電梯PLC控制系統(tǒng)設計研究

摘要：PLC控制系統(tǒng)具有使用便捷、功能靈活、能耗低、噪聲小、可靠性高、占地面積小、維護方便等諸多優(yōu)點，因而得到廣泛的應用。文章介紹了電梯控制系統(tǒng)結構和原理，論述了電梯PLC變頻控制系統(tǒng)的設計方案，并對MCGS組態(tài)軟件及其優(yōu)點進行了介紹。

關鍵詞：電梯；PLC控制系統(tǒng)；MCGS組態(tài)軟件；變頻調速；高層建筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）35-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.005

當前，我國建筑事業(yè)大力發(fā)展，各個城市的高層建筑如雨后春筍，電梯是高層建筑不可替代的一部分，大大方便了人們的生活。電梯屬于機電一體化設施，主要涉及到機械和電氣兩個專業(yè)。其電氣部分主要包括兩個系統(tǒng)，分別為控制系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)。過去的繼電器控制系統(tǒng)存在笨重、觸電復雜、可靠性低等缺陷。PLC（Programmable Logic Controller）全稱為可編程邏輯控制器，具有使用便捷、功能靈活、能耗低、噪聲小、可靠性高、占地面積小、維護方便等諸多優(yōu)點，在保證電梯運行安全的前提下，也大大提高了乘客乘坐電梯的舒適度。MCGS（Monitor and Control Generated System）為通用監(jiān)控系統(tǒng)，其可以和PLC進行通訊，可以對獲取的現場數據進行處理，通過各種形式將處理結果形象清晰地顯示出來。應用范圍廣，是電梯控制系統(tǒng)檢驗的一個理想工具。

1 電梯控制系統(tǒng)結構和運行原理

1.1 電梯控制系統(tǒng)結構

電梯控制系統(tǒng)組成部分主要包括組態(tài)軟件、PLC、數據傳輸模塊等。組態(tài)軟件是一種可在Windows系統(tǒng)上運行的組態(tài)軟件，能夠方便地生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實時采集現場數據，可通過數據報表、曲線、動畫等多種形式顯示采集結果，實現工況監(jiān)控、數據分析、故障報警等多種功能。PLC負責所有現場數據采集和電梯全部控制任務。計算機的主要功能為創(chuàng)建人機交互界面，具體包括數據收發(fā)、參數設置、進程控制、信息顯示等。電梯在投入運行過程中，組態(tài)軟件實時地監(jiān)控PLC工作狀況，確保界面顯示信息的準確性和有效性，也保證了控制命令能夠及時地被傳遞給PLC進行系統(tǒng)控制。

1.2 電梯控制系統(tǒng)運行原理

電梯工作主要存在兩種狀態(tài)，即運行和停止。PLC在電梯運行時利用軟硬件對電梯進行實時控制。由于信號輸入具有很大的隨機性，PLC程序需要被重復進行一遍遍的掃描以保證響應的及時性。當電梯或PLC接受到停止命令后，程序執(zhí)行即刻停止。

2 電梯PLC控制系統(tǒng)設計

2.1 電梯PLC控制要求

我們通過控制對象的要求如數字、模擬信號、聯網需要等以及I/O點數來選擇PLC。本系統(tǒng)應用于一個4層的電梯樓。

電梯開關門要實現自動控制。該功能設計包括了開門、關門動作及其時間設置，從電梯運行的一般需要考慮，我們將開門時間設置為5.5s，關門時間設置為5s。如果在5s內未收到關閉信號，電梯門將無法關閉，此時電梯重新執(zhí)行打開命令。電梯啟動加速、制動減速和自動停車應實現自動控制。當某層發(fā)出呼梯請求命令時，電梯加速，而當電梯即將到達目的層時，電梯減速，減速后執(zhí)行自動命令。電梯能夠在超載時報警并停止啟動。另外，電梯需配合消防繼電器進行消防運行管理。于電梯運行前必須做好檢查工作，若正在檢修，必須待檢修工作完成后方可投入運行。電梯選層遵循以下要求：各層乘客可以在電梯口通過按“上”或“下”按鈕發(fā)送乘梯請求。在電梯內部設置了4個樓層的指示開關按鈕S1、S2、S3、S4，按鈕分別配置4個指示燈L1、L2、L3、L4。4個行程開關分別為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。另外，電梯不會去執(zhí)行反方向的呼叫請求，即電梯上升時不會立即對下樓的請求進行響應，反之亦然。

2.2 PLC軟硬件設計

我們通過控制對象的要求如數字、模擬信號、聯網需要等以及I/O點數來選擇PLC。本系統(tǒng)應用于一個4層的電梯樓。硬件系統(tǒng)主要由電梯、PLC及變頻器組成。

I/O具體分配情況參見表1、表2所示：

根據表1和表2的內容可以獲取PLC接線圖，系統(tǒng)實現的功能描述如下：

首先，乘客按下呼叫請求按鈕，電梯啟動并到達目的層停下、響鈴、電梯門與轎廂門同時開啟，與此同時，計時器開始計時；乘客走進電梯，電梯未檢測超重；計時器計時到5.5s，期間，計時未被中斷（電梯紅外為探測到障礙物或沒有人按下延時按鈕等），電梯關閉；乘客按下想要去的樓層，電梯啟動，到達目的層，響鈴，開門，與此同時，計時器開始計時。計時器若未被中斷，計時到5.5s，則電梯關閉。電梯在啟動過程中，若收到同向的請求乘梯的信號則響應請求命令，到命令發(fā)出樓層停止；若收到反相請求信號，則暫時不響應，等到電梯反回來時，即同向時再響應，以最近為優(yōu)先。電梯門設置壓力和紅外傳感器，若關門時受到壓力或檢測到障礙物，則重新打開門計時5s后再關門。

由以上描述，可以看出PLC控制的流程圖具體如圖1所示：

圖1 電梯PLC控制流程示意圖

2.3 變頻調速設計

電梯的速度直接影響到乘客的舒適度。電梯的速度控制一直是電梯控制的一項重要工作，也是重難點所在。我們選擇西門子MM440交流變頻器對電梯的速度進行調控。我們首先在PLC寄存器中寫入理想的給定速度曲線，電梯在實際運行時，可以通過查表，找出理想曲線對應的速度數值，進行數模轉換，再將模擬信號輸入變頻器控制器頻率達到控制電梯速度的目的。西門子MM440交流變頻器具有如下特點：（1）將斜坡的上升和下降時間適當調長以減輕乘客啟動的沖擊感，提高變速的平滑度和乘坐的舒適度；（2）選擇工頻為快車頻率以提高系統(tǒng)工作效率，但適當降低其爬行頻率，以減輕電梯停止的失重感；（3）設定零速為0ft。

電梯是一個啟停頻率很高的設備，變頻調速設計的好壞決定了電梯的運行效率和舒適度。最佳狀態(tài)即所謂的“無速停車包閘”，指的是電梯能夠在平層的剎那速度剛好降至0。這要求降速信號有一定的準確性，按照距目標層距離的大小對速度曲線進行精準矯正。該設計采用了旋轉編碼器對電梯具體位置進行監(jiān)測，計算電梯行駛過的距離，配合加速點，進行控制命令的發(fā)送。

2.4 組態(tài)軟件設計

組態(tài)軟件主要用于現場數據采集和監(jiān)控，能夠方便地生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠實時采集現場數據，可通過數據報表、曲線、動畫等多種形式顯示采集結果，實現工況監(jiān)控、數據分析、故障報警等多種功能。MCGS是一款優(yōu)秀的組態(tài)軟件，其具有很強的實用性，能夠實時監(jiān)控電梯的運行情況，界面清晰易懂，畫面表現方式豐富。先進的數據采集功能和信息處理能力，網絡功能強大，報警功能完備，安全可靠，方便維護。支持很多硬件設備，可擴展性好，并行執(zhí)行多種任務，管理功能強大等。

該設計首先進行通訊設備的選擇，于MCGS組態(tài)軟件中添加FX2-80MRPLC并對其屬性進行了設置。通過對MCGS中數據設備通道連接的合理設定，便能夠成功將組態(tài)軟件和PLC連接起來。根據MCGS的實際需要，通過正確的驅動程序驅動PLC串口，讓計算機響應PLC。于軟件的操作界面上創(chuàng)建一個動畫界面。對不同控件屬性進行設定，模擬實際情況對控件進行控制，以檢測PLC的控制性能的實際工作效果。MCGS主要包括三個窗口，分別為主控窗口、用戶窗口及設備窗口，其可以對各種各樣對象進行組態(tài)調控，形成生動的界面，方便對信息的可視化

處理。

3 結語

PLC變頻控制系統(tǒng)能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性和電梯運行安全度，表現出體積小、操作方便、運行效果好、安全可靠等諸多優(yōu)點。該設計不僅實現了電梯的自動控制，還對電梯速度進行了準確的調控，顯著提高了乘坐人員的舒適度。MCGS和PLC能夠很好地配合起來對電梯的運行控制情況進行模擬和評價，具有重要的意義?？傊?，PLC由于其本身的諸多優(yōu)點，使其成為電梯系統(tǒng)控制的一個不錯的選擇。

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作者簡介：尹黎明（1985-），男，浙江紹興人，紹興市婦幼保健院工程師，研究方向：電梯、中央空調設備維修。

（責任編輯：周 瓊）