基于PLC控制模型電梯的開發(fā)

朱奎林

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川廣元628017）

電梯是機(jī)電結(jié)合的產(chǎn)品，機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng)于人的軀體，電氣控制相當(dāng)于人的神經(jīng)，機(jī)與電的高度統(tǒng)一，使電梯成為現(xiàn)代科技的典型產(chǎn)品。受安裝條件為實(shí)際高樓的限制，實(shí)物電梯無(wú)法直接進(jìn)入教學(xué)課堂，開發(fā)模型電梯[1-4]對(duì)學(xué)生熟悉電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握電梯的安裝與調(diào)試、訓(xùn)練學(xué)生的編程能力等多方面會(huì)起到事半功倍的效果。

圖1 模型電梯的總體結(jié)構(gòu)（前面）

1 七層模型電梯的結(jié)構(gòu)

模型電梯的總體結(jié)構(gòu)[5]如圖1和圖2所示，該模型電梯為七層，由底座水平部分和電梯井道垂直部分組成，井道部分通過4顆螺釘固定在電梯底板上。

電梯井道上安裝有：曳引繩、上滑輪、導(dǎo)軌、對(duì)重、轎廂及門機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、曳引電機(jī)與光電碼盤、外呼按鈕與指示電路模塊（一至七層）、上極限開關(guān)、下極限開關(guān)、一樓平層開關(guān)等組件。電梯底座上安裝有：空氣開關(guān)、開關(guān)電源、到站鐘、PLC、轎廂控制器、檢修控制器、接線端口板、線槽等組件。 下面對(duì)轎廂及門機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢修控制器、轎廂控制器、外呼按鈕與指示電路模塊幾個(gè)重要組件進(jìn)行介紹。

圖2 模型電梯的總體結(jié)構(gòu)（后面）

1.1 轎廂及門機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

轎廂及門機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3（前面）和圖4（后面）所示，由轎廂箱體、轎廂地坎、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板、門機(jī)凸輪、門機(jī)連桿、轎門、門開到位開關(guān)、門關(guān)到位開關(guān)器件等部件組成。

圖3 轎廂及門機(jī)機(jī)構(gòu)（前面）

圖4 轎廂及門機(jī)機(jī)構(gòu)（后面）

通過調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板上的可變電阻可以調(diào)節(jié)輸入驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直流電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)開關(guān)轎門調(diào)速的目的。

1.2 檢修控制器

檢修控制器如圖5所示，由照明開關(guān)、直駛開關(guān)、急停開關(guān)、正常/檢修開關(guān)、慢上按鈕、慢下按鈕組成。器件作用如下：

1）照明開關(guān)處于ON時(shí)，轎廂照明燈亮；處于OFF時(shí)，轎廂照明燈滅。

2）直駛開關(guān)處于ON時(shí)，電梯不接受外呼按鈕指令；僅接受轎廂控制器的內(nèi)呼指令。

3）正常/檢修開關(guān)處于ON時(shí)，電梯為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；處于OFF時(shí)，電梯為手動(dòng)檢修狀態(tài)。

4）電梯處手動(dòng)檢修狀態(tài)時(shí)，可點(diǎn)動(dòng)慢上、慢下按鈕控制轎廂上下運(yùn)行；處正常自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)兩按鈕無(wú)效。

圖5 檢修控制器

1.3 轎廂控制器和外呼按鈕與指示電路模塊

轎廂控制器采用的芯片為CD4511，如圖6所示，具有如下功能：

1）9路按鈕輸入電路，其中7路帶輸出指示燈（數(shù)字1～7），2路不帶輸出指示燈。

2）上行、下行指示燈輸出電路，用于指示電梯的運(yùn)行狀態(tài)。

3）采用CD4511，A、B、C 3個(gè)輸入端，二進(jìn)制七段譯碼輸出，用于顯示電梯當(dāng)前樓層。

圖6 轎廂控制器

外呼按鈕與指示電路模塊如圖7所示，根據(jù)需要可設(shè)定樓層按鈕和相應(yīng)指示燈，并具有電梯上下運(yùn)行指示功能，所有樓層輸入輸出信號(hào)通過排線連入接線端口電路板。

2 模型電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 模型電梯的運(yùn)行邏輯與控制要求

模型電梯的運(yùn)行邏輯與實(shí)際電梯基本一樣，可以實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)平層、自動(dòng)開關(guān)門、響應(yīng)轎內(nèi)及轎外呼梯信號(hào)、直駛、以及電梯急停、檢修、慢上、慢下、照明等功能。

1）電梯處于任意樓層都可以啟動(dòng)控制[6]。

2）當(dāng)有樓層外呼或轎廂內(nèi)呼信號(hào)時(shí)，轎廂響應(yīng)該信號(hào)，到達(dá)指定樓層后，轎廂停止運(yùn)行，轎廂門打開，延時(shí)后自動(dòng)關(guān)閉。

3）如果電梯向上運(yùn)行，則執(zhí)行完所有的向上指令后，再執(zhí)行向下的指令；同樣的，如果電梯向下運(yùn)行，則執(zhí)行完所有的向下指令后，再執(zhí)行向上的指令；如果電梯停靠在某一層既無(wú)向上的指令也無(wú)向下的指令，系統(tǒng)將等待新的指令然后執(zhí)行。

4）電梯具有響應(yīng)最遠(yuǎn)反向呼梯信號(hào)功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時(shí)有二層向下呼梯，三層向下呼梯，四層向下呼梯，則電梯先響應(yīng)四樓呼梯信號(hào)。

5）電梯未平層時(shí)，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯橋廂停止運(yùn)行后，按開門按鈕橋廂門打開，按關(guān)門按鈕廂門關(guān)閉。

圖7 外呼按鈕與指示電路模塊

2.2 模型電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電梯控制系統(tǒng)主要有3種方式，繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)[7]和微機(jī)控制系統(tǒng)[8-9]。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，控制方式不靈活及功率消耗大等缺點(diǎn)，目前已被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)在智能控制方面有強(qiáng)大的功能，但存著抗干擾性能差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜等不足之處。本模型電梯采用PLC控制系統(tǒng)，其運(yùn)行可靠，操作方便，成為采用較多的控制方式，與電路相關(guān)的主要部件如下。

PLC：選用三菱PLC，F(xiàn)X1N-60MR，繼電器型，輸入36點(diǎn)，輸出24點(diǎn)。由于其輸出點(diǎn)不夠，增加了一個(gè)輸出擴(kuò)展模塊，F(xiàn)X2N-8EYR，8個(gè)輸出點(diǎn)。開關(guān)電源：用于驅(qū)動(dòng)PLC輸出的各種負(fù)載，如直流電機(jī)、指示燈、到站鐘等。輸其入電壓，AC 100-240 V，50/60 Hz；輸出電壓，DC 12 V，電流，4.3 A?？諝忾_關(guān)：用于供電和保護(hù)，選用DZ47LE-32，C10型，額定電流10 A，帶脫扣保護(hù)電路。

模型電梯的軟件設(shè)計(jì)分為多個(gè)功能塊，將這些功能塊組合在一起，形成完整的PLC控制系統(tǒng)[10-11]。這些軟件設(shè)計(jì)的主要功能有：電梯位置的確定與顯示，內(nèi)選和外呼登記，電梯定向選層控制，電梯的起動(dòng)與運(yùn)行，轎廂的平層與停車，開關(guān)門等。圖8是PLC控制的模型電梯動(dòng)作流程圖，下面對(duì)流程圖的相關(guān)功能進(jìn)行說(shuō)明。

圖8 模型電梯的動(dòng)作流程圖

1）電梯位置的確定與顯示

電梯的運(yùn)行需要準(zhǔn)確的位置信號(hào)（這是電梯運(yùn)行的前提），從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行定向、停車制動(dòng)以及廳外及轎廂內(nèi)樓層顯示。

2）內(nèi)選和外呼登記

電梯自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，具有“同向截梯，反向記憶”的功能。當(dāng)有內(nèi)選和外呼請(qǐng)求時(shí)，電梯自動(dòng)登記本樓層以外的所有信號(hào)，并輸出登記信號(hào)，在電梯到達(dá)某層停車時(shí)，自動(dòng)消除順向呼叫信號(hào)，保存反向呼叫信號(hào)。

3）電梯定向選層控制

電梯的上升和下降是通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制的。當(dāng)電梯處于底層或者頂層時(shí)，運(yùn)行只有一個(gè)方向：上升或者下降。當(dāng)電梯處于中間樓層時(shí)，通過PLC的運(yùn)算將電梯當(dāng)前位置與目標(biāo)樓層進(jìn)行比較，自動(dòng)選擇電梯的運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)電梯登記了多個(gè)轎內(nèi)或廳外指令時(shí)，通過運(yùn)行其調(diào)度策略自動(dòng)選擇合理的?？繉诱尽?/p>

4）轎廂的平層與停車

平層是指轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的情況，平層偏差要在限定范圍內(nèi)。平層時(shí)，要經(jīng)過換速過程，先減速，后停車，再制動(dòng)，以減小沖擊，提高平層的準(zhǔn)確性以及乘客的舒適感。

5）開關(guān)門

開關(guān)門只能在平層和停車制動(dòng)后進(jìn)行，電梯運(yùn)行過程中即使按下開門按鈕，電梯門也不會(huì)打開，同樣如果電梯門沒有完全關(guān)閉，電梯也不進(jìn)行上下運(yùn)行，以此保證乘客的安全。

3 模型電梯的調(diào)試

模型電梯的調(diào)試[12-13]是在前面硬件安裝連線和軟件編程下載完成的情況下進(jìn)行，其調(diào)試步驟如下。

3.1 上下極限位置調(diào)節(jié)

在電梯導(dǎo)軌的底部和頂部，各設(shè)置了一個(gè)下限開關(guān)和上限開關(guān)，松開固定極限開關(guān)的小螺釘，調(diào)節(jié)上下極限開關(guān)的位置，調(diào)節(jié)好后固定小螺釘，就可以定位電梯轎廂運(yùn)行時(shí)，最低下極限位置和最高上極限位置。

3.2 線路連接全面檢查

開機(jī)前，全面檢查整個(gè)電梯線路，排線是否插好，線路有無(wú)斷開、接錯(cuò)；PLC是否打到RUN狀態(tài)，然后連接電源插頭，使電梯通入市電220 V交流。

3.3 按鈕功能全面檢查

啟動(dòng)空氣開關(guān)，PLC通電，轎內(nèi)控制面板將顯示電梯所在的樓層號(hào)。全面檢查外呼按鈕板、轎廂控制器、檢修控制器各按鈕開關(guān)，模型電梯將實(shí)現(xiàn)從第一層至第七層相應(yīng)樓層選擇定向、到達(dá)、停止、開門、關(guān)門等功能。

3.4 自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試

1）自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試啟動(dòng)與停止。將電梯轎廂開到一層，檢修開關(guān)處于正常狀態(tài)，按下慢上按鈕，電梯將從第一層至第七層然后又從第七層至第一層，進(jìn)行每層自動(dòng)?？?、自動(dòng)上下循環(huán)運(yùn)行。電梯上下運(yùn)行時(shí)，同時(shí)按下急停開關(guān)和檢修開關(guān)，電梯停止自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試狀態(tài)。

2）恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。將急停開關(guān)和檢修開關(guān)復(fù)位后，電梯處于隨機(jī)停止，按下任意樓層外呼按鈕，電梯到達(dá)指定樓層后停止，電梯恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

模型電梯的主體結(jié)構(gòu)采用透明有機(jī)材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)明了，通過軟硬件的設(shè)計(jì)和相應(yīng)的調(diào)試后完全達(dá)到要求。實(shí)踐表明，開發(fā)模型電梯[14-16]對(duì)熟悉電梯結(jié)構(gòu)，完成系統(tǒng)編程調(diào)試，拓展電梯工程項(xiàng)目等多方面都具有良好的實(shí)用效果，值得推廣。

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