陳金鑫

基于F X系列PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳金鑫

（廣州華夏職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510900）

隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、交流變頻技術(shù)等的飛速發(fā)展，社會(huì)城市化水平和百姓生活水平逐漸提高，電梯作為垂直運(yùn)輸工具，在工業(yè)、商業(yè)和民用等方面應(yīng)用已成為不可或缺的交通設(shè)備。介紹了通過(guò)PLC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯的控制。

PLC；電梯控制；設(shè)計(jì)

可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以微處理器為基礎(chǔ)，集自動(dòng)化控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體，用面向用戶(hù)及面向控制過(guò)程的“自然語(yǔ)言”編程，適用工業(yè)環(huán)境，操作方便、可靠性高、還簡(jiǎn)單易懂的新一代通用工業(yè)控制裝置。鑒于PLC控制各種優(yōu)點(diǎn)，采用PLC技術(shù)對(duì)電梯運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行控制的優(yōu)勢(shì)明顯。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式由之前的直流調(diào)速、交流單速調(diào)速、交流雙速調(diào)速過(guò)渡到了交流變頻調(diào)速。交流變頻調(diào)速具有啟動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)、調(diào)速性能優(yōu)良、節(jié)能效果和運(yùn)行效率高突出等優(yōu)點(diǎn)。PLC技術(shù)結(jié)合電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)中廣泛利用，下面通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的邏輯進(jìn)行控制。

1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

PLC的電梯控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。電梯是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，由轎廂及配重、拖動(dòng)電機(jī)及減速傳動(dòng)機(jī)械、井道及井道設(shè)備、召喚系統(tǒng)及安全裝置構(gòu)成[1]。主要硬件有PLC主機(jī)及其擴(kuò)展、門(mén)機(jī)控制、拖動(dòng)控制、調(diào)速控制、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤(pán)、廳外呼梯盤(pán)、指層器、井道裝置及安全保護(hù)裝置等。電梯信號(hào)控制基本由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，輸入PLC的控制信號(hào)有：運(yùn)行控制信號(hào)、運(yùn)行方式選擇（如有無(wú)司機(jī)、消防、檢修、自動(dòng)運(yùn)行方式等）、開(kāi)關(guān)門(mén)及限位信號(hào)、呼梯信號(hào)、轎內(nèi)指令、門(mén)區(qū)和平層信號(hào)、旋轉(zhuǎn)編碼光電脈沖、安全保護(hù)信號(hào)等。

2 電梯的控制要求

電梯運(yùn)行中，遵循的交流集選調(diào)度原則為“順向截梯，反向最遠(yuǎn)端截梯”。根據(jù)這一原則，PLC接收來(lái)自電梯的呼梯信號(hào)、選層指令信號(hào)、樓層信號(hào)、平層信號(hào)及安全信號(hào)，CPU根據(jù)輸入信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算處理，適時(shí)地控制門(mén)機(jī)、變頻器和樓層顯示等負(fù)載，實(shí)現(xiàn)電梯自動(dòng)定向、關(guān)門(mén)、啟動(dòng)、加速、穩(wěn)速運(yùn)行，到達(dá)目標(biāo)層站后減速、平層、自動(dòng)開(kāi)門(mén)等功能。電梯的工作狀態(tài)（有無(wú)司機(jī)、檢修、消防）由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。電梯的運(yùn)行過(guò)程如下：

確定運(yùn)行方向→自動(dòng)關(guān)門(mén)→啟動(dòng)運(yùn)行→減速→平層→自動(dòng)開(kāi)門(mén)→自動(dòng)關(guān)門(mén)。

（1）運(yùn)行控制要求

根據(jù)不同樓層客戶(hù)需求及時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、開(kāi)關(guān)門(mén)、超重提示、實(shí)現(xiàn)上下限位、層門(mén)，聯(lián)鎖保護(hù)等，并根據(jù)不同的需求實(shí)現(xiàn)合理的響應(yīng)[2]。正常時(shí)，電梯自動(dòng)定向后自動(dòng)關(guān)門(mén)，門(mén)關(guān)閉后，電梯自動(dòng)運(yùn)行并顯示運(yùn)行狀態(tài)。

檢修時(shí)，轎廂上、下行只能通過(guò)上、下運(yùn)行按鈕點(diǎn)動(dòng)進(jìn)行控制，并且轎廂可以在任何位置停留。

（2）自動(dòng)定向要求

當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤(pán)上選層指令信號(hào)或呼梯信號(hào)m與電梯位置n具有不同方向時(shí)，比較m與n，確定電梯當(dāng)前的運(yùn)行方向。若m＞n，則電梯上行；若m＜n，則電梯下行。

（3）轎廂開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)要求

電梯到站后，自動(dòng)開(kāi)門(mén)，延時(shí)幾秒后自動(dòng)關(guān)門(mén)，門(mén)關(guān)閉后，電梯自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。層門(mén)和轎門(mén)的開(kāi)啟時(shí)同步進(jìn)行的，為保證乘客的安全，電梯門(mén)的入口處必須有安全保護(hù)裝置。

（4）停站控制要求

操縱盤(pán)選層指令信號(hào)或廳外呼梯信號(hào)停站：電梯運(yùn)行中，當(dāng)?shù)竭_(dá)已登記層樓時(shí)，電梯按設(shè)定的減速曲線(xiàn)進(jìn)行減速，當(dāng)速度減到零時(shí)平層。

（5）信號(hào)登記與消除要求

當(dāng)轎廂內(nèi)或廳門(mén)外按下某層按鈕時(shí)，此信號(hào)被登記。

當(dāng)電梯到達(dá)某層時(shí)，并與電梯運(yùn)行方向一致時(shí)，信號(hào)消除。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以五層5站電梯為控制對(duì)象，因控制較復(fù)雜，根據(jù)電梯的控制方式、梯型、層數(shù)、應(yīng)用場(chǎng)所，確定PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。在滿(mǎn)足控制要求的前提下，PLC技術(shù)應(yīng)盡可能地用些元器件（如按鈕、光電傳感器、交流接觸器等），通過(guò)系統(tǒng)控制要求分析，本設(shè)計(jì)需要29個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，22個(gè)輸出信號(hào)，同時(shí)考慮到以后電梯功能的擴(kuò)展，因此本設(shè)計(jì)選用三菱FX2N-64M型PLC，其基本控制單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)各32個(gè)，剛好能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其可擴(kuò)展模塊點(diǎn)數(shù)為48～64，I/O點(diǎn)數(shù)合計(jì)最多有128點(diǎn)，預(yù)留一些輸入/輸出點(diǎn)，以備后續(xù)電梯添加功能時(shí)使用。電梯PLC控制的I/O分配表如下表1所列。

表1 電梯系統(tǒng)PLC控制I/O分配表

（續(xù)下表）

（續(xù)上表）

輸入輸出設(shè)備名稱(chēng)輸入端子編號(hào)設(shè)備名稱(chēng)輸出端子編號(hào)四層光電傳感器SQP4X20下行接觸器XCY20五層光電傳感器SQP5X21快速接觸器KCY21上平層光電傳感器SQP6X22快加速接觸器KJCY22下平層光電傳感器SQP7X23第一慢加速接觸器1MJCY23門(mén)區(qū)光電傳感器SQP8X24第二慢加速接觸器2MJCY24門(mén)連鎖回路X25上強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)XHKX26下強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)SHKX27開(kāi)門(mén)按鈕SB14X30關(guān)門(mén)按鈕SB15X31

各樓層門(mén)廳開(kāi)關(guān)串聯(lián)后輸入門(mén)連鎖回路X25，只要有一層門(mén)沒(méi)有關(guān)好，X25就不能動(dòng)作。

3個(gè)平層傳感器安裝在轎廂頂部，在井道相應(yīng)位置上裝有隔磁鋼板，當(dāng)鋼板同時(shí)對(duì)準(zhǔn)3個(gè)傳感器時(shí)，地鐵正好處于平層位置。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電梯的控制功能較多，控制程序的編制也較復(fù)雜，根據(jù)電梯的控制要求將其分解成若干個(gè)子程序或控制功能模塊，再根據(jù)各控制功能模塊之間的聯(lián)系，編寫(xiě)電梯的控制程序。以下根據(jù)功能不同分別分析各功能塊的梯形圖的原理。

（1）電梯位置控制

PLC電梯控制系統(tǒng)最為關(guān)鍵的功能就是指層控制回路，該功能可以判定電梯轎廂當(dāng)前位置，指示轎廂的上行、下行方向[3]。電梯位置判斷程序分析如圖1所示，通過(guò)傳感器把電梯位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)送到寄存器D1中。

若電梯在1層，把常數(shù)1賦予D1；若電梯在2層，把常數(shù)2賦予D1；若電梯在3層，把常數(shù)3賦予D1；若電梯在4層，把常數(shù)4賦予D1；若電梯在5層，把常數(shù)5賦予D1。

圖1 電梯位置判斷控制梯形圖

（2）電梯呼叫信號(hào)控制

根據(jù)不同的按鈕動(dòng)作把信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)值存入寄存器D0中。該環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)轎內(nèi)及廳外呼叫指令的登記及消除?？刂铺菪螆D如圖2所示。

圖2 電梯呼叫信號(hào)控制梯形圖

（3）自動(dòng)選向控制

電梯上下行控制，需比較呼叫信號(hào)D0與位置信號(hào)D1的大小，來(lái)決定電梯動(dòng)作。

當(dāng)D0＜D1，電梯在上，呼叫在下，電梯下行；

當(dāng)D0＞D1，電梯在下，呼叫在上，電梯上行；

當(dāng)D0=D1，電梯在與呼叫在同一位置，可根據(jù)不同的樓層位置驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)。控制如圖3所示。

圖3 自動(dòng)選向控制梯形圖

（4）電梯平層控制

經(jīng)過(guò)I/O分配，X22、X23、X24分別對(duì)應(yīng)上、下、門(mén)區(qū)平層信號(hào)。當(dāng)電梯處于平層位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)脫離電源并抱閘制動(dòng)，否則通過(guò)程序自動(dòng)調(diào)整位置。梯形圖如圖4所示。

圖4 電梯平層控制梯形圖

（5）開(kāi)關(guān)門(mén)控制

電梯完全平層后，控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)完全停機(jī)，電梯進(jìn)入自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)環(huán)節(jié)，詳見(jiàn)梯形圖5.

圖5 開(kāi)/關(guān)門(mén)控制梯形圖

將上面幾個(gè)梯形圖合并，基本構(gòu)成了PLC電梯控制的主要部分。其余部分可根據(jù)實(shí)際酌情設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以三菱FX系列為例，介紹了5層電梯的控制系統(tǒng)，多層電梯控制理基本相同，只需根據(jù)需要自行擴(kuò)展。對(duì)于一些較繁瑣的邏輯控制，先理清系統(tǒng)的運(yùn)行條件，再確定所使用的檢測(cè)元件，得到各信號(hào)間的邏輯組合，為實(shí)現(xiàn)控制奠定基礎(chǔ)。

編程過(guò)程中，采用“化整為零”的原則，首先將控制過(guò)程分解成若干個(gè)控制單元，簡(jiǎn)化其控制過(guò)程；然后，用“集零為整”的方法將各個(gè)單元程序有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)；最后整體進(jìn)行檢查和理解各個(gè)控制環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，完成整個(gè)控制過(guò)程。

[1]秦國(guó)強(qiáng).P LC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川水泥，2016，01（15）：54-54.

[2]朱文立，鄭中正，唐佳威.基于PLC的六層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2017（04）：1-3.

[3]劉曉雅.基于PLC的電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，6（25）：13-14.

Design of Elevator Control System Based on F X Series PLC

CHEN Jin－xin
（Guangzhou Huaxia Vocational College，Guangzhou Guangdong 510900，China）

With the rapid development of power electronics technology，microelectronics technology，computer control technology，AC frequency conversion technology，the level of social urbanization and the people’s living level gradually improve，elevator as a vertical transportation tool，has become an indispensable traffic equipment in industry，commercial and civil.This paper introduces the control of the elevator through PLC technology.

PLC；elevator control；design

TP273.1

A

1672-545X（2017）07-0045-03

2017-04-01

陳金鑫（1980-），女，湖南人，本科，教師，研究方向：電氣自動(dòng)化。