溫州市特種設(shè)備檢測中心 陳 亮

1.傳統(tǒng)電梯控制方法特點(diǎn)分析

電梯是現(xiàn)代建筑中運(yùn)用最為普遍的運(yùn)輸工具之一，尤其是對于高層建筑來說，電梯系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是建筑功能發(fā)揮的重要保障。因此電梯的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性就成了重要的研究課題。從電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程來看，主要有三類控制方式，即繼電控制、微機(jī)控制和PLC控制。繼電控制是早期的控制方式，安裝比較復(fù)雜性，在通用性上也比較差。微機(jī)控制方式則多應(yīng)用于對群控和通訊等要求較高的電梯群，這種控制方式可靠性比繼電控制更高，從體積和維修方面都具有明顯的優(yōu)勢。PLC控制方式是近年來才大力研究的電梯控制方式，由于這種控制方式具有可靠性搞和便于維護(hù)性方面等有點(diǎn)，逐漸成為一種主流的電梯控制方式。本文將就電梯的PLC控制方式展開討論，從系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計方面做探討。

2.電梯控制系統(tǒng)的基本要求

電梯控制系統(tǒng)的具體要求一般都要依據(jù)客戶的實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但從通用性和一般性的角度和本文PLC控制的角度來探討，需要實(shí)現(xiàn)的基本功能和要求主要有以下幾點(diǎn)。(1)司機(jī)操作。司機(jī)操作是電梯控制的基本操作之一，負(fù)責(zé)完成電梯啟動關(guān)門和對轎內(nèi)、廳外召喚指令的正確響應(yīng)。(2)集選控制。集選控制需要實(shí)現(xiàn)的功能是負(fù)責(zé)分析電梯轎內(nèi)指令和廳外召喚的信號處理。對運(yùn)行中來自轎內(nèi)和廳外的信號如順序登記、?？康日_執(zhí)行。(3)開始時間的自動控制，能正確依據(jù)客流情況控制開門時間，使得乘客等待的時間最短。(4)故障處理。故障處理是電梯運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)，要求電梯控制系統(tǒng)能夠正確響應(yīng)開門指令，對關(guān)門中途乘客進(jìn)入能重新開啟，或是需要強(qiáng)行關(guān)門時正確啟動。對于發(fā)生火警、停電等意外情況時，電梯能夠正確回復(fù)至指定樓層。(5)錯誤信息存儲功能。能夠?qū)⑦\(yùn)行過程中的故障正確記錄，并在故障記錄達(dá)到指定的閾值后停止運(yùn)行，故障排除后再啟動。

3.PLC電梯控制系統(tǒng)的硬件選擇

3.1 硬件選型

PLC實(shí)際上是一類型數(shù)字電子裝置的簡稱，可用于使用可編程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計數(shù)、計時和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC最大的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、便于維修和容易操作。其中容易操作是PLC相比于微機(jī)控制的最大優(yōu)勢，有多種程序設(shè)計語言可用于PLC的控制編程。而PLC同時具有的故障自我診斷的功能讓系統(tǒng)維修更加便捷。

本文中以PLC控制為基礎(chǔ)選擇合適的可編程控制器的機(jī)型，決定何種PLC機(jī)型主要考慮的因素是電梯運(yùn)行的實(shí)際需要，一般和電梯系統(tǒng)的控制方式和所需內(nèi)存有關(guān)。本文中所設(shè)計的PLC電梯系統(tǒng)樓層為8層，采用的控制方式為集選控制。依據(jù)電梯用途的估計，系統(tǒng)要求估計值如下：①輸入和輸出的估算。在輸入方面，門廳按鈕個數(shù)為10個，轎內(nèi)按鈕9個，各樓層感應(yīng)器8個，門限開關(guān)2個，檢修開關(guān)1個，減速傳感器2個，平層傳感器2個，過載測量傳感器1個，PG卡1個，障礙檢測光電傳感器1個；輸出方面，轎內(nèi)指示燈9個，門廳召喚按鈕指示等10個，樓層顯示用七段碼顯示器引腳9個，開關(guān)門電動機(jī)驅(qū)動線圈2個，變頻器控制引腳8，電梯上下行指示燈2個。②內(nèi)存估計。約3K字節(jié)的內(nèi)存。依據(jù)以上估計值，選用的機(jī)型為三菱造FX2N-80MR。

3.2 變頻器選型

電梯專用變頻器價格都比較昂貴，因此本文從經(jīng)濟(jì)的角度沒有考慮購買專門的電梯變頻器，而選用通用變頻器，其型號為安川電機(jī)公司生產(chǎn)的VS-616G5型通用變頻器。該變頻器可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的V/f控制和矢量控制。

4.硬件設(shè)計

4.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

電梯電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要作用在于實(shí)現(xiàn)電梯的啟動加速和制動過程中的平穩(wěn)性，只有平穩(wěn)的啟動和制動才不會使乘客感覺不適。依據(jù)所選用的VS-616G5變頻器，利用設(shè)計資料中給定的參數(shù)，同時調(diào)節(jié)加速時間和S曲線的加速時間，制動曲線的調(diào)整方法與此相同。

4.2 電梯控制系統(tǒng)

由前文的硬件選型可見，本文所闡述的電梯控制系統(tǒng)實(shí)際上是基于VS-616G5變頻器和FX2N-80MR的PLC電梯控制系統(tǒng)，組成部分主要包括：可編程控制器PLC、門電機(jī)、拽引電機(jī)、變頻器等。其工作流程為：利用適量控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速部分的控制，拽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速測定由光電編碼器來完成，通過上述兩類轉(zhuǎn)速的測定構(gòu)成閉環(huán)控制。電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制則交由PLC完成，有PLC實(shí)現(xiàn)對電梯使用過程中的樓層指令、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轎廂所在位置等的邏輯運(yùn)算，并實(shí)現(xiàn)對調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)時控制。

5.軟件設(shè)計

在完成了硬件系統(tǒng)的選型和邏輯結(jié)構(gòu)的安排后，剩下的工作就是利用PLC來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的邏輯控制，主要是通過編程來實(shí)現(xiàn)。本文中設(shè)計的電梯系統(tǒng)所選用的PLC型號為三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC，利用其中的基本邏輯命令來完成電梯控制的邏輯編程。這樣過程中主要是針對輸入輸出命令、電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)命令和程序結(jié)束命令三類。由于源程序代碼較為龐雜，在此不詳細(xì)例舉，僅給出程序的執(zhí)行流程過程：開始→系統(tǒng)初始化→用戶輸入登記→通過傳感器確定電梯系統(tǒng)的狀態(tài)→判定轎廂門的開關(guān)狀態(tài)和上下行狀態(tài)→根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

程序設(shè)計各階段的主要注意事項如下：

(1)電梯系統(tǒng)的初始化階段

這一階段的關(guān)鍵是在程序代碼中明確電梯系統(tǒng)邏輯線的初始化定義，并初始化PLC存儲器的初始值，按邏輯類型，選取“0”或“1”來表示狀態(tài)。這一階段的程序設(shè)計中還需明確系統(tǒng)的啟動、主控失效和程序終止的邏輯判斷結(jié)構(gòu)。

(2)輸入階段

在電梯系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，電梯系統(tǒng)所接收的輸入都是來自于用戶，接收永固輸入的場合可能在電梯轎廂內(nèi)，也可能在門廳。因此需要對這兩類不同的輸入用不同的邏輯線圈完成命令接收和命令執(zhí)行。

(3)系統(tǒng)狀態(tài)測定階段

在這一階段的程序設(shè)計關(guān)鍵是要避免系統(tǒng)中出現(xiàn)控制上的邏輯錯誤，如電梯在運(yùn)行中就禁止開門、拽引電機(jī)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)和電梯的運(yùn)行方向是否搭配、復(fù)位開關(guān)和門鈴的組合是否符合邏輯等。這些實(shí)際運(yùn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)都由程序記錄并交由存儲器進(jìn)行綜合處理。

(4)轎廂門開關(guān)狀態(tài)判斷

電梯轎廂門的開關(guān)狀態(tài)是通過調(diào)用相應(yīng)的程序段來實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是要正確處理電梯的開關(guān)門狀態(tài)程序和電梯轎廂的是否運(yùn)行啟動是否符合邏輯。只要是電梯處于關(guān)門或開門狀態(tài)，轎廂就不允許移動。此外還應(yīng)考慮到關(guān)門受阻的情況，此時應(yīng)加入判斷程序，判斷電梯是選擇開門還是轉(zhuǎn)入故障狀態(tài)。

(5)電梯是否空閑判斷

電梯是否空閑的判斷是通過選層按鈕被按下的狀態(tài)判定來實(shí)現(xiàn)的。程序中需明確各樓層按鈕的邏輯狀態(tài)來判斷電梯系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

6.結(jié)語

電梯系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性是電梯系統(tǒng)設(shè)計中的核心環(huán)節(jié)。本文以VS-616G5變頻器和FX2N-80MR型PLC來實(shí)現(xiàn)對電梯系統(tǒng)的控制設(shè)計。從經(jīng)濟(jì)上考慮，由于應(yīng)用樓層不算太高，因此選用了較為經(jīng)濟(jì)適用的VS-616G5變頻器，PLC則是用較為可靠的三菱造FX2N-80MR，通過編程實(shí)現(xiàn)對電梯系統(tǒng)的邏輯控制。實(shí)踐表明利用PLC來實(shí)現(xiàn)電梯控制的邏輯編程更為簡便易行，且維護(hù)方便，是值得深入研究的方向。在更為復(fù)雜的電梯系統(tǒng)中采用PLC控制也是可以嘗試的。

[1]江秀漢.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2009.

[2]宋伯生.可編程序控制器[M].北京:中國勞動出版社,2010.