電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

羅 飛，曾齊高，閆莉麗

（1.深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東深圳 518172）

電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

羅 飛1，曾齊高2，閆莉麗1

（1.深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東深圳 518172）

運(yùn)用組態(tài)王和PLC技術(shù)，設(shè)計(jì)了電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行的功能，能調(diào)整電梯運(yùn)行過(guò)程中的直流制動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、平層時(shí)間和停梯時(shí)間，模擬實(shí)際電梯的運(yùn)行，并能對(duì)各個(gè)運(yùn)行繼電器及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

電梯曳引機(jī)；控制系統(tǒng)；組態(tài)王；PLC；設(shè)計(jì)

0 前言

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電梯已成為人民日常生活中必不可少的交通工具，電梯的安全也日益受到社會(huì)越來(lái)越多的關(guān)注。曳引機(jī)作為電梯運(yùn)行的主機(jī)，其運(yùn)行對(duì)電梯的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[1]。電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)是電梯運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，不但需要控制曳引機(jī)的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行方向，還需要實(shí)現(xiàn)多種速度的控制，并針對(duì)不同曳引機(jī)、不同工況調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如直流制動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、平層時(shí)間、停梯時(shí)間等。

本文根據(jù)電梯實(shí)驗(yàn)運(yùn)行和模擬電梯實(shí)際運(yùn)行的要求，運(yùn)用PC電腦、組態(tài)王、PLC、變頻器和繼電器設(shè)計(jì)電梯曳引機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)多種速度，模擬實(shí)際電梯運(yùn)行；還能進(jìn)行可視化操作，監(jiān)控電梯曳引機(jī)的運(yùn)行，界面友好、操作方便。

1 電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本情況

1.1 控制系統(tǒng)的基本要求

電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅要模擬實(shí)際電梯運(yùn)行過(guò)程，還需要按照電梯實(shí)驗(yàn)的要求，對(duì)電梯的控制進(jìn)行優(yōu)化，要求如下：

（1）可實(shí)現(xiàn)電梯的啟動(dòng)、停止和運(yùn)行方向的改變；

（2）可實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行部件的監(jiān)控，如抱閘（制動(dòng)器）、變頻器、電動(dòng)機(jī)和各個(gè)繼電器的監(jiān)控；

（3）可實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，如直流制動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、平層時(shí)間、停梯時(shí)間的設(shè)置和監(jiān)控；

（4）可設(shè)置電梯運(yùn)行的樓層和次數(shù)，通過(guò)此模擬實(shí)際電梯的運(yùn)行；

（5）可設(shè)置電梯的運(yùn)行方式，包括手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行兩種；

（6）設(shè)置登錄界面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

1.2 系統(tǒng)的組成

如圖1所示，電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)和曳引機(jī)組成。其中控制系統(tǒng)主要由PC、三菱FX2N系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器等組成；曳引機(jī)由電動(dòng)機(jī)、抱閘（制動(dòng)器）、減速箱組成。

圖1 電梯曳引機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)

2 電梯曳引機(jī)試驗(yàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)主要由PC、組態(tài)王、三菱FX2N-64MR系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器、制動(dòng)電阻等元件組成。用戶(hù)通過(guò)交互界面控制組態(tài)王，組態(tài)王控制PLC；再由PLC控變頻器和繼電器，并由變頻器和繼電器控制電動(dòng)機(jī)；繼電器控制抱閘（制動(dòng)器），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)曳引機(jī)運(yùn)行的控制。

圖2 控制系統(tǒng)原理圖

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 PLC

本系統(tǒng)采用三菱FX2N-64MR系列PLC，具有控制簡(jiǎn)單、速度運(yùn)行快，配置靈活的特點(diǎn)?？赏ㄟ^(guò)編程口、485通信口、CC-LINK通信口等實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，系統(tǒng)具有64個(gè)I/O口，可用GX Developer軟件采用梯形圖、指令表、SFC進(jìn)行編程，編程方便、直觀。

2.1.2 變頻器

本系統(tǒng)采用安川L1000A變頻器，該變頻器是電梯專(zhuān)用變頻器。同步電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都可以采用，具備旋轉(zhuǎn)型和停止型自學(xué)習(xí)功能；具備高性能電流矢量控制，配合各種編碼器和卡，可實(shí)現(xiàn)高低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能實(shí)現(xiàn)V/f控制和無(wú)PG矢量控制；內(nèi)置無(wú)傳感器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，能保持制動(dòng)松開(kāi)時(shí)不發(fā)生位置的變動(dòng)，可防止沖擊；具備加減速補(bǔ)償功能，能防止振動(dòng)與過(guò)調(diào)；采用電梯專(zhuān)用的時(shí)序，可使電梯更平穩(wěn)地運(yùn)行[2]。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要分為兩個(gè)部分，分別是PLC程序軟件和組態(tài)王程序設(shè)計(jì)。PLC程序設(shè)計(jì)主要按照控制要求完成對(duì)各個(gè)繼電器和開(kāi)關(guān)的控制，組態(tài)王程序設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)定義、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行控制和各種狀態(tài)的監(jiān)控等。

2.2.1 PLC程序設(shè)計(jì)

圖3 電梯PLC控制系統(tǒng)圖

PLC程序設(shè)計(jì)如圖3所示，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、自動(dòng)程序P1和手動(dòng)程序P2組成。主程序完成初始化參數(shù)、輸入運(yùn)行參數(shù)和選定工作方式；自動(dòng)程序P1按照預(yù)設(shè)的各種時(shí)間參數(shù)、樓層和運(yùn)行次數(shù)參數(shù)，自動(dòng)完成電梯上下行模擬控制；P2主要完成各種手動(dòng)運(yùn)行控制，包括手動(dòng)運(yùn)行繼電器控制、手動(dòng)抱閘（制動(dòng)器）控制、手動(dòng)上下行控制等。

如圖3和圖4所示，電梯運(yùn)行時(shí)，首先打開(kāi)PLC，PLC進(jìn)入自檢狀態(tài)；若沒(méi)有錯(cuò)誤，系統(tǒng)開(kāi)始初始化，初始化直流制動(dòng)時(shí)間D20（D22）為K90、運(yùn)行時(shí)間D24（D26）為K100、平層時(shí)間D28（D30）為K90、停梯時(shí)間D32（D34）為K100、運(yùn)行樓層D11（D12和D14）為K3、運(yùn)行次數(shù)D15（D16）為K3和運(yùn)行速度等；待初始化結(jié)束，系統(tǒng)開(kāi)始檢查是否按下緊急按鈕X23，由X23控制M100，若按下，系統(tǒng)停止運(yùn)行，若沒(méi)有按下，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；待進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行后，輸入系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，若組態(tài)王用戶(hù)界面沒(méi)有輸入新的運(yùn)行參數(shù)，此時(shí)按照初始化參數(shù)運(yùn)行，若有新的參數(shù)，按照組態(tài)王輸入新的參數(shù)運(yùn)行；經(jīng)過(guò)初始化、緊急按鈕檢查和參數(shù)設(shè)定以后，系統(tǒng)開(kāi)始正式運(yùn)行，可由自動(dòng)運(yùn)行M1選擇自動(dòng)程序P1和手動(dòng)運(yùn)行M2選擇手動(dòng)程序P2。

圖4 主程序

2.2.2 組態(tài)王程序設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)采用組態(tài)王6.53版進(jìn)行編程，組態(tài)王是由北京亞控科技發(fā)展公司設(shè)計(jì)的組態(tài)軟件，包括工程管理器、工程瀏覽器、畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)三部分組成[3]。其主要功能有：動(dòng)畫(huà)連接、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)和報(bào)警功能等。組態(tài)王支持國(guó)內(nèi)外工控行業(yè)中大部分常見(jiàn)的PLC、板卡、變頻器、智能模塊、智能儀表等。本系統(tǒng)采用三菱的編程口進(jìn)行通信，其與組態(tài)王的設(shè)備配置如圖5所示。

圖5 組態(tài)王與PLC的設(shè)備配置

組態(tài)王程序設(shè)計(jì)如圖6所示，主要分為六個(gè)部分，分別是用戶(hù)登錄界面、登錄錯(cuò)誤界面、主界面、自動(dòng)參數(shù)設(shè)定界面、手動(dòng)測(cè)試界面和自動(dòng)測(cè)試界面。

如圖7所示，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，首先自檢并初始化，然后進(jìn)入用戶(hù)登錄界面，若用戶(hù)密碼和用戶(hù)名正確則進(jìn)入主界面，若不對(duì)需重新輸入或退出系統(tǒng)；主界面對(duì)各個(gè)功能界面的進(jìn)行切換和管理，若完成實(shí)驗(yàn)則可點(diǎn)擊退出按鈕，完成實(shí)驗(yàn)。

（1）系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)登錄界面主要實(shí)現(xiàn)對(duì)登錄人員的管理，如圖8所示，在用戶(hù)名輸入用戶(hù)名并進(jìn)行顯示，在密碼處輸入密碼，若正確則進(jìn)入系統(tǒng)，若錯(cuò)誤則重新輸入，點(diǎn)擊退出按鈕則退出系統(tǒng)。

圖6 組態(tài)王畫(huà)面

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）系統(tǒng)主界面

如圖9所示，系統(tǒng)主界面主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的切換，可點(diǎn)擊各個(gè)界面控制按鈕進(jìn)入各個(gè)界面，若點(diǎn)擊退出按鈕，則可退出系統(tǒng)。

（3）自動(dòng)參數(shù)設(shè)定界面

如圖10所示，自動(dòng)參數(shù)設(shè)定界面主要完成系統(tǒng)的直流制動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、平層時(shí)間、停梯時(shí)間、運(yùn)行樓層、運(yùn)行次數(shù)和運(yùn)行速度的設(shè)定，完成設(shè)定后，點(diǎn)擊返回主界面按鈕返回。

（4）手動(dòng)測(cè)試界面

手動(dòng)測(cè)試界面，如圖11所示，主要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和狀態(tài)的監(jiān)控。其中控制可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)打開(kāi)運(yùn)行繼電器、抱閘（制動(dòng)器）繼電器、上行、下行和停止，完成試驗(yàn)后，點(diǎn)擊返回主界面按鈕返回；狀態(tài)的監(jiān)控可監(jiān)控運(yùn)行、抱閘（制動(dòng)器）、上行、下行、多段速1、多段速2和多段速3繼電器，還可監(jiān)控變頻器的報(bào)警和運(yùn)行狀態(tài)。

圖8 系統(tǒng)登錄界面

圖9 系統(tǒng)主界面

圖10 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

圖11 手動(dòng)測(cè)試界面

（5）自動(dòng)測(cè)試界面

自動(dòng)測(cè)試界面，如圖12所示分為四個(gè)模塊，分別是運(yùn)行過(guò)程顯示、接觸器狀態(tài)顯示、運(yùn)行狀態(tài)顯示和電梯控制。運(yùn)行過(guò)程主要監(jiān)控電梯的運(yùn)行過(guò)程，從直流制動(dòng)、正常曳引機(jī)運(yùn)行、換速平層、到停梯開(kāi)關(guān)門(mén)，完成電梯曳引機(jī)的運(yùn)行監(jiān)控；接觸器狀態(tài)主要監(jiān)控運(yùn)行、抱閘（制動(dòng)器）、多段速1、多段速2、多段速3繼電器、變頻器報(bào)警和變頻器運(yùn)行輸入信號(hào)，實(shí)時(shí)了解電梯曳引機(jī)各個(gè)控制狀態(tài)；運(yùn)行狀態(tài)主要監(jiān)控電梯運(yùn)行方向、電梯運(yùn)行速度（檢修速度或正常速度）、電梯運(yùn)行樓層、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行次數(shù)；電梯控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行控制、停止和返回主界面。

圖12 自動(dòng)測(cè)試界面

系統(tǒng)工作時(shí)，首先啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始上行，進(jìn)入直流制動(dòng)，打開(kāi)運(yùn)行和抱閘（制動(dòng)器）繼電器，待直流制動(dòng)時(shí)間結(jié)束后、給定速度信號(hào)，啟動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)入運(yùn)行。進(jìn)入相關(guān)樓層后，啟動(dòng)換速，運(yùn)行結(jié)束，平層開(kāi)始，進(jìn)入平層；平層到達(dá)樓層后，啟動(dòng)停梯，電梯開(kāi)關(guān)門(mén)，完成一層樓上行。如此循環(huán)，完成所有上行，待到達(dá)最高樓層后，電梯反向運(yùn)行，運(yùn)行完所有樓層后，系統(tǒng)完成一次運(yùn)行。然后再上行和下行，直到完成所要求運(yùn)行次數(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬電梯的運(yùn)行。

3 應(yīng)用

完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行，調(diào)試主要有：調(diào)試系統(tǒng)用戶(hù)登錄界面，輸入正確和不正確的用戶(hù)名和密碼，觀察登錄界面是否正常；調(diào)試主界面，點(diǎn)擊主界面上各個(gè)按鈕，觀察是否能夠順利進(jìn)入各個(gè)界面，點(diǎn)擊退出按鈕，觀測(cè)是否能夠退出系統(tǒng)；調(diào)試自動(dòng)參數(shù)設(shè)定界面，分別輸入各個(gè)參數(shù)，觀察PLC上參數(shù)是否能夠正確輸入；調(diào)試手動(dòng)測(cè)試界面，輸入各種手動(dòng)控制指令，觀測(cè)相關(guān)繼電器和組態(tài)王接觸器狀態(tài)顯示是否正確；調(diào)試自動(dòng)測(cè)試界面，啟動(dòng)運(yùn)行按鈕，觀測(cè)PLC和組態(tài)王的各個(gè)繼電器、時(shí)間顯示是否符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：PLC運(yùn)行良好、各個(gè)接觸器運(yùn)行良好、變頻器運(yùn)行良好、曳引機(jī)運(yùn)行良好、組態(tài)王控制和顯示正常，系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，能模擬實(shí)際電梯的運(yùn)行方式進(jìn)行電梯曳引機(jī)的控制。

4 小結(jié)

本文運(yùn)用PLC和組態(tài)王實(shí)現(xiàn)了對(duì)電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制，一方面系統(tǒng)具有運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行的功能；另一方面，通過(guò)PLC程序的設(shè)計(jì)，模擬了電梯的運(yùn)行狀態(tài)，保證了電梯曳引機(jī)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)際電梯運(yùn)行更加接近。本文結(jié)合PLC控制功能強(qiáng)和組態(tài)王界面友好、直觀的特點(diǎn)，使電梯曳引機(jī)實(shí)驗(yàn)的控制操作方便、使用簡(jiǎn)單，大大提高了實(shí)驗(yàn)的效率和可操作性，且本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制上有一定的通用性，也可應(yīng)用于其他實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

［1］羅飛，曾齊高，陳恒亮，等.基于Pro/Mechanica的電梯曳引機(jī)承重梁的模態(tài)分析［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2014（02）：57-60，101.

［2］鄧隱北，張忠輝，劉勇，等.先進(jìn)的電梯專(zhuān)用變頻器L1000A［J］.變頻器世界，2010（11）：102-106.

［3］黃少輝.基于組態(tài)王的電梯監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新方案［J］.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（10）：70-73.

Design of the Control System of Elevator Traction’s Test Platform

LUO Fei1，ZENG Qi-gao2，YAN Li-li1
（1.Shenzhen Institute of Technology，Shenzhen518040，China；2.Shenzhen Longgang Vocational Technical School，Shenzhen518172，China）

In this paper，the control system of elevator traction’s test platform was designed by Kingview and PLC.There were some functions such as setting operation data，manual and autorun in the system，which could adjust braking time，operating time，leveling time，running time，stopping time and monitor the relay and state of elevator by simulating the actual elevator.

elevator traction’s test platform；control system；Kingview；PLC；design

TP271.4

A

1009－9492(2014)08－0008－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.003

羅 飛，男，1982年生，四川樂(lè)山人，講師/高級(jí)技師。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)。

(編輯：阮 毅)

*深圳市科技研發(fā)新增資金技術(shù)創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃先進(jìn)制造項(xiàng)目（編號(hào)：CXZZ20120618172559759）；深圳技師學(xué)院科研項(xiàng)目（編號(hào)：1111001）

2014－06－05