6ES7223-1BM22-0XA8诚信经营

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引言

目前，国内大多数电梯都是采用以时间方式或者基于增量编码器的相对距离方式来控制电梯运行的。这种传统的速度控制方式不可避免的存在以相对低爬行速度运行的过程，这就大的影响了电梯运行的性能。为了提高电梯运行的舒适性和快速性，应该尽量电梯平层时的爬行停靠。本文介绍了基于剩余距离原则的速度控制方法,该方法以正弦曲线作为理想速度曲线,了电梯制停时的爬行停靠，较好地解决了快速性与舒适性问题。

传统的电梯速度控制方式

以时间为原则的电梯速度运行方式

以时间为原则的运行方式依据理想给定曲线利用多段速指令对变频器控制。给定速度曲线是由存储在E2PROM中的速度控制点和存储在变频器中的速度频率值及加减速时间和S字特性时间构成。以时间为原则的运行方式，其实并不能算是一个闭环控制，它根据电梯的特点控制的输入来确定电梯的运行阶段， 并在确定运行阶段之后对照存储在E2PROM中的速度曲线以一种开环的方式运行。因此，它的运行时间是一个估计值，这导致了该运行方式的平层精度不高，舒适性也不好。而且，为了找到适当的控制点位置，电梯调试人员要做大量的工作。

基于旋转编码器的以相对距离为原则运行方式

这种方式的理想曲线是按照时间原则设计的，但电梯运行的速度曲线与位移曲线是相互对应的。由于电梯需要停靠的位置已经知道了，并且可以通过增量编码器较为地测量出轿厢的位置，所以可以按照相对距离为原则对电梯进行较为的控制。相对以时间为原则的运行方式来说，该方式有了很大的改进，有较高的平层精度和较好的乘坐舒适性。

图1为此种速度控制方式的原理图。这种方式是通过安装在电动机上的旋转编码器计算转速间接获得轿厢位置，由于实际必然存在的曳引轮槽与钢丝绳之间的打滑，控制器易失去轿厢当前的准确位置，因此它不得不通过井道磁开关给出电梯减速点位置，以此来不断校正电梯轿厢的位置。所以此种方式的减速距离是固定的，由于旋转编码器获得实时位置是有误差的，造成了电梯在进入减速点时，系统计算的速度不尽相同，从而产生了平层时的爬行停靠。如果钢丝绳打滑严重的话，还会形成严重的电梯事故。同时，由于干扰的存在，增量编码器的丢失脉冲也可使电梯失去自身正确的位置。另一方面，从图1 中可以了解，这种控制方式其实只是单闭环系统，它的位置反馈只有减速、门区位置等几个点，系统速度控制的实时性和性有待提高。

以剩余距离为原则的电梯运行方式

ADCM剩余距离的速度控制基本原理

ADCM剩余距离控制原则，是以编码器作为电梯轿厢位置反馈的控制方法。位置就是轿厢的位置是连续实时测得的实际位置，剩余距离是实时的电梯轿厢至欲平层位置的距离。这是一种较为理想的电梯的速度给定方式，它根据测得的剩余距离实时计算电梯运行速度， 给变频器发出速度控制指令，控制电梯的运行。图2是剩余距离ADCM剩余距离控制原则，是以编码器作为电梯轿厢位置反馈的控制方法。位置就是轿厢的位置是连续实时测得的实际位置，剩余距离是实时的电梯轿厢至欲平层位置的距离。这是一种较为理想的电梯的速度给定方式，它根据测得的剩余距离实时计算电梯运行速度， 给变频器发出速度控制指令，控制电梯的运行。图2是剩余距离为原则的电梯系统原理图。在电梯平层时，系统根据电梯的实时位置值计算出剩余距离，在足够短的距离内给出减速信号，并给出相应的速度，达到减速点到平层位置速度的平滑过渡。系统依据编码器直接获得的轿厢位置反馈给电梯主控制器的同时，又把电梯速度反馈给变频器，以便系统依据电梯的实时速度来调节系统的给出速度，提高电梯速度控制的实时性。通过以上措施，系统形成了电梯速度双闭环控制，实现依据电梯的准确位置控制电梯的运行速度，电梯的制停停靠时的爬行停靠。它较好的解决了电梯平层停靠时的爬行停靠问题，同时实现了电梯的直接平层，提高了平层精度。

基于ADCM的电梯直接平层控制过程

* 加速段

微机控制电梯起动时，由增量编码器产生的轿厢位置脉冲反馈至微机，微机内部的位移计数器对脉冲数累加，形成电梯已运行的距离S。在微机内的E2PROM中存储了不同额定速度的2条电梯运行曲线，即多层运行和单层运行时的曲线。微处理器先判别电梯是否单层运行，选择一条速度曲线，再以已运行的距离S作为E2PROM中运行的地址，查表得到相应的曲线值，再转化成频率值送给变频器。

* 匀速段

在电梯的匀速段，微处理器始终发送恒定速度ν对应的频率值给变频器，并始终监控轿厢的位置，看是否达到减速点。

* 减速段

当轿厢运行到减速点时，微处理器以电梯轿厢距运行终点的脉冲数为基准，形成电梯距运行终点的距离L。微处理器以待运行的距离L作为E2PROM中运行曲线的地址，再查表得到相应的曲线值，再转化成频率值送给变频器。

* 平层结束段

当L=0时，制动器及时动作抱闸吸合，以实现减速无爬行段准确停靠。电梯单层运行和多层运行时的控制模式

* 电梯单层运行控制模式

当控制板收到呼梯信号时，将收到的编码器的位置值与下一楼层的位置值相减，得到电梯轿厢与目标楼层的距离值。随着电梯的运行，电梯轿厢与目标楼层的距离在不断地接近。同时，主控制器也不断地通过编码器不断地采样电梯轿厢的实时位置，并计算出电梯运行所需的“剩余距离”值。

* 电梯多层运行控制模式

电梯运行多层时，“剩余距离”分段给出。，控制器给出到下一楼层的“剩余距离”，随着电梯的运行，“剩余距离”的值不断减小，如“剩余距离”值减至“减速距离”值时，还没有该层的外召出现，则“剩余距离”为该层的“减速距离”与下一楼层的“楼层间距”之和：“剩余距离”在此时有一个阶跃。但是“剩余距离”的递减随电梯的运行是连续的。如上图3所示。

实验

实验设备包括：电梯主控制器－德国Infineon公司器C167CS，THPLC-3型电梯模型，嵌入式剩余距离速度控制模块，编码器一个，旋转编码器一个及其它设备。测得在实验环境下电梯的速度运行曲线如图4。由图4可以看出，实际曲线与理想曲线较为吻合，改善了电梯的速度控制特性。

1.概述
       地铁作为城市建设的大型基础设施,不仅是城市公交客运的骨干系统,而且是作为城市建设和土地开发的支持系统.地铁现代化的发展,已成为城市交通现代化的重要标志之一.
       地铁车站设备监控系统EMCS分为级,车站级和就地级三级对车站设备进行监控,在级和车站级进行系统管理.车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备,给排水设备,自动扶梯,电梯,车站公共区照明,广告照明,车站事故照明电源,屏蔽门,人防密闭隔断门等车站设备进行,有效的自动化监控及管理,确保设备处于,节能,的运行状态,创造一个舒适的地下环境;并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下,好地协调车站设备的运行,充分发挥各种设备应有的作用,保证乘客的和设备的正常运行.

2.设计选型原则:
        系统和设备选用要考虑其性,性,稳定性,性,可扩展性,开发性,交互性,经济性和易于维护性等主要性能指标;同时,还要考虑选择的主要产品有在地铁环控工程中的成功应用实例.

3.监控对象及其要求 
       地铁工程车站设备监控系统主要被控对象由通风与空调系统,给排水系统,自动扶梯系统,照明系统,屏蔽门系统,人防密闭隔断门系统等几部分组成.
3.1通风与空调系统是地铁车站设备监控系统的主要组成部分.它的稳定运行保证了地铁在正常运行时,为乘客提供舒适的乘车环境,为地铁工作人员和设备运行提供良好的工作环境;在列车阻塞运行时,保证列车空调正常工作;在地铁车站出现火灾时,系统能排除烟气,保证乘客撤离.通风空调系统主要包括隧道通风系统和车站空调通风系统.
隧道通风系统分为区间隧道通风系统和车站隧道通风系统.
车站空调通风系统分为车站大系统(即公共区通风空调系统),车站小系统(即设备用房空调通风系统).
3.2冷冻水系统是指由车站冷冻站为车站大系统和小系统提供循环冷冻水.包括冷水机组,冷却塔,冷冻泵,冷却泵,电动蝶阀,压差调节阀,电动二通调节阀和相关温度传感器,压差传感器,液位开关,流量开关,流量传感器.
3.3给排水系统包括给水系统,消防用水供水系统和排水系统.给排水,消防用水利用城市现有设施.地铁沿线的雨水排入城市雨水系统;生活污水及厕所冲洗水经化粪池处理后排入城市污水系统;结构渗透水,结构排水,车站冲洗水,消防废水均排入城市污水系统.
3.4自动扶梯设置在地铁的站厅至站台以及站厅至地面,自动扶梯按照安装位置不同分成出入口扶梯(站厅至地面)和站台扶梯(站台至站厅)两种.对于典型地下车站,出入口扶梯分布在车站两端站厅层,站台扶梯分布在车站两端站台层. 监视每台出入口扶梯和电梯的上行,下行和故障及左,右扶手带故障.
3.5照明系统为地铁全线车站,区间及辅助提供照明,地铁的正常运行以及事故时引导乘客疏散.EMCS将对照明系统进行控制和管理.工作照明监视每个工作照明点的开,关运行状态,控制工作照明的开关.
3.6地下车站设置屏蔽门系统由门体,门机,电源及控制等四个部分组成.屏蔽门控制系统由接口盘,就地控制盘,站台监控亭远方报警盘,门控单元和连接这些装置的通信通道构成.设置屏蔽门的主要目的是将车站站台与行车隧道区域隔离开,避免了区间与车站冷热气流的交换,降低车站空调通风系统的运行能耗.同时减少列车运行噪音和活塞风对车站的影响,还可以防止人员跌落轨道产生意外事故,提高了地铁的和舒适感.

4.监控系统组成
4.1级监控系统由级局域网络构成,网络括主备监控主机,主备服务器,档案管理计算机,网络交换机(通信转换接口),打印机,打印机服务器,大屏幕显示系统和UPS等设备.
4.2车站级监控系统组成由设置于车站环控电控室和车站控制室(SCR)的可编程序控制器(PLC)采集现场设备的状态信号,通过网络通讯线传递到车站级服务器及监控工作站,车站监控人员再通过工作站下达控制指令,由PLC传递到现场设备完成.
4.3就地级监控设备组成:作为车站级监控设备PLC控制器的组成部分,远程I/O设备直接与现场设备连接.采集从现场传感器检测到的各类信号;同时,远程I/O也将上级下达的控制任务,直接传递的现场的阀门,开关及电机等执行机构,从而完成系统的控制指令.对于关键性的监控场合,使用带CPU处理器的远程I/O来实现立控制功能.

5.监控系统功能
5.1 EMCS系统的软件组成包括以下部分:
运行于服务器,工作站以及车站监控站中的操作系统(OS)软件,是计算机正常运行的基础和一切应用软件的基础平台.
数据采集监控(SA)及人机界面(HMI)组态开发软件,有设计时及运行时两种工作模式.设计时用于EMCS系统人机界面(HMI)的开发,组态,和编程,以及系统的修改和维护;运行时负责EMCS系统的设备操作和状态动态显示,数据采集,归档和交换,报警显示和管理,以及其他的监控管理功能.
PLC组态编程软件.用于EMCS系统中的可编程序控制器(PLC)的组态和编程,以及现场调试,维护的工作.
网络组态和通讯驱动软件.用于EMCS系统的现场总线的组态和设置,进行点地址(Node),I/O地址分配,以及网络冗余属性设置.通讯驱动软件提供了SA监控站与PLC之间的直接通信接口.
系统通讯接口软件.包括EMCS与冷水机组,屏蔽门,电梯,自动扶梯,FAS,ATS,照明等之间的接口通讯程序,以实现不同的系统之间的数据交换.
用户人机界面(HMI)应用程序软件.针对各个车站和OCC的EMCS监控系统的功能要求而开发,组态和编程,满足OCC控制级与车站控制级的控制功能,具有良好的用户图形界面(GUI),通过交互操作实现设备操作,状态显示,温湿度参数设置,时间表设定,模式选择及控制,PID参数设置整定,报表输出打印等,从而实现对地铁全线的监控和管理.
用户PLC应用程序软件.针对各个车站的系统(如隧道通风系统,大系统,小系统等),以实现特定的顺序逻辑控制,时间控制,模式选择控制,PID调节控制等任务,与SA监控站传送接收命令和状态数据,与各种通信接口进行数据交换.
5.2 监控系统软件技术功能:
1.操作员的权限是通过HMI用户应用软件的用户图形界面(GUI)进行交互操作和管理;使用者的权限划分和密码保护,保证了ECS系统的性和性.
2.HMI用户应用软件结构是模块式的,并在软件的集成编程环境下进行组态,编程,修改和维护.
3.通过图形编辑器生成相应的用户图形界面,包括流程图,操作控件,参数设置,状态/报警显示,模式控制及运行时间表等等.
4.数据归档,报表设计,打印
5.报警记录,显示和打印
6.事件管理,跟踪
7.键操作指令,宏命令

6.结束语
        在控制系统的选型上,采用PLC可编程序控制器作为控制系统的部件.主要用于工业现场,环境要求较为严格,能适应潮湿腐蚀或电磁干扰大的地方.防护等级高,寿命长.

     现在的PID温控器多为数字型控制器，具有位控方式、数字PID控制方式以及模糊控制方式，有的还具有自整定功能，如富士PWX系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变，考虑到抗干扰性，一般将输入输出类型都设定为4~20mA电流类型。图1为以PID温控器调节器构成的闭环压力调节系统，压力的给定值由PID温控器的面板设定，压力传感器将实际的压力变换为4~20mA的压力反馈信号，并送入PID温控器的输入端;PID温控器将输入的模拟电流信号经数字滤波、A/D转换后变为数字信号，一方面作为实际压力值显示在面板上，另一方面与给定值作差值运算;偏差值经数字PID运算器运算后输出一个数字，其又经D/A转换后，在PID温控器的输出端输出4~20mA的电流信号去调节变频器的频率，变频器再驱动水泵电机，使压力上升。当给定值大于实际压力值时，PID温控器输出大值20mA，压力上升，当给定值刚小于实际压力值时，PID温控器输出开始退出饱和状态，输出值减小，压力调后也逐渐下降，后压力稳定在设定值处，变频器频率也稳定在某个频率附近。
         这种PID控制形式的主要优点有:操作简单、功能强大、动态调节性能好，适用于选用的变频器性能不是很高的应用场合，同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。缺点是:PID调节过于频繁，稳态性能稍差，布线工作量多。调试注意要点:P参数值不宜太大，一般为0.5~1;I参数和D参数的比值大约为4，I参数的值一般为6s~16s;由于PID温控器的响应快，为了防止调整过程中压力波动过大，变频器的上升和下降时间应调大些，30s~80s;设定PID温控器的显示标尺斜率，校正压力显示值;设定适当的数字滤波时间，抑制干扰信号的输入。

3 软件型PID
       喜欢使用PLC指令编程的设计者通常自己动手编写PID算法程序，这样可以充分利用PLC的功能。在连续控制系统中，模拟PID的控制规律形式为

(1)
式中 e(t)—偏差输入函数;
u(t)—调节器输出函数;
KP—比例系数;
T1—积分时间常数;
TD—微分时间常数。
由于式(1)为模拟量表达式，而PLC程序只能处理离散数字量，为此，将连续形式的微分方程化成离散形式的差分方程。式(1)经离散化后的差分方程为


(2)
式中 T—采样周期;
k—采样序号，k=0，1，2… i，… k;
u(k)—采样时刻k时的输出值;
e(k)—采样时刻k时的偏差值;
e(k-1)—采样时刻k-1时的偏差值;
为了减小计算量和节省内存开销，将式(2)化为递推关系式形式:


(3)
式中 SV—调节器设定值;
f(k)—采样时刻k时的反馈值;
f(k-1)—采样时刻k-1时的反馈值;
f(k-2)—采样时刻k-2时的反馈值;
至此式(3)已可以用作编程算法使用了，如图2所示，建议采用1s的时间定时中断程序来做PID程序。式(3)中的常数项可在参数输入后调用一个子程序来计算，这样可以避免每个扫描周期都计算一次常数项。



图2 软件型PID控制系统框图


        可采用与PLC直接连接的文本显示器或触摸面板输入参数和显示参数，如西门子的TD200、TP7等。
使用式(3)编写PID程序，需4次乘法、两次加法、两次减法计算以及多个MOV指令，因此显得很烦琐。实际应用中，取消P、D控制，保留I控制，也能很好满足实际要求，所以控制关系式可写成:
u(k)=u(k-1)+△u (4)
式中 △u—积分增量。
        显然式(4)简单得多，积分增量可根据实际需要来确定。当压力未到达设定值，增量为正;当压力调后，增量为负。采用式(4)来控制压力，也存在一些问题，△u设置过大，则稳态时压力误差大，△u设置太小，则调整时间太长。如果结合模糊控制的思想，就能较好地改良控制性能。控制思想如下:当实际压力小于设定值的时，PLC输出大值信号，使变频器以50Hz运行，从而压力上升;当实际压力等于或大于设定值的时，PLC输出一个经验值，然后才调用增量控制中断程序。经验值可事先设定，等压力稳定后，再将稳定后的控制输出值替换原预设经验值。
        这种形式的PID控制器优点是控制性能好，柔性好，在调节结束后，压力十分稳定，信号受干扰小，调试简单，接线工作量少，性高。不足是编程工作量增加，需增加硬件成本。调试时要尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间。在编程设计中防止计算值溢出，造成控制失控，而且还要编写校正传感器零点和判断其是否正常的功能程序。

4 变频器内置PID
         现在的大多数变频器，无论是水泵风机型，还是通用型都内置了PID控制功能，这对节省系统的成本很有利。使用变频器的内置PID功能，设定PID功能有效，然后确定PID控制器的信号输入类型，如采用有反馈信号输入，则要求有设定值信号，设定值可以为外部信号，也可以是面板设定值;如采用偏差输入信号，则无须输入设定值信号。以下是以三菱F540系列变频器为例的2种输入信号接线控制图, 如图3、图4所示。图中:R1—设定值电位器,R2—电阻式远传压力表，RT与SD短接PID功能有效。

1 引言
       分散控制系统DCS( distributed control system的简称)是以微处理器及微型计算机为基础，融会计算机技术、数据通信技术、CRT屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统。它对生产过程进行集中操作管理和分散控制。也常被称为集散控制系统(TDCS)。经过多年的发展。 DCS控制技术越来越成熟，应用也越来越广泛。已逐渐成为过程控制领域的主角。随着现代电网对单元机组调峰能力的要求提高，自动发电控制(Automatic Generator Control，简称AGC)和自动负荷分配系统(Automatic Dispatch System，简称ADS)应运而生，而火力发电厂也迫切需要实现单元机组以汽机跟随为基础的负荷控制或以锅炉跟随为基础的负荷控制，某电厂引进的INFI - 90控制系统就包括具有水平的协调控制系统(Coordinated Control System，简称CCS) ,它能实现高质量的机组协调控制。在协调控制系统投入的实践中，通过修改控制策略解决了负荷控制响应和压力控制的波动问题。现场运行表明，所做的控制系统完善工作是有效的，协调控制系统效果比较理想。
2 协调控制系统控制方式
        协调控制系统是将各个自动控制子系统按照一定的方式结合起来共同适应机组负荷变化，保证机组稳定运行和快速响应负荷。由于动态特性的差异，CCS控制系统为改善锅炉调节速度进行必要的机炉间任务协调。为维持负荷调整过程中的物质、能量平衡，机组的燃烧、给水自动控制系统有良好的调节和抗干扰性能，同时CCS控制系统具备一定的故障处理能力，协调主控系统见图1所示。
        为适应机组的运行工况，保证机组的运行，从控制策略上设置了5种运行方式:①机炉开环控制,②机跟炉控制,③炉跟机控制,④以汽机跟随为基础的协调控制,⑤以锅炉跟随为基础的协调控制。其中，4是机组运行的形式，是实现机组ACC的基础。5也是机组运行的方式，但因该厂机组为直吹式制粉系统的直流炉单元机组，锅炉调压方式在实际运行时很难稳定机组工况，经试验不适应，因此不应用。CCS切换逻辑见图2所示。

图1 主控系统

图2 CCS切换逻辑

3 功能作用
        图3所示为机炉协调主控系统，图中，1为频率，2为中调功率指令，3为操作员指令，4为功率趋势，5为压力给定，6为压力趋向，7为速度级压力，8为实际压力，9为实发功率。其主要作用是协调机炉动作，满足负荷要求，主要包括:①负荷指令处理回路;②机炉主控器，其功能在锅炉和汽机2侧分散实现。炉侧主控器处理CCS工作方式的切换辅机RB信号、负荷闭锁和锅炉在各种方式下燃料指令的形成，机侧主控器处理功率设定值、压力设定值及相应工作方式下汽机调门开度指令的形成。两者间信号通过硬接线的环路通讯完成。机、炉主控器是协调主控系统的，其任务是完成控制方式的转换和实现负荷、压力调节。图3为协调控制系统原理图。

图3 协调控制系统原理图

4 某电厂实际运用
        某电厂机组在采用机跟炉为基础的协调控制方式，实现了机组自动发电控制。机组在CTF方式运行时，锅炉主控和汽机主控(DEH)系统为自动调功方式(见图4)锅炉控制器和汽机控制器通过非线性函数转换器F2(X) ,F3(x)相联系，其作用是:在动态和稳态过程中，分别将功率偏差信号转换为压力定值的偏置信号。

图4 CTF方式的控制原理图


        从控制理论的观点讲，单元机组的负荷调节系统是1个多变量耦合系统。CTF协调方式能够实现燃烧率对主汽压力的解耦。在负荷调整过程中，改变燃烧率对主汽压力产生的影响，间接地通过功率偏差对应的压力定值偏置值的改变得到了补偿CTF方式所具有的解耦能力是单向的，因此，汽机DEH控制器在小功率偏差内所进行的小范围的压力调整，只是调节功率的1种手段。只有功率偏差较大时，锅炉控制器调节功率的作用才使汽机DEH控制器成为真正的压力调节器，此时压力调节引起的功率变化由锅炉控制器调整。
       在负荷调整的起始阶段由于压力定值偏置信号的引入，使锅炉蓄热可以得到充分的利用。在负荷指令改变时，可释放或储存一定的蓄热，加快了机组的负荷响应速度。由于功率定值前馈信号对负荷的响应不可避免地存在着滞后。压力定值偏置信号的引入使蓄热响应和燃烧率响应之间的衔接平稳，对减小负荷调整过程中的动态偏差有重要作用。现场运行表明，所做的控制系统完善工作是有效的，协调控制系统效果比较理想。

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