多微機(jī)控制的中／高速VVVF電梯

1、多微機(jī)控制的中高速VVVF電梯        摘 要： 系統(tǒng)地介紹了多微機(jī)控制VVVF電梯的各個(gè)部分的原理及其相關(guān)的硬件回路，敘述了各CPU間的協(xié)調(diào)控制。實(shí)踐證明這種電梯具有速度快、效率高、舒適性好、可靠性高、節(jié)約電能的顯著特點(diǎn)。     關(guān)鍵詞： 多微機(jī)控制VVVF電梯    系統(tǒng)的電力拖動(dòng)部分    1.1 速度圖形    電梯是垂直方向運(yùn)行的交通工具，其運(yùn)行的平穩(wěn)性極為重要。為了使電梯運(yùn)行平

2、穩(wěn)，必須對(duì)電梯電機(jī)進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)控制，而精確調(diào)節(jié)控制的必要條件之一就是要有一個(gè)較理想的運(yùn)行速度圖形。高速VVVF電梯的速度圖形是根據(jù)人體生理適應(yīng)要求設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)而確定的，它能很好地與矢量變換控制的拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行配合，使高速VVVF電梯運(yùn)行平穩(wěn)性達(dá)到較高的水平。    高速VVVF電梯的速度圖形如圖所示。從速度圖形形式上看，高速VVVF電梯將速度圖形劃分為8個(gè)狀態(tài)進(jìn)行處理，由KZ-CPU控制部分完成?？刂撇糠值腟/W每周期都計(jì)算出當(dāng)時(shí)的電梯運(yùn)行速度指令數(shù)據(jù)，并傳輸給速度電流控制NB-CPU，使其控制電梯按照這個(gè)速度圖形曲線運(yùn)行。下面對(duì)各個(gè)狀態(tài)具體說(shuō)明： 

3、   （）停機(jī)狀態(tài)（狀態(tài)）    在電梯停機(jī)時(shí)，速度圖形值為零。此時(shí)實(shí)際上并沒(méi)有對(duì)速度圖形進(jìn)行運(yùn)算，僅是在KZ-CPU的每個(gè)運(yùn)算周期中對(duì)速度圖形賦零，并設(shè)置加速狀態(tài)和平層狀態(tài)時(shí)間指針。    （）加加速狀態(tài)（狀態(tài)）    電梯在起動(dòng)開(kāi)始時(shí)，首先作加加速運(yùn)行。這個(gè)過(guò)程中，速度圖形在每個(gè)運(yùn)算周期的增量不是常數(shù)，而是隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。因此，在實(shí)際處理時(shí)，為了便于運(yùn)算，預(yù)先用數(shù)據(jù)表把不同運(yùn)算周期的速度增量設(shè)置在EPROM中，S/W在每個(gè)運(yùn)算周期中，根據(jù)數(shù)據(jù)表內(nèi)的速度增量進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)時(shí)間指針小于

4、零時(shí)，加加速運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)算結(jié)束，S/W轉(zhuǎn)入狀態(tài)3運(yùn)算。    （）勻加速狀態(tài)（狀態(tài)）    電梯在加加速結(jié)束后，即進(jìn)行勻加速運(yùn)動(dòng)。在勻加速運(yùn)行過(guò)程中，速度圖形的增量是常數(shù)。實(shí)際運(yùn)算時(shí)，CPU進(jìn)行常數(shù)增量運(yùn)算。    （）加速圓角運(yùn)行狀態(tài)（狀態(tài)）    加速圓角是指電梯從勻加速轉(zhuǎn)換到勻速運(yùn)行的過(guò)渡過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，每一運(yùn)算周期的速度增量不是常數(shù)，所以也采用了數(shù)據(jù)表的方式。S/W在每個(gè)運(yùn)算周期中進(jìn)行查表運(yùn)算，直到運(yùn)算時(shí)間指針小于零時(shí)，加速圓角狀態(tài)運(yùn)算結(jié)束，S/W轉(zhuǎn)入狀態(tài)運(yùn)算。&#

5、160;   （）勻速運(yùn)行狀態(tài)（狀態(tài)）    在這個(gè)狀態(tài)中，電梯勻速運(yùn)行。速度圖形增量為零，即加速度為零。    （）減速圓角運(yùn)行狀態(tài)（狀態(tài)）    在這個(gè)狀態(tài)中，電梯從勻速運(yùn)行過(guò)渡到減速運(yùn)行。因此，每個(gè)S/W周期的電梯速度變化量比較復(fù)雜。為了精確、快速運(yùn)算，處理方法與狀態(tài)4一樣，在EPROM中預(yù)先設(shè)置各周期中速度變化量數(shù)據(jù)表。S/W在每個(gè)運(yùn)算周期中進(jìn)行查表運(yùn)算。S/W一直運(yùn)算到當(dāng)速度圖形值小于剩距離速度圖形值時(shí)，即轉(zhuǎn)入狀態(tài)7運(yùn)算。    （）剩距離減速運(yùn)

6、行狀態(tài)（狀態(tài)）    以上所述的個(gè)狀態(tài)中，電梯的速度圖形都是時(shí)間的函數(shù)，從狀態(tài)開(kāi)始，即電梯進(jìn)行正常減速運(yùn)行時(shí)，速度圖形是剩距離的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系比較復(fù)雜，不能用簡(jiǎn)單的計(jì)算式來(lái)表示。所以，又采用了數(shù)據(jù)表的方法，即預(yù)先在EPROM中設(shè)置一對(duì)應(yīng)剩距離的速度圖形數(shù)據(jù)表。S/W根據(jù)此數(shù)據(jù)表中的值進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)轎廂進(jìn)入平層開(kāi)始位置時(shí)，即由狀態(tài)7轉(zhuǎn)入狀態(tài)8運(yùn)算。    （）平層運(yùn)行狀態(tài)（狀態(tài)）    在狀態(tài)8中的前一段時(shí)間里，速度隨時(shí)間而變化。每個(gè)運(yùn)算周期中的速度下降量是預(yù)先設(shè)置在EPROM中的隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)值。當(dāng)速度

7、圖形值小于平層速度指令的規(guī)格化數(shù)據(jù)值時(shí)，速度圖形值被指定為平層速度指令的規(guī)格數(shù)據(jù)值。平層速度的規(guī)格化數(shù)據(jù)值是一個(gè)不大于零的值，它通過(guò)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)、設(shè)定。    當(dāng)轎廂完全進(jìn)入平層區(qū)，上、下平層開(kāi)關(guān)全都動(dòng)作時(shí)，電梯停車，平層狀態(tài)結(jié)束，狀態(tài)又回復(fù)到狀態(tài)。   1.2 系統(tǒng)控制電路    中高速電梯運(yùn)行時(shí)能提供一個(gè)大的再生能量，這就需要提供再生能量的通道，將再生能量反饋至電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能。中高速電遞控制系統(tǒng)是在低速電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將原來(lái)電網(wǎng)側(cè)的一組硅二極管組成的三相橋式整流電路（變換器）改為二組三相

8、晶閘管電路。即其中一組晶閘管三相橋式整流電路，用于將三相交流電源變成直流電源，且直流電源的電壓幅值是可控的，供給變頻器的逆變器，它在電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)下工作；另一組是晶閘管組成的三相逆變電路，用于電動(dòng)機(jī)再生狀態(tài)時(shí)，將電動(dòng)機(jī)再生能量變成50Hz的交流電能饋入電網(wǎng)。圖3為系統(tǒng)的主回路。    1.3 變頻器變換部分的控制電路構(gòu)成    圖為變頻器變換部分的控制電路簡(jiǎn)圖。電路以十六位微機(jī)（i8086）為主控元件，根據(jù)速度控制電路給出的電壓指令（Vc）和系統(tǒng)負(fù)載信號(hào)、電壓反饋、電流（電網(wǎng)側(cè)）反饋信號(hào)等進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。電路配置了鎖相環(huán)專用電

9、路（PLL.IC）和混合集成電路（HIC），用以產(chǎn)生觸發(fā)脈沖序列對(duì)主電路SCR進(jìn)行控制。    1.4 變頻器逆變部分的控制電路構(gòu)成    圖是變頻器逆變部分控制電路簡(jiǎn)圖。電路由十六位微機(jī)（i8086）給出的給定速度指令和負(fù)載信號(hào)、速度反饋信號(hào)等進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生電流指令。電路中配置了PWM電路和混合集成電路（HIC），用以產(chǎn)生基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。   ·        根據(jù)轎廂召喚信號(hào)和廳門召喚信號(hào)，確定電梯的運(yùn)行方向； &

10、#160;      ·在電梯停機(jī)時(shí)，提出高速自動(dòng)運(yùn)行的起動(dòng)請(qǐng)求；        ·在高速自動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程中，提出減速停機(jī)請(qǐng)求；        ·各種電梯附加操作，如返回基站、自動(dòng)通過(guò)等動(dòng)作順序的控制；        ·開(kāi)關(guān)門的時(shí)間控制。    系統(tǒng)控制部分 &

11、#160;  控制部分的工作由KZ-CPU執(zhí)行。其主要工作如下：·        選層器運(yùn)算。計(jì)算轎廂位置信號(hào)、層站信號(hào)、剩距離等；        ·速度圖形運(yùn)算。計(jì)算電梯運(yùn)行過(guò)程中的速度指令；        ·安全電路。電梯的安全條件檢測(cè)和運(yùn)算。    拖動(dòng)系統(tǒng)總線    高速VVVF電

12、梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)由多微機(jī)控制，圖是拖動(dòng)系統(tǒng)多微機(jī)控制總線示意圖。NB-CPU和BH-CPU是十六位微機(jī)（i8086),KZ-CPU和GL-CPU是八位微機(jī)（i8085）。    NB-CPU主要處理速度反饋和速度指令運(yùn)算、電壓指令運(yùn)算、電流指令運(yùn)算和矢量變換運(yùn)算，主要控制變頻器逆變部分。    BH-CPU主要處理電壓反饋和負(fù)載反饋信號(hào)、電壓指令運(yùn)算、電流反饋信號(hào)運(yùn)算和SCR觸發(fā)角大小運(yùn)算，主要控制變頻器變換部分。    NB-CPU和BH-CPU之間采用八位輸入輸出接口8212連接，各自的ROM、RAM

13、和I/O地址均相互獨(dú)立，基本軟件也相互獨(dú)立，共用數(shù)據(jù)存在指定的區(qū)域，運(yùn)行時(shí)可以相互調(diào)用。    串行傳輸部分    5.1 串行傳輸部分硬件設(shè)計(jì)    電梯呼叫信號(hào)的傳遞是十分復(fù)雜的，這是因?yàn)殡娞莸闹噶钆c召喚信號(hào)不僅數(shù)量多，線路長(zhǎng)，而且干擾大。為了減少機(jī)房、井道走線，便于安裝、調(diào)試和維修，而引入了串聯(lián)傳遞系統(tǒng)，并使電梯控制全微機(jī)化，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。    該系統(tǒng)僅需9根信號(hào)線就能實(shí)現(xiàn)上述全部功能。信號(hào)線的多少與層站數(shù)目無(wú)關(guān)，即電梯的層樓可無(wú)限制地?cái)U(kuò)展。9根線中有3根是

14、電源線，即按鈕電源、顯示電源、地線。其它6根信號(hào)通過(guò)軟件控制。從圖7中可以看出，這6根線分別為：        ·方向選擇控制信號(hào)DIR；        ·輸入同步信號(hào)SYNCI控制和輸出同步信號(hào)控制SYNCO；        ·時(shí)鐘信號(hào)CLOCK線；        ·數(shù)據(jù)采樣信

15、號(hào)DI線；        ·顯示信號(hào)DO線。    串行傳輸原理為：控制板通過(guò)同步信號(hào)SYNCO對(duì)信號(hào)處理板按順序進(jìn)行逐個(gè)訪問(wèn)。被訪問(wèn)到的信號(hào)處理板可與控制板建立起“對(duì)話”關(guān)系，此時(shí)我們稱該信號(hào)處理板被“激活”。一方面，該信號(hào)處理板將采集到的召喚（指令）信號(hào)DI傳給控制板。另一方面，控制板又將控制信號(hào)（燈控信號(hào)）DO傳給控制板。上述數(shù)據(jù)信號(hào)的交換是在統(tǒng)一的CLOCK時(shí)鐘信號(hào)下按節(jié)拍進(jìn)行的。數(shù)據(jù)信號(hào)交換完畢后，同步信號(hào)SYNCO由該信號(hào)處理板傳到下一個(gè)信號(hào)處理板的SYNCI，“激活”下一

16、個(gè)信號(hào)處理板與控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)交換工作?？刂瓢灞樵L全部信號(hào)處理板后將重新回到第一塊信號(hào)處理板，由此實(shí)現(xiàn)循環(huán)處理。    5.2 串行傳輸部分軟件設(shè)計(jì)    采用串行傳輸進(jìn)行按鈕信號(hào)采集后，省掉了大量的井道敷線，但是同時(shí)增加了軟件負(fù)擔(dān)，因而串行傳輸部分軟件設(shè)計(jì)顯得格外重要。    整個(gè)軟件的基本思想見(jiàn)圖。    從圖中可以看出一次掃描周期內(nèi)CLOCK被不停地置為1、0從而產(chǎn)生連續(xù)的方波，SYNC是脈寬為一個(gè)CLOCK周期的高電平，它被連續(xù)地傳遞給各樓層。從而使信號(hào)處理板與主控機(jī)房建立聯(lián)系?？v觀整個(gè)程序，其最大特點(diǎn)是增加了抗干擾設(shè)計(jì)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：    （）在每次掃描結(jié)束后都要對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行處理。硬件上的結(jié)構(gòu)使得在一次掃描結(jié)束時(shí)，同步信號(hào)SYNC要返回控制器，即此時(shí)控制器應(yīng)該能收到一個(gè)高電平的同步信號(hào)，否則就認(rèn)為同步信號(hào)傳輸不正常，并能自動(dòng)地進(jìn)行反方向的掃描。如果原來(lái)掃描是從底層到頂層的話，現(xiàn)在則從頂層掃描到底層，反之亦然。    （）8155對(duì)軟件C