淺論基于PLC的電梯控制系統(tǒng)

楊滋新等

摘 要：隨著當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，高樓林立，電梯已成為城市現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要標(biāo)志。就現(xiàn)今而言，我國(guó)電梯控制系統(tǒng)主要分為繼電器控制、PLC控制和微機(jī)控制。其中，繼電器控制系統(tǒng)由于其可靠性差、耗電量大，故障多等缺點(diǎn)已經(jīng)逐步退出激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)；微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面展示出較大優(yōu)勢(shì)，但是因其系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，使維修人員很難掌握技術(shù)要點(diǎn)，故使用也存在一定的局限性。PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟件對(duì)電梯的自動(dòng)控制且外部線(xiàn)路簡(jiǎn)化，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不僅提高了電梯運(yùn)行的可靠性，更使維護(hù)、維修過(guò)程更加簡(jiǎn)便易行，因此應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：PLC；電梯；控制系統(tǒng)

1 編程控制器（PLC）的定義

可編程控制器（PLC）的英文全稱(chēng)為Programmable Logic Controller--是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于內(nèi)部存儲(chǔ)程序執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算和定時(shí)等指令，并通過(guò)數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換（輸入/輸出）來(lái)達(dá)到控制各類(lèi)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行或生產(chǎn)過(guò)程控制等目的[1]。

2 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）控制方式：PLC采用軟接線(xiàn)的連接方式，通過(guò)改變控制程序即可更改邏輯方式和功能變更，簡(jiǎn)單易行。（2）工作方式：PLC采用串行工作方式，相互獨(dú)立、互不干擾。（3）控制速度：PLC采用半導(dǎo)體控制方式，速度快。（4）準(zhǔn)確性：PLC由晶振產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，精度高。（5）可靠性：PLC無(wú)觸點(diǎn)，有自我診斷功能，可靠、壽命長(zhǎng)。（6）簡(jiǎn)單易用：常用的PLC編程方式是梯形圖編程方式，編寫(xiě)簡(jiǎn)便、易懂易改。

3 PLC控制系統(tǒng)的基本組成

電梯PLC控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖運(yùn)控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)核心主要包括PLC主機(jī)、CPU存儲(chǔ)器、呼梯盤(pán)、操縱盤(pán)、井道裝置、安全裝置等。信號(hào)通過(guò)PLC輸入接口輸入PLC，來(lái)完成各種控制動(dòng)作。

4 PLC控制系統(tǒng)的原理

電梯的運(yùn)行主要依據(jù)樓層的呼叫信號(hào)和轎廂的升降信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，某一層呼叫轎廂的信號(hào)是隨機(jī)的。因此，系統(tǒng)控制采用的是隨機(jī)邏輯控制，也就是說(shuō)根據(jù)隨機(jī)輸入的信號(hào)和電梯當(dāng)時(shí)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行電梯控制。電梯運(yùn)行控制主要依靠PLC來(lái)完成。

PLC采用循環(huán)掃描即順序掃描的工作方式，PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)存儲(chǔ)器中的程序進(jìn)行按序周期性?huà)呙?，從第一條指令開(kāi)始，到最后一條指令，順序執(zhí)行，周而復(fù)始。在此階段，PLC還進(jìn)行自診斷，通訊服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理[3]。

4.1 自診斷

在每次程序掃描前，PLC會(huì)執(zhí)行自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括：I/O口，存儲(chǔ)器和CPU等。若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，會(huì)停機(jī)并顯示異常；若未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，則繼續(xù)執(zhí)行程序。

4.2 通訊服務(wù)

PLC檢查是否存在與計(jì)算機(jī)、編程器等的通訊要求。

通常自診斷個(gè)通訊服務(wù)統(tǒng)稱(chēng)為監(jiān)視服務(wù)。

4.3 輸入處理

首先進(jìn)行輸入采樣，即PLC按序掃描輸入存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，并將其暫存于輸入映像區(qū)中并關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行過(guò)程。此時(shí)，即便輸入端口有任何變化，輸入映像區(qū)中的數(shù)據(jù)也不會(huì)發(fā)生變化。只有在下一輸入采樣過(guò)程發(fā)生時(shí)，發(fā)生變化的輸入端口數(shù)據(jù)才會(huì)被讀入。

4.4 程序執(zhí)行

在此階段，PLC根據(jù)用戶(hù)輸入的程序按序依次執(zhí)行指令。從輸入映像區(qū)讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算處理，將結(jié)果寫(xiě)入輸出映像區(qū)。

4.5 輸出處理

與輸入處理類(lèi)似，PLC輸出處理也存在輸出采樣過(guò)程，該過(guò)程同樣存在為了暫存數(shù)據(jù)的輸出映像區(qū)。當(dāng)程序命令執(zhí)行完畢，輸出映像區(qū)中的相關(guān)指令被輸送到輸出鎖存器中，通過(guò)一定的方式輸出，從而推動(dòng)外部設(shè)備或過(guò)程運(yùn)轉(zhuǎn)。

每一次輸入、輸出采樣過(guò)程（掃描周期）即為一次I/O刷新過(guò)程。也就是所說(shuō)的任何輸入、輸出的更改只有在下一掃描周期時(shí)才能被進(jìn)行。

掃描周期的長(zhǎng)度主要取決于三個(gè)因素：（1）CPU的運(yùn)算速度；（2）每條程序指令的時(shí)間；（3）程序的總長(zhǎng)度。CPU運(yùn)算速度越快、每條程序指令時(shí)間越短、程序總長(zhǎng)度越短，掃描周期越短，反之亦然。一個(gè)完整的掃描周期=（輸入一點(diǎn)時(shí)間*輸入點(diǎn)數(shù)）+（運(yùn)算速度*程序步數(shù)）+（輸出一點(diǎn)時(shí)間+輸出點(diǎn)數(shù)）+監(jiān)視服務(wù)時(shí)間。一般PLC的掃描時(shí)間為10ms，滿(mǎn)足大部分客戶(hù)需求。對(duì)于控制時(shí)間要求嚴(yán)格、響應(yīng)速度快的控制系統(tǒng)，對(duì)于編程要求高，必要時(shí)需采取特殊功能。

5 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)全面了解被控對(duì)象的機(jī)械機(jī)構(gòu)、工藝要求、運(yùn)動(dòng)要求、運(yùn)動(dòng)方式和控制要求等。通過(guò)研究工藝過(guò)程、機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟，確定控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的數(shù)量。明確區(qū)分由PLC輸入、輸出或驅(qū)動(dòng)的端口。在此基礎(chǔ)上選擇恰當(dāng)?shù)腜LC。PLC的可靠性、運(yùn)行速度和成本等方面也應(yīng)納入選型的考慮范疇中。然后，確定PLC元件的編號(hào)分配。確定PLC中被占用的輸入、輸出端點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行編號(hào)分配并設(shè)計(jì)出PLC外部線(xiàn)路圖。其次，是電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟--程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其主要工作包括語(yǔ)句表程序的編寫(xiě)和梯形圖的設(shè)計(jì)等。接著，進(jìn)行模擬與調(diào)試過(guò)程，將編寫(xiě)好的程序輸入PLC，進(jìn)行逐條檢查與驗(yàn)證，對(duì)發(fā)生的任何邏輯、語(yǔ)法和數(shù)據(jù)等錯(cuò)誤進(jìn)行改正之后，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬與調(diào)試。觀察模擬過(guò)程是否符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)修改，并將正確的程序重新輸入到PLC中。在執(zhí)行該過(guò)程時(shí)，可平行進(jìn)行控制系統(tǒng)的其他設(shè)計(jì)部分，如裝配、安裝和接線(xiàn)等工作。最后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行和調(diào)試。將在實(shí)驗(yàn)室中初步調(diào)試好的程序輸入到現(xiàn)場(chǎng)使用的PLC存儲(chǔ)器中，接入實(shí)際的輸入和負(fù)載信號(hào)再進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)試。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中的模擬與調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中會(huì)存在些許差異，因此這一步不可省略。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)解決，直到滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，方可交付使用。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，高層建筑將越來(lái)越多。作為垂直方向的運(yùn)輸設(shè)備，電梯與人們的生活聯(lián)系的越來(lái)越緊密。而作為人機(jī)交互的PLC控制系統(tǒng)，對(duì)于電梯運(yùn)行至關(guān)重要，掌握PLC控制是電梯運(yùn)行安全、高效、舒適的重要保證。

參考文獻(xiàn)

[1]王秀英，鄭海英.PLC技術(shù)在電梯運(yùn)行中的應(yīng)用[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996

[2]劉載文，李豪升.鐘亞林.電梯控制技術(shù)[M].北京：北京電子工業(yè)出版社，1996.

[3]李景學(xué)，金廣業(yè).可編程控制其應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[M].北京：北京電子工業(yè)出版社，1996.