小型電梯ＰＬＣ智能控制系統(tǒng)設(shè)計探討
1 引言
電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯，高層住宅需要有住宅梯，百貨大樓和賓館需要有客梯、自動扶梯。本文主要研究一類小型電梯的PLC智能控制方法。所謂小型電梯是指在居民樓和小型辦公樓中使用的電梯，這類電梯載重量相對較小，但是使用頻繁。傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式即繼電器控制、PLC控制和微機控制，其中繼電器控制系統(tǒng)具有故障率高、可靠性差、接線復(fù)雜、通用性差等缺點。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。微機控制具有控制系統(tǒng)體積減小、節(jié)能、可靠性提高，尤其是對群控、通訊等復(fù)雜電梯控制功能更具優(yōu)越性，因此，微機控制系統(tǒng)多用于性能要求較高的高檔客梯中，然而微機控制系統(tǒng)抗干擾能力弱。可編程控制器(PLC)編程采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，具有控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點。因此對于一個小型的智能電梯，利用PLC對其進(jìn)行控制是一個最佳選擇。本文主要以小型交流電梯的控制系統(tǒng)為例，結(jié)合PLC控制技術(shù)的特點，提出了一套智能電梯控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計方案。
2 電梯PLC智能控制的基本原理
模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，出發(fā)點是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解。模糊控制方法魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對其控制性能影響大大減弱，它設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。由于模糊控制是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平。
本文研究了一種新型的PLC智能電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成。它與傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是利用模糊邏輯推理控制方法確定適合于電梯運行情況的規(guī)則，通過進(jìn)一步處理所選規(guī)則從而最終確定電梯運行程序。該系統(tǒng)能向乘客及時報告電梯運行狀況，從乘客心理和生理條件出發(fā)以滿足高效率運輸。智能電梯控制可分為兩個方面：電梯拖動系統(tǒng)控制和電梯邏輯控制。電梯PLC控制系統(tǒng)主要包括PLC、操縱盤、呼梯盒、井道等裝置。具體結(jié)構(gòu)間圖1。
3 電梯PLC智能控制的應(yīng)用實例
3.1 智能電梯系統(tǒng)集成
為了提高上述電梯控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性，開發(fā)了一種以數(shù)據(jù)傳輸為核心的智能電梯控制系統(tǒng)。這種智能電梯控制系統(tǒng)，包括電梯控制中心、電梯管理模塊、樓層控制鍵盤、功能設(shè)備和監(jiān)控計算機，具體如圖2所示。
該電梯工作原理可總結(jié)為：首先，電梯管理模塊通過功能設(shè)備讀取用戶卡內(nèi)的用戶信息，并查找另一微處理器中存儲的用戶資料，如果查得到相應(yīng)的用戶記錄，則讀取該用戶的樓層權(quán)限；否則，系統(tǒng)返回操作。接下來，另一微處理器分析用戶的樓層權(quán)限，判斷其可到達(dá)的樓層數(shù)。如果用戶權(quán)限等于1，即該用戶只可以到達(dá)一層樓，則控制系統(tǒng)響蜂鳴器提示操作成功，并將相應(yīng)的樓層信號發(fā)送給電梯控制中心；如果用戶權(quán)限大于1，即該用戶可以到達(dá)多個樓層，則控制系統(tǒng)響蜂鳴器提示用戶輸入需要前往的樓層號，并開放樓層控制鍵盤的權(quán)限按鈕，用戶通過樓層控制鍵盤輸入目的`樓層號，該樓層信號通過輸入0輸出電路傳送到微處理器電路，同時，電梯管理模塊將該用戶權(quán)限信號送給電梯控制中心；如果用戶無使用權(quán)限，則系統(tǒng)返回操作。最后，電梯控制中心對來自控制鍵盤的樓層信號和來自管理模塊的權(quán)限信號進(jìn)行分析運算，判斷出用戶要到達(dá)的目的樓層，并登記相應(yīng)信息，點亮相應(yīng)樓層的按鍵燈，提示操作成功，開啟相應(yīng)樓層開關(guān)。系統(tǒng)返回，等待下一個用戶的操作。
3.2 電梯信號PLC控制
電梯信號主要由PLC程序?qū)崿F(xiàn)，取代了大部分繼電器。輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇、運行控制、內(nèi)指令、外召喚、安全保護(hù)、呼梯及選層顯示、方向指示、到站鐘、開關(guān)門控制、井道信息或旋轉(zhuǎn)編碼器光電脈沖、開關(guān)門及限位信號等。輸出控制信號有：樓層顯示、拖動控制信號、門區(qū)或平層信號等。系統(tǒng)程序主流程見圖3，其主要功能如下：
(1)運行狀態(tài)程序：電梯可在有司機、無司機或檢修三種狀態(tài)下使用。(2)保護(hù)程序：為了保證乘客的安全，通常在轎門和中分式門雙側(cè)安裝安全觸板。(3)上、下行程序：集選控制電梯將各層樓廳外的向上和向下召喚信號與轎廂內(nèi)的指令信號綜合在一起進(jìn)行集中自動控制。根據(jù)呼叫信號、內(nèi)選信號與電梯位置，確定電梯是上行還是下行；程序中順向呼叫信號與內(nèi)選無條件響應(yīng)，反向截車遵循最遠(yuǎn)程反向原則。(4)呼叫信號程序：電梯有內(nèi)指令或廳召喚信號時，自動記憶呼叫信號并且有記憶燈亮。在電梯到達(dá)某層停車時，自動消除順向呼叫信號，保存反向的呼叫信號。(5)轎廂與廳的指層信號程序：指層信號由高速計數(shù)器的計數(shù)值與平層點的計數(shù)脈沖相等時發(fā)出的平層信號來獲得。控制電路設(shè)計可獲得連續(xù)的指層信號和方向顯示。(6)開關(guān)門程序；電梯到達(dá)目的層后，自動地進(jìn)行開門、等待及關(guān)門過程，在關(guān)門過程中，如果門上感應(yīng)器感應(yīng)到門口有人時或廳外有呼叫信號時，又重新進(jìn)入開門狀態(tài)。還可在本層廳外開門、檢修時開關(guān)門。(7)有無司機時程序；無司機電梯自動起動、加速、制動減速及自動平層，電梯按指令、召喚信號自動定向、自動保持最遠(yuǎn)層站所定的方向；有司機時按上升或下降按鈕；檢修時只能慢速。(8)換速程序；用PLC的高速計數(shù)器對輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)高速計數(shù)器的計數(shù)值與換速點對應(yīng)的脈沖數(shù)相等時，且目的層有有效的選層信號或呼梯信號，則發(fā)出換速信號，電梯轉(zhuǎn)入減速階段。
3.3 電梯變頻調(diào)速PLC模糊控制
本文研究了一種變頻域PLC調(diào)速控制方法。假設(shè)輸入變量誤差為x，其初始論域為[-E，E]，那么采用7個語言值：“正大”、“正中”、“正小”、“零”、“負(fù)小”、“負(fù)中”、“負(fù)大”。當(dāng)誤差逐漸縮小，原始論域?qū)τ诳s小后的誤差偏大，如果仍然原始論域及其劃分進(jìn)行分析勢必加大誤差，從而降低控制精度。而變論域的思想是：在規(guī)則形狀不變的情況下，論域隨著誤差變小而收縮，論域隨著誤差而增大。
當(dāng)電梯的運行速度受到外界干擾時(乘客的增、減)，其速度會偏離預(yù)期的速度變化曲線，傳感器會采集到對應(yīng)的誤差變量x。如果x與極值誤差接近時，論域不發(fā)生變化，當(dāng)與極值誤差相差較大時論域則需進(jìn)行相應(yīng)的變化�？刂破鞑粩噍敵稣{(diào)節(jié)作用。誤差逐漸減小。對于較小的誤差則調(diào)整隸屬度函數(shù)的形狀，以提高控制量變換精確度。電梯變頻調(diào)速PLC模糊控制框圖如圖4。
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