K7M-DR60UFCS是在DCS的基础上发展起来的,FCS顺应了自动控制系统的发展潮流。任何新事物的发生发展都是在对旧事物的扬弃中进行的,FCS与DCS的关系必然也不例外。FCS代表潮流与发展方向,而DCS则代表传统与成熟,也是独具优势的事物。
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DCS以其成熟的发展,完备的功能及广泛的应用而占据着一个尚不可完全替代的地位。现场总线控制系统FCS应该与分散式控制系统DCS相互兼容。首先以工程成本与效益看,现场总线的根本优势是良好的互操作性;结构简单,从而布线费用低;控制功能分散,灵活可靠,以及现场信息丰富。然而这些优势是建立在 FCS系统初装的前提下,倘诺企业建立有完善的DCS,现在要向FCS过渡,则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。充分利用已有的DCS设施,现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS是我们应选之途。虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言,但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。再者,从技术的继承及控制手段上,也要求FCS与DCS应相兼容。FCS实现控制功能下移至现场层,使DCS的多层网络被扁平化,各个现场设备节点的独立功能得以加强,因此,在FCS中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。由于历史的原因,DCS通常拥有大型控制柜用以协调各个设备,同时更强而,当数调层与层的数据传输。可见,两种控制在策略上各具优势。DCS适用于较慢的数据传输速率;FCS则更适用于较快的数据传输速率,以及更灵活的处理数据。然据量超过一定值过于偏大时,如果同层的设备过于独立,则很容易导致数据网络的堵塞。要解决这个问题,拟设立一个适当的监控层用以协调相互通讯的设备,必然是有益的,DCS就能轻松地胜任这一工作。可见,为使FCS的控制方式和手段完善化,是有必要借鉴DCS的一些控制思想的。
要把握新世纪工业过程控制的发展趋势,K7M-DR60U无论在学术研究或是工程应用方面都有必要使FCS综合与继承DCS的成熟控制策略;与此同时,DCS的发展也应追寻FCS控制策略的新思想,使其具有新的生命力。DCS应能动地将底层控制权交付给FCS系统,将较高层的系统协调管理功能发扬光大,完成对新时代,新形势的工业控制系统的智能设备集成。
正如前面所讲,无论是在DCS还是在FCS系统中,组态软件都是不可缺少的。计算机技术的发展,使得设计更加完善的控制系统,获得更方便可靠快速的控制成为可能。工程技术人员对传统的仪表控制方式很熟悉,但往往缺乏专业的计算机知识,而专业的计算机技术人员又缺乏实际的控制经验。这样在计算机与控制之间就存在着一个巨大的障碍,而组态软件则成为逾越这一障碍的桥梁。组态软件可以提供一个良好的界面,使控制技术人员用简单的方法随心所欲的组成自己的控制系统。
组态软件包括系统组态过程控制组态画面组态报表组态,用户的方案及显示方式由它来解释生成内部可理解的目标数据。使用组态软件可以生成相应的实用系统,便于灵活更改与扩充。
以力控为例,力控的网络结构是一种分布式结构。用户的应用程序可以分散在多个服务器上,K7M-DR60U每个服务器分别处理各个监控对象的数据采集历史数据保存报警处理等,然后运行在其他工作站上的客户端应用程序,对这些服务器的数据进行统一监控管理。其具体的设置如下。
客户端K7M-DR60U
力控的通信程序组件NetClientSCOMClient和TelClient运行于客户端,分别用于完成TCP/IP串口和拨号方式的通信功能。当要用客户端力控访问服务器端力控数据时,需要对客户端通信程序进行设置。首先要配置远程数据源,对于SCOMClient和TelClient还要设置串口参数。由于历史原因,Modem是通过串口接到计算机上的,在设置TelClient时需要配置串口参数,如:串口号数据位停止位校验位波特率等。对于一台计算机,TelClient支持同时访问多个远程服务器数据,这种情况下TelClient需要多个串口,通过多个MODEM连接多条电话线路。启动运行系统后,力控会根据远程数据源的设置,自动启动相应的通信程序组件,并按照远程设置的通信参数如:IP地址串口参数等与运行在服务器端的力控软件建立通信过程。
服务器端
力控的通信程序组件NetServerSCOMServer和TelServer运行于服务器端,分别用于完成TCP/IP串口和拨号方式的通信功能。当客户端力控访问服务器端力控数据时,需要对上述服务器端通信程序进行设置。其中应注意:SCOMServer处指定的串口参数指:波特率数据位停止位校验与SCOMClient要一致,指定的串口服务器的地址0~,就是在客户端配置串口通信方式的远程数据源时,要访问的地址。TelServer处指定的串口参数指:波特率数据位停止位校验与TelClient要一致。
可以预言,组态软件在中国的进一步推广使用是一件大好事,它将促使我国工业自动控制技术的应用不断上台阶,并有利于培养和造就一支行业内的高技术队伍,由此缩短与发达国家生产自动化水平的差距,提高我们的工业生产品在国际市场的竞争能力。
本文采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上,利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈,实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数换速信号门区和平层信号的数字控制,取代井道位置检测装置,提高了系统的可靠性和平层精度。
引言
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器PLC取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;而PLC可靠性高,程序设计方便灵活。本设计在用PLC控制变频调速实现电流速度双闭环的基础上,在不增加硬件设备的条件下,实现电流速度位移三环控制。
硬件电路
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系统硬件结构如 所示,其各部分功能说明如下。
Q——三相电源断路
K——电源控制接触器
K——负载电机通断控制接触器
VS——变频器
BU——制动单元
RB——能耗制动电阻
M——主拖动曳引电机
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主电路
主电路由三相交流输入变频驱动曳引机和制动单元几部分组成。由于采用交-直-交电压型变频器,在电梯位势负载作用下,制动时回馈的能量不能馈送回电网,为限制泵升电压,采用受控能耗制动方式。
PLC控制电路
选用OMRON公司C系列0P型PLC。PLC接收来自操纵盘和每层呼梯盒的召唤信号轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号,经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时,向变频器发出运行方向启动加/减速运行和制动停梯等信号。
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电流速度双闭环电路
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采用YASAKWA公司的VS-G CIMRGA 0变频器。变频器本身设有电流检测装置,由此构成电流闭环;通过和电机同轴联接的旋转编码器,产生ab两相脉冲进入变频器,在确认方向的同时,利用脉冲计数构成速度闭环。
位移控制电路
电梯作为一种载人工具,在位势负载状态下,除要求安全可靠外,还要求运行平稳,乘坐舒适,停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足要求,但和国外高性能电梯相比还需进一步改进。本设计正是基于这一想法,利用现有旋转编码器构成速度环的同时,通过变频器的PG卡输出与电机速度及电梯位移成比例的脉冲数,将其引入PLC的高速计数输入端口0000,通过累计脉冲数,经世式计算出脉冲当量,由此确定电梯位置。电梯位移
h=SI
式中 I——累计脉冲数
S——脉冲当量
S = lpD / pr
本系统采用的减速机,其减速比l = /,曳引轮直径D = 0mm,电机额定转速ned = 0r/min,旋转编码器每转对应的脉冲数p = 0,PG卡分频比r = /,代入式得
S = 0mm / 脉冲
程序设计
利用变频器PG卡输出端TA将脉冲信号引入PLC的高速计数输入端0000,构成位置反馈。高速计数器CNT累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行比较,由此判断电梯的运行距离换速点平层电和制动停车点等信号。理论上这种控制方式其平层误差可在±个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下,电梯的平层精度可达±mm内,大大低于国标±mm的标准,满足电梯起制动平滑,运行平稳,平层准确的要求。电梯在运行过程中,通过位置信号检测,软件实时计算以下位置信号:电梯所在楼层位置快速换速点中速换速点门区信号和平层位置信号等。由此省去原来每层在井道中设置的上述信号检测装置,大大减少井道检测元件和信号连线,降低成本。下面针对在实现集选控制基础上新增添的楼层计数快速换速中速换速门区和平层信号个子程序进行介绍。
楼层计数
本设计采用相对计数方式。运行前通过自学习方式,测出相应楼层高度脉冲数,对应层电梯分别存入个内存单元DM0 ~ DM。
楼层计数器CNT为一双向计数器,当到达各层的楼层计数点时,根据运行方向进行加或减计数。楼层计数程序流程如 所示。
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运行中,高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较,相等时发出楼层计数信号,上行加,下行减。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数,采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。
交流变频调速技术是强弱电混合机电一体的综合性技术,既要处理巨大电能的转换整流逆变,又要处理信息的收集变换和传输,因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题,后者要解决基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略的硬软件开发问题在目前状况下主要全数字控制技术。