簡(jiǎn)述PLC電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】電梯現(xiàn)已成為高層建筑的必備運(yùn)輸設(shè)施之一。隨著高層建筑的不斷增多，電梯技術(shù)的發(fā)展日益加快。電梯的控制系統(tǒng)由早期的繼電器控制逐步向微機(jī)控制發(fā)展?？删幊炭刂破鱌LC因其可靠性高、功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為微機(jī)控制系統(tǒng)的核心。

【關(guān)鍵詞】電梯；PLC；控制系統(tǒng)

1.電梯的基本結(jié)構(gòu)

電梯屬于機(jī)與電相融合的產(chǎn)品之一，主要由機(jī)械部分和電氣部分組成。從空間角度劃分，電梯可劃分為如下四部分：

①機(jī)房部分，包括電源開(kāi)關(guān)、曳引機(jī)、減速器、限速器、控制柜、機(jī)座、導(dǎo)向輪和抱閘裝置等；

②井道部分，包括導(dǎo)軌、對(duì)重、緩沖器、張緊裝置、電纜、底坑和井道照明裝置等；

③層站部分，包括樓層顯示裝置、開(kāi)關(guān)門裝置、門鎖裝置、呼叫裝置等；

④轎廂部分，包括轎廂、安全裝置、平層裝置、指示燈及通訊、報(bào)警裝置等[1]。

2.電梯的運(yùn)行過(guò)程

乘客進(jìn)入轎廂后，根據(jù)實(shí)際需要按下相應(yīng)選層按鈕，電梯自動(dòng)決定其運(yùn)行方向。關(guān)閉電梯門，電梯開(kāi)始啟動(dòng)、加速、直至勻速運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，若門廳召喚電梯且乘梯方向與電梯運(yùn)行方向一致，則電梯被截停。電梯的所有同向指令執(zhí)行完畢后，若有反向廳外召喚信號(hào)，則電梯自動(dòng)換向應(yīng)答反向信號(hào)；若沒(méi)有反向信號(hào)輸入，電梯自動(dòng)關(guān)門停機(jī)或返回基站待命。

3.PLC簡(jiǎn)介

PLC可編程控制器，是一種用于工業(yè)自動(dòng)控制的專用計(jì)算機(jī)。它與普通計(jì)算機(jī)一樣，以CPU作為處理器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算與存儲(chǔ)功能。PLC主要由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、編程器、輸入和輸出、其他外部設(shè)備等部分組成。其中，CPU是PLC的核心部分，其性能的好壞直接決定PLC的整體機(jī)能[2]。

PLC作為核心的電梯控制系統(tǒng)現(xiàn)已逐步取代繼電器-接觸器控制。PLC電梯控制系統(tǒng)主要依靠軟件程序控制。在保證電梯正常工作的基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)更改簡(jiǎn)便、維修和排故容易，同時(shí)有效的克服手動(dòng)操作的人為干擾因素，逐步成為電梯控制系統(tǒng)中最常用的控制方式。

3.1 PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn)

采用PLC控制電梯優(yōu)點(diǎn)：PLC用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的自動(dòng)控制，且編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易懂，可靠性大大提高；PLC可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制系統(tǒng)要求且方便改變控制功能，不必改變硬件設(shè)施；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化；PLC具備故障自主檢測(cè)功能，提高電梯運(yùn)行的安全性，且便于排故與維修；適用群控管理，提高電梯運(yùn)行效率。

3.2 PLC的工作原理

PLC在系統(tǒng)軟件的控制下，依次掃描各輸入端口的狀態(tài)；根據(jù)輸入狀態(tài)中的指令執(zhí)行相關(guān)程序和運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出相應(yīng)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的各種控制功能。每執(zhí)行一次該過(guò)程，稱為一個(gè)掃描周期。為了提高電梯的可靠性，除完成上述步驟外，PLC通常要進(jìn)行自診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。

4.電梯的控制要求

為保證電梯的安全運(yùn)行，電梯控制有如下要求[3]：

（1）電梯位置顯示與確定

電梯轎廂內(nèi)與門廳中都設(shè)有以顯示電梯位置的裝置。除此以外，為滿足電梯制動(dòng)停車等控制需要，電梯還需要更為準(zhǔn)確的位置信號(hào)。這主要有井道中的位置開(kāi)關(guān)（門區(qū)磁感器）提供。當(dāng)井道中的分布在每層的隔磁板插入感應(yīng)器時(shí)，發(fā)出門區(qū)信號(hào)，這也是PLC位置控制的基準(zhǔn)信號(hào)。

（2）轎廂內(nèi)運(yùn)行信號(hào)與門廳召喚信號(hào)

轎廂內(nèi)進(jìn)行的選層操作輸入的信號(hào)稱之為內(nèi)選信號(hào)，選層按鈕按下后，相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，信號(hào)被記憶。門廳輸入的上行或下行召喚信號(hào)稱之為外呼信號(hào)。信號(hào)輸入時(shí)指示燈點(diǎn)亮，直到要求得到滿足。

（3）電梯自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的信號(hào)響應(yīng)

電梯在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)主要根據(jù)內(nèi)選和外呼信號(hào)，判斷電梯運(yùn)行方向。一般情況下，電梯按照先上后下的原則運(yùn)行，不響應(yīng)中途的反向信號(hào)。

（4）轎廂的啟動(dòng)與運(yùn)行

當(dāng)轎廂門、層門都處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電梯啟動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)行初期是加速運(yùn)行，隨后進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）轎廂的平層與停車

平層是指停車時(shí)，要求轎廂的底與門廳底相平齊。平層停車過(guò)程是先減速再制動(dòng)。電梯平層信號(hào)由門區(qū)感應(yīng)器和隔磁板接收。門區(qū)感應(yīng)器位于轎廂頂部，隔磁板安裝在井道壁上。電梯上行時(shí)，門區(qū)感應(yīng)器先插入隔磁板下部，發(fā)出減速信號(hào)，當(dāng)門區(qū)感應(yīng)器插入隔磁板的1/2左右時(shí)，發(fā)出停車開(kāi)門信號(hào)，電動(dòng)機(jī)此時(shí)停止工作，抱閘抱死；電梯下行時(shí)的工作狀態(tài)同理可得。

（6）安全保護(hù)

常見(jiàn)的安全保護(hù)包括沖頂與蹲底、逃生保護(hù)，消防運(yùn)行、轎廂內(nèi)人員跌落、電梯鋼絲繩斷裂保護(hù)等。

5.電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前需要對(duì)電梯的控制要求及選用的PLC有全面的了解，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程要遵循一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

5.1 電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

①分析總體的功能要求，確定系統(tǒng)的硬件配置。根據(jù)電梯所要實(shí)現(xiàn)的控制功能、調(diào)速方式和安全等多方面考慮，對(duì)電梯的硬件系統(tǒng)進(jìn)行總體安排。硬件系統(tǒng)包括PLC、接觸器、繼電器和調(diào)速器等。

②計(jì)算PLC的輸入輸出（I/O）口。根據(jù)電梯控制方式、層站數(shù)等計(jì)算控制系統(tǒng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的端口數(shù)量。設(shè)計(jì)時(shí)，注意考慮應(yīng)對(duì)輸入輸出端口留有一定的余量。

③選型。根據(jù)I/O口，選擇PLC的型號(hào)。在滿足要求的前提下，盡量降低成本。

④I/O接口電路的設(shè)計(jì)。PLC與井道、控制柜、操縱盤之間的連接主要依靠I/O電路。根據(jù)輸入信號(hào)的作用、類型進(jìn)行I/O地址的分配。在分配I/O地址之后，繪制I/O接口線路圖。

⑤控制電路的設(shè)計(jì)?？刂齐娐分饕ㄐ盘?hào)控制電路，拖動(dòng)電路，I/O電路，操縱盤、井道和控制柜的原理圖和配線圖等。

⑥梯形圖的設(shè)計(jì)。根據(jù)PLC指令設(shè)計(jì)梯形圖，保證梯形圖結(jié)構(gòu)清晰、程序簡(jiǎn)單明了。

5.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

電梯屬于多位置、多控制點(diǎn)的系統(tǒng)，其輸入點(diǎn)相對(duì)較多。減少輸入點(diǎn)的數(shù)量，是降低PLC成本的關(guān)鍵所在。常用的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

①梯形圖盡量采用模塊化設(shè)計(jì)方法，模塊化的程序結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)試方便；

②PLC采用循環(huán)掃描方式，所以應(yīng)注意各指令間的時(shí)序關(guān)系，以保證設(shè)計(jì)功能；

③將各串聯(lián)開(kāi)關(guān)、聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置為一個(gè)輸入點(diǎn)；

④對(duì)于作用相同的開(kāi)關(guān)信號(hào)并聯(lián)輸入PLC；

⑤編碼輸入。將輸入信號(hào)（如按鈕開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)）通過(guò)二進(jìn)制編碼后在輸入到PLC中，這樣可大大減少PLC的輸入點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]肖軍，孟令軍.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008，7.

[2]陳在平.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3]張漢杰，王錫伸.現(xiàn)代電梯控制技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.