基于目标距离的VVVF电梯速度控制

基于目标距离的VVVF电梯速度控制 第27卷第12期 2010年12月 机电工程 JournalofMechanical&ElectricalEngineering V01.27No.12 Dec.2010 基于目标距离的VVVF电梯速度控制 张艚,赵国军,王均晖,黄坚 (浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州310014) 米 摘要:针对传统电梯速度控制技术中存在着的平层爬行,电梯运行效率不高的缺点, 提出了基于目标距离的VVVF电梯的速度控制 方式的基本原理,并采用嵌入式系统来实现其具体的控制过程.通过搭建试验平台 进行实验测试.研究结果明,采用这种新型 的电梯速度控制技术可实现电梯无爬行平层,大大提高了电梯的运行效率. 关键词:目标距离;速度控制;乎层爬行;电梯 中图分类号:TH39;TH236;TP273文献标志码:A文章编号:1001—4551(2010)12— 0060—03 VVVFelevatorspeedcontrolbasedondesireddistance ZHANGQiang,ZHAOGuo-jun,WANGJun—hui,HUANGJian (CollegeofMechanicalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou31001 4,China) Abstract:Aimingatovercomingtheshortagesoftraditionalelevatorspeedcontroltechnique whicharetherelevellingcrowl,therunninginef- ficieneyofelevator,thebasictheoryofVVVFelevatorspeedcontrolsystembasedondesired distancewaspresentedandthespecificcontrol proc,edurewasimplementedbyusingembeddedsystem.Theresultsoftheexperimentsindic atethatusingthenewelevatorspeedcontroltech— nique(:anachievedefiniterelevellingandraiseelevatorrunningefficiency. Keywords:desireddistance;speedcurvecontrol;relevellingcrawl;elevator 0引言 随着电梯产业的飞速发展以及人们生活水平的不 断提高,人们对电梯的要求越来越高.这就必然要求 在保证安全的前提下尽可能地提高电梯运行的舒适 性,快速性和稳定性". 本研究提出了一种采用以目标距离为原则的电梯 速度控制方式.通过运用绝对值编码器采集电梯轿厢 的位置信号进行速度优化控制,这样可以使电梯响应 快,消除爬行停靠,达到了高精度直接平层,从而极大 提高了电梯的运行效率,舒适感和稳定性j.目前, 德国的BP电梯厂已经采用绝对值编码器技术作为电 梯轿厢的定位技术,为以目标距离为原则的电梯速度 控制方式提供了技术基础一. 1以目标距离为原则的电梯速度控 制方式 1.1目前常用电梯速度控制方式 1.1.1以时间为原则的电梯速度控制方式 以时间为原则电梯速度运行曲线如图1所示.其 控制的其实是一种多段速的控制方式.电梯专用 变频器里集成的速度控制模块根据电梯需运行的楼层 数来计算电梯运行的最大速度.,然后生成以时间 为横坐标,速度为纵坐标的理想速度运行曲线,将电梯 运行过程中各个阶段的给定理想速度曲线按时间等分 原则离散化的速度值存储在CPU里,然后按时间间隔 发送速度控制指令.由于没有实时的位置值反馈回 来,并且主控器与变频器之间的通讯需要一定时间等 收稿日期:2010—05—07 基金项目:浙江省科技厅攻关项目(cltg2O2OOO8) 作者简介:张胳(1986一),男,湖北孝感人,主要从事电梯速度控制与计算机实时控 制方面的研究.E?mail:zhangqiang-Jay@126.con 通信联系人:赵同军,男,教授,硕士生导师E—mail:cnzgj@ut.edu.en 第12期张艚,等:基于目标距离的VVVF电梯速度控制 因素,导致电梯在运行至减速段的控制点处的实际运 行距离与理论值有偏差,于是为了修复此偏差值,电梯 在制停阶段存在着一个低速的爬行段来进行修正.因 此该运行方式的运行效率低,平层精度不高,舒适性差. 图1有爬行段的速度运行曲线(CD为爬行段) 1.1.2以相对距离为原则的电梯速度控制方式 此控制方式的电梯理想曲线是按照时间原则设计 的.已经知道了电梯需要停靠的位置,并且可以通过 旋转编码器测量出轿厢的位置,所以可以按照距离为 原则对电梯进行精确的控制J.这种方式获得的位 置反馈信号是连续的实时轿厢位置值,理论上能做到 无爬行的直接停靠.但是,这种方式通过安装在电动 机轴上的旋转编码器间接获得轿厢位置,由于曳引轮 槽与钢丝绳之间存在着打滑现象,控制器极易失去轿 厢当前准确位置,当进入减速段运行时它不得不通过 井道磁开关不断校正电梯轿厢的位置,故它在实际停 靠时也存在着爬行停靠,其速度运行曲线与按时间原 则运行的速度曲线大致相同. 1.2以目标距离为原则的电梯速度控制方式的基本 原理 目标距离是通过绝对值编码器连续实时测得的轿 厢实际位置即轿厢至欲平层位置的距离.其控制原理 及理论运行速度曲线如图2,图3所示. 图2基于绝对值编码器的以目标距离 为原则的控制方式原理图 图3基于目标距离的电梯运行速度曲线示意图 (1)采用了绝对值编码器直接获得轿厢位置信 号,它不受钢丝绳打滑的影响;同时,绝对值编码器给 出的是二进制编码,故它不存在丢失脉冲现象.系 统根据测得的目标距离实时计算电梯运行速度,给变 频器发出速度控制指令,控制电梯的运行. (2)在电梯平层时,系统根据电梯的实时位置值 计算出目标距离,在足够短的距离内给出减速信号,并 给出相应的速度,达到减速点到平层位置速度的平滑 过渡.与此同时,旋转编码器又把电梯速度反馈给 变频器,以便系统根据电梯的实时速度来调节系统的 给出速度,提高电梯速度控制的实时性,同时提高了电 梯的运行效率和舒适感. (3)在响应截梯信号方面,在每一楼层设置一个 目标拐点(底层除外),当电梯按目标距离运行时,在 到达每层拐点处检测此层是否有呼梯信号.无,则继 续按原速度曲线运行;有,则目标距离实时变化为电梯 当前的位置与此呼梯信号层之间的距离,然后速度优 化模块再次计算出电梯的运行曲线,此时电梯可按此 速度曲线响应呼梯.由于电梯各楼层的位置是固定 的,各层拐点位置的确定比较容易. 2以目标距离为原则的电梯速度控 制系统的实现 2.1速度控制系统的硬件结构 本系统硬件结构主要由BP304电梯主控制器, SIEI变频器,绝对值编码器AWG~5,旋转编码器,电 梯运行速度优化控制模块等组成.其组成示意图如图 4所示.其中速度优化控制模块选用ATMEGA162作 为主控芯片,其芯片内部自带两个串口,最高支持16 MHz主频,其特点可满足系统的需要.并且选用AT- MEGA162芯片可大大地简化硬件和软件设计,提高了 系统的实时性.其硬件结构原理图如图2所示.相应 的控制如下: 巾源 图4电梯速度控制系统框图 (1)采用绝对值编码器直接将轿厢位置信号反馈 机电工程第27卷 给主控制器,使系统能够得到电梯运行中轿厢准确的 实时位置值; (2)采用旋转编码器反馈电梯的实际运行速度给 变频器,由变频器对实时速度进行PID调节,形成双闭 环的速度控制; (3)采用正弦曲线作为电梯运行的速度控制曲线; (4)设计速度算法,实现由目标距离值对电梯运 行速度的实时控制. 2.2速度控制系统的软件实现 本系统的软件实现的一个主要任务是解决速度优 化控制模块与电梯主控器及变频器之间的实时通信问 题.速度优化控制模块通过RS485接口接收电梯主 控制器发送过来的电梯运行状态指令和位置指令,并 返回相应的应答信号;同时,通过RS422接口向变频 器发送相应的参数,在电梯静止时发送的是变频器初 始化参数,在电梯运行时发送的是电梯速度指令.电 梯运行速度优化控制模块与电梯主控制器和变频器之 间通讯中的字节接收和发送通过中断程序实现. 3实验仿真 实验设备包括:电梯主控器BP304,SIEI变频器, 绝对值编码器AWG-05及旋转编码器各一个,370W 电动机一个,220V及24V变压器各一个,嵌入式速 度优化控制模块一个,O形带及其他设备. 搭好实验平台后,假定每层楼高31TI,利用BP304 的虚拟井道技术模拟电梯分别运行3层楼高及4层楼 高的实际运行.设定额定速度为2.5m/s,正 弦曲线的最大速度,为1m/s,角速度为1.6rad/s. 测得在实验的环境下电梯的运行曲线如图5,图6 所示 堑件屯糖参数设鼍帮助 ..kJI如??!lJ???-k一^?童 工1善l一蛆I口?l-J丑/ S)v/(mm 2500一毫口1r?口2卑口3r幸口4沦运仃曲线一 一 绝对傻编码器通信端口设置,\护2000一 , {.\r毒口1r摹口2r卑口3幸~14一 ? 《1500一 }《电梯参数设置,,一 1礤足递厦:I2500?叫一 , . \实际j荟行曲线Il000一, \2位移量/绝对僵编码器转过一个位置:随玎Hm一 一 《500' }运{诩曝数:阿 一 /t/ms一堂利圆 0100020003000400050006000700080009000 电梯运行速度曲线 图5电梯运行3层楼高的速度曲线 图6电梯运行4层楼高的速度曲线 (下转第73页) 第12期许锋,等:基于PROFIBUS总线的全自动液体饲喂系统?73? (1)上位机和PLC之间的通信 根据前面的硬件设计,上位机和PLC之间通过网 卡CP5611进行通信,借助于VC++6.0环境中的 MFC,编写了上位机程序,利用MSComm控件编写需 要的串口程序,该控件用到了一系列属性和用户接口, 可以利用Get函数和Set函数对其进行获取和设置. 从而实现上位机和PLC之间的通信. (2)PLC和ET200的通信 为了实现从站的控制,必须对PLC编写相应的控 制程序,实现PLC和从站之间的数据传输.在STEP7 中完成硬件网络组态,设置ET200的通信地址,该地 址必须与主站PLC中设置的相同. 3结束语 本研究通过对液体控制系统的PROFIBUS总线的 硬件和软件设计及调试,得出了PROFIBUS总线控制 不仅取决于PLC的CPU,还会受到PLC所处的网络环 境的影响. 研究结果表明,基于PROFIBUS-DP的SIMATIC s7—300通讯网络的设计和研究为总线技术的应用提 供了一定的帮助,并在实际的工程应用中具有一定的 指导意义. 参考文献(References): [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出 版社,1999. 张浩,谭克勤,朱守云.现场总线与工业以太网络应用 技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,2001. CASANOVAV.SALTJJ.NetworkedControlSystemsover Profibus—DP:SimulationModel[C]//ControlApplications, 2006.CCA06.Munich:『S.n.],2006:1337—1342. 李曼枫.Profibus现场总线技术的应用[J].机电工程技 术,2007,36(8):69—71. 张良,肖佩,吴修德.基于工业以太网的数控设备网 络化研究[J].机械,2007,34(2):35—37. SiemensAG.SIMATICNETSPC3SiemensPROFIBUScon— trolleruserdescription[M].SiemensAG,1996. 蓝丽,李红星.基于Profibus—DP现场总线控制系统的 集成[J].微计算机信息,2007,23(16):23—24. 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