基于PLC的防止空運行智能電梯設計

何斌鋒，張 璐，林樹剛，李 鑫，王業旭

(1. 西安文理學院機械與材料工程學院，陜西西安，710065；2. 深圳市聚飛光電股份有限公司，廣東深圳，518111)

基于PLC的防止空運行智能電梯設計

何斌鋒1，張 璐1，林樹剛1，李 鑫1，王業旭2

(1. 西安文理學院機械與材料工程學院，陜西西安，710065；2. 深圳市聚飛光電股份有限公司，廣東深圳，518111)

防止空運行智能電梯主要應用于垂直電梯領域，防止人為誤操作或惡作劇操作電梯后離開導致電梯空運行，提高了電梯運行效率，節約了大量電力資源。該系統采用可編程控制器（PLC）作為控制核心，由壓力檢測模塊、電機控制模塊和平層控制模塊組成。通過對系統的硬件搭建和軟件調試及運行，證明該智能電梯系統可以達到預期的設計目標并能穩定運行。

PLC；單片機；防止空運行；電梯

0 引言

防止空運行智能電梯是垂直電梯[1]的一大改進。壓力檢測模塊是該系統的關鍵，決定了電梯能否實現防止空運行。現在市場上所使用傳統電梯，都存在電梯內部呼叫按鈕操作后人離開，而造成電梯在無負載情況下空運行，導致電梯運行效率低同時浪費大量電力資源。相比之下，防止空運行電梯可以在電梯內部呼叫按鈕操作后人離開，相應的呼叫信號失效，電梯不再運行。轎廂外可以顯示轎廂內負載大小，使電梯更加智能化，更加高效節能的運行。

1 結構設計

該電梯結構設計[1]中共用到PLC控制模塊、壓力傳感器、電機、行程開關。其中PLC控制模塊是整個裝置的控制核心部分。通過電機的正反轉[7]實現電梯轎廂的升降。壓力傳感器安裝在轎廂底部，用來檢測電梯轎廂負載情況，通過壓力傳感器預先設置好的負載上限值和下限值來判斷電梯負載是否滿足運行要求。當電梯負載小于下限值時，即使電梯內部操作呼叫發出后，電梯也不會運行，達到防止電梯空運轉的目的，負載大于上限值時電梯不運行，同時發出超重報警。為了滿足以上控制要求，設計防止空運行智能電梯結構圖如1圖所示。

2 硬件設計

防止空運行智能電梯以PLC作為控制核心，電梯運行包括電機控制模塊和平層控制模塊，通過轎廂內部及外部呼叫按鈕將呼叫信號輸入給PLC處理以控制電梯運行，當行程開關檢測到電梯運行至呼叫樓層后停止運行。為實現防止電梯空運行，該系統使用壓力傳感器模塊進行負載檢測。其結構框圖如圖2所示。

圖1 防止空運行智能電梯結構圖

圖2 電梯硬件結構框圖

2.1 壓力檢測模塊

壓力檢測模塊使用壓力傳感器[2]來檢測轎廂內負載大小。壓力傳感器是將應變片粘貼到受力的壓敏型彈性元件上，當彈性元件受力產生變形時，應變片產生相應的應變，轉化成電阻變化。應變片搭接的電橋電路與A/D轉換器XH711芯片接線如圖3所示。

圖3 電橋電路與A/D轉換器XH711芯片接線圖

壓力引起的電阻變化轉換為電路的電壓變化，通過測量輸出電壓的數值，再進行換算即可得到傳感器所受壓力值。當 4個應變片的材料、阻值都相同，可推導出以下公式：

由于傳感器輸出壓差在0—20mv之間，不易采集處理，因此使用HX711芯片作為電壓信號采集芯片。HX711芯片是一款高精度的24位A/D轉換芯片，該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點。該芯片電路原理如圖4所示。

圖4 HX711芯片原理圖

2.2 樓層呼叫模塊

樓層呼叫模塊用于各樓層呼叫信號的發出以及呼叫信號指示，該模塊電路圖如圖5所示。

圖5 樓層呼叫模塊電路原理圖

該電路與PLC接入相同的公共端GND，PLC輸入口為低信號有效，因此按鈕開關接通后，PLC輸入口有呼叫信號輸入，PLC接收到呼叫信號并處理后輸出控制信號，控制繼電器實現電機正

反轉進行工作，同時呼叫指示燈點亮提示。

3 軟件設計

采用三菱公司為FX2N-48MR系列PLC開發的GX Developer作為編程軟件[4]進行編程設計。首先根據控制要求對各個模塊進行編程并單獨測試，分析修整后進行整合調整，并不斷進行調試優化最終形成完整的軟件系統。系統軟件流程如圖6所示。

圖6 系統軟件流程圖

電梯轎廂內部呼操作后，壓力檢測模塊檢測轎廂負載在允許范圍內則正常運行。人為誤操作或惡作劇操作后離開電梯，則壓力傳感器檢測負載小于所設定下限值（20kg）時該呼叫信號無效，電梯不運行。當壓力傳感器檢測轎廂負載大于所設上限值（1800kg）時電梯不運行，同時超重報警。壓力檢測模塊可根據電梯工作負載情況進行設置調節上、下限值。

4 調試運行

經過硬件及軟件設計，搭建防止空運行智能電梯模型進行調試模擬運行，調試模擬運行如圖7所示。

圖7 運行調試過程

通過對防止空運行智能電梯系統各個模塊的調試，該系統實現了防止電梯空運行，同時還可以顯示轎廂內負載情況，使電梯運行實現電梯智能化、人性化。

5 結論

實驗證明該系統實現了以下設計要求：（1）當電梯轎廂負載小于設定下限值時，即使轎廂內部有呼叫信號，電梯也不運行，能夠有效防止電梯空運行。

（2）當電梯轎廂負載大于設定上限值時，電梯不運行，同時超重報警。

該設計提高了電梯的運行效率，延長了電梯的使用壽命，在提高電梯運行效率同時節約了大量電力資源，使電梯運行更加高效節能，因此該系統具有很高的使用價值和更好的市場前景。

[1] 王志強. 最新電梯原理、使用與維護[M].北京：機械工業出版社，2012.06.

[2] 單成祥．傳感器的理論與設計基礎及其應用[M]．北京：國防工業出版社，1999.8．

[3] 王阿根．電氣可編程控制原理與應用[M]．北京：清華大學出版社，2007．

[4] 彭小平．電氣控制及PLC應用技術（三菱）[M] ．北京：機械工業出版社，2011．

[5] 譚浩強. C程序設計[M].北京：清華大學出版社，2000.

[6] 郭天祥．新概念51單片機C[M]．北京：電子工業出版社，2009．

[7] 馮曉，劉仲．電機與電氣控制[M]．北京：機械工業出版社，2005．

Design Of Prevent Dry Running Intelligent Elevator Based on PLC

He Binfeng1, Zhang Lu1, Lin Shugang1, Li Xin1，Wang Yexu2
(1.Department of Mechanical and Materials Engineering，Xi’an University, Xi’an Shaanxi, 710065; 2.SHENZHEN JUFEI OPTOELECTRONICS CO.,LTD.,Shenzhen Guangdong,518111)

Prevent Dry Running Intelligent Elevator is a system mainly used in the elevator. The system is used to prevent the misoperation which improved the operation efficiency of the elevator and save great deal of electricity resources. As the control core, the Programmable Logic Controller (PLC) was used in the system, and the system was consist of some modules, such as pressure detection module, motor control module and leveling switch control module. The hardware and software were built and debugged, and the computational results show that the intelligent system could steady operation, and the designing satisfying the prospective requirement.

PLC; Chip microcomputer; Prevent dry running; Elevator