電梯曳引機實驗臺控制系統的設計*

羅 飛，曾齊高，閆莉麗

（1.深圳技師學院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業技術學校，廣東深圳 518172）

電梯曳引機實驗臺控制系統的設計*

羅 飛1，曾齊高2，閆莉麗1

（1.深圳技師學院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業技術學校，廣東深圳 518172）

運用組態王和PLC技術，設計了電梯曳引機實驗控制系統。系統具有運行參數設定、手動運行和自動運行的功能，能調整電梯運行過程中的直流制動時間、運行時間、平層時間和停梯時間，模擬實際電梯的運行，并能對各個運行繼電器及運行狀態進行監控。

電梯曳引機；控制系統；組態王；PLC；設計

0 前言

近年來，隨著國民經濟的快速發展，電梯已成為人民日常生活中必不可少的交通工具，電梯的安全也日益受到社會越來越多的關注。曳引機作為電梯運行的主機，其運行對電梯的安全運行起著至關重要的作用[1]。電梯曳引機實驗是電梯運行實驗的重要組成部分，不但需要控制曳引機的啟動、停止和運行方向，還需要實現多種速度的控制，并針對不同曳引機、不同工況調整相關參數，如直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間等。

本文根據電梯實驗運行和模擬電梯實際運行的要求，運用PC電腦、組態王、PLC、變頻器和繼電器設計電梯曳引機控制系統。該系統不但能實現多種速度，模擬實際電梯運行；還能進行可視化操作，監控電梯曳引機的運行，界面友好、操作方便。

1 電梯曳引機實驗系統的基本情況

1.1 控制系統的基本要求

電梯曳引機實驗系統不僅要模擬實際電梯運行過程，還需要按照電梯實驗的要求，對電梯的控制進行優化，要求如下：

（1）可實現電梯的啟動、停止和運行方向的改變；

（2）可實現對電梯運行部件的監控，如抱閘（制動器）、變頻器、電動機和各個繼電器的監控；

（3）可實現對電梯運行參數的調整，如直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間的設置和監控；

（4）可設置電梯運行的樓層和次數，通過此模擬實際電梯的運行；

（5）可設置電梯的運行方式，包括手動運行和自動連續運行兩種；

（6）設置登錄界面，對系統進行管理。

1.2 系統的組成

如圖1所示，電梯曳引機實驗系統主要由控制系統和曳引機組成。其中控制系統主要由PC、三菱FX2N系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器等組成；曳引機由電動機、抱閘（制動器）、減速箱組成。

圖1 電梯曳引機試驗系統

2 電梯曳引機試驗控制系統的設計

電梯曳引機實驗控制系統主要由PC、組態王、三菱FX2N-64MR系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器、制動電阻等元件組成。用戶通過交互界面控制組態王，組態王控制PLC；再由PLC控變頻器和繼電器，并由變頻器和繼電器控制電動機；繼電器控制抱閘（制動器），從而實現對曳引機運行的控制。

圖2 控制系統原理圖

2.1 硬件設計

2.1.1 PLC

本系統采用三菱FX2N-64MR系列PLC，具有控制簡單、速度運行快，配置靈活的特點。可通過編程口、485通信口、CC-LINK通信口等實現多種通信和數據鏈接，系統具有64個I/O口，可用GX Developer軟件采用梯形圖、指令表、SFC進行編程，編程方便、直觀。

2.1.2 變頻器

本系統采用安川L1000A變頻器，該變頻器是電梯專用變頻器。同步電動機和感應電動機都可以采用，具備旋轉型和停止型自學習功能；具備高性能電流矢量控制，配合各種編碼器和卡，可實現高低起動轉矩，能實現V/f控制和無PG矢量控制；內置無傳感器的啟動轉矩補償，能保持制動松開時不發生位置的變動，可防止沖擊；具備加減速補償功能，能防止振動與過調；采用電梯專用的時序，可使電梯更平穩地運行[2]。

2.2 軟件設計

系統軟件主要分為兩個部分，分別是PLC程序軟件和組態王程序設計。PLC程序設計主要按照控制要求完成對各個繼電器和開關的控制，組態王程序設計主要實現用戶定義、參數設定、運行控制和各種狀態的監控等。

2.2.1 PLC程序設計

圖3 電梯PLC控制系統圖

PLC程序設計如圖3所示，程序采用模塊化設計，分為主程序、自動程序P1和手動程序P2組成。主程序完成初始化參數、輸入運行參數和選定工作方式；自動程序P1按照預設的各種時間參數、樓層和運行次數參數，自動完成電梯上下行模擬控制；P2主要完成各種手動運行控制，包括手動運行繼電器控制、手動抱閘（制動器）控制、手動上下行控制等。

如圖3和圖4所示，電梯運行時，首先打開PLC，PLC進入自檢狀態；若沒有錯誤，系統開始初始化，初始化直流制動時間D20（D22）為K90、運行時間D24（D26）為K100、平層時間D28（D30）為K90、停梯時間D32（D34）為K100、運行樓層D11（D12和D14）為K3、運行次數D15（D16）為K3和運行速度等；待初始化結束，系統開始檢查是否按下緊急按鈕X23，由X23控制M100，若按下，系統停止運行，若沒有按下，系統進入運行狀態；待進入系統運行后，輸入系統運行參數，若組態王用戶界面沒有輸入新的運行參數，此時按照初始化參數運行，若有新的參數，按照組態王輸入新的參數運行；經過初始化、緊急按鈕檢查和參數設定以后，系統開始正式運行，可由自動運行M1選擇自動程序P1和手動運行M2選擇手動程序P2。

圖4 主程序

2.2.2 組態王程序設計

本文系統采用組態王6.53版進行編程，組態王是由北京亞控科技發展公司設計的組態軟件，包括工程管理器、工程瀏覽器、畫面運行系統三部分組成[3]。其主要功能有：動畫連接、實時監控、實時曲線、歷史曲線和報警功能等。組態王支持國內外工控行業中大部分常見的PLC、板卡、變頻器、智能模塊、智能儀表等。本系統采用三菱的編程口進行通信，其與組態王的設備配置如圖5所示。

圖5 組態王與PLC的設備配置

組態王程序設計如圖6所示，主要分為六個部分，分別是用戶登錄界面、登錄錯誤界面、主界面、自動參數設定界面、手動測試界面和自動測試界面。

如圖7所示，系統啟動時，首先自檢并初始化，然后進入用戶登錄界面，若用戶密碼和用戶名正確則進入主界面，若不對需重新輸入或退出系統；主界面對各個功能界面的進行切換和管理，若完成實驗則可點擊退出按鈕，完成實驗。

（1）系統登錄界面

系統登錄界面主要實現對登錄人員的管理，如圖8所示，在用戶名輸入用戶名并進行顯示，在密碼處輸入密碼，若正確則進入系統，若錯誤則重新輸入，點擊退出按鈕則退出系統。

圖6 組態王畫面

圖7 系統結構圖

（2）系統主界面

如圖9所示，系統主界面主要實現各個部分的切換，可點擊各個界面控制按鈕進入各個界面，若點擊退出按鈕，則可退出系統。

（3）自動參數設定界面

如圖10所示，自動參數設定界面主要完成系統的直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間、運行樓層、運行次數和運行速度的設定，完成設定后，點擊返回主界面按鈕返回。

（4）手動測試界面

手動測試界面，如圖11所示，主要實現手動控制和狀態的監控。其中控制可實現手動打開運行繼電器、抱閘（制動器）繼電器、上行、下行和停止，完成試驗后，點擊返回主界面按鈕返回；狀態的監控可監控運行、抱閘（制動器）、上行、下行、多段速1、多段速2和多段速3繼電器，還可監控變頻器的報警和運行狀態。

圖8 系統登錄界面

圖9 系統主界面

圖10 系統參數設定

圖11 手動測試界面

（5）自動測試界面

自動測試界面，如圖12所示分為四個模塊，分別是運行過程顯示、接觸器狀態顯示、運行狀態顯示和電梯控制。運行過程主要監控電梯的運行過程，從直流制動、正常曳引機運行、換速平層、到停梯開關門，完成電梯曳引機的運行監控；接觸器狀態主要監控運行、抱閘（制動器）、多段速1、多段速2、多段速3繼電器、變頻器報警和變頻器運行輸入信號，實時了解電梯曳引機各個控制狀態；運行狀態主要監控電梯運行方向、電梯運行速度（檢修速度或正常速度）、電梯運行樓層、實驗運行次數；電梯控制實現自動運行控制、停止和返回主界面。

圖12 自動測試界面

系統工作時，首先啟動實驗開始按鈕，系統開始上行，進入直流制動，打開運行和抱閘（制動器）繼電器，待直流制動時間結束后、給定速度信號，啟動運行，進入運行。進入相關樓層后，啟動換速，運行結束，平層開始，進入平層；平層到達樓層后，啟動停梯，電梯開關門，完成一層樓上行。如此循環，完成所有上行，待到達最高樓層后，電梯反向運行，運行完所有樓層后，系統完成一次運行。然后再上行和下行，直到完成所要求運行次數，實現模擬電梯的運行。

3 應用

完成硬件和軟件的設計后，對系統進行調試和運行，調試主要有：調試系統用戶登錄界面，輸入正確和不正確的用戶名和密碼，觀察登錄界面是否正常；調試主界面，點擊主界面上各個按鈕，觀察是否能夠順利進入各個界面，點擊退出按鈕，觀測是否能夠退出系統；調試自動參數設定界面，分別輸入各個參數，觀察PLC上參數是否能夠正確輸入；調試手動測試界面，輸入各種手動控制指令，觀測相關繼電器和組態王接觸器狀態顯示是否正確；調試自動測試界面，啟動運行按鈕，觀測PLC和組態王的各個繼電器、時間顯示是否符合設計要求。通過實驗證明：PLC運行良好、各個接觸器運行良好、變頻器運行良好、曳引機運行良好、組態王控制和顯示正常，系統整體運行良好，能模擬實際電梯的運行方式進行電梯曳引機的控制。

4 小結

本文運用PLC和組態王實現了對電梯曳引機實驗系統的控制，一方面系統具有運行參數設定、手動運行和自動運行的功能；另一方面，通過PLC程序的設計，模擬了電梯的運行狀態，保證了電梯曳引機的實驗與實際電梯運行更加接近。本文結合PLC控制功能強和組態王界面友好、直觀的特點，使電梯曳引機實驗的控制操作方便、使用簡單，大大提高了實驗的效率和可操作性，且本系統設計方法在實驗系統控制上有一定的通用性，也可應用于其他實驗控制系統的設計。

［1］羅飛，曾齊高，陳恒亮，等.基于Pro/Mechanica的電梯曳引機承重梁的模態分析［J］.機電工程技術，2014（02）：57-60，101.

［2］鄧隱北，張忠輝，劉勇，等.先進的電梯專用變頻器L1000A［J］.變頻器世界，2010（11）：102-106.

［3］黃少輝.基于組態王的電梯監控系統實現新方案［J］.廣東技術師范學院學報，2007（10）：70-73.

Design of the Control System of Elevator Traction’s Test Platform

LUO Fei1，ZENG Qi-gao2，YAN Li-li1
（1.Shenzhen Institute of Technology，Shenzhen518040，China；2.Shenzhen Longgang Vocational Technical School，Shenzhen518172，China）

In this paper，the control system of elevator traction’s test platform was designed by Kingview and PLC.There were some functions such as setting operation data，manual and autorun in the system，which could adjust braking time，operating time，leveling time，running time，stopping time and monitor the relay and state of elevator by simulating the actual elevator.

elevator traction’s test platform；control system；Kingview；PLC；design

TP271.4

A

1009－9492(2014)08－0008－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.003

羅 飛，男，1982年生，四川樂山人，講師/高級技師。研究領域：機電一體化技術。

(編輯：阮 毅)

*深圳市科技研發新增資金技術創新專項計劃先進制造項目（編號：CXZZ20120618172559759）；深圳技師學院科研項目（編號：1111001）

2014－06－05