基于數(shù)理邏輯的客梯教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

何春林

隨著客梯的廣泛使用，對于客梯設(shè)備的設(shè)計、使用、維護(hù)等方面都需要大量的技術(shù)人才。為了培養(yǎng)專業(yè)技能人才，設(shè)計了本客梯教學(xué)模擬設(shè)備，使學(xué)生能夠綜合掌握客梯系統(tǒng)運(yùn)行控制方面的知識。

當(dāng)前客梯運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)的教學(xué)中少有討論高于4層樓的范例。本文在分析了客梯運(yùn)行過程之后，建立了十六層客梯運(yùn)行內(nèi)部控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)算法模型，并設(shè)計了實現(xiàn)算法模型的硬件系統(tǒng)。

1、硬件設(shè)計

十六層客梯的簡化模型主體包括升降電機(jī)、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。

1.1客梯控制柜.控制柜是客梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務(wù)，實現(xiàn)各種性能的中心。主要包括FX2N-48MR型PLC、繼電器/接觸器、顯示部分、開關(guān)電源。LED顯示部分主要包括轎廂運(yùn)行方向顯示、樓層顯示。

1.2樓層呼叫設(shè)備.呼叫設(shè)備使用STC12C5A系列單片機(jī)作為控制芯片，使用RS485與PLC進(jìn)行通信。設(shè)備可以對客梯所在樓層、客梯運(yùn)行方向進(jìn)行顯示；還可以接收用戶上下行呼叫按鈕輸入、本樓層的行程到位等信號并發(fā)送給PLC。

1.3轎廂內(nèi)控制屏.控制屏包括上行、下行顯示、層樓位置的顯示以及1樓-16樓的指令按鈕及登記顯示。

1.4輸入矩陣.對于每個樓層而言，并行輸入到PLC中的信號有上行呼叫輸入、下行呼叫輸入和樓層行程到位輸入（轎廂內(nèi)本層呼叫由觸摸屏代替）。16個樓層一共需要48個輸入點(diǎn)。顯然本次使用的PLC輸入點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到。三菱PLC中具有有矩陣輸入指令，最多可以滿足64點(diǎn)輸入。本例中使用8個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)，使用三菱的MTR指令采集16層樓的上下呼叫及樓層到位信號。

1.5電機(jī)驅(qū)動.客梯上下運(yùn)行采用變頻器驅(qū)動電機(jī)拖動，三菱FRE740變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、轉(zhuǎn)矩提升等先進(jìn)功能，通過參數(shù)的合理設(shè)置可以最大限度的提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，降低損耗。另外其S型加減速曲線功能可以極大改善用戶乘坐客梯時的不適。

2、數(shù)理邏輯運(yùn)算

2.1運(yùn)算有關(guān)數(shù)據(jù)

2.2數(shù)理邏輯運(yùn)算說明

根據(jù)PLC的工作原理，在每個循環(huán)掃描周期內(nèi)，PLC使用矩陣輸入MTR指令獲取各個樓層及轎廂內(nèi)部的按鈕是否被按下，并將其保存到輸入字的各位中；執(zhí)行按位或運(yùn)算，將按鈕輸入的指令保存到狀態(tài)字中；然后將狀態(tài)字與轎廂當(dāng)前位置狀態(tài)字按位與運(yùn)算，獲取判斷字；

然后使用加減運(yùn)算，獲取前進(jìn)方向全選字；最后對呼叫狀態(tài)字按位與運(yùn)算，獲取呼叫判斷字。

3、軟件設(shè)計

PLC客梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細(xì)分析。輸入輸出點(diǎn)的確定是設(shè)計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。

3.1輸入信號的確定.轎廂內(nèi)操作面板上選層按鈕采用觸摸屏，因此不計算在輸入端口內(nèi)；客梯基站控制啟動信號，需要1點(diǎn)輸入；開門和關(guān)門時應(yīng)該有開關(guān)門限位開關(guān)，需要2點(diǎn)輸入；底層和頂層需要由極限位置保護(hù)限位開關(guān)，需要2點(diǎn)輸入；各樓層乘客召喚按鈕共46個，使用矩陣輸入，耗費(fèi)8點(diǎn)輸入和6點(diǎn)輸出；轎廂通風(fēng)信號及超載重量下需要2點(diǎn)輸入；客梯停靠到位需要1點(diǎn)輸入；防止轎廂門夾人，需要門簾信號檢測是否有人處于客梯門附近，需要1點(diǎn)輸入。

3.2輸出信號的確定.控制客梯的上行、下行（即電機(jī)正、反轉(zhuǎn)）需2點(diǎn)輸出，開門、關(guān)門需2點(diǎn)輸出；當(dāng)前轎廂所在樓層信息編碼輸出信號，需要占用4點(diǎn)輸出；客梯運(yùn)行方向信號，需要2點(diǎn)輸出。客梯停靠到位，需要1點(diǎn)輸出；轎廂通風(fēng)需要1點(diǎn)輸出，故障報警也需要1點(diǎn)輸出。

3.3輸入信號處理.根據(jù)MTR指令的格式及說明，將各個樓層的上下呼叫信號、樓層行程開關(guān)信號采集到PLC內(nèi)部；由觸摸屏更新各個樓層的轎廂內(nèi)部呼叫信號，然后對于輸入的各樓層信號首先進(jìn)行預(yù)處理。首先得到上行呼叫狀態(tài)字、下行呼叫狀態(tài)字、當(dāng)前樓層狀態(tài)字和轎內(nèi)呼叫狀態(tài)字；然后得到當(dāng)前樓層上方上行呼叫狀態(tài)字、上方下行呼叫狀態(tài)字、下方上行呼叫狀態(tài)字、下方下行呼叫狀態(tài)字。以上處理每個掃描周期都會執(zhí)行一次，實時更新當(dāng)前各樓層呼叫狀態(tài)信息。

3.4運(yùn)行方向判斷.客梯在頂層時只能下行；客梯在底層時只能上行；本層有與客梯運(yùn)行方向同向外呼叫或者轎廂內(nèi)有本層呼叫時，客梯門重新打開；客梯運(yùn)行方向上若有任意上行或者下行呼叫，這客梯繼續(xù)上次運(yùn)行方向前進(jìn)；若客梯懸停判斷運(yùn)行方向時間超過10秒，則任意方向有呼叫，則向呼叫方向運(yùn)行。

3.5客梯停靠判斷.轎廂內(nèi)部呼叫當(dāng)前樓層時，停止在當(dāng)前層；轎廂外部當(dāng)前樓層同向呼叫時，停止在當(dāng)前層；客梯運(yùn)行方向的前方?jīng)]有任何上行、下行呼叫時，停止在當(dāng)前層。

3.6狀態(tài)字改變.當(dāng)客梯停靠到某一樓層到位后，PLC發(fā)出停靠到位信號。相應(yīng)樓層的內(nèi)部呼叫信號將被清除；轎廂開門后，外部同向呼叫信號將被清除。

4、結(jié)論

在設(shè)計中充分利用了我校現(xiàn)有的實訓(xùn)設(shè)備，運(yùn)用了多方面的專業(yè)知識（運(yùn)動控制技術(shù)、PLC、自動控制原理、單片機(jī)技術(shù)等），實現(xiàn)了16層客梯控制的硬件電路和軟件程序設(shè)計。設(shè)計過程中逐步加深了對高層客梯這一控制對象的控制要求的理解，為后續(xù)深入研究奠定了基礎(chǔ)。