基于PLC的電梯變頻控制系統(tǒng)設(shè)計

張剛　李德路

【摘 要】針對電梯控制系統(tǒng)復(fù)雜、安全舒適度高等特點，采用了西門子PLC對電梯進行控制、變頻器對電梯進行平滑調(diào)速的方法，通過軟件和硬件的設(shè)計，有效的提高電梯的控制水平，極大地改善了電梯運行的舒適感；同時結(jié)合組態(tài)軟件，創(chuàng)建監(jiān)控平臺，為電梯控制系統(tǒng)構(gòu)建檢測和故障監(jiān)控系統(tǒng)，為電梯的安全運行提供了可靠保證。

【關(guān)鍵詞】PLC；電梯；變頻；組態(tài)王

0.緒論

電梯控制系統(tǒng)復(fù)雜，是一種大型的機電結(jié)合體和重要的垂直交通運輸設(shè)備。電梯如采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大，目前已逐步被淘汰；而微機控制系統(tǒng)雖智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷； PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，備受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式；同時控制系統(tǒng)采用變頻器技術(shù)和組態(tài)監(jiān)控，有效提高了電梯運行的舒適性和可靠性[1]。

1.電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電梯控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上位機組態(tài)王軟件、PLC、數(shù)字及模擬量信號輸入輸出模塊等構(gòu)成。PLC采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制設(shè)備運行，組態(tài)軟件通過通信與PLC交換數(shù)據(jù)，達到獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制電梯功能。組態(tài)軟件對獲得的數(shù)據(jù)存儲并加以整理和分析，以形象的動畫效果、報警、歷史趨勢、實時曲線等顯示出來。所有控制工作都由PLC完成，計算機只負責提供人機交互界面，進行指令接收和發(fā)送、自動化進程控制、數(shù)據(jù)顯示存儲、參數(shù)設(shè)定、報表打印和數(shù)據(jù)處理等。在系統(tǒng)運行過程中，上位機一直和PLC實時通信，從而保證組態(tài)界面上顯示的數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)相一致，操作人員在上位機上發(fā)出的操作命令和控制的參數(shù)也都可以實時的送到PLC上執(zhí)行。

圖1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 PLC軟硬件設(shè)計

PLC的選型主要根據(jù)控制對象所需的I/O點數(shù)和被控量的性質(zhì)：如開關(guān)量或模擬量，以及是否要求聯(lián)網(wǎng)通信等。針對四層電梯選用西門子S7-200CPU226即可滿足控制要求，性價比高[2]。具體的I/O分配如表1所示。

表1 I/0分配表

根據(jù)I/0分配表可得到PLC硬件接線圖，硬件接線圖不再具體給出，電梯控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能[3]：

（1）按動召喚按鈕，電梯牽引機啟動到達召喚層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。

（2）人進入轎廂，超重保護沒有報警。

（3）電梯門開的同時計時器開始計時5秒鐘，5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關(guān)閉。

（4）按動選層鍵，電梯牽引機啟動到達選擇層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。

（5）電梯門打開的同時計時器開始計時5秒鐘，5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關(guān)閉。

（6）當電梯行駛過程中收到正向召喚信號，則到達召喚樓層時停止，接收到反向召喚信號，電梯繼續(xù)執(zhí)行當前信號，在順向信號執(zhí)行完畢后執(zhí)行反向信號，執(zhí)行過程中自動相應(yīng)最近的信號。

（7）電梯門和轎廂門設(shè)有壓力傳感器，當受到一定推力時，門自動返回計時5秒后重新關(guān)閉。

根據(jù)功能要求，可得到PLC控制梯形圖，電梯程序控制流程如圖2所示。

圖2電梯程序控制流程圖

2.2變頻調(diào)速設(shè)計

電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，他的舒適度指標往往是選擇的一項重要內(nèi)容。本設(shè)計中拖動調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運行以改善電梯運行的舒適度。因此采用西門子MM440變頻器作為調(diào)速使用[4]。

西門子MM440變頻器參數(shù)設(shè)置原則：

（1）為減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其斜坡上升時間和斜坡下降時間應(yīng)當長一些。

（2）為了提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊。

（3）零速一般設(shè)置為Oft，帶速抱閘將影響舒適感。

電梯的工作特點是頻繁啟制動，為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準確平層，即“無速停車包閘”，不要出現(xiàn)爬行現(xiàn)象或低速抱閘，即直接停止，要做到這一點是要準確發(fā)出減速信號，在接近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測轎廂位置，只要電梯運行，計數(shù)器就可以精確地確定走過的距離，達到與減速點相應(yīng)的預(yù)制數(shù)時即可發(fā)出減速命令。

2.3組態(tài)監(jiān)控設(shè)計

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。本次設(shè)計采用北京亞控公司的組態(tài)王軟件，首先定義I/O設(shè)備，其次構(gòu)造數(shù)據(jù)庫，最后構(gòu)建上位機監(jiān)控畫面，完成與下位機PLC實時數(shù)據(jù)的通信，實時動態(tài)顯示電梯的運行狀態(tài)[5]。電梯實時監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3電梯實時監(jiān)控畫面

3.結(jié)束語

采用西門子S7-200PLC作為控制器，西門子MM440變頻器作為調(diào)速設(shè)備，組態(tài)王作為監(jiān)控軟件，大大減少了系統(tǒng)中繼電器的使用數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性，降低故障率，減少了控制柜的體積。實踐證明，此設(shè)計取得了良好效果，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，電梯運行更加平穩(wěn)，使用維護簡單，系統(tǒng)的可靠性高，組態(tài)軟件的監(jiān)控也有利于檢驗和測試電梯PLC控制系統(tǒng)對電梯的運行狀態(tài)的控制效果，實用性強。

【參考文獻】

[1]田艷麗.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技致富向?qū)В?012，8（5）：155.

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[3]耿立明， 楊 威.基于PLC 控制的實驗電梯監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計算機，2012，6（25）：76-78.

[4]鄧崗，宋克嶺，王大志.PLC及其組態(tài)軟件在電梯模型中的設(shè)計與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機，2010，5（23）：95-96.

[5]曾新紅.基于PLC與組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計[J].廣州航海高等?？茖W校學報，2010，3（18）：19-21.