基于PLC電梯控制系統設計

張忍

摘 要：電梯是高層建筑不可缺少的運輸工具。文章主要介紹了PLC的優點、PLC的工作原理和PLC控制電梯的軟、硬件設計。通過PLC對電梯系統的控制來實現電梯的基本功能。即按照電梯構造內轎廂的位置和務乘人員的目的樓層等綜合確定轎廂的運行方向，以便實現轎廂平層緩慢上升的效果。首先明確轎廂的欲停樓層；除外，依照樓層的呼叫，完成一體化的順路停車和自動開關門的程序；電梯內部構造的轎廂外部和內部必須配備顯示電梯樓層數和運作方向的信號指示燈。

關鍵詞：可編程控制器；電梯；指令程序；控制系統

中圖分類號：TU857 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0074-02

Abstract： Elevator is an indispensable means of transportation for high-rise buildings. This paper mainly introduces the advantages of PLC， the working principle of PLC and the software and hardware design of PLC control elevator. The basic function of elevator is realized by controlling the elevator system by PLC. That is， according to the position of the car in the elevator construction and the destination floor of the crew， the operation direction of the car is determined synthetically， so as to realize the effect of the slow rise of the flat floor of the car. First of all， it is clear that the floor of the car is to be stopped； except， according to the call of the floor， the integrated procedure of stopping the car along the road and automatically opening and closing the car is completed. The exterior and interior of the car constructed inside the elevator must be equipped with a signal indicator indicating the number of floors and the direction of operation of the elevator.

Keywords： programmable controller； elevator； command program； control system

1 概述

如今，城市化進程處于快速發展階段，城市內高樓大廈林立。其中電梯在高樓大廈中承擔著通向每層樓宇的重要運輸工具，發揮著越來越重要的作用。隨著社會的發展，傳統的電梯控制系統已經不能滿足人們的需求。目前，用可編程控制器控制的方法，可以使得電梯系統具有更高的可靠性，而且程序設計方便靈活，抗干擾能力強，可以完成更復雜的控制任務。隨著PLC技術的不斷創新下，新型的PLC技術可以借助可編程控制儀器完成不同類型電梯控制系統的管理和作業[1]。

2 電梯與PLC的概述

2.1 電梯的基本構造。電梯是由多個機電配件組成的大型運輸工具。電梯的硬件配置和電氣等同于人體的軀干和神經一樣，而其中的電梯系統控制部分則類同于人腦的功能一樣操控著系統的全部活動行為。成熟的機電統一技術使得電梯成為展示現代化科學技術的典型產品。電梯的基礎框架為八大系統和四大空間。八大系統涵蓋了：轎廂、電氣控制系統、門系統、曳引系統、電力拖動系統、安全保護系統及導向系統。四大空間則涵蓋以下：轎廂部分、層站部分、機房部分與井道部分[2]。本設計具體功能希望控制系統可以實現下面的功能：按照電梯構造內轎廂的位置和務乘人員的目的樓層等綜合確定轎廂的運行方向，以便實現轎廂平層緩慢減速的效果。首先明確轎廂的欲停樓層；除外，依照樓層的呼叫，完成一體化的順路停車和自動開關門的程序；電梯內部構造的轎廂外部和內部必須配備顯示電梯樓層數和運作方向的信號指示燈。為此關于電梯的內部構造及各個系統的功能等的數據，要求設計人員爛熟于心，掌握這些功能之后通過編寫相應的程序來實現上述功能[3]。

2.2 PLC的基本結構。從廣義上講，PLC是一種計算機系統，它的硬件結構與一般計算機的結構是類似的，但為了在復雜的工業環境中使用，為了更好地實現擴充和接線等操作及維護，PLC系統結構有異于普通的計算機組成結構，相較于普通的計算機而言本計算機要求擁有更強適合控制系統要求的編程語言、更為強大的工業輸出、輸入接口，更高的抗干擾能力。所以PLC是由軟硬件系統構成的用于工業控制的專用計算機，詳細的結構框圖如圖1所示。

2.3 PLC的工作原理。PLC控制強調的是選擇循環掃描技術以串行的模式完成線圈掃描工作。唯有線圈通電/斷電時，線圈成功被掃描后觸點有且只有一條指令。上述的PLC控制模型能夠克服因繼電器控制所致的時序失配和觸點競爭的問題。所以，在執行用戶程序任務時，其處理的輸入信號不再隨現場信號的變化而隨之變化，而是按照輸出信號狀態寄存器的輸出信號而做出動態的變化。實際輸出信號是在輸出任務完成的最后結果。PLC周期性的輸入、輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統則不能滿足，這時可以采用智能輸入、輸出單元或專門的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式解決。PLC通電后，就在系統程序的監控下，循環往復地根據固定順序完成系統內部的各個任務的查詢、判斷和執行，這個過程實質上是一個不斷循環的順序掃描過程。PLC采用周期掃描機制，簡化了程序設計，提高了可靠性。掃描周期強調的是PLC執行一次輸入到輸出的總時長。具體工作流程為：依次按順序對不同輸入點進行掃描，繼而再依次按順序掃描用戶活動中的各個指令，系統依據輸入狀態及指令內容開展邏輯運算處理，最終得出最后的邏輯運算結果，而輸出狀態寄存器則負責向不同輸出點發出輸出信號的過程。在監視器中設定一個掃描周期的最大參數值，監視出實際參數值是否超出規定數值，降低任務死循環所致的系統故障。

3 電梯控制技術特點

3.1 傳統繼電器電梯控制特點。傳統模式的電梯控制系統由繼電器系統及繼電器設備組成，維護簡易，但是接線線路繁瑣且復雜，觸點多，極度容易出現消耗過度而磨損或是接觸不良的現象。所以，傳統模式的電梯控制系統故障次數較多，同時普通的控制電器設備和硬件接線法都很難達成對復雜控制系統功能的控制和操作。當系統控制功能難以發揮出應有的效用時，控制系統故障率高居不下，給電梯的安全事故和故障問題的滋生助長了空間，一旦出現蹲底或沖頂的事故時，電梯內部硬件有可能出現損壞，更甚的是因而出現乘務人員的人身安全事故。

3.2 現代電梯控制系統。本電梯控制系統選擇PLC技術完成對電梯控制系統的軟件控制，做到提升電梯控制系統的安全性和可靠性。而選擇變頻調速技術是因為變頻器設備成本低廉、占用空間小、結構單一、體積微小、維護簡易等顯著優勢。SVPWM技術與SPWM技術的應用下本電梯控制系統的運行質量及其穩定性能明顯得到了改進，同時還具備高精密度、好控制精度、動態良好、安靜和快捷等諸多優勢。

4 電梯控制系統設計

4.1 電梯的工作原理。電梯工作原理可看作是一種動力電能借助變頻調速設備或驅動裝置供電完成的曳引設備發動而促使電梯內部轎廂上下運行的活動[4]。

4.2 PLC電梯控制系統硬件系統。電梯控制系統輸入和輸出接口數量繁多，為此要求配備多個I/O擴展模塊以便接入。由于電梯控制系統結構較為繁瑣和復雜，而采取面向對象的模塊化編程法能夠滿足本系統的完整設計要求。電梯的大型機械設備，其對控制系統的可靠性、穩定性和抗干擾能力要求頗高。本電梯控制系統由于考慮到成本、I/O擴展能力等的要素后，決定采用SIMATIC S7-300PLC系列作為本電梯控制系統的核心控制器。同時因為本系統的特性，只執行數字處理任務和無需擴展、一個機架可容下全部模塊，沒有別的額外任務需要處理等條件下，本設計僅用一臺CPU、一個電源模塊及分別三個數字量輸入和輸出模塊就構成了電梯控制系統的硬件系統[5]。變頻器決定著變頻調速系統的品質高低，在該系統中發揮著核心價值。在選定變頻器品牌和型號時應當充分參考設備的使用壽命、產品質量、品牌口碑以及實際的變頻調速設計方案、應用要求和負載類型等，綜合上述要素選出最適宜、質量上乘的變頻器，以確保整個變頻調速系統的穩定性和可靠性。為此，本篇論文中采用了愛默生牌的TD3100型號的曳引機變頻器作為本電梯設計系統的專用變頻器，而門機變頻器則是采用了西門牌的MM440型號的通用變頻器[6]。

4.3 PLC電梯控制系統程序系統。呼梯信號包括內選信號和外呼信號。當乘客在轎廂內按下相應的樓層選擇信號時，該樓層的內選指示燈點亮，內選信號被儲存。當電梯到達某一層并執行開門程序時，說明轎廂已經到這一樓層并且開門等待乘客離開轎廂，相應的內選信號清除[7]。外呼信號的清除相對要復雜一些。如果電梯運行方向與呼梯信號方向相同， 那么呼梯信號可以如常執行；反之若電梯運行方向和呼梯信號相悖則首先要等電梯轎廂到達目的樓層后反向運行時，再響應該呼梯信號。如果電梯在運行過程中，有多個反方向的呼梯信號同時存在，則應先響應最遠的呼梯信號。程序中W0.00～W0.03表示某一樓層該方向為最遠呼梯層。以W0.00為例，該觸點置位表示電梯上行過程中二樓為最遠呼梯層，前方沒有任何呼梯信號。上行和下行的啟動、停止邏輯完全一樣。

5 結束語

根據電梯的控制原理與功能要求，本論文介紹了電梯控制系統的設計，并在此基礎上，進行了控制系統硬件的設計，包括PLC的選擇，電梯轎內、廳外電路的驅動及顯示電路設計等等。充分考慮電梯管理系統的控制標準下，融合目前的技術和電梯發展方向進行有針對性的電梯控制系統的編程設計，依據控制標準對目前電梯內部構造予以分析，實現對電梯系統的控制運行。

參考文獻：

[1]張杰.PLC在電梯控制系統中的應用[J].遼寧師范大學學報：自然科學版，2009，3.

[2]李松玲.PLC控制交流變頻調速控制系統在船用電梯中的應用[J].船舶工程，2009，31（B09）.

[3]羅斌.PLC與電梯控制[J].中國科技博覽，2009，33.

[4]夏艷光.淺析電梯制動器的檢驗要求及故障預防[J].機電安全，2009，11.

[5]湯光華，伍禮杰.基于PLC的機械手控制與計數系統設計[J].化工自動化及儀表，2010.

[6]許少衡，張廷鋒，莫文貞.基于PLC電梯控制系統設計的創新實驗[J].中國現代教育裝備，2011.

[7]潘鳴.變頻器與PLC配合使用時應注意的幾個問題[J].制造業自動化，2010.