基于PLC的變頻調速組態控制系統研究

摘 要：近年來，伴隨著房地產市場的迅猛發展，電梯也逐漸成為了大家日常生活的必備物品。數百年來，從最初的升降機到后來的群控電梯，然后到現在的無機房電梯等，它們都在為提升現代人的生活質量做出巨大貢獻。本系統具備轎內指令功能、廳外呼梯功能、選層、定向功能、指示功能之外，還實現了PLC控制系統與上位機的連接，通過組態王軟件對電梯的控制系統和運行狀況進行全方位監控。通過實踐論證，，PLC和組態王的有效結合既能方便可靠地監控電梯運行狀態又可達到良好的控制效果。

關鍵詞：PLC控制；電梯；變頻器；組態軟件

近年來，電梯已經成為不可缺少的垂直運輸工具。通過對模糊控制、神經網絡、遺傳算法等算法的有效結合，實現了電梯群的高速、安全、智能運行。目前電梯調速方式多樣化，部分產品耗能多，負載小，效率低，不能夠滿足當今社會的需要。本設計以變頻調速為出發點，以PLC編程設計為依托，通過組態畫面進行實時監控，設計出電梯運行時的畫面監控動態聯動系統，提高了電梯的負重運行效率以及電梯運行精確程度。

1 硬件設計

1.1 基本功能分析

以七層樓電梯系統為例，電梯外部設備共分七層，每層都應有樓層顯示器、上升和下降指示燈、呼叫按鈕、以及呼叫指示燈；在其內部，也應有開門和關門按鈕、樓層（1-7）按鈕與顯示器以及上升和下行顯示器。

1.2 電梯監控系統硬件結構

電梯監控系統是由傳感器位置檢測單元，外呼按鈕，內選按鈕，開、關門按鈕，上位機監控單元，PLC控制系統單元，接觸器，電機等組成。電梯運行時，操作者通過外呼按鈕發出命令，由內選按鈕實現轎內選層及開關門等控制命令的輸入，電梯內部通過傳感器檢測電梯位置，并由PLC程序控制接觸器動作來控制電梯的運行以及樓層顯示，同時由上位機來監控整個系統運行。

1.3 變頻器的選擇

本設計選用通用變頻器TD3100-4T，可直接控制交流異步電動機；TD3100-4T可輸出+150%～-150%的力矩，控制精度可達0.05%，使得電梯舒適感好，零速抱閘，平層精度高。它能實現直接停靠、效率高，能自動記憶各樓層的脈沖數，自動計算分頻系數，具有加加速度、減減速度設置及最大加減速度設置，并能根據稱重輸入信號，自動控制啟動轉矩，保證電梯平穩啟動，遇到突發情況時能運行強迫減速控制，防止轎廂沖頂與蹲底，當輸入電源停電時，可以依靠蓄電池控制電梯就近停靠樓層。

1.4 硬件系統設計

電梯的硬件控制系統由調速系統、廳門信號、變頻器、轎廂操縱盤以及PLC構成。

其中，邏輯控制部分由PLC完成，而變頻器只完成調速功能。在實際控制中，采集到的各種信號的邏輯關系由PLC進行處理，并發送啟停信號至變頻器，與此同時變頻器也將自身的工作狀態反饋給PLC，形成雙向聯絡關系。同時，系統還配置了PG信號群，完成速度的檢測與反饋，形成位置閉環和速度閉環。

2 電梯監控系統的軟件構成

電梯信號控制基本由PLC軟件實現。輸入到PLC的控制信號有運行方式選擇、運行方向信號、指令登記信號、呼梯登記信號、樓層數顯信號、開門、關門動作信號等。

3 PLC運行過程設計

電梯總是按照所編寫的程序進行重復動作，根據電梯的運行狀態分析，電梯的運行過程為：內外部選層→PLC判斷電梯運行方向→起動電機運行→運行過程中進行順向截梯→呼梯和轎內狀態記憶等操作。到站時，平層、開門、關門。

4 組態軟件設計

組態軟件的功能主要是通過對上位機組態的設計，使其顯示器畫面上的按鈕、指示燈畫面反應，并顯示PLC等下位機的輸出狀態和數據狀態，實現監視系統運行的功能，同時通過改變上位機開關的ON/OFF狀態、燈的顯示狀態以便實現控制PLC等下位機的功能，進而實現對整個系統的控制監視。

4.1 建立新工程

在組態軟件中新建工程，在設計中選擇西門子S7-200PLC、設備地址和通訊口、PPI通訊協議、并正確設置其屬性，為新的I/O設備命名并優化其設備信息。正確設置PLC數據地址的連接以及組態軟件中的數據變量，實現組態軟件與PLC的通訊。在組態軟件中進入畫面創建界面，通過各種繪圖工具或應用圖庫中的各種元件創建理想組態畫面。

4.2 組態軟件數據詞典的創建

創建了組態畫面之后，畫面指示畫面并不能起到監控作用。需將系統組態畫面中的各種元件和數據詞典連接起來，組態畫面才能和系統的輸入輸出及各種狀態相對應，實現對系統的監控。

4.3 系統調試

按照硬件設計的內容選擇上位機，PLC，按扭，傳感器，接觸器，通訊電纜等硬件設備，并通過RS-232通訊電纜將上位機連接到PLC，再按照PLC硬件連接圖連接好按鈕、傳感器等各種輸入設備以及接觸器、指示燈等各種輸出設備。

在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6編程軟件中，將程序通過編程軟件下載到PLC。設計組態畫面與程序，定義數據，保存，并進入“組態王”軟件運行系統，對整個控制系統進行監控運行。

通過反復試驗、多次調試，發現系統軟硬件存在的缺陷與問題，并通過修改軟件程序，調整硬件設備使整個系統盡可能的完善、穩定，實現預定的設計目標。

5 結束語

使用組態軟件監控系統運行，能使現場信息實時地傳送到控制室，保證現場操作人員和工廠管理人員實時分享各種數據。管理人員不需再深入現場，就可以獲得實時和歷史數據，提高了生產率和產品質量。

經過反復的調試改進后，本設計實現了電梯監控系統的精準控制、穩定運行；實現了電梯呼梯信號自動保存、消號，自動選向，自動停層、平層等基本功能。實現了預定的設計目標和要求。

參考文獻

[1]石進水.基于嵌入式系統的PLC的研究與設計[D].山東科技大學，2007.

[2]章麗芙.基于PLC的電梯控制[J].電氣開關，2006，44（2）：21-23.

[3]王紅星，張秀然.基于組態王與PLC的垃圾焚燒監控系統的設計與應用[A].2005中國控制與決策學術年會論文集（下）[C].2005.

[4]覃貴禮.組態軟件控制技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007.