PLC在中高度自動扶梯控制系統中的應用

摘 要：隨著我國經濟的繁榮發展，越來越多的自動扶梯開始涌現，商場、機場、地鐵站、地下通道等場所中的扶梯從開始的樓梯到現在的自動扶梯，從低度扶梯到中高度扶梯的變化，在一定程度上體現了我國科技的進步。本文通過對中高度扶梯的控制系統分析，提出了PLC在中高度扶梯控制系統中的應用并描述了PLC扶梯控制的發展方向。

關鍵詞：PLC控制；中高度扶梯；自動化控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.100

0 引言

自動扶梯是眾多公共場合的標配，在很大程度了節省了人們的體力，方便人們上下樓梯。與傳統扶梯控制相比PLC的優勢在于體積小巧，控制精度高，響應速度快，智能化水平高，易于與其他設備通信，比如計算機，光電傳感器。傳感器技術以及計算機控制技術的發展與PLC系統的有機融合，更一步增強了PLC系統應用于自動扶梯的優勢。

1 PLC工作原理簡述

PLC是可編程控制器的簡稱，是對傳統繼電器電氣控制的計算機化的改進。顧名思義，PLC是由編程器和微型處理器所組成，編程器主要是作為用戶程序輸入的載體，而微型處理器則是將用戶程序與執行繼電器連接的中樞。通過硬件開關按鈕或者用戶程序指令的電平輸入，PLC系統能按照用戶存儲程序的邏輯框架來輸出控制指令，輸出的電平通過一定的硬件電路的處理，在輸入各個執行繼電器或者電機，從而實現繼電器或者電機的自動化運轉。

2 PLC中高度扶梯控制特點

PLC扶梯控制的特點是在與傳統繼電器扶梯控制相比較的基礎上產生的。與傳統繼電器扶梯相比較PLC的扶梯控制有以下優勢。

（1）可靠性及穩定性高。可靠性高，運行穩定，自動扶梯的可靠性高低取決于控制系統的可靠性高低，與傳統繼電器控制的扶梯相比PLC的自動扶梯系統，由于制造成本以及技術的成熟度，本身元器件更可靠耐用[1]。

由于PLC系統帶有自動安全檢測功能，能使的PLC系統在運行前，運行中對本身的各個部分進行檢測監控，如果有安全問題，會不能啟動，如果在運行中則會斷電保護，其他部分繼電器的安全，會報警。Plc對電流會有限制作用，從系統的角度合理的分配電流，電壓，不會使得某一部分電流過大或者過小，從而保護元器件的安全。PLC有多個備用繼電器平行工作，即使某一個器件壞了也不會立即影響到系統的運行，從扶梯運行角度來看PLC的更可靠些。

（2）編程操作簡單。PLC的編程方式比較靈活，目前最流行也最簡單易行的編程方式是采用梯形圖編程，這種編程語言簡單直觀，形式上同繼電器原理圖很類似，因此便于有電氣控制知識的人員掌握。邏輯功能結構圖編程，類似于數字電路的邏輯門電路編程語言，便于有數字電路控制基礎的人員掌握[2]。同匯編語言與高級語言的關系一樣，PLC編程語言中也有類似于匯編語言的編程語言，那就是指令表編程，由于程序閱讀性差難以記憶，常常不予以使用。另外PLC還可使用一些高級語言進行編程，比如結構文本編程（ST）語言。

（3）控制靈活。PLC自動扶梯是通過用戶的輸入程序來控制扶梯運轉的，環境適應性很強，可以從兩方面來論述，第一，如果用戶想改變輸出參數比如扶梯運轉方向，扶梯運轉速度等，可以簡單的通過修改輸入程序便可實現而傳統繼電器控制方式則需要，改變接線端子接法，或者修改控制電路的方式來實現，過程繁瑣，難度大。第二，標準化，模塊化的PLC系統組合起來很靈活，既可以控制一臺扶梯，也可以集中控制多臺扶梯，既可以現場控制扶梯，也可遠程計算機控制扶梯。用戶可根據具體情況，靈活選用。

（4）通信功能強大。PLC具有功能強大的通信模塊，也具有很多通信接口，能與不同的裝置實現網絡通信。不僅可以進行數據運算也可以進行邏輯運算，還可以實現計時，順序，系統自檢，以及人機對話功能[3]。可與計算機形成完美的契合，可以實現實時扶梯狀態的實時監測。由于具有強大的通信功能，幾乎通用的通信接口，PLC可實現與多種傳感器的通信，這就實現了，無人時停止，有人時運轉，人多時，轉矩大，人少時轉矩小的自動控制功能，最大程度的節省了電能。與光電傳感器的通信，也可實現危險情況急停，轉速，轉向的實時狀態顯示。也可與其他扶梯組成有效的智能的配合，比如這段運行時那段就停止，這段上行時，那段下行，這段運行快時，那段就運行慢些。總之PLC能從系統的觀點出發最優最有效的實現資源配置。

3 中高度自動扶梯的控制要求

中高度扶梯應能實現自動控制和手動控制兩種方式。對于自動控制，在當人為設定好控制參數后，打開啟動開關，扶梯能自動循環運行。當長時間沒人乘坐時，扶梯處于待機狀態。

當有人接近扶梯時，扶梯緩慢啟動，運行1-3秒后按預設速度運行。當扶梯處于待機停止狀態時，如果有乘客反向乘坐，電梯不予以啟動，并提示報警。扶梯應設有自動潤滑系統，當檢測到扶梯各個配合部件間潤滑不足時，自動潤滑[4]。扶梯應該設有斷電保護以及備用電源系統，一旦遇見突發停電情況，扶梯應該逐漸緩慢停止運行，保證乘客安全。扶梯應能現場設置運轉參數，如運轉速度，運轉方向等。也應能通過遠程控制中心，設置運轉參數。

扶梯各個關鍵控制元件如電機，安全開關、光電傳感器等，應該設有自動監視系統，出現故障時，檢測系統應能精準指示故障所在，便于維護人員維修。扶梯應設置緊急保護系統，如果斷電保護，過載保護，圍板保護電機過熱保護等，以在保證乘客安全的前提下，實現乘客輸送功能。

4 自動扶梯的控制原理

自動扶梯運轉在原理上來說是比較簡單的，大致上可分為啟動階段、自檢階段，正常運行、無人待機、關閉階段，檢修維護階段等。當啟動扶梯開關，系統進入自檢，如果自檢結果正常，主控制繼電器閉合控制電路得電接通，則扶梯運行系統開始運行[5]。如果自檢結果不正常即系統有故障時，主控制繼電器不得電，故障報警系統控制繼電器閉合接通，系統報警停運。

當扶梯長時間無人乘坐時，光電傳感器不能給微型處理器發送脈沖信號，計時器計時在預設時間內微型處理器未接受指令，電機控制繼電器斷開，系統待機。當反向光電感應傳感器發出脈沖信號時，即在待機狀態下有乘客反向乘坐電梯時，報警系統啟動，電梯主繼電器不得電，扶梯不運轉。當需要轉換扶梯運轉方向時，電機轉向繼電器分別得電斷電，即可實現扶梯換向運轉。當現場或者遠程關閉扶梯系統時，主繼電器斷電，系統緩慢停止。當需要檢修維護時，啟動檢修維護開關，扶梯電機主軸與扶梯輸送帶斷開連接，即電機轉動，扶梯不動，從而方便檢測扶梯故障。

另外在扶梯故障檢修時，可根據檢測系統所顯示的故障所在處，來直接進行檢修。檢修完畢后，必須進行系統重啟并且進行扶梯試運行。

5 PLC在中高度扶梯控制系統中的應用

（1）扶梯自動控制系統主電路設計。PLC對于中高度扶梯的控制是建立在扶梯自動控制原理之上的。控制原理前面已述，下面根據控制原理，來確定控制主電路。中高度扶梯控制主電路如圖1所示。

圖中R 、S、T分別為三相供電變頻器的電源進線、三相供電的伺服驅動器的電源進線以及三相供電的伺服主軸驅動器電源進線。K1為扶梯電機正轉接觸器、K2為扶梯電機反轉接觸器。K4為不經變頻器的電源聯通接觸器，K3為經過變頻器的電源聯通接觸器。OCR為電機過熱保護繼電器。M為三相異步電動機，承擔整個扶梯的運轉動力以及運動的輸出[6]。PT為電源檢測保護驅動，當系統過載時，檢測到大電流，對系統進行保護。

在自動扶梯需要上行運轉或者下行運轉時，分別需要接通K1或者K2，當扶梯在啟動時，處于節能環保的考慮，需要接通變頻器，在電機開始啟動時，扶梯停止運轉前，滿員乘坐或者逐漸乘坐人員逐漸增加時，變頻器接通，此時扶梯電機處于變頻運轉階段，在這些階段中的電路接通開關組合為K1K3或者K2K3。當扶梯運轉正常或者說轉速達到額定轉速時，變頻器斷電，要進行變頻器斷電是因為，變頻器接通的系統功耗是未接通時的1.2倍，變頻器的作用是為了在啟動或者停止或者制動時，增大電機輸出轉矩，這一階段耗電比較大，而在扶梯電機轉速正常時，一般不需要像開始啟動時那么大的轉矩，也就沒有必要輸出那么大的轉矩，此時接觸器K4接通。這時的系統電路接通通路是K1K4或者K2K4。

扶梯自動控制系統對于變頻器的使用，不僅節省了電能，同時也延長了電機的使用壽命，有效減小了扶梯的整體結構尺寸，使得扶梯結構緊湊小巧，極大的避免了空間浪費。

（2）PLC控制電路制定。根據主電路的功能原理現制定如下所示PLC控制電路，控制方框圖如圖2所示。

PLC輸入的信號主要有光電傳感器脈沖信號、接觸器狀態信號、系統自檢信號、運轉反饋信號、運行模式信號、以及過熱過載保護信號。通過這些信號的輸入PLC控制系統能根據用戶輸入的運行程序進行邏輯判斷，輸出相應的控制信號如變頻器狀態變換、接觸器閉合與斷開、制動器接通與脫離、電機的正轉與反轉、扶梯的運行模式變換運轉或者檢修等，從而實現對相應功能模塊的自動控制。

（3）PLC扶梯自動控制程序設計。PLC的控制程序輸入，搭載好了硬件控制系統的PLC還不足以實現扶梯的自動控制，只有和相應的控制軟件也就是控制程序相配合，PLC才能滿足系統控制要求。PLC的控制程序是根據扶梯的自動控制要求來設計的，前面以及描述過扶梯的控制要求，下面來進行PLC的程序設計，程序的邏輯框圖如圖3所示。

設計好程序流程框圖后便可按照流程框圖結合控制電氣原理圖，將程序用梯形圖來描述并輸入PLC，梯形圖具體描述細節轉換簡單，此處不再贅述。

6 結束語

PLC控制的中高度扶梯，有著良好且穩定的運行效果，在保證乘坐人員安全的前提下極大的實現了中高度扶梯的自動化、智能化、人性化，節能環保化的運行控制，具有非常光明的發展前景。目前的PLC在中高度扶梯控制系統中的應用還存在著很多不足之處，像扶梯運行過程控制平穩性問題，安裝成本問題以及接口通信通用化問題等，但是，相信隨著科技的不斷發展進步，這些問題會很快得到解決，PLC在扶梯控制中的應用也會更加成熟完善。

參考文獻：

[1]張杰.基于PLC的自動扶梯控制系統應用研究[J].工程技術：文摘版，2016（11）：00275.

[2]胡淑坤.基于PLC的自動扶梯控制系統設計[J].電子世界，2015（20）：65-67.

[3]趙亮.基于PLC的自動扶梯控制系統設計[J].工程技術：全文版，2016（10）：00320.

[4]陳健，張敬宇.基于模型的設計在plc控制系統開發中的應用[J]. 商情，2017（01）：226.

[5]楊洋.基于PLC的自動扶梯節能化設計[J].應用能源技術， 2017（01）：43-46.

[6]姜偉，李想.基于PLC的自動扶梯電氣控制系統的設計[J].科學技術創新，2017（01）：48.

作者簡介：李占輝（1982-），男，安徽人，本科，中級，研究方向：機械、機電。