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Aplicación de PLC en sistema de control de ascensores
Xiang Jingmei
(Beijing Beikomaxi Automation Engineering Co., Ltd., Beijing 102200, China)
p>Resumen: Este artículo presenta el control de ascensores basado en PLC. El PLC realiza la retroalimentación de desplazamiento del codificador rotatorio y realiza el conteo de flujo, el cambio de velocidad de llamada del ascensor y las señales de sincronización a través del programa PLC, reemplazando la confiabilidad y precisión de llegada del dispositivo de detección de posición del sistema.
Palabras clave: ascensor; control de desplazamiento por PLC; control de velocidad
1 Introducción
Con el continuo desarrollo de la construcción urbana, hay cada vez más edificios de gran altura. y ascensores Como medio de transporte que circula verticalmente en edificios de gran altura, se ha vuelto inseparable de la vida diaria de las personas. En la actualidad, el control de ascensores generalmente adopta dos métodos. Uno es utilizar una microcomputadora como unidad de control de señales para completar la recopilación de señales del ascensor, el estado operativo y la configuración de funciones, y realizar la programación automática y las funciones de operación centralizada del ascensor. El control de tracción lo completa el convertidor de frecuencia; El método de control utiliza programable. El controlador reemplaza al microordenador para realizar el control de la señal. No hay mucha diferencia en los métodos de control y el rendimiento entre los dos métodos. PLC tiene alta confiabilidad y programación conveniente y flexible. Este diseño utiliza PLC para controlar la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia para lograr bucles cerrados dobles de corriente y velocidad, y logra un control de tres bucles de corriente, velocidad y desplazamiento sin agregar equipo de hardware adicional.
2 Circuito de hardware
2.1 Estructura de hardware
El diagrama de la estructura de hardware del sistema se muestra en la Figura 1.
El PLC es la CPU221 de la serie S7-200 de Siemens. El PLC recibe señales de llamada del panel de control y las cajas de llamadas de cada piso, señales de función de los sistemas de cabina y puerta, y señales de estado del eje y del inversor, y realiza un control de selección centralizado del ascensor mediante el juicio y el cálculo del programa. Mientras emite señales de visualización y monitoreo, el PLC envía señales como dirección de marcha, arranque, aceleración y desaceleración y frenado del elevador al inversor.
2.2 Circuito de doble circuito cerrado de corriente y velocidad
Se utiliza el convertidor de frecuencia VS-616G5 CIM-RG5A 4022 de la empresa YASAKWA. El convertidor de frecuencia en sí tiene un dispositivo de detección de corriente para formar un circuito cerrado de corriente; los pulsos bifásicos A y B son generados por el codificador rotatorio conectado coaxialmente al motor y ingresan al convertidor de frecuencia. Se confirma la dirección y se crea un circuito cerrado de velocidad. Se forma mediante el conteo de pulsos.
3 Control de desplazamiento y curva de operación
Como herramienta para el transporte de pasajeros, el ascensor no solo requiere seguridad y confiabilidad, sino que también requiere un funcionamiento suave, una marcha cómoda, un estacionamiento preciso y una ubicación ideal. 3.1 curva de operación bajo carga potencial. Control de desplazamiento.
El control de doble bucle de regulación de velocidad de conversión de frecuencia básicamente puede cumplir con los requisitos, pero necesita mejorarse aún más en comparación con los ascensores extranjeros de alto rendimiento. Este diseño se basa en esta idea. Al mismo tiempo, se utiliza el codificador rotatorio existente para formar un bucle de velocidad. Al mismo tiempo, la tarjeta PG del convertidor de frecuencia genera un número de pulso que es proporcional a la velocidad del motor y al desplazamiento del elevador, y lo introduce en el puerto de entrada de conteo de alta velocidad 0000 del PLC. Al acumular el número de pulsos y usar la fórmula (1) para calcular el equivalente del pulso, determine la posición del elevador.
Desplazamiento del ascensor h=SI
Donde I: número de pulsos acumulado S: pulso equivalente.
S=lpD/(pr) (1)
La relación de reducción del reductor utilizado en este sistema es 1 = 1/20, lo que genera fuerza de tracción.
Diámetro de la rueda D=580 mm, velocidad nominal del motor ne = ne=1450 r/min, correspondiente al número de pulsos por revolución del codificador rotatorio p=1024, relación de división de frecuencia de la tarjeta PG r = 1/18 , equivalente a ( 1 ).
S = 1,6 mm/pulso
3.2 Control de velocidad
Este método se implementa utilizando el módulo D/A del módulo de función extendida PLC. La curva de velocidad ideal digitalizada se almacena de antemano en el registro del PLC. Cuando el programa se está ejecutando, D/A se escribe en D/A mediante la búsqueda en la tabla, y D/A se convierte en simulación y luego genera la curva ideal.
3.2.1 Acelerar la generación de curvas dadas.
La salida D/A de 8 bits es 0 ~ 5v/0 ~ 10v, el valor digital correspondiente es 16, 00 ~ FF, nivel ***255. El ejercicio de aceleración del ascensor Toyo dura entre 2,5 y 3 segundos. Según valores conservadores, el intervalo de tiempo entre cada consulta de la tabla cuando el ascensor está acelerando no debe exceder los 10 ms.
Debido a que la parte de control lógico del ascensor tiene el programa más grande y la operación del PLC adopta un mecanismo de escaneo periódico y el método habitual de búsqueda de tabla, el intervalo de tiempo de instrucción de cada búsqueda de tabla es demasiado largo, lo que no puede cumplir con los requisitos. Requisitos de precisión de una curva dada. Durante el funcionamiento del PLC, el intercambio de información entre la CPU y varios dispositivos, la ejecución de programas de usuario, la recopilación de señales y la salida de variables de control se realizan en un orden fijo en forma de escaneo cíclico, y todas las funciones deben ser procesados en cada ciclo de consulta, juicio y operación. Este orden y formato no se pueden cambiar artificialmente. Por lo general, dentro de un ciclo de escaneo, se completan básicamente seis pasos, que incluyen ejecutar monitoreo, intercambiar información con programadores, intercambiar información con procesadores digitales, intercambiar información con procesadores de comunicación, ejecutar programas de usuario y servicios de interfaz de E/S. En un ciclo, la CPU ejecuta sólo una vez todo el programa de usuario. Este mecanismo tiene sus ventajas, pero su rendimiento en tiempo real es deficiente. Un tiempo de escaneo demasiado largo afecta directamente la respuesta del sistema a las señales. Bajo la premisa de garantizar las funciones de control, minimizar el tiempo de ciclo de exploración de la CPU es una cuestión muy compleja. En términos generales, este método solo puede comenzar con el tiempo de ejecución más corto del programa de usuario. El tiempo de exploración del programa de la parte de control lógico del ascensor ha excedido los 10 ms. Aunque se han tomado algunas medidas para reducir el tiempo de exploración del programa, el tiempo de exploración todavía no se puede reducir a menos de 10 ms. Al mismo tiempo, la curva de frenado adopta la. principio de distancia, y la respuesta de cada distancia es El tiempo no debe exceder los 10 ms. Para cumplir con los requisitos en tiempo real del sistema, este artículo utiliza un método de interrupción en el método de generación de la curva de velocidad, que supera efectivamente el limitaciones del mecanismo de escaneo del PLC.
El PLC utilizado en este artículo tiene tres funciones de interrupción: (1) interrupción externa; (2) conteo de alta velocidad de interrupciones internas (3) interrupciones periódicas. Los dos primeros tipos de interrupciones tienen cada uno 8 puntos de interrupción y el último tiene 4 puntos de interrupción. Los dos últimos métodos de interrupción se utilizan en el programa. El proceso de arranque utiliza interrupciones de período fijo y el proceso de frenado utiliza interrupciones internas de conteo de alta velocidad. Una vez que el programa de servicio de interrupción se coloca en el programa principal, se implementan en el programa principal controles lógicos como la detección del estado de ejecución, la protección de ejecución, la selección interna y las llamadas externas. Los programas relacionados con la generación de curvas operativas, como el juicio de las condiciones operativas, la selección de modos operativos, la búsqueda de tablas, etc., se colocan en el programa de servicio de interrupción.
La operación de aceleración de inicio se completa mediante la rutina de servicio de interrupción periódica. El programa no puede cambiar este tipo de interrupción. Una vez configurado, se interrumpirá periódicamente a intervalos establecidos. Por lo tanto, las condiciones de operación de inicio deben colocarse en la rutina de servicio de interrupción. Cuando no se cumplan las condiciones de operación, la interrupción regresará.
3.2.2 Generación de la curva de frenado por desaceleración
Para garantizar la finalización del proceso de frenado, es necesario juzgar las condiciones de frenado y determinar el punto de desaceleración en el programa principal. . Antes de determinar el punto de desaceleración, el ascensor siempre está en proceso de acelerar o funcionar a una velocidad constante. El proceso de aceleración se logra mediante tiempos de interrupción fijos. Una vez que la aceleración alcanza el valor máximo del modo correspondiente, las condiciones de funcionamiento del programa de aceleración ya no se cumplen. Después de cada interrupción, el programa de aceleración ya no se ejecuta y regresa directamente de la interrupción. El ascensor funciona al valor máximo del modo correspondiente. Después del punto de desaceleración en este modo, se genera una interrupción de conteo de alta velocidad y se ejecuta el programa de servicio de desaceleración. En esta rutina de servicio de interrupción, modifique las condiciones del valor establecido del contador para garantizar la ejecución de la siguiente interrupción.
En el registro interno del PLC, los valores de la tabla de la curva de desaceleración están ordenados de mayor a menor. El puntero de la tabla aumenta en 1 para cada interrupción, por lo que el valor de búsqueda de la tabla de la siguiente interrupción. será mayor que el valor de búsqueda de tabla de esta interrupción. La evaluación del área de la puerta y del piso se realiza mediante señales externas para garantizar la confiabilidad del proceso de desaceleración.
4 Programación
Utilice la salida de la tarjeta PG del convertidor de frecuencia para introducir la señal de pulso en la entrada de conteo de alta velocidad del PLC para formar una retroalimentación de posición. El número de pulsos acumulados por el contador de alta velocidad refleja la posición del ascensor.
El valor del contador de alta velocidad se compara constantemente con el número de pulsos correspondientes a cada punto de señal para determinar la distancia recorrida del ascensor, el punto de cambio de velocidad, el punto de nivelación y el punto de parada de frenado. Teóricamente, el error de nivelación de este método de control puede estar dentro de un rango equivalente de pulso. Teniendo en cuenta factores mecánicos como la separación de los engranajes del reductor, se puede lograr una precisión de nivelación del elevador, que es muy inferior a la norma nacional, cumpliendo con los requisitos de frenado suave, funcionamiento suave y nivelación precisa. Durante la operación del ascensor, el software calcula las siguientes señales de posición en tiempo real mediante la detección de señales de posición: posición del piso del ascensor, punto de cambio de velocidad rápida, punto de cambio de velocidad media, señal de zona de puerta y señal de posición de nivelación. A continuación se presentan las cinco nuevas subrutinas de conteo de piso, cambio rápido de velocidad, cambio de velocidad media, zona de puerta y señal de piso basadas en control de selección colectiva.
4.1 Número de pisos
Este diseño adopta el método de conteo relativo. Antes de la operación, el número de pulsos de la altura del piso correspondiente se mide mediante el método de autoaprendizaje. Para 17 ascensores, se almacena en 16 unidades de almacenamiento D01-D16 respectivamente.
El contador de suelo CNTl0 es un contador bidireccional. Al llegar al punto de conteo de pisos de cada piso, cuenta hacia arriba o hacia abajo en 1 según la dirección de carrera.
Cuando está en funcionamiento, el valor acumulado del contador de alta velocidad se compara con el número de pulsos correspondientes al punto de conteo del piso en tiempo real. Cuando son iguales, se envía la señal de conteo del piso y el. el enlace ascendente aumenta en 1 y el enlace descendente disminuye en 1. Para evitar que el contador cuente repetidamente durante el nivel alto del pulso de conteo, el contador de piso se activa mediante el flanco ascendente de la señal de conteo de piso.
4.2 Cambio rápido de velocidad
Cuando el valor del contador de alta velocidad es igual al número de pulsos correspondientes al punto de cambio rápido de velocidad, si el ascensor corre rápido y hay una señal de selección de piso, se enviará la señal de cambio rápido de velocidad. Si el ascensor funciona a velocidad media o rápida pero no tiene señal de selección de piso, no se enviará la señal de cambio de velocidad. El método para juzgar los cambios de velocidad media es similar al método para juzgar los cambios rápidos y no se describirá nuevamente.
4.3 Señal del área de la puerta
Cuando el valor del contador de alta velocidad CNT47 está dentro del rango de número de pulso correspondiente al área de la puerta, se envía la señal del área de la puerta. El método para juzgar señales planas es similar al de las señales regionales y no se describirá nuevamente.
4.4 Detección de fallas en la señal de pulso
En este sistema, la recolección y transmisión precisa de señales de pulso es particularmente importante. Para detectar fallas en el codificador rotatorio y el circuito de transmisión de pulsos, se diseña un circuito de detección de señal de pulso y pulso faltante para garantizar el funcionamiento normal del sistema mediante la detección en tiempo real. Para eliminar el error acumulado del conteo de pulsos, se configura un interruptor de reinicio en la estación base y se conecta al terminal de reinicio 0001 del contador de alta velocidad PLC CNT47.
5 Conclusión
El sistema descrito en este artículo se basa en el principio de control eléctrico centralizado, adopta el método de conteo de pulsos, utiliza un codificador de pulsos para reemplazar el dispositivo de detección de posición original en el eje para lograr el control de desplazamiento y utiliza software. Reemplazar algunas funciones de hardware no solo reduce el costo del sistema, sino que también mejora la confiabilidad y seguridad del sistema, logrando un control digital total del ascensor.
Sobre la base de la depuración de laboratorio, se modificaron dos ascensores de 17 pisos en el sitio utilizando el método anterior. Las pruebas de piezas relevantes y el funcionamiento real durante el año pasado han demostrado que el sistema funciona de manera confiable, se desplaza cómodamente, tiene una tasa de fallas muy reducida y tiene una precisión de nivelación de 5 mm, logrando buenos resultados operativos. Referencia