王博

（湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北·咸寧437100）

基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王博

（湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北·咸寧437100）

本文是對基于PLC的電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，首先介紹了PLC可編程器件和電梯系統(tǒng)的組成，而后詳細(xì)闡述了PLC控制電梯系統(tǒng)的運(yùn)行和工作流程，從而實(shí)現(xiàn)了PLC對電梯系統(tǒng)的控制。

PLC；電梯系統(tǒng)；控制信號；編程

一、概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以微電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)為核心的機(jī)電一體化設(shè)備成為當(dāng)前社會快速發(fā)展和社會文明的象征，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展下的主要標(biāo)志之一。自動化技術(shù)主要是以可編程器件為控制核心，通過人工編程來實(shí)現(xiàn)對各種情況的自動判斷和自動處理，最終實(shí)現(xiàn)人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的自動化。在可編程器件中，PLC是其中常見的變成器件，以其體積小、性能高、可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)以及安全文虎簡單的特性，在社會的各個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域中尤其是電梯控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。電梯系統(tǒng)的控制，對于控制核心可編程器件要求比較高，在可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力等方面要求尤為重要，PLC可編程芯片正是滿足電梯控制系統(tǒng)的對應(yīng)芯片，所以基于PLC芯片對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，對了解電梯控制系統(tǒng)，提升電梯控制系統(tǒng)穩(wěn)定性來說具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

二、PLC可編程器件

PLC是Program Logic Controller的縮寫，是一種可編程器件，在工業(yè)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，根據(jù)其主要功能主要體現(xiàn)在以下幾方面的應(yīng)用。第一，順序控制。PLC可編程器件替代了傳統(tǒng)的繼電器裝置，在順序控制上具有靈活多變、穩(wěn)定可靠的有點(diǎn)，在目前新型的數(shù)據(jù)機(jī)床、電梯控制系統(tǒng)以及裝配生產(chǎn)流水線過程中被廣泛應(yīng)用。第二，過程控制。PLC可編程器件配備相關(guān)設(shè)備構(gòu)成完成的控制系統(tǒng)，自身攜帶了很多A/D、D/ A的器件，輕松實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、濕度、流量等工業(yè)生產(chǎn)工程中的傳感器和控制器，從而對各個(gè)過程中的連續(xù)參數(shù)變化進(jìn)行感應(yīng)和控制。第三，數(shù)據(jù)處理。PLC可編程器件配備的系統(tǒng)中有完成的四則運(yùn)算指令，能夠構(gòu)建完成的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠很容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程中的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)的靈活有效的控制。

PLC可編程器件根據(jù)環(huán)境和需求不同，有很多型號，但是其基本功能和構(gòu)成是相同的，都是以微處理器為控制核心，依賴其他相關(guān)電路實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)。一般的，PLC可編程器件最基本結(jié)構(gòu)包括中央處理器CPU、存儲器、I/O設(shè)備。其中，CPU是實(shí)現(xiàn)指令解讀和運(yùn)算的核心部件，它能夠從內(nèi)存中讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)從而獲取外部裝置目前的狀態(tài)，并通過計(jì)算分析來生成相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，從而完成相應(yīng)指令操作，控制相應(yīng)的輸出設(shè)備，同時(shí)CPU還能夠?qū)ν獠康脑O(shè)備的突然請求進(jìn)行相應(yīng)，來滿足特殊情況的處理。存儲器包括兩部分，ROM和RAM，其中ROM是生產(chǎn)長假存放到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，包括系統(tǒng)管理、監(jiān)控以及用戶程序編譯等基本程序，而RAM則存放用戶自己的程序代碼和數(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶對PLC的編程控制。I/O是PLC的輸入/輸出接口，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，輸入設(shè)備能夠?qū)⒐I(yè)生產(chǎn)過程中的各種信息或狀態(tài)，如按鈕信息、繼電器觸點(diǎn)、開關(guān)或傳感器數(shù)據(jù)等讀取到內(nèi)存中，輸出設(shè)備則是PLC的CPU對相應(yīng)電路的數(shù)據(jù)的改變，如指示燈、接觸器、繼電器等，通過I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)了PLC系統(tǒng)與人類的信息交互。

三、電梯系統(tǒng)的組成

隨著社會基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，高樓林立已經(jīng)成為我國常見的現(xiàn)象，這也就催生了電梯大量應(yīng)用。電梯系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而又完整的系統(tǒng)，是集自動控制、檢測、電動機(jī)控制等機(jī)電一體化的系統(tǒng)，需要有電氣控制、信號檢測、電機(jī)控制等多個(gè)部分配合來實(shí)現(xiàn)，通過各個(gè)系統(tǒng)在總控制系統(tǒng)的完全控制下，協(xié)同配合來實(shí)現(xiàn)電梯可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。

電梯系統(tǒng)的基本以鋼絲拽引式結(jié)構(gòu)為主，包括了拽引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門和轎廂控制系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、運(yùn)行邏輯系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。

拽引系統(tǒng)是整個(gè)電梯的動力來源，是驅(qū)動電梯運(yùn)行的主要?jiǎng)恿敵龊蛡鬟f系統(tǒng)，通過拽引機(jī)帶動導(dǎo)向輪和反繩輪旋轉(zhuǎn)，拽引鋼絲繩來牽引電梯轎廂上下運(yùn)行，拽引機(jī)的主要?jiǎng)恿碓词请妱訖C(jī)，在外在電力的作用下，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動拽引輪、連軸器等部件，在減速箱、電磁制動器的作用下來實(shí)現(xiàn)拽引力的輸出。電梯的鋼絲繩連接對重和電梯轎廂，拽引輪牽動鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，來驅(qū)動轎廂的上下運(yùn)行。

電梯導(dǎo)向系統(tǒng)在導(dǎo)軌等作用下使得轎廂和對重的運(yùn)動軌跡只能是在導(dǎo)軌范圍內(nèi)做上下的升降運(yùn)動，從而限制了其二者的自由度，保障了電梯運(yùn)動的穩(wěn)定性。

門和轎廂系統(tǒng)則是電梯主要載體的構(gòu)成系統(tǒng)，其中，電梯門包括層門、轎廂門、聯(lián)動裝置，通過在層門、轎廂門之間的相互配合，協(xié)調(diào)統(tǒng)一的開和關(guān)，來方便乘客和貨物的出進(jìn)。轎廂則是乘客和貨物的載體，主要由轎廂體、轎廂架構(gòu)成，其中轎廂架的主要作用是為轎廂體提供承重作用，包括了橫、豎、斜、底等拉桿或梁柱構(gòu)成，而轎廂體則是由轎廂底、壁、頂以及相應(yīng)的通風(fēng)裝置、裝置、按鈕、攝像頭等設(shè)備構(gòu)成。

為了能夠有效促進(jìn)電梯運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，重量平衡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了消除由于電梯在高層樓層時(shí)由于拽引鋼絲變長而對電梯平衡度的影響以及轎廂運(yùn)行過程中由于自重問題帶來的穩(wěn)定度影響。一般的電梯重量平衡系統(tǒng)有對重裝置和重量補(bǔ)償裝置構(gòu)成，對重主要作用是用來平衡轎廂自重，重量補(bǔ)償裝置則是平衡拽引鋼絲帶來的不穩(wěn)定性。

電梯垂直運(yùn)行需要電力拽引，電力拖動系統(tǒng)則是提供電梯處置運(yùn)動和速度控制的主要系統(tǒng)，一般包括電動機(jī)、電源、速度控制和反饋裝置。供電系統(tǒng)為電動機(jī)提供電能來源；電動機(jī)一般為交流或直流電動機(jī)，通過供電系統(tǒng)作用下帶動拽引鋼絲和導(dǎo)向輪運(yùn)動，進(jìn)而拽引轎廂垂直運(yùn)動；速度調(diào)速裝置和反饋裝置則是對電梯運(yùn)動速度的控制，通過實(shí)施檢測電梯運(yùn)動的速度，進(jìn)而生成相應(yīng)的電信號來對控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的運(yùn)動速度的控制。

電梯系統(tǒng)需要識別乘客對轎廂控制和電梯請求信號的識別等，電氣控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)了電梯信號識別、控制信號輸出等方面的系統(tǒng)，一般包括電梯控制裝置和操作裝置、位置顯示系統(tǒng)和平層控制系統(tǒng)等。其中，控制裝置主要是對不同樓層間電梯請求以及電梯當(dāng)前位置信息情況下的邏輯判斷，從而控制電梯轎廂運(yùn)動，此外，有專門的對電梯的高級控制裝置實(shí)現(xiàn)對電梯的非常規(guī)控制；操作裝置是通過面板按鈕來對轎廂門進(jìn)行開關(guān)控制以及對電梯使用的請求，同時(shí)包括電梯門信號識別等；平層控制系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)電梯轎廂底層與樓層之間到達(dá)同一水平面的控制；位置顯示信息裝置主要作用則是顯示當(dāng)前電梯所在的樓層和電梯運(yùn)動的方向。

電梯系統(tǒng)對于乘客的安全至關(guān)重要，所以在電梯系統(tǒng)中，需要有安全保護(hù)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行過程中的安全和故障安全。首先，電梯系統(tǒng)一般會有限速器，配合安全鉗來保障轎廂的運(yùn)行速度不會超速，緩沖器能夠有效保護(hù)轎廂在最底部和最高部的緩沖碰撞，極限保護(hù)保障切斷電梯總電源情況下能夠有效保證轎廂的安全。

四、利用PLC的設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)

PLC可編程器件主要是對電梯的運(yùn)行邏輯進(jìn)行判斷，通過讀取各種控制新型號和狀態(tài)信息等，來實(shí)現(xiàn)對各種子系統(tǒng)的控制。在電梯系統(tǒng)中，會有很多信號，如轎廂指令信號、電梯樓層信號、電梯召喚信號、電梯門檢測信號以及消防信號等，這些信號都是電梯系統(tǒng)中的按鈕面板的人為按下以及各個(gè)信號采集器通過采集電梯狀態(tài)來獲取。在人為控制信號輸入下或信號采集器作用下，就能夠觸發(fā)PLC執(zhí)行相關(guān)的程序，來控制相關(guān)子系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行。如圖1所示，為電梯運(yùn)行流程圖。

圖1 電梯運(yùn)行的流程圖

如圖1所示，為電梯運(yùn)行流程圖，展示了電梯運(yùn)行的初始化狀態(tài)、運(yùn)行胡總和運(yùn)行后的狀態(tài)。當(dāng)基于PLC的電梯控制系統(tǒng)上電后，會完成相應(yīng)的初始化操作，而后等待乘客請求電梯。當(dāng)乘客按下當(dāng)前樓層的面板按鈕后，電梯會判斷目標(biāo)層與當(dāng)前電梯所在層是否同層，如果是，則會打開電梯門等待乘客進(jìn)入，而后關(guān)閉電梯門，如果不是，則會根據(jù)目標(biāo)層和當(dāng)前層來為電梯選擇運(yùn)行方向。在方向確定后，PLC控制系統(tǒng)會驅(qū)動拽引電動機(jī)定向工作，先做加速運(yùn)動，而后勻速運(yùn)動，當(dāng)電梯即將達(dá)到目標(biāo)層時(shí)，電梯系統(tǒng)的樓層傳感器會告知PLC的樓層信號，在預(yù)定位置開始減速，到到達(dá)平層后，平層信號檢測器會檢測電梯轎廂底部是否與樓層平行，如果否則繼續(xù)運(yùn)行，繼續(xù)監(jiān)測平層信號，如果是，則會打開樓層門和轎廂門。延遲一定時(shí)間后，轎廂門和樓層門檢測是否有乘客或物品處在門間，從而判斷是否關(guān)閉轎廂門和樓層門。乘客進(jìn)入轎廂后，會在轎廂的按鈕面板上按下自己的期望的樓層，此后PLC系統(tǒng)會繼續(xù)重復(fù)上述實(shí)現(xiàn)流程，來實(shí)現(xiàn)轎廂的垂直運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)電梯的垂直運(yùn)行。

五、總結(jié)

電梯系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化的產(chǎn)品，包括了拽引系統(tǒng)、門和轎廂系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、電力拽引系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及安全保護(hù)系統(tǒng)等，是在各個(gè)子系統(tǒng)的相互配合下，在PLC可編程器件的通過驅(qū)動各個(gè)相關(guān)的設(shè)備或裝置，來獲取電梯系統(tǒng)的樓層信號、召喚信號、平層信號等，按照固定的順序來完成對運(yùn)行邏輯判斷下，從而實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行控制。

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責(zé)任編校：王俊奇

審稿專家：周圣強(qiáng)

TP273

A

1009-8534（2016）02-0095-02

王博，湖北省咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，電氣工程師中級，本科。