基于PLC的電梯控制系統(tǒng)研究

張國(guó)旭 王振輝

摘 要：隨著電梯行業(yè)的發(fā)展，市面上的電梯性能較傳統(tǒng)電梯有了較大改變。傳統(tǒng)的繼電器電梯穩(wěn)定性不高，靈活性不強(qiáng)，且觸點(diǎn)多，不易后期維護(hù)。而用PLC控制取代繼電器控制，不僅提高了電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，且易于實(shí)現(xiàn)可編程控制，節(jié)約生產(chǎn)成本，使用方便。

關(guān)鍵詞：電梯系統(tǒng)；繼電器；PLC

中圖分類(lèi)號(hào)：TM922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）07-0035-02

Research on Elevator Control System Based on PLC

ZHANG Guoxu WANG Zhenhui

（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222）

Abstract： With the development of the elevator industry， the performance of the elevator on the market has been greatly changed than that of the traditional elevator. The traditional relay elevator is not stable， the flexibility is not strong， and the contact is many， it is not easy to maintain in the later period. Instead of relay control， PLC control not only improves the stability and reliability of elevator operation， but also realizes programmable control easily， saves production cost and is easy to use.

Keywords： elevator system；relay；PLC

1 研究背景

隨著電梯的普及與發(fā)展，其在性能上和功能上有了較大提升。對(duì)于電梯設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，電梯系統(tǒng)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化，因?yàn)殡娞菹到y(tǒng)功能越復(fù)雜，其故障率越高，會(huì)給后期維修維護(hù)帶來(lái)較大麻煩。我國(guó)諸多建筑大多采用進(jìn)口電梯，但這些國(guó)外電梯品牌也并非完美。國(guó)外電梯在中國(guó)建筑中雖然占據(jù)著較大市場(chǎng)，但設(shè)備故障仍是我們面臨的技術(shù)難關(guān)。

電梯系統(tǒng)的性能直接影響電梯質(zhì)量，也關(guān)系著日后維修及維護(hù)成本。因此，要大力研發(fā)電梯控制系統(tǒng)，改善電梯系統(tǒng)控制方式，以大大提高電梯的運(yùn)行質(zhì)量。由PLC控制的電梯系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)繼電器故障率高、機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路復(fù)雜等缺陷，而且使PLC自身的優(yōu)越性能實(shí)現(xiàn)最大化：PLC的處理速度極快、可靠性高及機(jī)械性能相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單等[1]。

基于PLC控制的電梯系統(tǒng)，其性能遠(yuǎn)比老式電梯的控制系統(tǒng)穩(wěn)定，成為現(xiàn)代電梯行業(yè)發(fā)展的主流。

2 基于PLC控制的電梯系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.1 電梯變頻系統(tǒng)

電梯控制系統(tǒng)由轎廂操縱盤(pán)、變頻器、PLC、廳門(mén)信號(hào)和調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，具體如圖1所示。

圖1中，變頻器只負(fù)責(zé)調(diào)速，而整個(gè)過(guò)程的邏輯控制由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC接受來(lái)自外部的控制信號(hào)，如開(kāi)關(guān)門(mén)、上升下降和起停位置。PLC將處理好的信號(hào)發(fā)送給變頻器，由變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，完成最終的起停，并實(shí)現(xiàn)每個(gè)階段的轉(zhuǎn)速變化。在該過(guò)程中，并不是單向的順序控制，而是將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)及參數(shù)作為輸入信號(hào)反饋給PLC，PLC對(duì)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，這樣就形成了速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制[2]。

2.2 信號(hào)控制系統(tǒng)

電梯信號(hào)控制也是由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電梯控制系統(tǒng)如圖2所示。

輸入到PLC的控制信號(hào)有：開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)、選層信號(hào)、安全保護(hù)信號(hào)、運(yùn)行控制信號(hào)、運(yùn)行方式選擇和門(mén)區(qū)或平層信號(hào)等。

3 基于PLC控制的電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)

電梯在運(yùn)行過(guò)程中，其行程是隨機(jī)的。每個(gè)乘客在乘坐電梯時(shí)會(huì)有不同的需求，這就使得電梯轎廂在哪停、運(yùn)行行程如何都是隨機(jī)的，因此電梯的控制系統(tǒng)也應(yīng)用隨機(jī)邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，電梯轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定的，計(jì)數(shù)器每接到一次脈沖信號(hào)，其計(jì)數(shù)值便累計(jì)一次。根據(jù)計(jì)數(shù)器的實(shí)際脈沖數(shù)，計(jì)算出電梯轎廂的位置。

3.2 軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.2.1 采用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。在電梯控制系統(tǒng)編程過(guò)程中，應(yīng)該考慮實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的四種情況，方向向上會(huì)有多個(gè)指令請(qǐng)求，要按照最優(yōu)先級(jí)和次優(yōu)先級(jí)依次排列；方向向下時(shí)也是如此，故設(shè)四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.2 采用先進(jìn)先出隊(duì)列。電梯運(yùn)行過(guò)程中，把按下的按鈕稱(chēng)為待運(yùn)行單元，其開(kāi)關(guān)數(shù)字量為“1”，相反，沒(méi)有被按下的樓層代碼，規(guī)定其開(kāi)關(guān)數(shù)字為“0”，按照先進(jìn)先出的原則，把方向相同、優(yōu)先級(jí)相同的待運(yùn)行單元送入寄存器隊(duì)列。

3.2.3 采用隨機(jī)邏輯控制。電梯運(yùn)行過(guò)程中，轎廂運(yùn)行到每一樓層的減速帶時(shí)，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進(jìn)行比較，若寄存器脈沖數(shù)與比較寄存器中的數(shù)值相同，則執(zhí)行停車(chē)功能，即相應(yīng)樓層有停車(chē)需求，電梯執(zhí)行?？棵?。若脈沖數(shù)與比較寄存器比較后，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值并不相同，這時(shí)執(zhí)行繼續(xù)保持原狀態(tài)運(yùn)行。

3.2.4 對(duì)變頻器的控制。在電梯運(yùn)行過(guò)程中，PLC會(huì)根據(jù)乘客的需求實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制功能，其信號(hào)直接傳遞給變頻器，在變頻器的轉(zhuǎn)化和驅(qū)動(dòng)作用下，負(fù)載電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)（如啟動(dòng)、加速、減速、停車(chē)、反向等）[3]。

4 電梯功能的實(shí)驗(yàn)仿真

①模擬電梯由一層到三層，按下開(kāi)關(guān)SB3、SB4，此時(shí)發(fā)光二極管L3、L5、L6亮，電梯從基站（一層）向上運(yùn)行；經(jīng)過(guò)2s后L3滅，1秒后L2亮2s，達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間值時(shí)（仿真接近三層減速點(diǎn)時(shí)），開(kāi)始減速，直到達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間值時(shí)，L6燈滅，2s后上升指示燈L5滅，電梯處于待運(yùn)行狀態(tài)。仿真結(jié)果如圖3所示。

②為仿真選層功能，同時(shí)按下SB3、SB4、SB5，L3、L5、L6、L7燈亮。經(jīng)過(guò)2s后L3滅，1秒后電梯到達(dá)二層，二樓指示燈L2亮2s，L7滅，同時(shí)模擬電梯開(kāi)、關(guān)門(mén)指令，8s后開(kāi)始加速運(yùn)轉(zhuǎn)，直到4s后到達(dá)三層，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，L6燈滅，2s后L1、L5燈滅，電梯處于待運(yùn)行狀態(tài)。仿真結(jié)果如圖4所示。

③仿真都功能，若10s后無(wú)操作，電梯自動(dòng)回到一層。

5 結(jié)語(yǔ)

基于PLC控制的電梯調(diào)速系統(tǒng)，其穩(wěn)定性更高，且在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)硬件設(shè)備技術(shù)要求不高，只需要針對(duì)不同的客戶(hù)需求，改變PLC控制程序即可實(shí)現(xiàn)，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，且后期維護(hù)方便。同時(shí)，PLC程序也具有復(fù)用性，在規(guī)模生產(chǎn)中，減少了程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]石超坤，韓強(qiáng).PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].電子技術(shù)，2015（2）：177-178.

[2]任艷，王運(yùn)江.基于PLC電梯控制系統(tǒng)變頻調(diào)速的研究探索[J].電子世界，2016（5）：115-155.

[3]陳元勇.PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008.