摘要：PLC控制系統(tǒng)具有使用便捷、功能靈活、能耗低、噪聲小、可靠性高、占地面積小、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。文章介紹了電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理，論述了電梯PLC變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)MCGS組態(tài)軟件及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：電梯；PLC控制系統(tǒng)；MCGS組態(tài)軟件；變頻調(diào)速；高層建筑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.005

當(dāng)前，我國(guó)建筑事業(yè)大力發(fā)展，各個(gè)城市的高層建筑如雨后春筍，電梯是高層建筑不可替代的一部分，大大方便了人們的生活。電梯屬于機(jī)電一體化設(shè)施，主要涉及到機(jī)械和電氣兩個(gè)專業(yè)。其電氣部分主要包括兩個(gè)系統(tǒng)，分別為控制系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)。過(guò)去的繼電器控制系統(tǒng)存在笨重、觸電復(fù)雜、可靠性低等缺陷。PLC（Programmable Logic Controller）全稱為可編程邏輯控制器，具有使用便捷、功能靈活、能耗低、噪聲小、可靠性高、占地面積小、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在保證電梯運(yùn)行安全的前提下，也大大提高了乘客乘坐電梯的舒適度。MCGS（Monitor and Control Generated System）為通用監(jiān)控系統(tǒng)，其可以和PLC進(jìn)行通訊，可以對(duì)獲取的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)各種形式將處理結(jié)果形象清晰地顯示出來(lái)。應(yīng)用范圍廣，是電梯控制系統(tǒng)檢驗(yàn)的一個(gè)理想工具。

1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理

1.1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電梯控制系統(tǒng)組成部分主要包括組態(tài)軟件、PLC、數(shù)據(jù)傳輸模塊等。組態(tài)軟件是一種可在Windows系統(tǒng)上運(yùn)行的組態(tài)軟件，能夠方便地生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線、動(dòng)畫(huà)等多種形式顯示采集結(jié)果，實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、故障報(bào)警等多種功能。PLC負(fù)責(zé)所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和電梯全部控制任務(wù)。計(jì)算機(jī)的主要功能為創(chuàng)建人機(jī)交互界面，具體包括數(shù)據(jù)收發(fā)、參數(shù)設(shè)置、進(jìn)程控制、信息顯示等。電梯在投入運(yùn)行過(guò)程中，組態(tài)軟件實(shí)時(shí)地監(jiān)控PLC工作狀況，確保界面顯示信息的準(zhǔn)確性和有效性，也保證了控制命令能夠及時(shí)地被傳遞給PLC進(jìn)行系統(tǒng)控制。

1.2 電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行原理

電梯工作主要存在兩種狀態(tài)，即運(yùn)行和停止。PLC在電梯運(yùn)行時(shí)利用軟硬件對(duì)電梯進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。由于信號(hào)輸入具有很大的隨機(jī)性，PLC程序需要被重復(fù)進(jìn)行一遍遍的掃描以保證響應(yīng)的及時(shí)性。當(dāng)電梯或PLC接受到停止命令后，程序執(zhí)行即刻停止。

2 電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電梯PLC控制要求

我們通過(guò)控制對(duì)象的要求如數(shù)字、模擬信號(hào)、聯(lián)網(wǎng)需要等以及I/O點(diǎn)數(shù)來(lái)選擇PLC。本系統(tǒng)應(yīng)用于一個(gè)4層的電梯樓。

電梯開(kāi)關(guān)門要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該功能設(shè)計(jì)包括了開(kāi)門、關(guān)門動(dòng)作及其時(shí)間設(shè)置，從電梯運(yùn)行的一般需要考慮，我們將開(kāi)門時(shí)間設(shè)置為5.5s，關(guān)門時(shí)間設(shè)置為5s。如果在5s內(nèi)未收到關(guān)閉信號(hào)，電梯門將無(wú)法關(guān)閉，此時(shí)電梯重新執(zhí)行打開(kāi)命令。電梯啟動(dòng)加速、制動(dòng)減速和自動(dòng)停車應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)某層發(fā)出呼梯請(qǐng)求命令時(shí)，電梯加速，而當(dāng)電梯即將到達(dá)目的層時(shí)，電梯減速，減速后執(zhí)行自動(dòng)命令。電梯能夠在超載時(shí)報(bào)警并停止啟動(dòng)。另外，電梯需配合消防繼電器進(jìn)行消防運(yùn)行管理。于電梯運(yùn)行前必須做好檢查工作，若正在檢修，必須待檢修工作完成后方可投入運(yùn)行。電梯選層遵循以下要求：各層乘客可以在電梯口通過(guò)按“上”或“下”按鈕發(fā)送乘梯請(qǐng)求。在電梯內(nèi)部設(shè)置了4個(gè)樓層的指示開(kāi)關(guān)按鈕S1、S2、S3、S4，按鈕分別配置4個(gè)指示燈L1、L2、L3、L4。4個(gè)行程開(kāi)關(guān)分別為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。另外，電梯不會(huì)去執(zhí)行反方向的呼叫請(qǐng)求，即電梯上升時(shí)不會(huì)立即對(duì)下樓的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，反之亦然。

2.2 PLC軟硬件設(shè)計(jì)

我們通過(guò)控制對(duì)象的要求如數(shù)字、模擬信號(hào)、聯(lián)網(wǎng)需要等以及I/O點(diǎn)數(shù)來(lái)選擇PLC。本系統(tǒng)應(yīng)用于一個(gè)4層的電梯樓。硬件系統(tǒng)主要由電梯、PLC及變頻器組成。

I/O具體分配情況參見(jiàn)表1、表2所示：

根據(jù)表1和表2的內(nèi)容可以獲取PLC接線圖，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能描述如下：

首先，乘客按下呼叫請(qǐng)求按鈕，電梯啟動(dòng)并到達(dá)目的層停下、響鈴、電梯門與轎廂門同時(shí)開(kāi)啟，與此同時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；乘客走進(jìn)電梯，電梯未檢測(cè)超重；計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)到5.5s，期間，計(jì)時(shí)未被中斷（電梯紅外為探測(cè)到障礙物或沒(méi)有人按下延時(shí)按鈕等），電梯關(guān)閉；乘客按下想要去的樓層，電梯啟動(dòng)，到達(dá)目的層，響鈴，開(kāi)門，與此同時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器若未被中斷，計(jì)時(shí)到5.5s，則電梯關(guān)閉。電梯在啟動(dòng)過(guò)程中，若收到同向的請(qǐng)求乘梯的信號(hào)則響應(yīng)請(qǐng)求命令，到命令發(fā)出樓層停止；若收到反相請(qǐng)求信號(hào)，則暫時(shí)不響應(yīng)，等到電梯反回來(lái)時(shí)，即同向時(shí)再響應(yīng)，以最近為優(yōu)先。電梯門設(shè)置壓力和紅外傳感器，若關(guān)門時(shí)受到壓力或檢測(cè)到障礙物，則重新打開(kāi)門計(jì)時(shí)5s后再關(guān)門。

由以上描述，可以看出PLC控制的流程圖具體如圖1所示：

圖1 電梯PLC控制流程示意圖

2.3 變頻調(diào)速設(shè)計(jì)

電梯的速度直接影響到乘客的舒適度。電梯的速度控制一直是電梯控制的一項(xiàng)重要工作，也是重難點(diǎn)所在。我們選擇西門子MM440交流變頻器對(duì)電梯的速度進(jìn)行調(diào)控。我們首先在PLC寄存器中寫(xiě)入理想的給定速度曲線，電梯在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)查表，找出理想曲線對(duì)應(yīng)的速度數(shù)值，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再將模擬信號(hào)輸入變頻器控制器頻率達(dá)到控制電梯速度的目的。西門子MM440交流變頻器具有如下特點(diǎn)：（1）將斜坡的上升和下降時(shí)間適當(dāng)調(diào)長(zhǎng)以減輕乘客啟動(dòng)的沖擊感，提高變速的平滑度和乘坐的舒適度；（2）選擇工頻為快車頻率以提高系統(tǒng)工作效率，但適當(dāng)降低其爬行頻率，以減輕電梯停止的失重感；（3）設(shè)定零速為0ft。

電梯是一個(gè)啟停頻率很高的設(shè)備，變頻調(diào)速設(shè)計(jì)的好壞決定了電梯的運(yùn)行效率和舒適度。最佳狀態(tài)即所謂的“無(wú)速停車包閘”，指的是電梯能夠在平層的剎那速度剛好降至0。這要求降速信號(hào)有一定的準(zhǔn)確性，按照距目標(biāo)層距離的大小對(duì)速度曲線進(jìn)行精準(zhǔn)矯正。該設(shè)計(jì)采用了旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)電梯具體位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，計(jì)算電梯行駛過(guò)的距離，配合加速點(diǎn)，進(jìn)行控制命令的發(fā)送。

2.4 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件主要用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，能夠方便地生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線、動(dòng)畫(huà)等多種形式顯示采集結(jié)果，實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、故障報(bào)警等多種功能。MCGS是一款優(yōu)秀的組態(tài)軟件，其具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電梯的運(yùn)行情況，界面清晰易懂，畫(huà)面表現(xiàn)方式豐富。先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集功能和信息處理能力，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報(bào)警功能完備，安全可靠，方便維護(hù)。支持很多硬件設(shè)備，可擴(kuò)展性好，并行執(zhí)行多種任務(wù)，管理功能強(qiáng)大等。

該設(shè)計(jì)首先進(jìn)行通訊設(shè)備的選擇，于MCGS組態(tài)軟件中添加FX2-80MRPLC并對(duì)其屬性進(jìn)行了設(shè)置。通過(guò)對(duì)MCGS中數(shù)據(jù)設(shè)備通道連接的合理設(shè)定，便能夠成功將組態(tài)軟件和PLC連接起來(lái)。根據(jù)MCGS的實(shí)際需要，通過(guò)正確的驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)PLC串口，讓計(jì)算機(jī)響應(yīng)PLC。于軟件的操作界面上創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)畫(huà)界面。對(duì)不同控件屬性進(jìn)行設(shè)定，模擬實(shí)際情況對(duì)控件進(jìn)行控制，以檢測(cè)PLC的控制性能的實(shí)際工作效果。MCGS主要包括三個(gè)窗口，分別為主控窗口、用戶窗口及設(shè)備窗口，其可以對(duì)各種各樣對(duì)象進(jìn)行組態(tài)調(diào)控，形成生動(dòng)的界面，方便對(duì)信息的可視化

處理。

3 結(jié)語(yǔ)

PLC變頻控制系統(tǒng)能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性和電梯運(yùn)行安全度，表現(xiàn)出體積小、操作方便、運(yùn)行效果好、安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了電梯的自動(dòng)控制，還對(duì)電梯速度進(jìn)行了準(zhǔn)確的調(diào)控，顯著提高了乘坐人員的舒適度。MCGS和PLC能夠很好地配合起來(lái)對(duì)電梯的運(yùn)行控制情況進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià)，具有重要的意義?？傊?，PLC由于其本身的諸多優(yōu)點(diǎn)，使其成為電梯系統(tǒng)控制的一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

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作者簡(jiǎn)介：尹黎明（1985-），男，浙江紹興人，紹興市婦幼保健院工程師，研究方向：電梯、中央空調(diào)設(shè)備維修。

（責(zé)任編輯：周 瓊）