第11章 基于PLC控制的升降机舒适感调试及运动分析

11.1 客户对升降机运行舒适感的要求

某客户是建筑升降机的制造商，为开发新产品，客户希望采用PLC直接控制普通电动机模式驱动升降机轿厢运动。机械传动方式是齿轮齿条方式。客户要求如下：

1）主控系统采用PLC控制。

2）能够通过调整抱闸延迟时间尽量改善升降机的乘坐舒适感。

3）有完善的安全保护程序。

11.2 解决方案

针对客户的要求，提出了两套方案：

方案1：由于起动及停车时的震感是“带速抱闸”产生的，而根据普通电动机起动曲线，负载越大，速度越低。如果在起动阶段采用“点制动”方式，连续起动闭合抱闸，相当于断续增加负载，将一次震动改为“小能量多冲”，可能有助于改善舒适感。

方案2：在升降机的上升起动、上升停止、下降起动、下降停止各阶段设置抱闸延迟开启时间。根据载荷不同用实验求得最佳值。

第1套方案在实验室试验阶段观察：当启闭时间设置过短时，机械抱闸来不及反应所以不动作。而在连续启闭时由于抱闸的弹性强制关闭力太大，每一次关闭都引起很大冲击，抱闸摩擦片急剧发热冒烟，对机械抱闸本身损害很大。这一方案没有实用价值而放弃了。

采用第2套方案必须对升降机运行的各阶段速度变化做详细分析才可能正确地进行控制。

11.3 升降机各运行阶段速度变化的分析

11.3.1 上升起动阶段的速度变化

在上升起动阶段，轿厢受重力和电动机上升力矩作用。如图11-1所示，假设在O点，电动机起动和“抱闸打开”信号同时=ON，轿厢在重力作用下向下运动，而电动机得电后有一滞后时间T₁才获得上升力矩。经过T₂时间段后，上升力矩与重力相等，此时轿厢速度为零。即图11-1中的“零速度点”。

实际乘坐轿厢的感受是，起动后，感觉有一下沉动作，随后上升。第1次下沉感来源于T₁时间区，即电动机起动滞后区，轿厢下沉是因为重力作用。由于电动机的上升速度和重力引起的下降速度方向不同，这两个速度叠加会导致一个“零速度点”。在“零速度点”打开抱闸，就避开了“电动机起动滞后区”，消除了下沉感。

因此，在“上升起动阶段”，抱闸打开的“延迟时间”应该选择在“零速度点”，可以获得最佳舒适感。

11.3.2 上升停止阶段的速度变化

在上升停止阶段，电动机惯性运动和重力作用的合成运动如下：

1）当停止信号=ON，电动机断电，轿厢以惯性向上运动，自由减速。

2）当停止信号=ON，电动机断电，轿厢受重力作自由落体运动。

3）经T₂时间后，上升速度和下降速度的合成速度为零，这一点就是“零速度点”。应该在这一点发出“抱闸制动”信号。

实际调试中，在不同的时间点发出“抱闸制动”信号，轿厢震感不同，可以找到一个最佳的时间（图11-2中的T₂），使舒适感达到令人满意的程度（类似于变频器的程度）。

图11-1 上升起动阶段

图11-2 上升停止阶段

11.3.3 下降起动阶段的速度变化

在下降起动阶段，轿厢受到电动机下降力矩和重力的共同作用。动作如下：

1）当下降起动信号=ON时（假设抱闸同时打开），电动机动作有滞后区，滞后区长度=T₁，在T₁滞后区只有重力作用，所以轿厢下降，乘客感受到第1次下沉。在图11-3中为“第1震点”。

2）经过T₂时间后，轿厢在电动机力矩控制下运行，电动机速度从自由落体速度变为电动机额定速度，由于速度的急剧变化，出现震动，这是乘客感受到的“第2震点”。

3）抱闸延迟打开时间点应该在T₃位置，在抱闸打开时，轿厢在电动机力矩控制下运行，避开了第1震点和第2震点。由于抱闸打开时，轿厢从零速变为电动机向下运行的速度，所以也有“向下一沉”的感觉。只是将“两个震点”改善为“一个震点”。

T₃时间=“电动机起动滞后区间”+电动机起动时间；只要越过“第2震点”即可，而且越小越好。

由图11-3可以看到，在整个运行区间，轿厢速度都不等于“零”，所以，调整抱闸打开时间无法完全消除“震感”，只能减少一个“震点”。

11.3.4 下降停止阶段的速度变化

1）在下降停止阶段，轿厢的运动是自由落体和轿厢惯性运动的合成，实际下降速度要大于电动机额定速度。

2）当电动机运行信号=OFF时（假设抱闸同时打开），延迟一滞后区，电动机力矩=0，轿厢以惯性向下运动，减速；在电动机力矩=0点，轿厢作自由落体运动。

3）轿厢的实际速度是自由落体和轿厢惯性运动的合成，在图11-4中的断电运行区间，轿厢实际速度要大于电动机额定速度。而且整个区间，下落速度越来越大，而抱闸应该在最小速度点动作，所以抱闸延迟时间=0。

图11-3 下降起动阶段

图11-4 下降停止阶段

在实际调试中，当抱闸延迟关闭时间过长时，发生轿厢运动速度过快，引起安全钳动作，这表明轿厢进入自由落体运行区间。

11.4 PLC程序的编制

主控制器采用三菱FX1S-14MR。根据对升降机各运行阶段的分析，PLC程序编制的要点是设置各阶段的延迟时间，而且延迟时间要方便可调。因此，采用“数据寄存器”存放延迟时间数据。只需要向规定的“数据寄存器”输入不同的时间数据就可以进行不同的运行。

升降机PLC程序如图11-5所示。

图11-5 升降机PLC程序

在图11-5所示中：

T₁为上升起动阶段抱闸打开延迟时间，由电动机上升起动信号驱动计时。

T₂为上升停止阶段抱闸关闭延迟时间，由电动机上升停止信号驱动计时。

T₃为下降起动阶段抱闸打开延迟时间，由电动机下降起动信号驱动计时。

T₄为下降停止阶段抱闸关闭延迟时间，由电动机下降停止信号驱动计时。

各计时器的延迟时间分别由数据寄存器D1～D4控制。在实际调试中，只要改变D1～D4的数据就可以调节各阶段的延迟时间，方便易行，容易观察到调试效果。

11.5 实验结果

实验条件：轿厢额定载重为20kN，实验载重为10kN。

各阶段的抱闸延迟时间和乘坐舒适感如下：

上升起动阶段：最佳延迟时间为100ms，可以以100ms为基准做微调。

上升停止阶段：最佳延迟时间为300ms，可以以300ms为基准做微调。

下降起动阶段：最佳延迟时间为80ms，可以以80ms为基准做微调。

下降停止阶段：最佳延迟时间为0～30ms，可在0～30ms区间做微调。

11.6 结论

通过PLC控制调节抱闸启闭时间，在升降机运行的上升阶段可以获得较好的舒适感。特别是在上升停止阶段，可以获得类似于变频器调速的效果。

在升降机的下降起动运行阶段，还是存在一个“震点”。在升降机的下降停止运行阶段，也存在一个“震点”。