

1.加速給定曲線的產(chǎn)生
    8位D/A輸出0～5V/0～10V，對(duì)應(yīng)數(shù)字值為16進(jìn)制數(shù)00～FF，共255級(jí)。東洋電梯加速實(shí)踐在2.5～3秒之間。按保守值計(jì)算，電梯加速過(guò)程中每次查表的時(shí)間間隔不宜超過(guò)10ms。

    由于電梯邏輯控制部分程序zui大，而PLC運(yùn)行采用周期掃描機(jī)制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足給定曲線的精度要求。在PLC運(yùn)行過(guò)程中，其CPU與各設(shè)備之間的信息交換、用戶(hù)程序的執(zhí)行、信號(hào)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(jìn)行的，每個(gè)循環(huán)都要對(duì)所有功能進(jìn)行查詢(xún)、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個(gè)掃描周期，基本要完成六個(gè)步驟的工作，包括運(yùn)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(hù)程序和輸入輸出接口服務(wù)等。在一個(gè)周期內(nèi)，CPU對(duì)整個(gè)用戶(hù)程序只執(zhí)行一遍。這種機(jī)制有其方便的一面，但實(shí)時(shí)性差。過(guò)長(zhǎng)的掃描時(shí)間，直接影響系統(tǒng)對(duì)信號(hào)響應(yīng)的效果，在保證控制功能的前提下，zui大限度地縮短CPU的周期掃描時(shí)間是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。一般只能從用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)間zui短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時(shí)間已超過(guò)10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時(shí)間的辦法，但仍無(wú)法將掃描時(shí)間降到10ms以下。同時(shí)，制動(dòng)段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應(yīng)時(shí)間也不宜超過(guò)10ms。為滿(mǎn)足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，本文在速度曲線的產(chǎn)生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機(jī)制的限制。

    本文采用的NBI-P56PLC有三種中斷功能：（1）外部中斷；（2）高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷；（3）定周期中斷。前兩種中斷各有8個(gè)中斷點(diǎn)，后一種有4個(gè)中斷點(diǎn)。在程序中采用了后面兩種中斷方式。起動(dòng)過(guò)程采用定周期中斷，制動(dòng)過(guò)程采用高速計(jì)數(shù)內(nèi)部中斷。中斷服務(wù)程序放在主程序后，運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、運(yùn)行保護(hù)、內(nèi)選外呼等邏輯控制均在主程序中實(shí)現(xiàn)。而運(yùn)行條件的判斷、運(yùn)行模式的選擇、查表等與運(yùn)行曲線產(chǎn)生有關(guān)的程序放在中斷服務(wù)程序中。

    起動(dòng)加速運(yùn)行由定周期中斷服務(wù)程序完成。這種中斷不能由程序進(jìn)行開(kāi)關(guān)，一旦設(shè)定，就一直按設(shè)定時(shí)間間隔循環(huán)中斷，所以，起動(dòng)運(yùn)行條件需放在中斷服務(wù)程序中，在不滿(mǎn)足運(yùn)行條件時(shí)，中斷即返回。

    高速計(jì)數(shù)中斷可由相應(yīng)的內(nèi)部繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)，因而運(yùn)行條件判別可放在主程序中，當(dāng)運(yùn)行條件滿(mǎn)足時(shí)，將相應(yīng)中斷打開(kāi)。本課題采用0號(hào)計(jì)數(shù)器，對(duì)應(yīng)現(xiàn)行值地址D0000，設(shè)定值地址D0008，現(xiàn)在值預(yù)置數(shù)據(jù)地址D0010，設(shè)定值預(yù)置繼電器M326，現(xiàn)在值預(yù)置繼電器M327，中斷指示器為I1100，中斷接受EI/DI繼電器M0323。程序框圖如圖2  所示。

2.減速制動(dòng)曲線的產(chǎn)生
    為保證制動(dòng)過(guò)程的完成，需在主程序中進(jìn)行制動(dòng)條件判斷和減速點(diǎn)確定。在減速點(diǎn)確定之前，電梯一直處于加速或穩(wěn)速運(yùn)行過(guò)程中。加速過(guò)程由固定周期中斷完成，加速到對(duì)應(yīng)模式的zui大值之后，加速程序運(yùn)行條件不再滿(mǎn)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(duì)應(yīng)模式的zui大值運(yùn)行，在該模式減速點(diǎn)到后，產(chǎn)生高速計(jì)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(jì)數(shù)器設(shè)定值的條件，保證下次中斷執(zhí)行。采用D/A方法的減速程序框圖如圖3  所示。

    在PLC的內(nèi)部寄存器中，減速曲線表的數(shù)值由大到小排列，每次中斷都執(zhí)行一次“表指針加1”操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門(mén)區(qū)和平層區(qū)的判斷均由外部信號(hào)給出，以保證減速過(guò)程的可靠性。

三、結(jié)論
    采用PLC軟件控制產(chǎn)生電梯速度給定曲線的方法，可簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)、提高可靠性、減少故障率，并能改善舒適性、提高平層精度。用PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)字方法產(chǎn)生電梯速度給定曲線時(shí)，應(yīng)用中斷技術(shù)，可較好地克服PLC掃描運(yùn)行機(jī)制對(duì)速度曲線的影響，提高實(shí)時(shí)性。

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