基于變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔣文偉　程凱　楊浩

摘要：隨著高層建筑的增加，電梯作為高層建筑的交通工具，其應(yīng)用與日俱增，電梯的安全運(yùn)行成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。隨著電子技術(shù)和微電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC技術(shù)和變頻技術(shù)因其控制方面的明顯優(yōu)勢(shì)取代了傳統(tǒng)的繼電器制造系統(tǒng)，成為電梯控制系統(tǒng)主流。文章研究基于變頻技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；電梯；PLC控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；高層建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.008

1 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)的核心部件是變頻器，變頻器是改變電源頻率的電氣設(shè)備，其主要由交流變直流、濾波、再次直流變交流、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元和微處理單元等組成。變頻器是能夠把電壓和頻率不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的設(shè)備，該過(guò)程是通過(guò)變頻器中電力半導(dǎo)體器件的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 PLC的工作原理及在電梯中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

2.1 PLC的工作原理

PLC是Programmable Logic Controller的縮寫(xiě)，全稱(chēng)可編程序邏輯控制器。所謂的PLC控制系統(tǒng)實(shí)際上就是一種可編程的存儲(chǔ)器。PLC采用指令（存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算操作）通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械控制和操作。PLC的工作過(guò)程分三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新，三個(gè)階段構(gòu)成一個(gè)掃描周期，且這個(gè)周期是重復(fù)執(zhí)

行的。

2.1.1 輸入采樣階段。首先，PLC在輸入采樣階段通過(guò)掃描方式讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到I/O相應(yīng)的單元內(nèi)；然后，進(jìn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段，在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，I/O相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)改變。

2.1.2 用戶(hù)程序執(zhí)行階段。在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC掃描用戶(hù)程序（自上向下掃描）。在掃描過(guò)程中按先左后右、先上后下的順序?qū)刂凭€(xiàn)路進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)對(duì)應(yīng)。在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，采用階段輸入在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他部位的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能產(chǎn)生改變，即邏輯順序是從上往下的。

2.1.3 輸出刷新階段。當(dāng)?shù)诙A段結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU根據(jù)I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再輸出到相應(yīng)的外部設(shè)備，PLC才真正輸出。PLC的掃描周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行、輸出刷新等，PLC邏輯控制過(guò)程如圖1所示：

2.2 PLC應(yīng)用于電梯的優(yōu)勢(shì)

從20世紀(jì)70年代，PLC廣泛應(yīng)用于電梯領(lǐng)域，PLC在電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有如下四點(diǎn)：

2.2.1 PLC具有可靠并且強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，電梯的邏輯控制要求比較復(fù)雜，PLC非常適用于電梯控制系統(tǒng)。

2.2.2 PLC有很強(qiáng)的計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算能力，能很好地克服電梯傳統(tǒng)的繼電器控制方法的缺陷。

2.2.3 PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，非常適用于電梯。

2.2.4 PLC檢修簡(jiǎn)單方便。電梯的安全非常重要，PLC本身就具有完善的診斷功能，可為電梯安全運(yùn)行打好基礎(chǔ)。

3 基于變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制系統(tǒng)控制過(guò)程的設(shè)計(jì)

電梯控制過(guò)程主要包括操縱、檢修、停電保持及應(yīng)急處理等，只要正確處理好這些方面，再結(jié)合實(shí)際情況就能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制。電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法如下：

3.1.1 在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)先確定電梯的拖動(dòng)、調(diào)速、運(yùn)行及控制方式。設(shè)計(jì)基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)拖動(dòng)方式采用交流拖動(dòng)；調(diào)整方式采用交流調(diào)壓調(diào)速；運(yùn)行方式可分有、無(wú)司機(jī)控制兩種方式。

3.1.2 確定PLC的型號(hào)，PLC型號(hào)的確定需要考慮很多方面，主要由電梯的層站數(shù)、控制要求和點(diǎn)數(shù)冗余幾方面來(lái)決定的。其中點(diǎn)數(shù)的冗余根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取超過(guò)實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的9%，這樣選主要為滿(mǎn)足實(shí)際需要和經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.3 分配PLC的I/O點(diǎn)，并設(shè)計(jì)接線(xiàn)圖。設(shè)計(jì)過(guò)程中也是根據(jù)電梯的樓層數(shù)及相應(yīng)的控制要求進(jìn)行選擇，選擇正確后要繪制PLC控制系統(tǒng)的I/O接線(xiàn)圖。

3.1.4 編制控制程序。編寫(xiě)控制程序非常重要，在編寫(xiě)程序過(guò)程中最好采用模塊化設(shè)計(jì)方法。控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和安全保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)是編寫(xiě)程序的關(guān)鍵。

3.2 基于PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

電梯PLC控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成及電源部分等構(gòu)成。其中微處理器為控制器的核心，輸入輸出設(shè)備為連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與CPU之間的接口電路。

微處理器（CPU）可使用8位的處理器，若不能滿(mǎn)足要求則采用16位處理器。存儲(chǔ)器分系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器，系統(tǒng)存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器，用戶(hù)存儲(chǔ)器一般用RAM存儲(chǔ)固化在只讀存儲(chǔ)器中，輸入輸出設(shè)備與PLC控制器連接，對(duì)輸入輸出接口的要求：要有良好的抗干擾能力；對(duì)各類(lèi)輸入輸出信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)量、模擬量、直流量、交流量等）的匹配能力要強(qiáng)。電梯控制系統(tǒng)要根據(jù)輸入輸出信號(hào)的不同來(lái)設(shè)置輸入輸出設(shè)備。開(kāi)關(guān)量的接口要采取抗干擾措施，電梯運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，要求抗干擾能力強(qiáng)。還要有很強(qiáng)的防抖和抗外部干擾的能力，對(duì)于輸出量開(kāi)關(guān)輸出電流一般不能超過(guò)2A。

3.3 基于PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在電梯中，樓層中的升降指示燈，每一層都有對(duì)應(yīng)的按鈕，是用來(lái)選擇樓層和開(kāi)關(guān)門(mén)的。因此，在基于PLC進(jìn)行電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)相應(yīng)的信號(hào)和電梯的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)分析，確定電梯工作流程。對(duì)各種信號(hào)一一對(duì)應(yīng)到軟件中去，對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行編程。如在設(shè)計(jì)10層樓用電梯時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中可以以10層電梯控制為依據(jù)進(jìn)行分析，即電梯停在10樓時(shí)，1～9層應(yīng)能實(shí)現(xiàn)控制且電梯處于下降狀態(tài)。如果電梯在1樓時(shí)，2～9層都可以進(jìn)行控制，電梯處于上升狀態(tài)。

另外，應(yīng)對(duì)變頻器單獨(dú)設(shè)置，為使變頻器能夠響應(yīng)來(lái)自PLC或者其他信號(hào)，應(yīng)對(duì)變頻器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使變頻器滿(mǎn)足電梯的運(yùn)行及控制要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在電梯中廣泛使用。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC電梯控制系統(tǒng)不僅提高了電梯運(yùn)行的可靠性，而且也改善了電梯運(yùn)行舒適性，符合現(xiàn)代化電梯設(shè)計(jì)需求，隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制技術(shù)會(huì)不斷發(fā)展完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾新紅.基于PLC與組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[J].廣州航海高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2010，（3）.

[2] 張福恩.交流調(diào)速電梯原理設(shè)計(jì)及安裝維修[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

作者簡(jiǎn)介：蔣文偉（1987-），女，江蘇靖江人，供職于江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院，研究方向：電梯檢驗(yàn)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）