基于CompactLogix的電梯絕對編碼位置控制系統的實現

付瑞斌

（天津三環樂喜新材料有限公司，天津300457）

基于CompactLogix的電梯絕對編碼位置控制系統的實現

付瑞斌

（天津三環樂喜新材料有限公司，天津300457）

設計開發了基于Rockwell Automation公司的CompactLogix控制器平臺的網絡型電梯控制系統，使輸入、輸出等信號均采用網絡通信，大大簡化接線，提高施工進度，降低故障率。電梯轎廂的位置檢測部分引入絕對位置定位技術，對系統控制位置和轎廂實際位置的誤差做出及時的判斷與調整，解決了電梯平層精度不高、轎廂與拖動電機編碼器位置誤差較大等問題，不僅能提高電梯運行的精準度還能防止重大安全事故的發生。

CompactLogix；絕對位置定位系統；設備網絡；電梯控制

電梯是重要的垂直交通工具，隨著城市化進程的加快，電梯的增長勢頭也迅猛，電梯已與每個人的工作和生活息息相關，其安全性、可靠性和舒適性也影響著每一個人[1]。本文設計實現了一種基于以美國Rockwell automation公司的Compactlogix系列PLC為控制核心，采用德國PEPPERL+FUCHS公司的WCS絕對位置定位系統，實現電梯轎廂運行位置的精準控制。

目前，為了實現電梯的樓層檢測、換速及平層停車的控制，主要有兩種方式，一種是通過在井道內每一樓層裝設的上下換速、平層擋光板并在轎廂上安裝光電傳感器檢測轎廂的位置，當開關被觸發，電梯開始平層控制；另一種是由拖動電機上的旋轉編碼器提供的數字脈沖，得出轎廂的位置從而發出減速、平層信號[1]。上述第一種方法，采用擋光板和光電傳感器檢測轎廂的位置，由于安裝位置、相對距離等會造成平層精度不高，且一旦轎廂到位傳感器不能及時輸入就會對電梯運行的平穩性和安全性造成重大影響，危及生命安全。第二種方法，采用旋轉式增量編碼器檢測轎廂位置后，電梯運行的故障減少，穩定性有所提高，但也存在斷電位置不能記憶，編碼器檢測到的位置和轎廂的實際位置有一定誤差的缺點。

本文針對目前普遍采用的這兩種方法中存在的安全隱患，在電梯轎廂位置監測部分設計引入新的編碼技術——線性絕對位置編碼技術，并在控制系統和輸入輸出終端、驅動部分等采用網絡通信，大大簡化接線，降低故障率，提高運行可靠性。

1 電梯控制系統的構成

1.1 控制系統的硬件構成

本設計是基于Rockwell Automation公司推出的DLR網絡拓撲結構開發的，DLR協議施工鏈接級別的第2層的網絡協議，和網絡聚集在1.3 ms范圍內的物理冗余，是單一故障容忍網絡，在單一故障發生時，網絡傳輸管理保證時間苛求數據能及時傳送[2]。

如圖1所示，安全裝置信號、井道裝置信號、廳外呼機盤、樓層指示器等連接于設置在附近的網絡遠程終端輸入輸出模塊，門機控制信號、轎廂工作盤等連接于設置在轎廂內的網絡遠程終端輸入輸出模塊，這些模塊通過工業交換機進行首尾相連形成設備級環網拓撲結構。該結構不僅大大簡化了電梯電氣控制系統的接線，而且各輸入輸出信號通過環網與Compactlogix控制中心進行實時通信，保障電梯各信號的可靠傳輸。通過交換機構成的工業級Ether－Net/IP網絡還可以連接其他電梯控制系統組成電梯群控網絡，網絡中的人機顯示界面可以監控每一部電梯的工作狀態。變頻電梯拖動控制系統和線性絕對位置編碼系統完成對電梯轎廂位置的控制和反饋，變頻器采用Rockwell Automation公司的Allen-Bradley PowerFlex 520系列交流變頻器，該系列變頻器設計新穎和簡單實用，可為用戶提供一套電機控制解決方案，實現最優的系統性能，縮短設計時間[3]。電梯的控制柜是相對的狹小和密閉的空間，其安裝的靈活性和高工作溫度的特性也為電梯的可靠運行提供了保障。WCS絕對位置定位系統是將轎廂所在編碼尺的位置通過解碼、譯碼及通信模塊與Compactlogix建立通信，提供轎廂的實時準確位置。

Compactlogix控制系統根據網絡中的各種信息，通過軟件程序向拖動系統發出位置速度等通信信號，以實現電梯的起動、加速、運行、減速、停止等功能。

圖1 電梯控制系統構成圖

1.2 Compactlogix系統的網絡組態

本設計在編程軟件RSLogix5000環境下開發，它不僅用來對控制器進行常規編程，更多用于組態和監控，并且具有對系統的監視功能和診斷功能[4]。

如圖2所示，設備網絡主要包括1769總線網絡、工業Ethernet網絡和1769總線網絡上的ModbusRTU網絡通信模塊。CompactLogix控制器通過1769總線網絡將各個本地輸入輸出模塊建立通信網絡，主要完成電梯控制柜內部信號的控制，如散熱系統、電柜溫升、電壓檢測等信號。ModbusRTU網絡通信模塊采用CompactLogix系列產品1769-SM2，它支持標準的ModbusRTU通信協議，也可以被設定為通信主站或者從站[5]。本設計變頻電梯拖動控制系統和WCS絕對位置定位系統連接于該網絡，將通道1與PowerFlex系列變頻器設置成相同的通信速率和通信格式即可建立起通信，同樣的方法將通道2與WCS線性絕對位置通信模塊建立起通信。工業Ethernet網絡是通過工業交換機將帶有Ethernet通信端口的CompactLogix控制系統與Ethernet終端設備建立通信，本設計遠程I/O終端如電梯井道信號、轎廂與廳外信號等，控制室內人機交互界面，其他電梯的控制系統都通過該工業Ethernet網絡實現信息交換。

圖2 控制系統網絡組態

2 電梯絕對位置數據采集的實現

WCS絕對位置定位系統主要由編碼尺、讀碼器及其他附屬裝置構成。編碼尺是由塑料或不銹鋼材料制成，尺上按一定距離編制分布通光孔。讀碼器根據光電原理在編碼尺上讀碼，其內部的微處理器負責把48對發射/接收LED的測量結果轉化為1個19位編碼，其定位精度可以達到0.8 mm[6].

本設計采用WCS2B讀碼器，它直接支持RS-485，CANopen或SSI通訊，也可以通過通訊擴展支持多種工業現場通信協議，其卓越性還體現在即使使用環境較為惡劣，也能正確讀取數據，這為電梯轎廂位置的精準采集提供了保障。

3 軟件設計

控制系統啟動后，首先進行系統初始化，如通信網絡的建立、初始信息的采集等。系統準備就緒后進入工作循環，當電梯發生安全報警和有檢修提醒時，控制系統第一時間發出警示，確保安全。本系統設計時根據實時讀取到轎廂的絕對位置信息和電梯當前所處樓層、需到達樓層等信息綜合判斷，以最小等待時間計算出轎廂所運行的軌跡，進而將軌跡生成的位置、速度、加減速控制等信息實時傳送給變頻器，實現對電機的控制。軟件設計流程圖如圖3所示。

圖3 軟件設計流程圖

4 結束語

本設計的調試與實驗在HTJDDT-5高仿真電梯實訓裝置中完成，該實訓裝置根據智能建筑中的升降電梯的結構按照一定比例縮小設計，所用設備，器件與實際電梯高度一致，機械系統由驅動系統、轎廂及對重裝置、導向系統、門層和轎門機開關門系統、機械安全保護系統組成。根據設計要求將Compactlogix控制系統植入電梯控制柜，與轎廂和廳外呼盤的遠程終端組成網絡，井道信息采集部分垂直設計安裝編碼尺。經多次實驗和運行，該系統不僅能完成電梯控制的基本要求，而且對預設的幾種故障均能做出有效的判斷和預防措施。如發生鋼絲繩斷裂或者打滑，控制系統能在轎廂速度變化的初期檢測到異常，并及時啟動制動裝置；又如當電梯運行中突然發生斷電，控制系統能及時發出報警，并在重新通電的時候，根據轎廂的當前位置做出應對。同時由于采用網絡化的設計思想，硬件的構成和施工過程也較為精巧和簡單，對實際工程有很大的應用和推廣價值。

[1]呂景泉，湯曉華，蔣正炎，等.智能電梯裝調與維護[M].北京：中國鐵道出版社，2013.

[2]鄧李.集成構架中型系統[M].北京：機械工業出版社，2014.

[3]Rockwell Automation.pflex-sg002-en-p[M/OL].PowerFlex LowVoltage Selection Guide.www.rockwellautomation.com，2015.

[4]Rockwell Automation.1769-UM021D-ZH-P[M/OL].Compact Logix 5370控制器.www.rockwellautomation.com，2012.

[5]Rockwell Automation.1769-um013-en-p[M/OL].PowerFlex 1769-SM2 Compact I/O DSI/Modbus Communications Mod ule.www.rockwell automation.com.2010.

[6]Pepperl+Fuchs Group.WCS Position Encoding System [M/OL].www.pepperl-fuchs.com.

Design of Absolute Position Encoding Elevator Control System Based on CompactLogix

FU Rui-bin
（Tianjin Tricyclic Lucky New Materials Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

In this paper，the network elevator control system based on CompactLogix controller platform which produced by Rockwell Automation is designed and developed，owing to network，the input module，output module etc，are easy to connect to controller system，at the same time，the system has more efficient and lower failure rate.The method of detect the elevator car’s position is used absolute position encoding system，it has the advantages of higher accuracy and faster response，and it can prevent the fatal accident happened.

CompactLogix；absolute position encoding system；device network；elevator control

TP315

A

1672-545X（2017）03-0121-03

2016-12-17

付瑞斌（1982-），男，內蒙古土默特左旗人，工程師，碩士研究生，研究方向為機電一體化技術，從事自動化設備研發工作。