西门子四川PLC模块总代理商

 电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p 的值不宜过小。能保证a、p佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线（图1） 应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。  

    一、东洋电梯速度曲线的产生方法

    东洋电梯采用的方法是阶梯-滤波方式，和一般电梯的起、制动方式一样，起动受时间控制（称为时间原则），制动受距离控制（称为距离原则）。先通过电阻分压产生阶梯给定电压U，阶梯电压的顺序由继电器的触点控制。每一阶梯的保持时间，就是对应继电器常开触点吸合的时间，这一时间由延时电路实现。制动过程由对应减速距离的选层器凸轮触点和门区内的磁感应开关控制。起动过程分12级，制动过程为13级。这是为了在起动时有足够的起动转矩，而将级给定电压设置得较高。制动时，为保证平层精度，后一级要小一些。阶梯电压产生后，送到滤波电路，经滤波输出后，产生平滑的速度给定曲线。

    采用硬件电路实现的速度曲线产生方法，由于采用继电器逻辑控制，不仅可靠性不理想，而且存在下述问题：（1）受分级电压级数的限制，不易使曲线达到理想；（2）调试困难；（3）加速过程采用由小到大的阶梯给定顺序，引起电梯起动时的冲击。这一问题是由于在电梯起动瞬间克服了机械静磨擦力后，给定电压没能随磨擦力的减小而及时降低造成。此外，在减速过程中，轿厢位置信号取自机械选层器，减速点及每级减速距离的精度也受到限制。

    二、速度曲线产生方法的改造

    本方法是利用PLC扩展功能模块-D/A模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D/A，由D /A转换成模拟量后将理想曲线输出。本文选用的富士可编程控制器FLEX-PC的NB-AXY4-11型模拟输入输出模块，分别有两路8位A/D和D /A。

    1.加速给定曲线的产生

    8位D/A输出0～5V/0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。东洋电梯加速实践在2.5～3秒之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。

    由于电梯逻辑控制部分程序大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求，本文在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。

    本文采用的NBI-P56PLC有三种中断功能：（1）外部中断；（2）高速计数内部中断；（3）定周期中断。前两种中断各有8个中断点，后一种有4个中断点。在程序中采用了后面两种中断方式。起动过程采用定周期中断，制动过程采用高速计数内部中断。中断服务程序放在主程序后，运行状态检测、运行保护、内选外呼等逻辑控制均在主程序中实现。而运行条件的判断、运行模式的选择、查表等与运行曲线产生有关的程序放在中断服务程序中。

    起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。

    高速计数中断可由相应的内部继电器进行开关，因而运行条件判别可放在主程序中，当运行条件满足时，将相应中断打开。本课题采用0号计数器，对应现行值地址D0000，设定值地址D0008，现在值预置数据地址D0010，设定值预置继电器M326，现在值预置继电器M327，中断指示器为 I1100，中断接受EI/DI继电器M0323。程序框图如图2 所示。

    2.减速制动曲线的产生

    为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。采用D/A方法的减速程序框图如图 3 所示。

    在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1”操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。

    三、结论

    采用PLC软件控制产生电梯速度给定曲线的方法，可简化硬件系统、提高可靠性、减少故障率，并能改善舒适性、提高平层精度。用PLC实现数字方法产生电梯速度给定曲线时，应用中断技术，可较好地克服PLC扫描运行机制对速度曲线的影响，提高实时性

1引言 

当今交通道路已进入迅猛发展时期，作为公路修建中一个重要环节的隧道，其数量也在不断增加。由于我国复杂的地理条件以及隧道本身的特点，隧道监控系统在隧道的运营和管理以及事故处理中发挥着极其重要的作用。因此，建设可靠、稳定、先进、经济以及可扩展的合理的隧道监控系统成为工程界和公路营运管理部门共同关心的问题。微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度。PLC以其zhuoyue的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为隧道监控系统的核心控制器。PLC与开放的网络通信系统一起，共同推动着隧道监控系统的智能化程度的发展。因为具有可靠性高、处理速度快、逻辑修改方便、抗干扰能力强、能适应现场复杂环境等特点，基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统得到了广泛的应用。 

基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统主要功能是监测隧道环境质量、通风系统、给排水消防系统、照明系统、交通引导系统的设备工作状态，确保各系统设备工作正常，并根据隧道正常运行的需要，对各分系统设备实施远程人工控制或自动控制，异常工况下联动各系统设备协同运作，以达到设备运行智能化和自动化的需求，实现改变环境状况和营造隧道内安全环境的目的。 

2隧道监控系统的整体结构设计 

隧道安全是公路安全中的咽喉，所以对隧道监控系统的可靠性要求特别高。在任何可能发生的紧急情况下，都能保证隧道的通风、照明、消防、交通引导等正常工作。本隧道监控系统采用和利时公司高性价比的LK系列PLC为核心控制器，每套PLC包括电源模块、CPU模块、DI模块和DO模块等，中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速实时工业以太网，网络结构为环形，通讯速率为100Mbps。 

隧道按照其长度分类，分别为短隧道（L<250m）、中隧道（250m<L<1000m）、长隧道（1000m<L<3000m）和特长隧道（L>3000m）。隧道的长度越长，需要考虑的监控设施就越多。从目前国际上对隧道的设计标准来看，长隧道和特长隧道需要监控系统以保证隧道内行车的安全和通畅。隧道监控系统按照各个子系统分可分为照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。按照设备的类型分可分为检测设备、控制设备、显示设备和通讯设备。检测设备包括火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度检测仪、风速风向仪等。控制设备包括交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等。显示设备包括计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等。通讯设备包括交换机、集线器、串口信号传输设备、光端机等。 

从隧道监控系统的网络构成来看，一般分计算机集中控制层、区域控制器分布控制层和现场设备层等3个层次。计算机集中控制层主要实现设备监控预案制定、预案发布、多系统协同控制等复杂功能，系统数据库记录、报表生成、设备管理等信息管理功能也在本层实现，本层设备和软件集中在监控中心进行实施。区域控制器分布控制层是设备控制系统主体，主要用于实现预案执行、设备闭环自动控制、设备运行信息采集等现场流程控制功能。现场设备层由隧道内各分系统设备控制柜、智能仪表、硬件执行机构组成，主要用于执行控制系统发出的指令，实现硬件级自动控制、硬件自保护、以及人工现场手动操作功能。 

隧道监控系统的整体结构如图1所示。 

图1 隧道监控系统的整体结构示意图 

3隧道监控系统的PLC控制柜设计 

本隧道监控系统的由以和利时LK系列PLC为核心的控制机柜、执行机构、声光报警、一次和二次外围元件组成，系统装置示意图如图2所示。隧道监控系统控制柜里配置有PLC、冗余电源、断路器、温度湿度传感器、报警继电器等。每一路输入、输出通道都有与之相对应的指示灯，可以检查某一通道的动作情况，且系统具有在线试验功能。以其中一个核心控制柜的PLC配置为例，配置清单如表1所示。 

2.2 隧道监控系统的PLC控制柜示意图 

表1 控制柜PLC配置清单 

序号  模块类型  说明  

1  LK207  CPU模块；位指令 0.013ms/K，程序16M  

2  LK231  PROFIBUS-DP通信接口模块  

3  LK910  电源模块，输入120/230VAC，输出24VDC，5A  

4  LK610  16通道数字量输入模块，12/24V DC，漏型  

5  LK710  16通道数字量输出模块，24V DC，晶体管输出  

6  LK411  8通道模拟量输入模块，16位，电流信号  

7  LK511  4通道模拟量输出模块，12位，电流信号，通道间隔离  

8  LK101  本地背板，单CPU插槽，10槽  

9  LKC131  占空模块  

10  LKC170  LK PLC 专用I/O端子线缆盖  

4隧道监控系统的特点 

基于和利时LK系列PLC的隧道监控系统系统具有如下特点： 

ì 准确性及可靠性 

稳定性性、可靠性是隧道监控系统的关键。本系统采用了和利时LK系列PLC，其中配置了高性能的工业级处理器，具有纳秒级的处理速度以及大容量的内存，可使隧道内传感器数据、报警等程序准确、快速地执行，大大保证了系统的高稳定性和高可靠性。 

ì 系统功能强 

由于和利时LK系列PLC具有体积小、集成化程度高、运算速度快、逻辑控制容量大等特点，所以整套程序中除了现场监测传感器、风机控制、照明控制等常规功能外，还可进行在线试验功能。该功能的作用在于系统正常运行时，检查执行开关、电磁阀等外围元器件的健康状态，提高整套装置的自身安全系数。 

ì 通讯能力强大 

和利时LK系列PLC自身集成有以太网接口。在此系统中，通过PLC自身集成的以太网口接入工业交换机组成的环形以太网，保证了现场数据能快速的传输给中控中心。同时，中控中心的计算机指令也能快速得到现场设备的响应，而且光纤传输不受电磁干扰的影响，可靠性更高。 

5展望 

我国隧道监控系统的设计和实施现还正处于成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，同时也给技术的发展、改进创造了条件和基础。隧道监控系统一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，也要反映系统的先进、经济与可扩展，同时也要使操作便捷与维护方便。另一方面，针对不同的交通条件和功能要求，确定系统的规模和冗余度的大小。确定系统合理的集成方式，以力求系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合。今后我国的隧道监控系统的发展方向是，在原有的基础上，按照监测与控制适当分离、大限度的集中监测、灵活机动的现场控制等总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设更趋合理。