基于F X系列PLC的電梯控制系統(tǒng)設計

陳金鑫

基于F X系列PLC的電梯控制系統(tǒng)設計

陳金鑫

（廣州華夏職業(yè)學院，廣東廣州510900）

隨著電力電子技術、微電子技術、計算機控制技術、交流變頻技術等的飛速發(fā)展，社會城市化水平和百姓生活水平逐漸提高，電梯作為垂直運輸工具，在工業(yè)、商業(yè)和民用等方面應用已成為不可或缺的交通設備。介紹了通過PLC技術來實現(xiàn)電梯的控制。

PLC；電梯控制；設計

可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以微處理器為基礎，集自動化控制技術、通信技術、計算機技術為一體，用面向用戶及面向控制過程的“自然語言”編程，適用工業(yè)環(huán)境，操作方便、可靠性高、還簡單易懂的新一代通用工業(yè)控制裝置。鑒于PLC控制各種優(yōu)點，采用PLC技術對電梯運行系統(tǒng)進行控制的優(yōu)勢明顯。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展，電梯的拖動方式由之前的直流調(diào)速、交流單速調(diào)速、交流雙速調(diào)速過渡到了交流變頻調(diào)速。交流變頻調(diào)速具有啟動制動平穩(wěn)、調(diào)速性能優(yōu)良、節(jié)能效果和運行效率高突出等優(yōu)點。PLC技術結(jié)合電機交流變頻調(diào)速技術在電梯控制系統(tǒng)中廣泛利用，下面通過PLC來實現(xiàn)對電梯運行的邏輯進行控制。

1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

PLC的電梯控制系統(tǒng)主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。電梯是一種特殊的起重運輸設備，由轎廂及配重、拖動電機及減速傳動機械、井道及井道設備、召喚系統(tǒng)及安全裝置構(gòu)成[1]。主要硬件有PLC主機及其擴展、門機控制、拖動控制、調(diào)速控制、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、井道裝置及安全保護裝置等。電梯信號控制基本由軟件來實現(xiàn)，輸入PLC的控制信號有：運行控制信號、運行方式選擇（如有無司機、消防、檢修、自動運行方式等）、開關門及限位信號、呼梯信號、轎內(nèi)指令、門區(qū)和平層信號、旋轉(zhuǎn)編碼光電脈沖、安全保護信號等。

2 電梯的控制要求

電梯運行中，遵循的交流集選調(diào)度原則為“順向截梯，反向最遠端截梯”。根據(jù)這一原則，PLC接收來自電梯的呼梯信號、選層指令信號、樓層信號、平層信號及安全信號，CPU根據(jù)輸入信號的狀態(tài)進行運算處理，適時地控制門機、變頻器和樓層顯示等負載，實現(xiàn)電梯自動定向、關門、啟動、加速、穩(wěn)速運行，到達目標層站后減速、平層、自動開門等功能。電梯的工作狀態(tài)（有無司機、檢修、消防）由開關來選擇。電梯的運行過程如下：

確定運行方向→自動關門→啟動運行→減速→平層→自動開門→自動關門。

（1）運行控制要求

根據(jù)不同樓層客戶需求及時響應，實現(xiàn)自動平層、開關門、超重提示、實現(xiàn)上下限位、層門，聯(lián)鎖保護等，并根據(jù)不同的需求實現(xiàn)合理的響應[2]。正常時，電梯自動定向后自動關門，門關閉后，電梯自動運行并顯示運行狀態(tài)。

檢修時，轎廂上、下行只能通過上、下運行按鈕點動進行控制，并且轎廂可以在任何位置停留。

（2）自動定向要求

當轎廂內(nèi)操縱盤上選層指令信號或呼梯信號m與電梯位置n具有不同方向時，比較m與n，確定電梯當前的運行方向。若m＞n，則電梯上行；若m＜n，則電梯下行。

（3）轎廂開門、關門要求

電梯到站后，自動開門，延時幾秒后自動關門，門關閉后，電梯自動啟動運行。層門和轎門的開啟時同步進行的，為保證乘客的安全，電梯門的入口處必須有安全保護裝置。

（4）停站控制要求

操縱盤選層指令信號或廳外呼梯信號停站：電梯運行中，當?shù)竭_已登記層樓時，電梯按設定的減速曲線進行減速，當速度減到零時平層。

（5）信號登記與消除要求

當轎廂內(nèi)或廳門外按下某層按鈕時，此信號被登記。

當電梯到達某層時，并與電梯運行方向一致時，信號消除。

3 系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)硬件設計

本設計以五層5站電梯為控制對象，因控制較復雜，根據(jù)電梯的控制方式、梯型、層數(shù)、應用場所，確定PLC的輸入/輸出點數(shù)。在滿足控制要求的前提下，PLC技術應盡可能地用些元器件（如按鈕、光電傳感器、交流接觸器等），通過系統(tǒng)控制要求分析，本設計需要29個現(xiàn)場輸入信號，22個輸出信號，同時考慮到以后電梯功能的擴展，因此本設計選用三菱FX2N-64M型PLC，其基本控制單元輸入/輸出點數(shù)各32個，剛好能滿足設計要求，其可擴展模塊點數(shù)為48～64，I/O點數(shù)合計最多有128點，預留一些輸入/輸出點，以備后續(xù)電梯添加功能時使用。電梯PLC控制的I/O分配表如下表1所列。

表1 電梯系統(tǒng)PLC控制I/O分配表

（續(xù)下表）

（續(xù)上表）

輸入輸出設備名稱輸入端子編號設備名稱輸出端子編號四層光電傳感器SQP4X20下行接觸器XCY20五層光電傳感器SQP5X21快速接觸器KCY21上平層光電傳感器SQP6X22快加速接觸器KJCY22下平層光電傳感器SQP7X23第一慢加速接觸器1MJCY23門區(qū)光電傳感器SQP8X24第二慢加速接觸器2MJCY24門連鎖回路X25上強迫換速開關XHKX26下強迫換速開關SHKX27開門按鈕SB14X30關門按鈕SB15X31

各樓層門廳開關串聯(lián)后輸入門連鎖回路X25，只要有一層門沒有關好，X25就不能動作。

3個平層傳感器安裝在轎廂頂部，在井道相應位置上裝有隔磁鋼板，當鋼板同時對準3個傳感器時，地鐵正好處于平層位置。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

電梯的控制功能較多，控制程序的編制也較復雜，根據(jù)電梯的控制要求將其分解成若干個子程序或控制功能模塊，再根據(jù)各控制功能模塊之間的聯(lián)系，編寫電梯的控制程序。以下根據(jù)功能不同分別分析各功能塊的梯形圖的原理。

（1）電梯位置控制

PLC電梯控制系統(tǒng)最為關鍵的功能就是指層控制回路，該功能可以判定電梯轎廂當前位置，指示轎廂的上行、下行方向[3]。電梯位置判斷程序分析如圖1所示，通過傳感器把電梯位置信號轉(zhuǎn)換成相應的信號送到寄存器D1中。

若電梯在1層，把常數(shù)1賦予D1；若電梯在2層，把常數(shù)2賦予D1；若電梯在3層，把常數(shù)3賦予D1；若電梯在4層，把常數(shù)4賦予D1；若電梯在5層，把常數(shù)5賦予D1。

圖1 電梯位置判斷控制梯形圖

（2）電梯呼叫信號控制

根據(jù)不同的按鈕動作把信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值存入寄存器D0中。該環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)轎內(nèi)及廳外呼叫指令的登記及消除。控制梯形圖如圖2所示。

圖2 電梯呼叫信號控制梯形圖

（3）自動選向控制

電梯上下行控制，需比較呼叫信號D0與位置信號D1的大小，來決定電梯動作。

當D0＜D1，電梯在上，呼叫在下，電梯下行；

當D0＞D1，電梯在下，呼叫在上，電梯上行；

當D0=D1，電梯在與呼叫在同一位置，可根據(jù)不同的樓層位置驅(qū)動自動門進行開關。控制如圖3所示。

圖3 自動選向控制梯形圖

（4）電梯平層控制

經(jīng)過I/O分配，X22、X23、X24分別對應上、下、門區(qū)平層信號。當電梯處于平層位置時，電動機脫離電源并抱閘制動，否則通過程序自動調(diào)整位置。梯形圖如圖4所示。

圖4 電梯平層控制梯形圖

（5）開關門控制

電梯完全平層后，控制電動機的正反轉(zhuǎn)完全停機，電梯進入自動開關門環(huán)節(jié)，詳見梯形圖5.

圖5 開/關門控制梯形圖

將上面幾個梯形圖合并，基本構(gòu)成了PLC電梯控制的主要部分。其余部分可根據(jù)實際酌情設計。

4 結(jié)束語

本文以三菱FX系列為例，介紹了5層電梯的控制系統(tǒng)，多層電梯控制理基本相同，只需根據(jù)需要自行擴展。對于一些較繁瑣的邏輯控制，先理清系統(tǒng)的運行條件，再確定所使用的檢測元件，得到各信號間的邏輯組合，為實現(xiàn)控制奠定基礎。

編程過程中，采用“化整為零”的原則，首先將控制過程分解成若干個控制單元，簡化其控制過程；然后，用“集零為整”的方法將各個單元程序有機的聯(lián)系起來；最后整體進行檢查和理解各個控制環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，完成整個控制過程。

[1]秦國強.P LC電梯控制系統(tǒng)設計[J].四川水泥，2016，01（15）：54-54.

[2]朱文立，鄭中正，唐佳威.基于PLC的六層電梯控制系統(tǒng)設計[J].科學導報，2017（04）：1-3.

[3]劉曉雅.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)應用與設計[J].中國新技術新產(chǎn)品，2016，6（25）：13-14.

Design of Elevator Control System Based on F X Series PLC

CHEN Jin－xin
（Guangzhou Huaxia Vocational College，Guangzhou Guangdong 510900，China）

With the rapid development of power electronics technology，microelectronics technology，computer control technology，AC frequency conversion technology，the level of social urbanization and the people’s living level gradually improve，elevator as a vertical transportation tool，has become an indispensable traffic equipment in industry，commercial and civil.This paper introduces the control of the elevator through PLC technology.

PLC；elevator control；design

TP273.1

A

1672-545X（2017）07-0045-03

2017-04-01

陳金鑫（1980-），女，湖南人，本科，教師，研究方向：電氣自動化。