基于PLC和微波紅外雙鑒探測器的電梯節能運行系統設計

摘要：針對老舊電梯耗能巨大的問題，設計了一種基于PLC和微波紅外雙鑒探測器的電梯節能運行系統。該系統在特定情況下可實現電梯的節能運行，降低了電梯能耗及機械器件的損耗，具有一定的實用價值。

關鍵詞：PLC;雙鑒探測器;電梯;節能系統

0 ? ?引言

電梯為人們的工作和生活帶來了極大的便利，但是電梯能耗巨大，是高層建筑耗能較大的設備之一，特別是一些老舊電梯，功能簡單，經常造成電梯不必要的停留開門，給電梯帶來損耗，使電梯過早老化，造成不必要的經濟損失，同時電梯高負荷運行也會引發一些安全事故。據業內人士估算，目前全國范圍內使用15年以上的老舊電梯數量超過10萬臺。老舊電梯的維修、更新費用動輒達上萬元甚至數十萬元。本文以四層電梯控制模型為對象，在電梯運行轎廂系統中加裝了微波紅外復合（雙鑒）探測器，結合PLC控制系統，提出了一種針對某種特定情況下的電梯節能運行方案。該方案改造方便，成本低廉，系統運行便捷，具有一定的推廣實用價值。

1 ? ?PLC和微波紅外雙鑒探測器在電梯節能系統中的應用設計思路

本文所指的某種特定情況是：（1）在電梯乘客中，有人錯誤按下了需要到達的層數按鍵，例如乘客本來要去第7層，但錯誤按下了17層的按鍵，無法取消，第17層及以上樓層沒有乘客需乘坐電梯，此時電梯向上空運行，然后在第17層停留開門，這種情況造成了電梯能耗的增加及機械器件的損耗。（2）人在電梯內部呼叫按鈕操作后離開，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[1]。

1.1 ? ?四層電梯模型簡介

本次采用的電梯模型是由直流電機、轎廂、內選控制器、轎廂門、樓層選向器、導軌、控制器、底座等組成[2]，其結構如圖1所示。

本裝置電源為交流220 V、50 Hz。面板上的輸入信號端子有內選按鈕信號、外選按鈕信號、平層、限位信號、廂門限位信號及公共端I等共計24個，控制時應分別與PLC主機輸入端連接，公共端I與主機輸入COM點連接。面板上的輸出信號端子有外呼指示燈、轎廂上升下降控制、內選指示燈、廂門開關控制、公共端II等共計18個，控制時應分別與PLC主機輸出端連接，公共端II與主機輸出COM連接。

1.2 ? ?微波紅外復合（雙鑒）探測器

微波紅外復合（雙鑒）探測器既具有微波探測器可靠性強、與熱源無關的優點，又具備被動紅外探測器無需照明、沒有亮度要求、可晝夜運行的特點[3]，同時，由于此次設計中微波紅外復合（雙鑒）探測器應用在電梯轎廂這樣一個封閉的金屬環境中，克服了微波探測器容易穿透非金屬物體探測的特性，大大降低了系統誤報率。

本設計采用市場上常用的吸頂室內有線微波紅外雙鑒探測器，安裝在電梯轎廂頂部。該類型的雙鑒探測器360°全方位無死角探測，當安裝高度為3 m時，其探測直徑可達10 m;內置靈敏度跳線，可以根據不同環境需要進行調節;抗白光和電磁干擾，有NC/NO報警輸出，NC防拆輸出，工作電壓為9～16 V。電梯開關電源輸出標稱電壓通常為5 V、24 V、±15 V[4]，完全可以為探測器提供電源。微波紅外復合（雙鑒）探測器在電梯轎廂的安裝示意圖如圖2所示。

1.3 ? ?PLC主控電路設計

1.3.1 ? ?PLC選型

PLC型號眾多，要選用合適的PLC，首先要進行PLC的I/O點數和種類的估算。根據被控對象對PLC控制系統的技術指標和要求，全面考慮輸入/輸出信號的個數，I/O信號類型（數字量/模擬量），電流、電壓等級，是否有其他特殊控制要求等因素，同時附加20%～15%的備用量。據此，本設計根據本校實際情況，選用了實訓室常用的三菱公司的FX2N-48MR-001 PLC。該機型合計總數為48～24點輸入，DC24 V，24點繼電器輸出，具有集成性、高性能，運算高速，存儲器規格寬裕，軟元件范圍豐富等特點[5]，完全滿足此設計需要。

1.3.2 ? ?I/O設備及I/O點分配表

表1為該設計的I/O設備及I/O點分配表。輸入信號有：內選按鈕信號4個，外選按鈕信號6個，開關門信號2個，轎廂平層信號4個，開關門限位2個，上下極限位2個，被動紅外探測器信號1個，共計21個。輸出信號有：內選按鈕信號指示4個，外選按鈕信號指示6個，轎廂上下行信號2個，轎廂上下行指示2個，門電機開關2個，共計16個。

1.3.3 ? ?PLC接線圖

圖3為PLC輸入輸出接線圖。X0～X24為輸入信號，Y0～Y26為輸出信號，其中Y20～Y26分別按順序接數碼管的A～G，顯示轎廂所在樓層。輸入端的公共端COM I接地，輸出端的公共端COM II接+24 V電源。

2 ? ?系統軟件設計流程圖

本設計采用GX ?Deve-

loper作為編程軟件[5]進行編程設計。在編程過程中，應充分了解該系統的全部功能、輸入/輸出信號的種類和數量等，再根據工藝要求，繪出各功能單元的功能流程圖，逐條編寫控制程序。在調試時先從各功能單元入手，再調試優化全 的軟件系統。系統軟件流程如圖4所示。

3 ? ?結語

本系統經過硬件及軟件設計，結合四層電梯模型，搭建了基于PLC控制和雙鑒探測器（采用實訓室現有模型）的節能電梯模型，并進行了調試模擬運行，調試模擬運行過程如圖5所示。

通過對該系統各個模塊的調試，該系統實現了既定功能，提高了電梯的運行效率，延長了電梯的使用壽命，節約了大量電力資源，實現了電梯運行的智能化、人性化，因此該系統具有很高的使用價值。

[參考文獻]

[1] 何斌鋒，張璐，林樹剛，等.基于PLC的防止空運行智能電梯設計[J].電子測試，2017，（16）：5-6.

[2] 天津市源峰科技發展有限責任公司.TVT-99A電梯模型使用說明書[Z].

[3] 張晨.被動式紅外探測器三維探測模型研究[J].中國安防，2014（3）：80-84.

[4] 康宇翔.電梯產品應用開關電源替代工頻變壓器的技術研究[J].中國設備工程，2017（22）：115-116.

[5] 巫莉.電氣控制與PLC應用[M].2版.北京：中國電力出版社，2012.

收稿日期：2020-02-10

作者簡介：黃修力（1980—），男，河南人，研究生，講師，研究方向：電子、通信技術、檢測與控制系統設計與應用。