計數(shù)器在電梯程序設(shè)計中的應(yīng)用研究

郭翠鋒

(晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械與電子工程系,山西 晉城 048026)

0 引言

計數(shù)器是PLC的一種常用的編程元件,在PLC程序設(shè)計中具有重要的作用。在某些較為復(fù)雜的程序設(shè)計中,熟練應(yīng)用計數(shù)器編程,是實現(xiàn)控制要求的關(guān)鍵。本研究采用FX3u系列PLC,以四層電梯程序設(shè)計為例闡述了計數(shù)器在四層電梯控制中的具體應(yīng)用,提出了電梯部分功能程序設(shè)計方法,降低了電梯的調(diào)試難度,提高了電梯的平層精度。

1 計數(shù)器的種類及動作原理

1.1 計數(shù)器的種類

計數(shù)器用字母C表示,采用10進制地址編碼。在FX3u系列PLC中,內(nèi)置了內(nèi)部信號計數(shù)器和高速計數(shù)器兩種計數(shù)器。

內(nèi)部信號計數(shù)器是對PLC中的內(nèi)部編程元件X、Y、M、S、T及C進行計數(shù),它屬于低速計數(shù)器,輸入信號接通或斷開的持續(xù)時間大于PLC的掃描周期[1],有16位加計數(shù)器和32位加/減計數(shù)器兩種計數(shù)器。

高速計數(shù)器是對指定的輸入信號(X000-X007)進行計數(shù),它采用中斷方式進行計數(shù),計數(shù)通道的響應(yīng)頻率比普通掃描頻率更快。

1.2 內(nèi)部信號計數(shù)器的動作原理

內(nèi)部信號計數(shù)器由當(dāng)前值寄存器、設(shè)定值寄存器和輸出觸點組成。它的動作原理是:當(dāng)計數(shù)器的線圈得電失電一次(即在計數(shù)脈沖的上升沿),當(dāng)前值寄存器加1,當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值相等時,輸出觸點動作。內(nèi)部信號計數(shù)器需使用復(fù)位指令RST對當(dāng)前值寄存器清零。

2.16位加計數(shù)器在電梯控制中的應(yīng)用

2.1 16加計數(shù)器的基本工作過程

16位加計數(shù)器的地址編碼為C0-C199,設(shè)定值是1～32 767,設(shè)定值可以通過常數(shù)K設(shè)定,也可以通過數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)定。

16位加計數(shù)器的工作過程如圖1所示。X10的常開觸點閉合后,計數(shù)器C0復(fù)位,它的當(dāng)前值清零,X11為C0提供計數(shù)的脈沖輸入信號,C0的設(shè)定值為5。當(dāng)計數(shù)器C0的線圈由OFF變?yōu)镺N(即X11的上升沿)時,計數(shù)器的當(dāng)前值加1,在計數(shù)器C0計X11的5個脈沖時,當(dāng)前值為5,此時,當(dāng)前值等于設(shè)定值,C0的觸點動作,Y10得電輸出。當(dāng)X10再一次為ON時,C0復(fù)位,Y10復(fù)位。

(a) 梯形圖

(b) 時序圖

2.2 16位加計數(shù)器實現(xiàn)電梯的取消錯誤選層功能

取消錯誤選層功能:電梯在執(zhí)行任務(wù)時,除已響應(yīng)的當(dāng)前樓層外,可通過0.5 s連續(xù)雙擊樓層按鈕對誤操作的樓層進行銷號處理。例如,電梯在1層上客后,內(nèi)選信號有2、3、4層,可對3層和4層進行銷號處理。

圖2和圖3是對3層進行錯誤銷號程序設(shè)計。其中,X22是三層內(nèi)選按鈕,M15表示電梯檢修和鎖梯狀態(tài),M3是三層內(nèi)選登記,Y12是三層內(nèi)選指示燈,M53表示電梯到達3層,M70是取消錯誤選層條件(至少有兩個內(nèi)選被登記)。

圖2 三層內(nèi)選的登記與取消程序Fig.2 Programme of selecting and canceling within threee floors

圖3 取消錯誤選層程序Fig.3 Programme of cancelingthe wrongly selected floor

當(dāng)按下三層內(nèi)選按鈕,X22常開觸點閉合,M3被置位,M3常開觸點閉合,Y12線圈得電并自鎖,三層內(nèi)選指示燈點亮,三層內(nèi)選登記。圖3中,三層內(nèi)選登記時,滿足M70條件的情況下(例如,4層內(nèi)選也被登記),C3的當(dāng)前值為1,T13設(shè)定的時間為0.5 s,此時,在三層內(nèi)選登記后的0.5 s內(nèi),連續(xù)雙擊三層內(nèi)選按鈕,C3的當(dāng)前值變?yōu)?,此時與它的設(shè)定值相等,圖2中C3的常開觸點閉合,M3被復(fù)位,三層內(nèi)選登記被取消,完成0.5 s內(nèi)連續(xù)雙擊樓層按鈕對誤操作的樓層進行銷號處理功能。如果超過0.5 s,C3被直接復(fù)位,此時,將不能進行銷號處理。

3.32位加/減計數(shù)器在電梯控制中的應(yīng)用

3.1 32位加/減計數(shù)器的基本工作過程

32位加/減計數(shù)器的地址編碼為C200-C234,設(shè)定值的范圍是-2 147 483 648～+2 147 483 647,可以通過常數(shù)K設(shè)定,也可以通過數(shù)據(jù)寄存器D來設(shè)定,它的設(shè)定值可正可負(fù)。32位加/減計數(shù)器的加/減計數(shù)方式由地址編碼對應(yīng)的特殊輔助繼電器設(shè)定。例如:C210的計數(shù)方式由M8210設(shè)定,當(dāng)M8210為OFF時,C210加計數(shù),當(dāng)M8210為ON時,C210減計數(shù)。

32位加/減計數(shù)器的工作過程如圖4所示。X11的常開觸點閉合后,C210被復(fù)位,當(dāng)前值清零。X12為C210提供計數(shù)的脈沖輸入信號。當(dāng)M8210為OFF時,C210增計數(shù),在X12的上升沿,C210的當(dāng)前值加1[2];當(dāng)X10為ON時,C210減計數(shù),在X12的上升沿,C210的當(dāng)前值減1。當(dāng)C210的當(dāng)前值由“-4”增加到“-3”時[3],C210觸點動作,Y10得電輸出。當(dāng)C210的當(dāng)前值由“-3”減小到“-4”時,C210觸點復(fù)位,Y010復(fù)位,此時,C210的當(dāng)前值并不會清零,只有在滿足條件X11時,C210的當(dāng)前值才會清零。

(a) 梯形圖

(b) 時序圖

3.2 32位加.減計數(shù)器實現(xiàn)轎廂的平層控制

電梯轎廂的平層控制由減速永磁感應(yīng)器和門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)信號觸發(fā),當(dāng)轎廂從停止?fàn)顟B(tài)啟動時,變頻器輸出為高速,當(dāng)經(jīng)過目標(biāo)樓層的減速感應(yīng)器,變頻器輸出為低速,當(dāng)PLC接收到門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)信號后,停止輸出STF或STR,變頻器停止輸出,此時,轎廂停止在目標(biāo)樓層。

四層電梯的每一層都安裝有一個永磁感應(yīng)器和門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān),但為了減少輸入點數(shù),四個永磁感應(yīng)器的信號都是由一個輸入繼電器X2接收,四個門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)信號都是由輸入繼電器X33接收。這樣,判斷電梯在幾層是程序設(shè)計的一個難點,用加減計數(shù)器可以解決這個問題。

圖5所示,M20指電梯上升,M30指電梯下降,X11是下限位開關(guān),當(dāng)電梯在一層,復(fù)位C200和C201,當(dāng)M20為ON,電梯正在上升,M8200和M8201為OFF,轎廂感應(yīng)門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)(X33)和永磁感應(yīng)器(X2)時,C200和C201加計數(shù)。當(dāng)M30為ON,電梯正在下降,M8200和M8201為ON,轎廂感應(yīng)X33和X2的上升沿,C200和C201減計數(shù)。

圖5 門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)信號的檢測Fig.5 Detection of door-drive bistable signal

圖6 示,當(dāng)C200當(dāng)前值為0,M51為ON,表示電梯在1層;當(dāng)C200當(dāng)前值為1,M52為ON,表示電梯在2層……這樣,實現(xiàn)了電梯轎廂的平層控制。

圖6 目標(biāo)樓層的確定Fig.6 The determination of target floor

4 高速計數(shù)器在電梯控制中的應(yīng)用

4.1 高速計數(shù)器

在FX3u系列PLC的基本單元中,內(nèi)置了32位增減計數(shù)器的高速計數(shù)器[4]。地址編碼為C235-C255,共計21點。有單向單計數(shù)、單向雙計數(shù)和雙向雙計數(shù)三種高速計數(shù)器[5],每種高速計數(shù)器設(shè)置有硬件計數(shù)器和軟件計數(shù)器。單向單計數(shù)輸入的高速計數(shù)器C235-C245,增減計數(shù)方式和32位加減計數(shù)器設(shè)置方式一樣,由所對應(yīng)的特殊輔助繼電器設(shè)定。

高速計數(shù)器是由系統(tǒng)指定的輸入信號進行計數(shù),每點高速計數(shù)器其所支持的脈沖輸入端、復(fù)位和啟動、方向控制都有特定的輸入點,通過比較或中斷完成目標(biāo)操作。部分高速計數(shù)器的輸入分配如表1所示。

表1 部分高速計數(shù)器輸入分配表Tab.1 Input allocation table of some high-speed counters

4.2 高速計數(shù)器實現(xiàn)電梯轎廂的精確?？抗δ?/h3>

使用旋轉(zhuǎn)編碼器精確定位電梯的位置,可以實現(xiàn)電梯轎廂的精確停靠。程序設(shè)計中用高速計數(shù)器對編碼器的高速脈沖信號計數(shù),通過PLC的運算和處理,得出轎廂的位置從而對曳引機發(fā)出減速和停止信號。這時減速信號和停止信號不再由減速感應(yīng)器和門驅(qū)雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)提供,避免了由于減速感應(yīng)器受到干擾而誤動產(chǎn)生的故障,從而提高電梯運行的精度和穩(wěn)定性[6]。

編碼器的高速脈沖由高速計數(shù)器C235計數(shù),在程序設(shè)計中,要先給C235賦初值[7],為避免高速計數(shù)器C235的計數(shù)值溢出,C235的初值要大于轎廂處于電梯頂層時對應(yīng)的編碼器的脈沖數(shù)。由M8235決定C235的計數(shù)方式,M30表示轎廂處于下降狀態(tài),這時置位M8235,C235減計數(shù),M20表示轎廂處于上升狀態(tài),此時復(fù)位M8235,C235加計數(shù),如圖7所示。

圖7 計數(shù)器賦初值及計數(shù)方式程序Fig.7 The programme of initializing and the counting method of the counter

M150為井道自學(xué)習(xí)的輔助繼電器,通過井道自學(xué)習(xí),使用傳送指令MOV把減速感應(yīng)器的上升沿和下降沿時所對應(yīng)的值存儲到D230和D250開頭的幾個數(shù)據(jù)寄存器中[8],確定每一樓層的范圍。當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時,使用區(qū)間比較指令ZCP使編碼器的當(dāng)前值與樓層的范圍值比較,確定當(dāng)前的樓層位置。如圖8所示。

圖8 轎廂樓層范圍確定程序Fig.8 The determination programme of floor range of the elevator car

通過圖8的比較得到的樓層位置,為曳引機提供減速信號(M331、M334、M337、M340),進而使曳引機進行減速并?？?如圖9所示。

圖9 轎廂減速停靠程序Fig.9 The programmeof deceleration for stopping of the elevator cars

5 結(jié)語

通過分析PLC的編程元件計數(shù)器的動作原理和基本用法,使用16位加計數(shù)器實現(xiàn)了電梯的取消錯誤選層功能,用32位加/減計數(shù)器實現(xiàn)了轎廂的平層控制,用高速計數(shù)器實現(xiàn)了電梯的精確?？?為電梯的部分功能設(shè)計提供了一種切實可行的編程方法。