多層組合式電梯控制系統的關鍵技術淺析

摘要：多層組合式電梯控制系統模型采用PLC控制，其性能有很大改善，PLC可靠性高，程序設計靈活。以六層電梯控制系統的設計為例，該系統的硬件是由三相異步電動機、變頻器、傳感器、旋轉編碼器、觸摸屏、FPΣ（2臺）等組成。采用PC-LINK網絡實現了PLC的遠程控制。實現電梯的無級調速及準確定位。另外還設有內呼和外呼，樓層顯示等功能。

關鍵詞：PLC 觸摸屏 變頻器 PC-LINK網絡

一、引言

多層電梯控制系統的硬件是由三相異步電動機、變頻器、傳感器、旋轉編碼器、觸摸屏、FPΣ等組成。并采用PC-LINK網絡實現了PLC的遠程控制。該系統采用的是兩節六層（層數可擴展）。采用松下FPΣ型雙PLC，具有PC-LINK網絡控制的電梯模型。轎廂內選信號為觸摸屏軟開關信號。交流變頻調速，采用速度反饋作為閉環系統，實現電梯的無級調速及準確定位。另外還設有內呼和外呼，樓層顯示等功能。

二、電梯控制系統的發展

電梯是隨著高層建筑的興建而發展起來的一種工具。在現代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸工具。當今世界，電梯的使用量已成為衡量現代化程度的標志之一。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力，這才出現名副其實的電梯，并使電梯趨于實用化。經過多年的變革于1971年集成電路被應用于電梯。第二年又出現了數控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發展時期。

三、先進技術在電梯控制系統中的應用

電梯是高層建筑內部的重要設施之一。早期的電梯控制裝置由繼電器接觸控制邏輯電路組成，存在功能弱、故障多、壽命短等缺點。目前，已經采用PLC來控制電梯，其性能有很大改善。在硬件上，對元器件進行嚴格篩選和優化，采用了電源的多級濾波和穩壓措施、電磁屏蔽，輸入輸出濾波、光電隔離及通道間絕緣，輸入電源與輸出電源均可獨立，還設置了連鎖、檢測與診斷電路；在結構上，采用密封防塵抗震的內部結構、外部封裝，充分適應電梯防塵抗震的實際應用環境；在軟件上，采用循環掃描工作方式、程序語法檢查、故障檢測與診斷及出錯后報警、保護數據、封鎖輸出及自動恢復等措施。所有的特殊設計使PLC的平均無故障時間達到了5-10萬小時，適合于電梯的實際應用環境。

觸摸屏在我國的應用范圍非常廣泛，它以其易于使用、堅固耐用、反映速度快、節省空間等優點，使得設計人員越來越多的感受到使用觸摸屏的確有相當大的優越性。

四、研究線路與關鍵技術

電梯的控制普遍采用了三種方式：一是采用繼電器接觸控制邏輯電路，存在功能弱、故障多、壽命短等缺點，現已趨于被淘汰；二是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和運行功能；第三種控制方式選用可編程控制器PLC取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，后兩者沒有太大的區別，但一般選擇可編程控制方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置的成本高；而PLC可靠性高，程序設計靈活。這次設計選擇可編程控制器作為電梯運行時信號的采集、判別和控制，即將可編程控制器作為下位機，進行實際的控制；而選擇微型計算機作為上位機，來進行電梯運行的實時監控和人機的交互界面。

六層電梯實際模型控制系統的硬件是由三相異步電動機、變頻器、傳感器、旋轉編碼器、觸摸屏、FPΣ（2臺）等組成。采用PC-LINK網絡實現了PLC的遠程控制。

PC-LINK網是松下電工FPΣ系列PLC網絡的子網，為工業局域網，采用光纜或雙絞電纜通信。其網絡體結構分三層結構，其中物理層和數據鏈路層面向通信，應用層面向用戶，向用戶提供服務。其通信原理是串行。通信中的共享存儲器通信，相當于在網上的各站的通信單元內都劃出一塊存儲區，這些存儲區在各站均占據相同的地址編號空間。把每個這樣的存儲區都構造成信箱。若網上有n個站，則每個信箱分為n格，其中1個格作為自己的發送分箱，其它（n-1）格作為（n-1）個接收分箱，與其它（n-1）個站一一對應。如果PC-LINK的物理層和數據鏈路層提供網絡通信，能夠把每個站發送分箱的數據復制到其它（n-1）個站與其對應的接收分箱中去，則每個站只要訪問自己的通信單元中的這個信箱就可以獲得全網的通信數據。顯然這個信箱便成為全網共享的存儲器。這個共享存儲器稱為LINK 區， LINK區共享通信方式只適用于PLC與PLC之間的通信，這種通信方式速度快，使用方便。

觸摸屏由液晶板和觸摸板組成，也叫可編程智能操作面板（GT10）。在屏上可以顯示各種畫面和文字等（點陣顯示）只需按面板即可完成開關操作或輸入數據。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。在六層電梯中就是利用了開關畫面完成開關操作，使電梯實現樓層內選呼梯、轎廂門的開關操作。

六層電梯模型的變頻調速部分，采用松下FPΣ、VF0小型變頻器和歐姆龍的旋轉碼盤組成高速記數單元。變頻器通過編程控制電梯，變頻電機的運行何時啟動換速以及電機的轉向是由PLC根據電梯呼梯、減速等信號做出決定，發出控制信號給變頻器，變頻按理想的速度曲線控制電梯的運行。傳統變頻器控制頻率一般采用模擬信號控制，這樣控制系統需要D/A轉換而增加成本，VF0變頻器保留原有的模擬控制還增加PWM信號進行控制。PLC的輸出端可以直接控制變頻器的啟動、停止、多段速度運行等，它可以將變頻器的運行狀況從PLC輸送上位計算機，以便對生產過程進行集中控制。

參考文獻：

[1]郭宗仁等，可編程控制器應用系統設計及通信網絡技術，人民郵電出版社，2002

[2]姜敏，基于PLC的串口通信技術對電梯模型遠程監控，測控自動化，2004，4

[3]李全利. PC-Link網絡在電梯控制系統中的應用[M]. 天津職業技術師范報，2002，12(3)

[4]常斗南.可編程序控制器原理、應用、實驗[M].北京:機械工業出版社，2002.

[5]張漢杰.現代電梯控制技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1996.