電梯升降的PLC控制

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電梯升降的1

PLC控制

摘要

隨著城市化進(jìn)程地不斷加快，高層建筑己經(jīng)越來越多。電梯作為垂直交通工具，發(fā)揮的作用也越來越大。電梯是為高層建筑運(yùn)輸服務(wù)的設(shè)備，它具有運(yùn)輸速度快、安全可靠、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機(jī)械和電磁慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性。為了保證電梯運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠，必需改進(jìn)電梯控制方式。根據(jù)順序規(guī)律控制的需要發(fā)展起來的可編程控制器(PLC)，它是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC處理速度快，可靠性高，能夠保證電梯正常、安全、可靠地運(yùn)行。

3、運(yùn)用了模塊化結(jié)構(gòu)

工業(yè)控制的需求是多種多樣的，為了便利組成不同功能的控制電路，PLC的內(nèi)部都采用的模塊化結(jié)構(gòu)。實(shí)際操作中，可以根據(jù)工業(yè)控制的不同要求看，隨時(shí)任意組合。例如可編程控制器的處理器，輸入/輸出的供電等部件，都是采用了模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以任意的取舍，便利組裝。4、編程語句簡單，操簡單把握

對于微電腦控制系統(tǒng)來說，最大的缺陷是編程語言比較專業(yè)，需專門學(xué)習(xí)，而PLC的編程采用的是易學(xué)易懂的梯形圖形式，主要略加學(xué)習(xí)，操可以熟練的把握和運(yùn)用。5、安裝簡單而且維修便利

PLC能獨(dú)立的運(yùn)行，也就是說，不需要專門的場合，專門的環(huán)境。只要將各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的輸入輸出端相連，就可以直接投入運(yùn)行，而且為了便利操把握運(yùn)行狀態(tài)及故障查找，各模塊上都安裝了運(yùn)行和故障指示裝置。

（三）PLC的基本結(jié)構(gòu)

可編程控制器從根本上說是屬于計(jì)算機(jī)系列，由于其硬件結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)類似，但是它主要服務(wù)于工業(yè)控制，它和計(jì)算機(jī)相比，其編程語盲一更簡單易懂，而且可以實(shí)現(xiàn)直接編程。可編程控制器和計(jì)算機(jī)的硬件組成部分都是由以下幾個(gè)部分組成的，中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM/RAM)、輸入/輸出單元(I/O單元)、編程器、電源等。如圖3-1所示：

圖3-1PLC的基本機(jī)構(gòu)

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1、中央處理器CPU

CPU在內(nèi)存中全面讀取輸入裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)、狀態(tài)，充分解釋相關(guān)指令規(guī)定后，從而產(chǎn)生控制輸出設(shè)備，并響應(yīng)外部設(shè)備的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。

2、存儲(chǔ)器

PLC的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。PLC的存儲(chǔ)器可以分為兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理、監(jiān)控程序和用戶程序編譯程序。這類程序己由廠家固定，用戶不能更改。另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放相關(guān)的程序和數(shù)據(jù)。3、輸入輸出接口(I/O)

輸入/輸出接口的作用主要是把PLC與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備或其他外部設(shè)備進(jìn)行連接。工業(yè)設(shè)備或生產(chǎn)過程的狀態(tài)或信息(如按鈕、各種繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、各種傳感器等)通過輸入接口讀入中央處理器。輸出接口是將CPU處理的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備(如指示燈、電磁閥、繼電器、接觸器等)。輸入和輸出接口還可以完成中央處理器與輸入輸出設(shè)備的連接。4、外部設(shè)備接口

PLC的外部設(shè)備主要有編程器、操作面板、文本顯示器、打印機(jī)等。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)PLC的編程、監(jiān)控功能，編程器一般不設(shè)置在PLC里面，而是通過編程器接口把PLC與編程器進(jìn)行連接。編程器接口用途廣泛，除了連接各種編程設(shè)備外，還具有監(jiān)控、通訊的作用。文本顯示器除用于顯示系統(tǒng)信息外，還是一個(gè)具有操作功能的控制單元。打印機(jī)可以把過程參數(shù)和運(yùn)行結(jié)果以文字形式輸出。外部設(shè)備接口可以把上述外部設(shè)備與CPU相連接，以完成相應(yīng)的操作。除了上述的一些外部設(shè)備接口以外，PLC還設(shè)置了存儲(chǔ)器接口和通訊接口存儲(chǔ)器接口是為了為擴(kuò)展存貯區(qū)而設(shè)置的。通訊接口是為了建立完整的通訊網(wǎng)絡(luò)而設(shè)置的。

5、I/O擴(kuò)展接口

I/O擴(kuò)展接口的主要功能是對輸入/輸出單元進(jìn)行擴(kuò)展。通過此種擴(kuò)展接口，可以更加靈活的對PLC的控制規(guī)模進(jìn)行配置，同時(shí)，它還可以把模擬量、高速計(jì)數(shù)等各種開關(guān)的I/O單元進(jìn)行配置。6、電源

PLC的電源是指為CPU、存貯器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直

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流開關(guān)電源。電源的輸入端一般是交流電流，其電壓的范圍很大，并且有脈沖吸收電路，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。電源電壓不同，其相應(yīng)的用途也各異，譬如5V電源一般只供PLC內(nèi)部使用，24V電源既可以在內(nèi)部使用，還可以供輸入/輸出單元和各種傳感器使用。

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四、電梯PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

（一）電梯控制要求

1、干簧感應(yīng)器的工作原理

永久磁鐵、干簧管作為干簧感應(yīng)器的兩大重要部件被分別放置在U行槽兩側(cè)。當(dāng)U形槽中沒有插入隔磁板時(shí)，常閉觸點(diǎn)2,3在磁場的作用下一般為閉合狀態(tài)。當(dāng)U形槽中插入隔磁板時(shí)點(diǎn)4為閉合狀態(tài)。板固定在轎廂上，尋常，常閉觸點(diǎn)2,3在簧片彈性作用下為斷開狀態(tài)，常開觸將感應(yīng)器安裝在井道所需的特定位置的導(dǎo)軌上，將隔磁以實(shí)現(xiàn)電梯的控制要求。干簧感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。

圖4-1干簧感應(yīng)器

2、電梯位置的確定和顯示

乘客不管是在轎廂內(nèi)，還是在樓層等待，都需要大致知道電梯當(dāng)前運(yùn)行的相應(yīng)位置。尋常，采用干簧感應(yīng)器等設(shè)置在井道中的位置開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的位置信號。干簧感應(yīng)器分別安裝在井道中對應(yīng)的每一樓層中，簧管的常開觸點(diǎn)在轎廂頂上的隔磁板插入某樓層的干簧感應(yīng)器時(shí)接通，并把電梯到達(dá)該樓層的信號及時(shí)傳達(dá)給相應(yīng)的狀態(tài)繼電器，當(dāng)隔磁板插入另外一個(gè)樓層的干簧感應(yīng)器后，此信號才中止。

3、轎廂內(nèi)的運(yùn)行命令及門廳的召喚信號

轎廂內(nèi)指令信號的處理包括信號的登記，顯示基本層(停車)消息。信號的登

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記采用置位指令。有轎廂呼叫登記時(shí)，轎廂運(yùn)行到有指令的樓層時(shí)，會(huì)減速并進(jìn)行停車，最終消除對應(yīng)的登記信號。同樣，廳召喚信號也需要登記、并顯示對應(yīng)樓層的停車信號，此外還具有反向運(yùn)行保號功能即電梯運(yùn)行方向反向的門廳召喚信號不予響應(yīng)。4、電梯門的控制要求

要求當(dāng)電梯平層的時(shí)候，電梯門自動(dòng)開啟，經(jīng)過10秒鐘后電梯門自動(dòng)關(guān)上。假使遇到有人在門中間的狀況，電梯會(huì)由于機(jī)械安全觸板開關(guān)的作用而自動(dòng)開門也可以手動(dòng)控制開門和關(guān)門。5、轎廂的啟動(dòng)與運(yùn)行

轎廂門完全關(guān)閉后，電梯才開始正式啟動(dòng)，剛開始階段做加速運(yùn)行，一段時(shí)間后，做平穩(wěn)運(yùn)行，最終做減速運(yùn)行。6、轎廂的平層與停車

轎廂平層是指停車時(shí)，轎廂的底與門廳地面相平齊，按國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，平層兩平面相差一般小于5mm。轎廂停車時(shí)，首先接受到停車指令，然后開始做減速運(yùn)行，在完全制動(dòng)前，逐漸減小速度與沖擊力，使平層時(shí)達(dá)到一定的確鑿性、穩(wěn)定性。平層感應(yīng)器一般有上平層、下平層感應(yīng)器兩種，分別安裝在轎廂頂上，主要功能是發(fā)出平層信號，而隔磁板一般安裝在井道壁上。

圖4-2井道信號系統(tǒng)示意圖

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1-5：一至五樓樓層信號感應(yīng)器；6：上平層感應(yīng)器;

7：下平層感應(yīng)器；8：隔磁鐵板

轎廂向上運(yùn)行時(shí)，當(dāng)上平層感應(yīng)器插入隔磁板時(shí)，馬上發(fā)出減速信號，電梯接受到減速信號后開始做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下平層感應(yīng)器完全插入隔磁板后，電梯己經(jīng)確鑿平層，并發(fā)出停車信號，接收到停車信號后，電動(dòng)機(jī)中止轉(zhuǎn)動(dòng)并抱閘抱死，隨后電梯門在接收開門信號后開啟。電梯下行的過程獲得過程與此正好相反，運(yùn)行的方式以此類推。

（二）調(diào)試的流程

結(jié)合己經(jīng)編輯完成的電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)程序，分別進(jìn)行編譯、下載、試驗(yàn)箱接線等一系列步驟后，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試的流程主要有以下幾個(gè)步驟：

①對簡單的指令進(jìn)行調(diào)試，檢查最簡單的功能有無出錯(cuò);②對單層進(jìn)行調(diào)試，檢查每層之間的功能有無出錯(cuò);③對繁雜的指令進(jìn)行調(diào)試，檢查各功能有無出錯(cuò)。

由于五層電梯的指令程序比較繁雜，考慮到現(xiàn)實(shí)條件、時(shí)間、精力，所以選取五層電梯中選層選向功能的指令程序進(jìn)行調(diào)試。試驗(yàn)室為三菱PLC機(jī)型，所以首先將OMRONC60P型PLC中的指令代碼轉(zhuǎn)換為三菱PLC的指令代碼。再將選層選向PLC控制的指令程序輸入PLC綜合試驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)主機(jī)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性。

（三）I/O分派表

繪制五層電梯選層選向功能PLC控制的I/O分派表前，得先確定PLC輸入輸出點(diǎn)的具體點(diǎn)數(shù)，主要從以下兩個(gè)方面出發(fā)：

①輸入點(diǎn)方面:首先主要是轎廂、各層門廳的控制按鈕，其中，門連鎖開關(guān)一個(gè)、轎廂內(nèi)操作屏上的一至五層的樓層選擇鍵5個(gè)、一至四層門廳上行方向按鈕4個(gè)、二至五層門廳下行方向按鈕4個(gè)、門鑰匙開關(guān)一個(gè)。其次是在電梯運(yùn)行位置的檢測反映信號，分別是向上向下方向慢性按鈕和相應(yīng)的接觸器各2個(gè)、電梯運(yùn)行到一至五層向外顯示的位置信號5個(gè)。

②輸出點(diǎn)方面:主要是對應(yīng)一至五層選層指令信號、門連鎖開關(guān)，相應(yīng)進(jìn)行控制的繼電器6個(gè)點(diǎn)；有司機(jī)是，對上行、下行進(jìn)行選向的2個(gè)點(diǎn);相應(yīng)控制上行、下行的繼電器2個(gè)。

綜上所述，五層電梯選層選向功能PLC控制系統(tǒng)中，輸入點(diǎn)數(shù)25個(gè)、輸出

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點(diǎn)數(shù)10個(gè)，根據(jù)控制系統(tǒng)要求，繪制出I/O輸入輸出分派點(diǎn)，如下表4-1所示。

表4-1I/O分派表

（四）指令程序

此電梯控制系統(tǒng)主要采取乘客操作、司機(jī)操作、手動(dòng)檢修三種控制方式。乘客操作時(shí)，乘客到達(dá)轎廂后按下所需達(dá)到樓層的按鈕，電梯將依照最優(yōu)的運(yùn)行方式到達(dá)乘客所需達(dá)到的樓層，電梯停穩(wěn)后，樓層顯示燈亮起。司機(jī)操作時(shí)，轎廂的按鈕全部由司機(jī)控制，司機(jī)按下轎廂內(nèi)的按鈕，電梯到達(dá)所選層后停穩(wěn)，樓層指示燈亮起并顯示具體樓層號。司機(jī)還可以通過上慢行按鈕、下慢行按鈕，對電梯的運(yùn)行方向進(jìn)行有效的控制。手動(dòng)檢修時(shí)，檢修人員可以根據(jù)檢修任務(wù)，利用檢修轎內(nèi)轎頂向上、下慢行按鈕，對電梯運(yùn)行速度的快慢進(jìn)行調(diào)理控制。依照電梯的控制方式，對電梯選層選向的指令程序進(jìn)行編輯，指令程序如表4-2所示：

表4-2指令程序

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（五）梯形圖

電梯全面考慮轎廂指令、廳外召喚信號等因素選向功能。當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)接到指令、召喚信號時(shí)，合理執(zhí)行程序要求，以實(shí)現(xiàn)電梯響應(yīng)召喚信號進(jìn)行減速停車，以實(shí)現(xiàn)選層功能。五層電梯選層選向功能PLC控制的梯形圖如圖4-3所示。

（六）調(diào)試過程

此次試驗(yàn)的電梯是有司機(jī)控制的狀態(tài)，所以在選層、選向問題中不考慮廳召喚的相關(guān)指令。梯形圖中Y31-Y35為內(nèi)部輔助繼電器，分別用來產(chǎn)生一至五層的選層控制信號。X08-X11，X400-X403為對應(yīng)各層上行下行廳召喚指令登記信號，X03-X07為對應(yīng)各層的轎內(nèi)選層指令登記信號。X00為門連鎖信號、Y38為上行選向控制信號繼電器、Y39為下行選向控制信號繼電器。其中，常開接點(diǎn)Y30分別有X00，Y38，Y39并聯(lián)并進(jìn)行控制。而常開接點(diǎn)Y30分別串聯(lián)在Y31-Y35的控制回路中，一般狀況下，X00，Y38和Y39均為開斷狀態(tài)。所以，選層和選向控制功能不受廳召喚指令的控制。

本控制系統(tǒng)中，把二層至五層的選層信號(Y32-Y35)與二層至五層的指層信

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號(X411-X502)分別串聯(lián)在一起構(gòu)成回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)轎廂的當(dāng)前位置與選層信號得好充分的自動(dòng)選向控制。把同層的選層信號與指層信號相串聯(lián)，再把高一層的選層信號與串聯(lián)支路并聯(lián)起來，以此類推，分別執(zhí)行到其次層。通過此種組合模式，用以實(shí)現(xiàn)Y38的上行選向控制功能。

對于Y39下行選向控制信號功能的實(shí)現(xiàn)也由以上組合方式來實(shí)現(xiàn)。通過試驗(yàn)可得：上行選向控制繼電器Y38受高于同層指層信號的選層信號的控制，下行選向控制繼電器Y39受低于同層指層信號的選層信號的控制。假設(shè)電梯在三樓，則接點(diǎn)X500斷開。此時(shí)，接收到四樓選層信號時(shí)，接點(diǎn)Y34即刻閉合，則只能驅(qū)動(dòng)上行選向控制繼電器Y31閉合；假使此時(shí)接收到二樓選層信號時(shí)，接點(diǎn)Y32即刻閉合，則只能驅(qū)動(dòng)下行選向控制繼電器Y39閉合。司機(jī)選向可通過操作轎內(nèi)上、下行按鈕SA1和XA1來實(shí)現(xiàn)。Y36為司機(jī)上行強(qiáng)迫選向控制信號、Y37為司機(jī)下行強(qiáng)迫選向控制信號，分別受X45和X406的驅(qū)動(dòng)，而X405，X406分別受SA1和XA1控制。

通過以上對選層選向PLC控制程序的試驗(yàn)論證，可以得出設(shè)計(jì)可行。

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圖4-3選層選向梯形圖

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五、總結(jié)

本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了對電梯的控制。以電梯PLC控制系統(tǒng)要求為標(biāo)準(zhǔn)，通過電梯系統(tǒng)有序的整體設(shè)計(jì)、電梯硬件系統(tǒng)的合理選擇、電梯控制系統(tǒng)程序的有效設(shè)計(jì)，研究并成功地設(shè)計(jì)出了電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，使電梯結(jié)構(gòu)緊湊、噪音降低、維修簡單、故障率低，改善了電梯運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、舒適感。從而使中小型電梯企業(yè)由繼電器控制過渡到PLC控制，全面改進(jìn)電梯控制技術(shù)提供了很好的參考價(jià)值。

電梯的控制系統(tǒng)是有好多類型的，但可以歸納為三種形式：繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)是最早的一種方法，它主要是以順序控制為主，當(dāng)時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)這種控制方式故障率很高，而且可靠性較差，控制方式的修改及維修很不便利，靈活性較差，所以逐漸被淘