電梯系統(tǒng)中對(duì)可編程邏輯控制器（PLC）的應(yīng)用分析

馬學(xué)禮

摘要：文章依據(jù)筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，從電梯的工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手做了介紹，另外分析了可編程邏輯控制器（PLC），由于其在電梯系統(tǒng)中應(yīng)用十分之廣泛，并且有著舉足輕重的作用，以此展開討論僅供同行參考、借鑒。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器；PLC；電梯系統(tǒng)

1、電梯工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 電梯工作原理

利用滑輪系統(tǒng)和力的平衡把曳引鋼絲繩的一頭連在轎廂上，另一頭連著對(duì)重，然后把曳引鋼絲繩和曳引輪以及導(dǎo)向輪纏繞在一起，曳引用的電動(dòng)機(jī)在通過減速器的變速后，帶動(dòng)曳引輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，曳引繩和曳引輪通過摩擦能夠產(chǎn)生牽引力，從而實(shí)現(xiàn)轎廂升、對(duì)重降或者轎廂降、對(duì)重升的滑輪運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)高層建筑的運(yùn)輸。

1.2 電梯的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）轎廂：轎廂即電梯廂，是對(duì)貨物或者乘客完成運(yùn)輸?shù)妮d體。

2）門系統(tǒng)：門系統(tǒng)是為了保護(hù)轎廂里乘客的安全，封閉入口，使電梯在運(yùn)行中形成一個(gè)封閉的安全控件。

3）平衡重量系統(tǒng)：平衡重量系統(tǒng)是為了維持轎廂和對(duì)重之間的重量差在一定的安全范圍內(nèi)，保證電梯正常的運(yùn)行。

4）曳引系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)的作用是提供動(dòng)力，然后通過系統(tǒng)的運(yùn)行把動(dòng)力傳遞出去。

5）導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)是用來(lái)對(duì)電梯的自由度進(jìn)行限制，讓轎廂和對(duì)重只能依照制定的軌道進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。

6）電力拖動(dòng)系統(tǒng)：電力拖動(dòng)系統(tǒng)是為電梯提供動(dòng)力，對(duì)電梯的牽引速度進(jìn)行控制。包括曳引電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置、速度反饋裝置和供電系統(tǒng)。

7）電氣控制系統(tǒng)：電氣控制系統(tǒng)是用來(lái)操縱和控制電梯的運(yùn)行。包括位置顯示裝置、選層器、操縱裝置、控制柜和平層裝置。

8）安全保護(hù)系統(tǒng)：安全保護(hù)系統(tǒng)是為電梯里的乘客提供安全保護(hù)的相關(guān)設(shè)備，避免發(fā)生事故，保障電梯的安全運(yùn)行。

2、PLC在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC的工作原理

當(dāng)可編程邏輯控制器（PLC）投入使用后，它的工作原理主要涉及到三個(gè)方面，分別是采樣的輸入、執(zhí)行相應(yīng)的用戶程序以及輸出刷新。所謂一個(gè)掃描周期就是按照順序完成一次以上的三個(gè)工作。在電梯的運(yùn)行階段中，PLC的CPU就會(huì)保持一定的運(yùn)行速度不停地完成一個(gè)個(gè)掃描周期。

2.2 PLC系統(tǒng)的主要功能

1）條件控制功能。傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行開關(guān)控制，是通過觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)和其他的各種邏輯連接，來(lái)達(dá)到控制條件的，而PLC則通過簡(jiǎn)單的“或、與、非”指令替代了這些控制條件，直接對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制。

2）定時(shí)、計(jì)數(shù)控制功能。傳統(tǒng)電梯在完成定時(shí)、計(jì)數(shù)功能時(shí)，需要分別采用定時(shí)繼電器和計(jì)數(shù)繼電器來(lái)分別完成，而PLC則是直接通過程序設(shè)定的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器發(fā)出指令來(lái)完成所需要的定時(shí)或者計(jì)數(shù)的功能。

3）步進(jìn)控制功能。傳統(tǒng)電梯在控制多道加工工序中，是通過硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只有上一步的工序成功完成后，才能開始控制下一道工序，而PLC系統(tǒng)則可以直接通過設(shè)定步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)這些多道工序的邏輯控制。

4）數(shù)據(jù)處理功能。PLC系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)的處理上，具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、比較和位移的功能，還能夠進(jìn)行數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行邏輯與算數(shù)運(yùn)算和編碼譯碼等操作。

5）A/D和D/A之間的轉(zhuǎn)換功能。A/D和D/A之間的轉(zhuǎn)換功能就是PLC系統(tǒng)利用A/D模塊和D/A模塊，對(duì)模擬量和數(shù)字量進(jìn)行相互之間的轉(zhuǎn)換。

6）運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC系統(tǒng)編制出一個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊和一個(gè)位置控制模塊，來(lái)對(duì)單軸、多軸進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制功能。

7）過程控制功能。PLC系統(tǒng)通過PID的控制指令對(duì)溫度、壓力、流浪和速度等物理參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的過程控制功能。

8）遠(yuǎn)程輸入/輸出功能。遠(yuǎn)程輸入/輸出功能是PLC系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程輸入/輸出單元，將PLC系統(tǒng)的主機(jī)與分散在不同位置的各種輸入和輸入設(shè)備進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行接收，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行傳出。

2.3 PLC的功能特點(diǎn)

1）使用便捷，技術(shù)要求不高。PLC運(yùn)用的是簡(jiǎn)單的梯形圖和邏輯圖，編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，不需要專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識(shí)。

2）價(jià)格便宜，性能優(yōu)秀。

3）發(fā)展完善，配套齊全，使用靈活。

4）可靠性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)。

5）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝方便、調(diào)試容易。

2.4 PLC指令電梯工作的遵循原則

1）電梯運(yùn)行過程中，絕對(duì)不能開門，一旦門鎖斷開，立即停止電梯的運(yùn)行，即電梯門關(guān)不上，電梯禁止運(yùn)行。

2）電梯只有在樓層的層門處才能開門。

3）電梯開門優(yōu)先于電梯關(guān)門，即當(dāng)電梯開始執(zhí)行關(guān)門指令時(shí)，避免后上電梯的人搶門時(shí)被電梯夾傷。

4）轎廂內(nèi)指令優(yōu)先于電梯外指令，定向優(yōu)先。

5）同向停留，即下達(dá)的指令和電梯的運(yùn)行方向相同，則可攔截下電梯。

6）超載不關(guān)門，當(dāng)電梯出現(xiàn)超載現(xiàn)象，電梯發(fā)出警報(bào)聲，電梯門無(wú)法關(guān)閉，電梯不會(huì)運(yùn)行。

2.5 實(shí)際應(yīng)用

1）PLC系統(tǒng)對(duì)樓層信號(hào)的處理。只有知道電梯當(dāng)前所在的樓層，才能對(duì)電梯進(jìn)行下一步的控制，一般獲取樓層的位置信息都是通過感應(yīng)器來(lái)完成的，樓層信號(hào)的作用是指示樓層、定向與選層，是電梯系統(tǒng)判斷上下運(yùn)行方向和位置停靠的主要因素之一。所以為了保證電梯運(yùn)行的連續(xù)，樓層信號(hào)就必須保持連續(xù)性，不能在運(yùn)行中間斷開信號(hào)，否則就會(huì)影響電梯的正常使用。比起傳統(tǒng)的繼電器控制，PLC系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制，PLC只需要在轎廂的頂部安置2個(gè)感應(yīng)器，當(dāng)電梯減速即獲取減速點(diǎn)信號(hào)時(shí)，就能夠通過邏輯判斷同時(shí)獲取樓層的信號(hào)。

2）PLC系統(tǒng)對(duì)指令的處理。電梯的指令主要來(lái)自轎廂里的內(nèi)指令和樓層電梯門口的外指令，PLC系統(tǒng)可以用keep指令來(lái)對(duì)內(nèi)指令和外指令進(jìn)行記憶和消除。當(dāng)一個(gè)指令被下達(dá)時(shí)，如果電梯不在指令樓層，那么該信號(hào)就會(huì)被PLC系統(tǒng)的內(nèi)部繼電器持續(xù)保持，然后通過相應(yīng)的按鈕指示燈輸出點(diǎn)亮。當(dāng)電梯成功到達(dá)指令樓層時(shí)，即滿足了停留條件，那么電梯就會(huì)停留在該層，并打開電梯門，同時(shí)消除相應(yīng)的指令信號(hào)。當(dāng)PLC系統(tǒng)調(diào)整為維修狀態(tài)時(shí)，所有的指令都無(wú)法得到記憶，同時(shí)所有的指令都會(huì)被消除。

3）PLC系統(tǒng)對(duì)方向的處理。當(dāng)下達(dá)了有效的選向指令后，有效的選項(xiàng)指令所在的樓層與電梯的實(shí)際樓層比較，如果有效的選向指令所在的樓層在電梯實(shí)際層樓之上時(shí)，電梯選擇上方向運(yùn)行，如果在電梯實(shí)際樓層之下，則電梯選擇下方向運(yùn)行。當(dāng)下達(dá)的選向指令與電梯的運(yùn)行方向相反時(shí)，即第二序列，則電梯先執(zhí)行既定方向，即第一序列，完成第一序列所有目標(biāo)后，開始執(zhí)行第二序列，電梯前往選項(xiàng)指令所在的樓層。

4）PLC系統(tǒng)對(duì)選層功能的實(shí)現(xiàn)。通過指令下達(dá)，PLC對(duì)選層功能的實(shí)現(xiàn)是遵循一定邏輯順序，按照先同向后反向、先近后遠(yuǎn)的順序。當(dāng)選層的指令下達(dá)后，如果指令的樓層高于電梯所在樓層，當(dāng)電梯處于下行狀態(tài)時(shí)，則先執(zhí)行下行狀態(tài)中所有的指令，當(dāng)指令完成后，開始執(zhí)行上行指令，前往指令樓層；當(dāng)電梯處于上行狀態(tài)，則直接把指令加進(jìn)執(zhí)行序列中，按照同向就近原則開始執(zhí)行。

3、結(jié)束語(yǔ)

可編程控制系統(tǒng)（PLC）相比起傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)很明顯，利用軟件的功能代替了一些硬件設(shè)備的功能，不僅降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使電梯系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)更加安全可靠，乘客乘坐起來(lái)也更加舒適快捷。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)華.PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（6）：61-63.

[2]羅鋒華，房馳.西門子S7-200 PLC及變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010，37（11）：42-45.

[3]王興昌，楊新明，劉濤，等.PLC可編程控制器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（4）：185-186.