基于PLC的電梯控制系統設計

趙東澤 冷紫旭

摘 要 本文提出了基于PLC的電梯控制系統，該系統相對傳統系統有著功能性強、故障性低、可靠性強等特點。首先，通過對比不同控制系統，最終選擇PLC作為控制系統;其次，是硬件電路設計（包括安全運行回路、門機回路電路圖）和軟件程序設計，文中利用GX-Developer-V8.0軟件來進行模塊化編程;最后，利用GX-simulator6.0軟件對六層電梯控制系統進行了模擬運行調試，證明其達到了電梯運行的基本要求，實現了電梯運行的基本功能。本文設計的電梯控制系統不僅提高了電梯的控制水平，還提高了電梯故障檢測與維修的方便性，具有良好的可操作性。

關鍵詞 PLC 電梯 梯形圖 仿真 模擬調試

中圖分類號：TU976 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）01-0010-03

1 電梯控制系統設計方案

電梯控制系統的總體結構：PLC電梯控制系統主要包括拖動和信號這兩大方面的控制系統。在硬件方面該系統主要有主機和擴展、主拖動和機械兩大系統，同時還包括了轎廂操作盤、樓層指示器、調速設備、門機等眾多部分[1]。在這其中PLC主機是該系統的關鍵，其他如呼梯盤等方面產生的信號最終都傳輸給PLC，經過相應的程序處理之后通過拖動系統完成電梯制動、電梯運行以及其他命令。

在控制方面該系統在轎廂內外分別采用了按鈕和召喚兩種方式。在工作過程中使用者可以在轎廂內通過按鈕控制電梯的運行到達想要去的樓層。控制電梯上下運動的是一臺交流電機，該電機通過轉向的變換實現電梯的上升和下降。同時還可以完成啟動過程的加速、制動時的減速以及穩定的運行等多個階段的調速過程。在廂門的開合方面是通過一個簡單的它串勵直流電機進行控制的，同樣電機的正反轉動分別控制廂門的打開和閉合。任意電梯口處皆配備有呼叫按鈕以及顯示器，顯示器的作用是為了讓使用者了解電梯狀態，同時轎廂里面還配備了操控廂門開啟與閉合的按鈕。

2 電梯控制系統的硬件設計

在拖動方面具有各種各樣的系統，通常來說直流形式的系統造價較高，有變頻調壓調速等眾多系統。交流形式具有交流調壓調速等多個系統，這些交流形式的系統常常用在低速電梯中，它的主要優勢是價格低廉、構成簡單。

2.1 交流雙速電梯系統的主電路圖及工作原理

圖1為交流雙速電梯控制系統的主電路圖。M表示的是一種雙速籠型的異步電動機，該設備通常只在YYTD這一系列的電梯中使用;KM3和KM4是電機不同轉向方面的接觸器，主要負責控制電梯的上下運動;KM5和KM6負責控制電機的轉速;KM7的主要作用是在啟動時進行加速;KM8、KM9以及KM10三個控制的是制動過程的加速度;R1、R2和L1、L2分別表示定子電路中串聯的電阻和電抗，它們主要配合上面的接觸裝置進行制動過程。電梯的上下運行靠KM3到KM5這三者的接通情況控制，設定時規定KM7要在1.5秒后進行接通，當L1和R1兩者斷開時電梯的運行將以勻速進行;收到停止命令時，電梯將發生一系列的變化，首先是斷掉KM5并接通KM6，而且電路中接通電抗，電機轉速降低，另外編號8到10的這三個接觸器分別接通1、1.5和2秒的時間，這一操作主要是對制動的強度進行控制，保證在這一過程中使用者擁有較好的舒適度。最終電梯運行到指定樓層的時候斷開所有的接觸器，同時電梯速度為零，釋放機械閘。當電梯處于檢修狀態的時候只能進行點動式的低速運行[2]。

2.2 電梯的門機電路及安全運行回路

圖2展示的是電梯安全運行和門機部分的相關電路。上面已經說過控制廂門開合的具體電機，在開啟與閉合時采用接觸器1、2控制，同接觸器1相連后電機和R2被并聯起來，達到了控制開門的目的，同時R2會在SQ11壓下后短接，進而對廂門的打開速度進行調節。同理2號接觸器閉合是控制關門操作，同時由R3以及SQ12和SQ13配合使用控制關門速度大小。

3 電梯控制系統的軟件設計思想

3.1 正常工作狀態

電梯進行正常呼叫響應有如下步驟：

（1）電梯控制系統在收到來自于廳門外或轎廂內部的信號后，就會自動進行比較，然后再結合模塊的選擇進行選向[3];（2）電梯的運動速度會因為調速模塊的驅動而先低速再變化為高速，在將要運行至目的樓層時，速度將變慢;（3）電梯獲取目標監測點的呼叫信號指令時，就會下達減速信號指令，從而將運行狀態從高速轉變為低速，到目標樓層的平行點時就會停止運行;（4）運行至目的樓層后，電梯將停靠一段時間，然后在觸碰到關門開關時，執行關門指令，此時的樓層運行位置會一直在電梯控制系統中顯示。

3.2 強制工作狀態

當電梯因為某些故障需要進行維修的時候，此時電梯應該不受到外界的控制，換句話說，電梯在這個時候就不再處于工作狀態，維修人員可以對其進行上下移動到所需要的位置來滿足檢修人員的需求[4]。如：當電梯執行檢修狀態時，電梯將會立刻結束原來的運行狀態，此時可以按照維修需求長按移動按鈕人工調節其上下移動，按鈕松動則電梯也不再工作。

因為這種電梯控制系統復雜程度較高，因此必須采用模塊方法來執行內部編程程序，將各個數字量和模擬量以信號的方式存儲到寄存器之中并對其進行分類，這樣做的好處是便于不同模塊間相互聯系。另外，模塊化程序設計方法的利用在一定程度上使得程序的變更和完備變得容易起來。

4 運行的模擬調試及仿真

GX-Developer8.0軟件可以使用多種語言進行相應的編程，其功能結構強大，內涵軟件包程序極其多，并且兼容性極佳，通過該款軟件可以達到簡單的設定、調試以及監控等特殊模塊的應用。不僅如此，還可以通過網絡進行修正，甚至可以在其他地點讀寫可編程控制程序。

通過GX-simulator6.0 PLC仿真調試軟件對電梯在正常運行以及發生故障時進行仿真，再通過網絡電腦的虛擬運行，可以檢測程序的編撰在實際運行中是否會出現問題，提高了運行安全性。

5 結論

本文通過運用PLC控制系統來對電梯進行研究，主要是用調試功能來對其進行設計，通過對軟件與程序的調試，并通過仿真軟件對電梯運行進行模擬，分析電梯運行過程規律與特點，了解其結構與功能。在本文研究中，主要使用了PLC來對電梯內部的電路結構以及控制系統進行全面而詳細的分析，主要是因為PLC具有簡單、直觀性的特點，能夠將復雜電路問題分解為小的電路圖，使其更加直觀而清晰。當電梯依附于較高樓層時，其對應的內部結構樓層也會變多，這就使得電梯內部的電路模塊變多，結構更為復雜。通過對其進行詳細的編程，采用控制系統來控制電梯的運行，則相較于之前而言，其所需要進行修改的問題變得更為簡單，為之后的設計奠定了基礎。

在本文中，就電梯功能、運行、設計方面的研究主要從下述幾個方面展開：

（1）通過對電梯發展過程進行分析，了解電梯的運行過程以及內部結構;（2）主要分析了PLC控制程序中各個模塊的編程以及運行過程;（3）采用PLC軟件，根據電路結構來設計相應的流程結構圖;（4）通過PLC的仿真軟件對電梯運行、信號燈、指令功能等方面進行模擬設計，查找電梯在運行時的故障并進行更改。通過實際的模擬結果，可以得到：本文所設計的梯形電路圖是正確的，可以進行實踐應用。

本論文中通過對PLC的仿真調試實驗，可以發現所設計的6層電梯控制系統基本能夠保障電梯的運行與服務，說明測試結果是成功的。當然由于設計還不完善，例如電梯的調速系統沒有采用變壓變頻調速技術（VVVF），這是因為受到了實際條件的限制，還需要進一步的優化和改善。

參考文獻：

[1] 羅興全.PLC控制變頻調速電梯電氣控制系統[J].電氣傳動自動化，2012，34（03）：40-43.

[2] 黃波.基于S7-300PLC的四層電梯控制系統的設計[J].輕工科技，2015（12）：91-92.

[3] 楊章勇.基于PLC的電梯控制系統的設計與仿真[D].西安：長安大學，2012.

[4] 張文軍.基于PLC的電梯控制系統的設計與研究[J].現代電子技術，2012，35（23）：161-163.