6ES7223-1PH22-0XA8多仓发货

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  摘要本文介绍了采用三菱FXZN一80MR可编程控制器设计的一个5层电梯的控制系统，利用变频器作为执行机构，检验电梯PLC控制系统的运行情况。

    1 引言

    电梯的电气系统由驱动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。电梯采用PLC一变频器控制，具有控制准确、调试方便、运行稳定、电路简单等特点。PLC控型电梯，其核心是一台PLC。目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求控制系统能进行下列运作:根据轿厢所处位置及乘客所处层数，判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速，将轿厢停在选定的楼层上;同时根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门;另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

    2 电梯主控制电路及其工作原理

    电梯中的曳引电动机的运行直接由变频器控制，变频器的输入控制信号由PLC提供。电路中，电动机作为终端设备给电梯提供驱动能力，同时是变频器的执行机构;变频器是中间设备，在电路中起上传下达的作用，其作用是根据PLC输出的指令要求来控制主机、门机及旋转编码器，然后又将执行结果反馈给PLC;PLC既是人与电梯的接口，又是电梯控制部分的核心，其作用是接收乘客输入的开关指令，然后将该命令传送给变频器;旋转编码器是电梯运行中的检测机构，其作用是检测电梯的运动行程。

    2.1电梯运行控制（设电机转为上行）    

电梯运行培训见图1。

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    DYD为电源指示灯，当外接电源接通时指示灯发光。接通电源开关GK，按下启动按钮，电源接触器HKC接通，变频器有电源输入。KC为运行/停止开关（由运行控制器控制），电梯的运行类型由PLC来控制。其控制方式如下:

    Yll、Y14输出:电梯以额定速度上行（电梯正常状态下使用此速度）;

    Yll、Y巧输出:电梯以额定速度上行;

    Y12、Y14输出:电梯以爬行速度上行（电梯测试或检修时使用此速度）;

    Y12、Y巧输出:电梯以爬行速度上行;

    Y01、Y14输出:电梯以检修速度上行（电梯检修状态下使用此速度）;

    Y01、Y巧输出:电梯以检修速度上行;

    Y13、Y14输出:电梯以中速上行（电梯轻载时使用此速度）;

    Y13、Y巧输出:电梯以中速上行。 2.2旋转编码器工作原理

    旋转编码器的作用是对电机的转动圈数进行计数，然后根据电机的转速与所计转动圈数计算出电梯的运动行程，从而实现对电梯运动行程的检测。

    L=nZT

    式中:L-电梯运行行程（m）;n-电机转速（r/s）;Z-电机每转动一圈所对应的行程（m/r）;T一电机运行的时间（s）。

    3 PLC电气控制电路

    PLC是本梯控制部分的核心。电梯的各种操作均由PLC来控制，本PLC采用共阳极继电器输出型，如图2所示。PLC输入/输出接口功能及保护作用说明如下:

    AJ:安全继电器开关，电梯运行时为闭合状态。

    MJS:门锁继电器开关，电梯运行时为闭合状态。

    MQG:平层磁感应器开关，正常运行时断开，平层时闭合。

    SHK:上强迫换速开关，此开关闭合，电梯强行减速，正常时断开。

    XHK:下强迫换速开关，此开关闭合卜电梯强行减速，正常时断开。

    NHK:轿内检修开关其与X7接通时，Y01输出，电梯处于轿内检修状态，正常运行时此开关与X10接通。

    DHK:轿顶检修开关正常情况下与X01支路接通，当开关与Xll、X12支路接通时，电梯处于轿顶检修状态。

    DSA:轿顶检修慢上按钮，电梯在轿顶检修状态下，按下此开关，电梯将以检检修速度上行。

    DXA:轿顶检修慢下按钮，电梯在轿顶检修状态下，按下此开关，电梯将以检检修速度下行。

    KMA:开门按钮，电梯停靠在层站时，按下此开关电梯将打开轿门，同时轿门带到层门井起开户;一般电梯每到一停站，门自动开户。

    GMA:关门按钮，电梯停靠在层站时，按下此开关电梯将关闭轿门，层门在弹簧作用力下自动关闭;一般电梯每到一停站，门延时关闭。

    KMK:开门极限开关，当轿门开到极限时此开关断开，门机停止运转。

    GMK:关门极限开关，当轿门关到极限时此开关断开，门机停止运转。

    ORK:开门故障开关，此开关正常时门断开。

    SJK:司机开关，时开关闭合时，电梯由电梯司机控制。

    xFK:消防开关，时开关闭合时，电梯将、乘客送到近的一层站然后停止运行，以保证乘客安全。

    CZK:超载开关，电梯超载时此开关闭合，电梯报警，电梯不运行。

    SWK:上限位开关，电梯冲顶时将开关闭合，电梯停止运行。

    xWK:下限位开关，电梯冲底时将开关闭合，电梯停止运行毛-

    x27:变频器故障开关，此开关正常时断开，变频器故障时闭合，电梯停止运行。

    X3O:减速开关，电梯靠近停站时此开关闭合，电梯减速运行。

    SP:强迫换速开关，电梯飞车时，此开头闭合，电梯强迫换速。

    APKI、APK、CPK、LSS:安全触板开关组，位于轿门安全触板上。

    INA一nN:A内指令按钮，用于乘客选层。

    ISA一Sn:A外上呼电梯按钮，每层一个，用于乘客呼叫电梯。

    IXA一nxA汐卜下呼电梯按钮，每层一个，用于乘客呼叫电梯。

    另外，图中的“a一9”为LED七段显示器a段～9段的发光二极管，图中的“9”是应用于设有地下层的楼房的，当“9”有信号时指层器就会自动显示“负数”表示地下楼层，如:一IF、-ZF等。

    变频器、旋转编码器的型号及电动机的型号、功率为:

图2PLC电气控制电路

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    变频器:FR一55205一0，75K一CH;

    曳引电动机:YS一5634W180w（教学实训用，实际选用功率应相应增大）;

    旋转编码器:ZSP3.806一40lG50OBZlls一24C（配速比为巧:1的相应减速器）。

    4 结束语

    本文采用三菱FXZN一80MR可编程控制器设计电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。变频器在电梯中的应用，能够准确的执行PLC输出的指令，灵活地控制电机的运动状态。旋转编码器jingque计算出电梯的运动行程，将信号反馈给变频器。利用变频器执行电梯PLC控制系统的运行，将PLC中的驱动程序与变频器的需求响应相结合，实现加载驱动。通过对我院机电一体化实验室电梯实验装置的实践设计与调试证明，将PLC可电气控制电路编程控制器和变频器结合可以有效地实现电梯控制系统的测试运行，有利于PLC控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。

1 引言
　　改革开放以来，经过二十多年对进口硫化机的消化吸收，我国硫化机取得了长足的进步。尤其是近年通过与世界轮胎巨头如法国米其林公司、日本的普利司通公司等的商贸与交流，我国硫化机在精度、可靠性、稳定性等方面有了一个质的飞跃，达到世界先进水平之列。但在稳定性和可靠性及精度等方面仍有差距。控制系统是轮胎硫化机的重要组成部份。我国硫化机厂家不断追踪国内外控制领域的新技术，不懈努力提高硫化机的可靠性、稳定性及自动化程度。外温控制采用PID闭环调节系统。触摸屏工控电脑取代机械式三针记录仪，提高了控制精度，减少了维护费用[1]。PLC监控已是硫化机发展趋势。

2 监控系统概述
2.1 硫化机控制对象介绍
　　2.1.1温度控制
　　控温分为高温控制和低温控制，高温分为两组，主要控制上下两块模板的加热，作用于模具中的原料，将其溶解。低温控制为一组，主要控制冷水机的制冷，再由水泵将冷水抽到冷却板上，待原料模具从加热层取出后，放入冷却层冷却定型。
　　2.1.2油压控制
　　油压分为预压和加压，预压就是让原材料在成型前预先受热一定的时间，使其软化，压力较小。加压是在预压的基础上加大压力，使原材料成型。
　　2.1.3机械辅助控制
　　机械部分主要是辅助油压系统的动作，主要是实现对阀门控制，从而达到对油路及油压的辅助控制。
2.2 硫化机控制过程介绍
　　2.2.1 制冷过程
　　闭合制冷电源开关后压缩机延时3分钟启动（保护压缩机不频繁启动），达到指定温度时压缩机停止。同时，水泵开始向冷却板循环抽水。
　　2.2.2 压力控制过程
闭合电源开关后，油泵电机开始运转，机器处于待机状态。如果没有任何上升或者下降的动作，为避免油泵电机在长时间运行，20分钟后油泵电机自动停止运转。任何时候按上升或者下降按钮，油泵电机重新开始运转。
　　2.2.3 计时控制过程
在计时器的电源开关闭合的状态下，计时器分段计时，段默认为预压时间，一段时间到达后，计时器自动转到第二段计时状态，同时将压力调整到加压压力设定值，二段时间到达后，计时器停止计时，同时下降电磁阀导通。当油缸降到底时，触发位置开关，油站恢复待机状态，计时器复位，下次动作是自动计时。
　　2.2.4 测试过程

　　如图1所示，监控界面的左边是对温度和压力设定与显示，右边上半部分是开关点输出的显示，下半部分是控制区域。打开电源开关，机台得电后测试过程如下：
　　（1）设定好温度，打开温控开关按钮，包括上模加热、下模加热以及制冷开始加热或制冷按钮。
　　（2）温度到达后，打开油压控制开关按钮，油泵电机运转，机器处于待机状态。
　　（3）设定好预压的压力及时间，加压的压力及时间。将模具放入加热模板内，按上升键同时打开计时器开关按钮，机台自动完成预压、加压及下降的动作。
　　（4）将模具从加热模板内取出再放到冷却板内，重复以上动作。油缸再次下降后，取出模具。测试结束。

3 监控系统方案设计
3．1  PLC介绍
　　3.1．1  PLC工作原理 PLC工作方式又扫描方式和中断方式，所谓扫描方式是周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期，其扫描的工作过程如下：
　　（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映像寄存器中。
　　（2）执行逻辑控制程序：执行程序指令并将数据存储在变量存储区中。
　　（3）处理通讯请求：即执行通讯任务。
　　（4）执行CPU自诊断：检测固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
　　（5）写输出：在输出过程映像寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
中断方式是指当中断事件发生时则立即执行一次相应的中断服务程序，不受扫描周期的影响，响应速度快，从而进一步提高了PLC控制的可靠性。中断事件不发生时，不扫描中断服务程序，这样可以节约扫描时间，减少扫描周期。
　　3.1.2 PLC特点
　　（1）PLC逻辑判断和控制能力强，抗干扰能力强，可靠性好。PLC从硬件上采用隔离、滤波措施有效地抑制和消除了干扰。
　　（2）扩展性和柔性好，且可移植性好，在不改变硬件的情况下，只改变软件的程序就可以实现不同的功能。
　　（3）编程语言丰富，可以采用不同语言编写程序，HOLLiAS LM系列PLC支持6种编程语言，包括：梯形图（LD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）和连续功能图（SFC）。给编写程序带来很大方便。
3．2  监控系统方案
　　监控系统要实现功能主要是：（1）温度、压力以及控制参数的设置；（2） 状态和数据显示；（3） 对XH-406硫化机的控制。（4）历史曲线及报表输出。本系统采用主、从站方式，通过MODBUS标准协议实现该监控系统的通讯功能，其中主站选用组态软件来实现。考虑到控制系统的安全性和抗干扰性要求，结合PLC的特点，该系统控制部分采用PLC控制。从站选用LM系列PLC（LM3106 CPU），控制示意图如图2所示。从输入/输出点要求考虑，本系统配置为LM3106 CPU 14点输入，10点输出，4通道模拟量输入1通道模拟输出模块LM3330，4通道热电偶输入模块LM3311。

4 程序设计
4.1  主站程序设计
　　MCGS组态软件，负责系统的在线监控、操作、控制、调试、维护。完成数据显示、数据分析和操作员操作三类功能，细分为以下几个方面：
　　（1）参数设定、实时数据的收集处理和显示及命令控制界面，如图1所示。由本地监控站收集和处理来自各现场控制站的实时数据，形成上层人机界面的实时数据库。
　　（2）为保证监控系统的安全性，对于某些特殊的控制参数只能是负责人或工程师才能通过密码确认的情况下进入设定。如图3所示。
　　（3）报表输出。完成数据的采集、处理；并以报表的形式输出采集到的数据。
　　（4）历史数据管理和趋势查看。完成历史数据的收集处理；在趋势画面上显示点值的历史变化曲线或实时变化曲线，可以设置趋势组，每一副趋势画面可显示多条曲线，同时可以查看曲线上每一采样时刻的具体值。

4.2  PLC程序设计
　　4.2.1  PID与PWM算法
　　在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行运算的PID算法是应用为广泛的一种自动控制算法。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD）。

　　比例P对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。
积分I控制对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
　　微分控制D对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短；D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间[2]。
PWM 是以脉冲的方式来控制被控对象，PWM可以通过改变周期和占空比这两个参数来实现对被控对象的控制。
　　如图4 所示，本控制系统中的被控对象是加热器，要控制好温度精度，也就是对加热器的加热时间的控制，结合加热效率和温控精度两方面考虑，采用了PID与PWM相结合的控制方法加热，保证温控精度，基本控制在+/-0.5℃以内。满足了控温精度在+/-1℃内的要求。

6 结语
　　本监控系统发挥PLC可靠性好、抗干扰性强、逻辑性强等优点，采用了标准MODBUS通讯协议进行通讯，使上、下位机实现通讯简单可靠，实现了对硫化机的一体化监控，结合了PID与PWM的控制方法，实现高精度温度控制，平衡了对外界温度响应速度与温控精度的，同时达到了节约能源，控制温度准确可靠等效果。

紧水滩水电厂共有9台机组，其中紧水滩站6台50MW混流式机组，石塘站3台26MW轴流转浆式机组。紧、石两站均采用PLC调速器，紧水滩站为单调，石塘站为双调。调速器电控柜内PLC为OMROM公司产品，A/D转换器采用逐次逼近式。
　　石塘站一机组PLC调速器投运后，水位差模拟信号量因故暂未接入。水位差值人为设定在20m(可变范围为18～22m)，协联曲线为18m，20m，22m各一条。投运后不久，发现原设定的水位已由20m下降到18m，多次调设原位后，又自行下降。水位设定降至低后，对水轮机导叶和浆叶的协联配合影响较大，特别是在库区水位较高时，会加速导叶端面汽蚀的形成，　同时影响水轮机的出力和效率。

　　1原因分析

　　PLC调速器的水位设定值自行改变，有2种可能的原因：一是输入的模拟量信号异常；二是PLC内部的模拟量模块工作异常。

　　在排除PLC模块故障这一原因后，重点检查PLC调速器水位信号输入回路。发现在水位差信号输入端挂着一对约90m的空长电缆线，该电缆由调速器经电缆夹层至不同高程的继保室，为未加屏蔽的普通电缆。正是这一对空长线将干扰信号引到PLC调速器内，使水位差信号发生变化。

　　众所周知，相邻信号线上的串扰信号会在被串线路上产生噪声或在被串线路对上产生耦合信号，即在被串线路上有串扰信号存在。当空二传输线的长度与它耦合传输的被串信号波长很接近时，因传输线分布电容和自耦电感的影响，即传输线波阻抗和负载输入阻抗的不匹配，会使耦合的串扰信号在输入端表现为按指数规律充电到某一渐进电压值。

　　据计算分析可知，空二线在耦合到频率为1kHz～1MHz的串扰信号时，A/D转换器受到的干扰影响大。

　　由于引入到PLC调速器水位差信号端的空二线经过电磁环境复杂的电缆层，　主串扰信号必定存在，空二传输线也会因此耦合到串扰信号。当串扰信号在输入端小于12mA电流信号时，会引起PLC调速器原设定为20m的水位值下降，小于4mA时，水位降至18m。

　2解决措施

　　串扰信号随相邻线长度的增加而增加，而随两线间的间隔增大而减少，并跟串扰频率有关。

　　解决串扰的基本途径是减少主被串线间的互感和分布电容，而减小被串线路的输入阻抗则能有效减弱干扰的效果。

　　对本例来讲，解决问题的简洁方法是将暂不使用的空二线解除。实际上在空二线解除后，水位设定一直正常。

　　逐次逼近式A/D转换器的抗干扰能力较差，若在直流信号上耦合有一交流干扰信号，因每次采样都采一瞬时值，所以每次采样的数值都会发生变化，水位差信号的检测就会有误差。因此，在接入实际水位差信号工作时，应注意接地的正确性。

　　空二线传输系统引入干扰量的大小同其所处物理空间的电磁环境有关。同样是在PLC调速器水位模拟量端悬挂空二线传输系统，不同的机组引起水位变化情况并不相同。在现场运用设备中应尽量避免这种挂空线情况的出现，以提高设备运行可靠性。