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采用PLC對電梯速度曲線產生方法的技術改造

    電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度a和加速度變化率p的大小，過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不適感。同時，為保證電梯的運行效率，a、p的值不宜過小。能保證a、p取值的電梯運行曲線稱為電梯的理想運行曲線。電梯運行的理想曲線（圖1） 應是拋物線-直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋物線和直線構成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。

一、東洋電梯速度曲線的產生方法
    東洋電梯采用的方法是階梯-濾波方式，和一般電梯的起、制動方式一樣，起動受時間控制（稱為時間原則），制動受距離控制（稱為距離原則）。先通過電阻分壓產生階梯給定電壓U，階梯電壓的順序由繼電器的觸點控制。每一階梯的保持時間，就是對應繼電器常開觸點吸合的時間，這一時間由延時電路實現。制動過程由對應減速距離的選層器凸輪觸點和門區內的磁感應開關控制。起動過程分12級，制動過程為13級。這是為了在起動時有足夠的起動轉矩，而將*級給定電壓設置得較高。制動時，為保證平層精度，zui后一級要小一些。階梯電壓產生后，送到濾波電路，經濾波輸出后，產生平滑的速度給定曲線。

    采用硬件電路實現的速度曲線產生方法，由于采用繼電器邏輯控制，不僅可靠性不理想，而且存在下述問題：（1）受分級電壓級數的限制，不易使曲線達到理想；（2）調試困難；（3）加速過程采用由小到大的階梯給定順序，引起電梯起動時的沖擊。這一問題是由于在電梯起動瞬間克服了機械靜磨擦力后，給定電壓沒能隨磨擦力的減小而及時降低造成。此外，在減速過程中，轎廂位置信號取自機械選層器，減速點及每級減速距離的精度也受到限制。

二、速度曲線產生方法的改造
    本方法是利用PLC擴展功能模塊-D/A模塊實現的，事先將數字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，程序運行時，通過查表方式寫入D/A，由D/A轉換成模擬量后將理想曲線輸出。本文選用的富士可編程控制器FLEX-PC的NB-AXY4-11型模擬輸入輸出模塊，分別有兩路8位A/D和D/A。

1.加速給定曲線的產生
    8位D/A輸出0～5V/0～10V，對應數字值為16進制數00～FF，共255級。東洋電梯加速實踐在2.5～3秒之間。按保守值計算，電梯加速過程中每次查表的時間間隔不宜超過10ms。

    由于電梯邏輯控制部分程序zui大，而PLC運行采用周期掃描機制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時間間隔過長，不能滿足給定曲線的精度要求。在PLC運行過程中，其CPU與各設備之間的信息交換、用戶程序的執行、信號采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環掃描的方式進行的，每個循環都要對所有功能進行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個掃描周期，基本要完成六個步驟的工作，包括運行監視、與編程器交換信息、與數字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執行用戶程序和輸入輸出接口服務等。在一個周期內，CPU對整個用戶程序只執行一遍。這種機制有其方便的一面，但實時性差。過長的掃描時間，直接影響系統對信號響應的效果，在保證控制功能的前提下，zui大限度地縮短CPU的周期掃描時間是一個很復雜的問題。一般只能從用戶程序執行時間zui短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時間已超過10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時間的辦法，但仍無法將掃描時間降到10ms以下。同時，制動段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應時間也不宜超過10ms。為滿足系統的實時性要求，本文在速度曲線的產生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機制的限制。

    本文采用的NBI-P56PLC有三種中斷功能：（1）外部中斷；（2）高速計數內部中斷；（3）定周期中斷。前兩種中斷各有8個中斷點，后一種有4個中斷點。在程序中采用了后面兩種中斷方式。起動過程采用定周期中斷，制動過程采用高速計數內部中斷。中斷服務程序放在主程序后，運行狀態檢測、運行保護、內選外呼等邏輯控制均在主程序中實現。而運行條件的判斷、運行模式的選擇、查表等與運行曲線產生有關的程序放在中斷服務程序中。

    起動加速運行由定周期中斷服務程序完成。這種中斷不能由程序進行開關，一旦設定，就一直按設定時間間隔循環中斷，所以，起動運行條件需放在中斷服務程序中，在不滿足運行條件時，中斷即返回。

    高速計數中斷可由相應的內部繼電器進行開關，因而運行條件判別可放在主程序中，當運行條件滿足時，將相應中斷打開。本課題采用0號計數器，對應現行值地址D0000，設定值地址D0008，現在值預置數據地址D0010，設定值預置繼電器M326，現在值預置繼電器M327，中斷指示器為I1100，中斷接受EI/DI繼電器M0323。程序框圖如圖2  所示。

2.減速制動曲線的產生
    為保證制動過程的完成，需在主程序中進行制動條件判斷和減速點確定。在減速點確定之前，電梯一直處于加速或穩速運行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對應模式的zui大值之后，加速程序運行條件不再滿足，每次中斷后，不再執行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對應模式的zui大值運行，在該模式減速點到后，產生高速計數中斷，執行減速服務程序。在該中斷服務程序中修改計數器設定值的條件，保證下次中斷執行。采用D/A方法的減速程序框圖如圖3  所示。

    在PLC的內部寄存器中，減速曲線表的數值由大到小排列，每次中斷都執行一次“表指針加1”操作，則下一次中斷的查表值將小于本次中斷的查表值。門區和平層區的判斷均由外部信號給出，以保證減速過程的可靠性。

三、結論
    采用PLC軟件控制產生電梯速度給定曲線的方法，可簡化硬件系統、提高可靠性、減少故障率，并能改善舒適性、提高平層精度。用PLC實現數字方法產生電梯速度給定曲線時，應用中斷技術，可較好地克服PLC掃描運行機制對速度曲線的影響，提高實時性。

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