PLC技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

景群

（南陽工業(yè)學(xué)校，河南南陽 473035）

1 引言

PLC 的中文全稱為可編程邏輯控制器，由于PLC 應(yīng)用十分普遍，其已在當(dāng)前的制造業(yè)和日常生活領(lǐng)域中獲得了廣泛的使用，同時(shí)，PLC 還具有使用方便、性能穩(wěn)定、系統(tǒng)的研制周期較短、維修十分簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文將PLC 技術(shù)應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)。

2 PLC 技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC 的組成結(jié)構(gòu)

PLC 的組成結(jié)構(gòu)主要包括以下部分：

①中央處理單元。中央處理單元（CPU）主要負(fù)責(zé)邏輯算法和數(shù)學(xué)計(jì)算結(jié)果，并協(xié)調(diào)整個(gè)控制器的工作。

②存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器一般用來存儲(chǔ)系統(tǒng)的編程程序，以及控制執(zhí)行程序、用戶程序、過程變量之間的程序設(shè)計(jì)邏輯和算法等各種信號(hào)。

③電力供應(yīng)。PLC 的供電方式包括系統(tǒng)電源、備用供電和內(nèi)存供電。其電源的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可高效地為電梯系統(tǒng)提供強(qiáng)勁的供電保障。

④出口/入口單元。入口單元用來對(duì)輸入輸出信息加以分離、篩選和電平變換。出口單元?jiǎng)t用來擴(kuò)大PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，通過變換電平來直接驅(qū)動(dòng)監(jiān)控對(duì)象。輸入輸出單元外部接口是通過PLC 獲得控制器現(xiàn)場(chǎng)信息的主要輸入輸出通路。輸入輸出連接電路部分主要由濾波電路、點(diǎn)分離集成電路和控制輸入內(nèi)部電路等構(gòu)成?？删庉嬁刂婆_(tái)的硬件設(shè)備更加完善，從而有效優(yōu)化了各控制器的相互操作?？删幊炭刂破髋c電梯控制系統(tǒng)的商業(yè)應(yīng)用也有著較為廣闊的前景，主要體現(xiàn)為可編程控制器和電梯系統(tǒng)之間的靈活組合，廣大使用者重點(diǎn)關(guān)心的是使用可編制控制器完成對(duì)對(duì)象控制的任務(wù)，要求控制任務(wù)為用戶必需和有價(jià)值的內(nèi)容，而可編程控制器的最主要功用是硬件布線與控制器編程。

如圖1所示，有關(guān)電梯上升或向下的信息通過面板傳送給PLC 控制器，電梯的層數(shù)則由多個(gè)感應(yīng)器發(fā)送到控制器，控制器可以利用感應(yīng)層數(shù)來調(diào)整電梯。同時(shí)，電梯相關(guān)的電器、轎廂開關(guān)等也由PLC 控制器控制并進(jìn)行運(yùn)算。在圖1中由發(fā)光二極管所代表的記憶式照明電路就是用于指示地板的方向。樓層電梯的整個(gè)工作流程就是在PLC 控制器的監(jiān)控下進(jìn)行的。關(guān)于可編程控制器的規(guī)劃工作有很多種系統(tǒng)規(guī)劃方式：線性規(guī)劃和結(jié)構(gòu)規(guī)劃。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的可控體系來說，線性規(guī)劃的應(yīng)用較為簡(jiǎn)潔和方便。對(duì)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)來說，如果采用了線性規(guī)劃方式，就可能很難進(jìn)行控制任務(wù)的程序設(shè)計(jì)，反之，通過結(jié)構(gòu)規(guī)劃便很容易完成編程任務(wù)。因此，線性規(guī)劃與結(jié)構(gòu)規(guī)劃在系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中是選擇性應(yīng)用的。

圖1 PLC 電梯控制電路

想要有效探索PLC 和電梯控制器之間的高效融合方式，相關(guān)人員不但要了解PLC 的使用效率，而且要全面掌握電梯控制器的類型。因?yàn)殡娞菘刂破鞯挠行н\(yùn)用主要是基于PLC的程序設(shè)計(jì)，針對(duì)PLC 的線性編程和結(jié)構(gòu)編程的有效使用也是十分關(guān)鍵的。電梯系統(tǒng)和樓層空間的復(fù)雜性直接決定了PLC 和電梯控制器的工作效率，并充分體現(xiàn)了PLC 和電梯控制器發(fā)揮的有效管控作用。但使用較為復(fù)雜的程序，與較為簡(jiǎn)潔的程序產(chǎn)生的效果是否一致，在何種樓層空間上應(yīng)用，必須進(jìn)一步探討和深入研究。

2.2 系統(tǒng)工作流程

電梯控制系統(tǒng)的流程如圖2所示。本文中所設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)的基本工作機(jī)理包括：①初始時(shí)間，電梯位于第一層，電梯接收每個(gè)呼叫按鍵發(fā)送的信息，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。②當(dāng)電梯停在任何一層（如四層）時(shí)，按下該層的上呼按鍵或下呼按鍵，電梯發(fā)送開門信息，電梯開門直至開門行程控制器啟動(dòng)，延時(shí)10 s 后關(guān)門。門允許自動(dòng)開啟和閉鎖。假如電梯轎廂不在四層，則在電梯轎廂行駛到該層后進(jìn)行上述指令。③當(dāng)按下內(nèi)層呼叫按鍵時(shí)，相應(yīng)的呼叫燈將點(diǎn)亮，直到電梯轎廂確定樓層，轎廂行駛到該樓層，并且內(nèi)層呼叫燈將熄滅。④電梯系統(tǒng)的每一層，在井道內(nèi)均有一個(gè)行程控制器。當(dāng)電梯轎廂觸碰到樓層的行程開關(guān)時(shí)，表示電梯已到達(dá)樓層。⑤當(dāng)電梯轎廂到達(dá)某一樓層時(shí)，電梯控制器不但能夠完成自動(dòng)開/關(guān)功能，還能夠完成手動(dòng)開/閉功能。為確保電梯的安全性，電梯在工作過程中不得開啟/關(guān)閉，即具有自鎖功能。⑥當(dāng)電梯轎廂行駛至下一個(gè)樓層時(shí)，該層相應(yīng)的樓層位置燈點(diǎn)亮。在響應(yīng)下一級(jí)之前，該樓層的指示牌熄滅，下一級(jí)的指明燈再亮。⑦電梯轎廂中設(shè)置了一個(gè)應(yīng)急呼叫按鍵。一旦電梯出現(xiàn)異常，乘員即可按下按鈕?？刂浦行脑诮拥綉?yīng)急指令后，便可立即對(duì)電梯實(shí)施故障排查，并關(guān)掉應(yīng)急燈。

圖2 電梯控制系統(tǒng)流程圖

3 PLC 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)整體硬件

交流雙速電梯控制系統(tǒng)在應(yīng)用方法和結(jié)構(gòu)組成上與上文論述基本一致，主要分為電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)、引導(dǎo)管理系統(tǒng)、門管理系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全性防護(hù)體系和重量均衡控制等。以五層電梯為例，利用西門子可編程控制器實(shí)現(xiàn)交流雙速集選從而控制電梯，根據(jù)I/O 點(diǎn)數(shù)和輸入、輸出類型，考慮到I/O 個(gè)數(shù)之間應(yīng)該保持一定的余量，因此，選用了目前常見的西門子315-2DP 可編程控制器（共80 個(gè)出口和輸入點(diǎn)數(shù)）。由于是交流雙速電梯需要保留原線路中主回路接觸器和門機(jī)繼電器，考慮安全設(shè)計(jì)需要，控制部分保留安全回路繼電器（急停繼電器）和門鎖繼電器。對(duì)于五層五站集選控制電梯來說，根據(jù)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的數(shù)量，經(jīng)初步測(cè)算，輸入點(diǎn)數(shù)為35，輸出點(diǎn)數(shù)為32，而輸入與輸出的信息均為數(shù)字信號(hào)，輸出方式是電壓為220 V 交流、110 V 直流和24 V 直流。

3.2 PLC 控制軟件的設(shè)計(jì)原則

電梯控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是PLC 的編程功能。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，編程控制程序應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以下設(shè)計(jì)原則：第一，確保編程功能的完備，同時(shí)，充分考慮能夠影響電梯正常高效工作的各種因素。第二，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量簡(jiǎn)化，并保持其適應(yīng)性，即在特定情形下，該編程可以及時(shí)改變。為適應(yīng)新情形的出現(xiàn)，要充分利用新編程控制進(jìn)度中的各優(yōu)先級(jí)命令，以減少掃描時(shí)間，并通過模塊化設(shè)計(jì)，以保證電梯的精確度。第三，對(duì)新編程中出現(xiàn)的邏輯關(guān)系有更為清晰的判斷。

3.3 電梯運(yùn)行控制指令

樓層控制線的主要用途是指定當(dāng)前樓層方位以及電梯轎廂的方位等。在本文中，樓層信息可以利用放置在各樓層井道中的傳感器以及放置在轎廂頂上的磁選機(jī)實(shí)現(xiàn)傳輸。電梯的啟動(dòng)與閉鎖動(dòng)作電路是根據(jù)雙門是否由乘員操作而設(shè)定的，主要分為在無人狀況下的自動(dòng)延時(shí)閉鎖、基地站臺(tái)外啟動(dòng)時(shí)的打開與閉鎖、無人狀況下的本樓層啟動(dòng)、當(dāng)電梯達(dá)到目的樓層時(shí)的自動(dòng)打開與手動(dòng)閉鎖。

4 PLC 的技術(shù)安全保障

為實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的正常使用，就必須做好PLC 的技術(shù)安全保障。PLC 的技術(shù)安全保障中核心工作就是對(duì)控制設(shè)備的硬件布線與編程，以確保電梯控制設(shè)備的正常使用，并在無特殊電源設(shè)備供應(yīng)的狀況下工作。可編程控制設(shè)備的電源必須具備記憶功用，開關(guān)電源中包含可編程控制存儲(chǔ)器，其分為系統(tǒng)內(nèi)部供電與儲(chǔ)備供電兩種形式。記憶電源有效地保護(hù)了意外情況下對(duì)控制系統(tǒng)的記憶，不會(huì)因?yàn)楹?jiǎn)單的斷電而停止系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)外的記憶?？删幊炭刂破鞯闹匾饔镁褪悄軌蚓幊蹋瑹o論是線性編程還是結(jié)構(gòu)化編程，都能將復(fù)雜的控制系統(tǒng)分為多個(gè)簡(jiǎn)單的控制任務(wù)進(jìn)程分工合作，同時(shí)，可以進(jìn)行各種分類任務(wù)的編程和調(diào)試，這種工作方式非常高效，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

5 PLC 電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

PLC 在易用性方面具有其優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，安全性和抗干擾能力較強(qiáng)，使用光斑隔離，有效分離了內(nèi)部電路和外圍電路，并選用了性能優(yōu)異的電源管理系統(tǒng)，具備完善的自動(dòng)切斷功能。與傳統(tǒng)電梯控制器比較，PLC 控制器的模塊化結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單的組成以及強(qiáng)勁的驅(qū)動(dòng)能力，使其具有巨大的優(yōu)越性。

6 PLC 電梯控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

6.1 現(xiàn)狀

PLC 最大的缺陷是結(jié)構(gòu)比較封閉，與各廠家硬件設(shè)備不相容，程序設(shè)計(jì)語言和指令系統(tǒng)也有所不同，自動(dòng)控制的安全性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性都不夠完善。同時(shí)，PLC 內(nèi)部配備監(jiān)控定制器，可以監(jiān)測(cè)每個(gè)掃描周期是否達(dá)到規(guī)定時(shí)限。一旦達(dá)到規(guī)定時(shí)限，可編程控制器就將終止工作，以防止因PLC 內(nèi)部故障而引起程序崩潰。通過可編程控制器和電梯管理系統(tǒng)的有效融合，可以充分地將電梯的安全置于首位，二者的有機(jī)融合達(dá)到了良好狀態(tài)。

6.2 發(fā)展前景

PLC 與電梯管理系統(tǒng)的應(yīng)用與研究需要工程人員、技術(shù)人員、研究人員、資金投資方等群體的努力與配合，這對(duì)于各個(gè)階段的工作、投資都是十分重要的。在未來推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的情形下，相關(guān)人員需要更高效地整合科研人員在可編程控制器研究方面的力量，高效地整合各類設(shè)備，高效地優(yōu)化電梯管理系統(tǒng)，有效發(fā)揮電梯管理系統(tǒng)的功能，為人類社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造巨大效益與作出突出貢獻(xiàn)。

PLC 和電梯控制器的有效組合是十分合理和可行的。PLC 的最主要功用是合理地運(yùn)用靈活編程的成果，為電梯管理系統(tǒng)服務(wù)。PLC 的功能將在電梯控制系統(tǒng)的功能完善中發(fā)揮重要作用，這種工作模式，是二者的有機(jī)組合?？刂葡到y(tǒng)在擴(kuò)展、內(nèi)容和硬件方面存在很大差異，控制器的程序也不同于低端和高級(jí)控制器的程序。在實(shí)際工作中，只有充分考慮硬件的功能，充分彰顯硬件與軟件的優(yōu)勢(shì)，充分結(jié)合編程和控制系統(tǒng)，才能更好地發(fā)揮其重要作用。

7 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代電梯控制系統(tǒng)中，PLC 技術(shù)是一項(xiàng)最常用的控制技術(shù)手段，它能夠提高控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和抗干擾性能。同時(shí)，PLC 技術(shù)是提高現(xiàn)代電梯管理技術(shù)水平的關(guān)鍵技術(shù)。所以，工程技術(shù)人員必須進(jìn)一步提高對(duì)PLC 技術(shù)的重視程度與運(yùn)用水平，全面掌握PLC 核心技術(shù)的要點(diǎn)，不斷完善技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，為電梯控制系統(tǒng)的全面完善指明方向。在完善與PLC 技術(shù)有關(guān)的生產(chǎn)鏈時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)必須完整齊全，還需要解決人才儲(chǔ)備等問題。因此，相關(guān)人員應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷發(fā)掘問題、積累經(jīng)驗(yàn)，逐步完善PLC 控制系統(tǒng)的功能，逐步優(yōu)化PLC 技術(shù)和電梯控制器的應(yīng)用，為PLC 技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。