基于PLC的防止空運(yùn)行智能電梯設(shè)計

何斌鋒，張 璐，林樹剛，李 鑫，王業(yè)旭

(1. 西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，陜西西安，710065；2. 深圳市聚飛光電股份有限公司，廣東深圳，518111)

基于PLC的防止空運(yùn)行智能電梯設(shè)計

何斌鋒1，張 璐1，林樹剛1，李 鑫1，王業(yè)旭2

(1. 西安文理學(xué)院機(jī)械與材料工程學(xué)院，陜西西安，710065；2. 深圳市聚飛光電股份有限公司，廣東深圳，518111)

防止空運(yùn)行智能電梯主要應(yīng)用于垂直電梯領(lǐng)域，防止人為誤操作或惡作劇操作電梯后離開導(dǎo)致電梯空運(yùn)行，提高了電梯運(yùn)行效率，節(jié)約了大量電力資源。該系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為控制核心，由壓力檢測模塊、電機(jī)控制模塊和平層控制模塊組成。通過對系統(tǒng)的硬件搭建和軟件調(diào)試及運(yùn)行，證明該智能電梯系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)并能穩(wěn)定運(yùn)行。

PLC；單片機(jī)；防止空運(yùn)行；電梯

0 引言

防止空運(yùn)行智能電梯是垂直電梯[1]的一大改進(jìn)。壓力檢測模塊是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，決定了電梯能否實(shí)現(xiàn)防止空運(yùn)行。現(xiàn)在市場上所使用傳統(tǒng)電梯，都存在電梯內(nèi)部呼叫按鈕操作后人離開，而造成電梯在無負(fù)載情況下空運(yùn)行，導(dǎo)致電梯運(yùn)行效率低同時浪費(fèi)大量電力資源。相比之下，防止空運(yùn)行電梯可以在電梯內(nèi)部呼叫按鈕操作后人離開，相應(yīng)的呼叫信號失效，電梯不再運(yùn)行。轎廂外可以顯示轎廂內(nèi)負(fù)載大小，使電梯更加智能化，更加高效節(jié)能的運(yùn)行。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計[1]中共用到PLC控制模塊、壓力傳感器、電機(jī)、行程開關(guān)。其中PLC控制模塊是整個裝置的控制核心部分。通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)[7]實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的升降。壓力傳感器安裝在轎廂底部，用來檢測電梯轎廂負(fù)載情況，通過壓力傳感器預(yù)先設(shè)置好的負(fù)載上限值和下限值來判斷電梯負(fù)載是否滿足運(yùn)行要求。當(dāng)電梯負(fù)載小于下限值時，即使電梯內(nèi)部操作呼叫發(fā)出后，電梯也不會運(yùn)行，達(dá)到防止電梯空運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，負(fù)載大于上限值時電梯不運(yùn)行，同時發(fā)出超重報警。為了滿足以上控制要求，設(shè)計防止空運(yùn)行智能電梯結(jié)構(gòu)圖如1圖所示。

2 硬件設(shè)計

防止空運(yùn)行智能電梯以PLC作為控制核心，電梯運(yùn)行包括電機(jī)控制模塊和平層控制模塊，通過轎廂內(nèi)部及外部呼叫按鈕將呼叫信號輸入給PLC處理以控制電梯運(yùn)行，當(dāng)行程開關(guān)檢測到電梯運(yùn)行至呼叫樓層后停止運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)防止電梯空運(yùn)行，該系統(tǒng)使用壓力傳感器模塊進(jìn)行負(fù)載檢測。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1 防止空運(yùn)行智能電梯結(jié)構(gòu)圖

圖2 電梯硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.1 壓力檢測模塊

壓力檢測模塊使用壓力傳感器[2]來檢測轎廂內(nèi)負(fù)載大小。壓力傳感器是將應(yīng)變片粘貼到受力的壓敏型彈性元件上，當(dāng)彈性元件受力產(chǎn)生變形時，應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，轉(zhuǎn)化成電阻變化。應(yīng)變片搭接的電橋電路與A/D轉(zhuǎn)換器XH711芯片接線如圖3所示。

圖3 電橋電路與A/D轉(zhuǎn)換器XH711芯片接線圖

壓力引起的電阻變化轉(zhuǎn)換為電路的電壓變化，通過測量輸出電壓的數(shù)值，再進(jìn)行換算即可得到傳感器所受壓力值。當(dāng) 4個應(yīng)變片的材料、阻值都相同，可推導(dǎo)出以下公式：

由于傳感器輸出壓差在0—20mv之間，不易采集處理，因此使用HX711芯片作為電壓信號采集芯片。HX711芯片是一款高精度的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該芯片電路原理如圖4所示。

圖4 HX711芯片原理圖

2.2 樓層呼叫模塊

樓層呼叫模塊用于各樓層呼叫信號的發(fā)出以及呼叫信號指示，該模塊電路圖如圖5所示。

圖5 樓層呼叫模塊電路原理圖

該電路與PLC接入相同的公共端GND，PLC輸入口為低信號有效，因此按鈕開關(guān)接通后，PLC輸入口有呼叫信號輸入，PLC接收到呼叫信號并處理后輸出控制信號，控制繼電器實(shí)現(xiàn)電機(jī)正

反轉(zhuǎn)進(jìn)行工作，同時呼叫指示燈點(diǎn)亮提示。

3 軟件設(shè)計

采用三菱公司為FX2N-48MR系列PLC開發(fā)的GX Developer作為編程軟件[4]進(jìn)行編程設(shè)計。首先根據(jù)控制要求對各個模塊進(jìn)行編程并單獨(dú)測試，分析修整后進(jìn)行整合調(diào)整，并不斷進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化最終形成完整的軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖

電梯轎廂內(nèi)部呼操作后，壓力檢測模塊檢測轎廂負(fù)載在允許范圍內(nèi)則正常運(yùn)行。人為誤操作或惡作劇操作后離開電梯，則壓力傳感器檢測負(fù)載小于所設(shè)定下限值（20kg）時該呼叫信號無效，電梯不運(yùn)行。當(dāng)壓力傳感器檢測轎廂負(fù)載大于所設(shè)上限值（1800kg）時電梯不運(yùn)行，同時超重報警。壓力檢測模塊可根據(jù)電梯工作負(fù)載情況進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)上、下限值。

4 調(diào)試運(yùn)行

經(jīng)過硬件及軟件設(shè)計，搭建防止空運(yùn)行智能電梯模型進(jìn)行調(diào)試模擬運(yùn)行，調(diào)試模擬運(yùn)行如圖7所示。

圖7 運(yùn)行調(diào)試過程

通過對防止空運(yùn)行智能電梯系統(tǒng)各個模塊的調(diào)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了防止電梯空運(yùn)行，同時還可以顯示轎廂內(nèi)負(fù)載情況，使電梯運(yùn)行實(shí)現(xiàn)電梯智能化、人性化。

5 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下設(shè)計要求：（1）當(dāng)電梯轎廂負(fù)載小于設(shè)定下限值時，即使轎廂內(nèi)部有呼叫信號，電梯也不運(yùn)行，能夠有效防止電梯空運(yùn)行。

（2）當(dāng)電梯轎廂負(fù)載大于設(shè)定上限值時，電梯不運(yùn)行，同時超重報警。

該設(shè)計提高了電梯的運(yùn)行效率，延長了電梯的使用壽命，在提高電梯運(yùn)行效率同時節(jié)約了大量電力資源，使電梯運(yùn)行更加高效節(jié)能，因此該系統(tǒng)具有很高的使用價值和更好的市場前景。

[1] 王志強(qiáng). 最新電梯原理、使用與維護(hù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.06.

[2] 單成祥．傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1999.8．

[3] 王阿根．電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2007．

[4] 彭小平．電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（三菱）[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．

[5] 譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[6] 郭天祥．新概念51單片機(jī)C[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009．

[7] 馮曉，劉仲．電機(jī)與電氣控制[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

Design Of Prevent Dry Running Intelligent Elevator Based on PLC

He Binfeng1, Zhang Lu1, Lin Shugang1, Li Xin1，Wang Yexu2
(1.Department of Mechanical and Materials Engineering，Xi’an University, Xi’an Shaanxi, 710065; 2.SHENZHEN JUFEI OPTOELECTRONICS CO.,LTD.,Shenzhen Guangdong,518111)

Prevent Dry Running Intelligent Elevator is a system mainly used in the elevator. The system is used to prevent the misoperation which improved the operation efficiency of the elevator and save great deal of electricity resources. As the control core, the Programmable Logic Controller (PLC) was used in the system, and the system was consist of some modules, such as pressure detection module, motor control module and leveling switch control module. The hardware and software were built and debugged, and the computational results show that the intelligent system could steady operation, and the designing satisfying the prospective requirement.

PLC; Chip microcomputer; Prevent dry running; Elevator