基于西門子PLC控制系統的電梯運行設備研究

宋 陽

（德州職業技術學院，德州 253034）

0 引言

隨著城市建設的不斷發展，出現了越來越多的高層建筑，所以作為運載工具的電梯就得到了廣泛的應用。為滿足和提高人們的生活質量，電梯的智能化、自動化技術迅速發展。特別是隨著計算機網絡技術、微電子和電力電子技術的飛速發展，現代電梯的技術含量日益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設計、管理和維護人員提出了更高的要求。

1 設計分析

要設計一個PLC系統，第一步的工作是控制方案的確定，接下來是對PLC進行選型設計。其選型的主要依據是工藝流程的特點和應用要求。詳細研究工藝過程的特點和控制要求對于工程設計的選型和估算是很必要的，最后選出高性價比的PLC并進行控制系統的設計。

1.1 總體方案的確定

目前，我們選擇控制電梯運動的設備已經從傳統的繼電器—接觸器轉變成可編程序控制器（PLC）。

可編程序控制器在電梯的控制領域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于電梯運動的核心部分是很合理的選擇，而且可編程序控制器現在在市場上也是一種成熟的產品。

1.2 電梯各狀態的分析

1）初始狀態

設想開始時待命的電梯處于第一層，初始化各層的顯示器，電梯的起初狀態是：

（1）各樓層的呼叫燈都處于不亮的狀態。

（2）各樓層的顯示器不管是內部的還是外部的數字都是“1”，表明電梯處在第一層。

（3）所有樓層電梯的門都是關閉的。

2）運行過程

假如第五層需用電梯，電梯通過上行或者下行運行至第五層。電梯移動改變各樓層的顯示,同時，各層指示燈的亮滅也會發生改變，而且運行中直到第五層之前電梯門始終都保持關閉狀態。

3）運行后狀態

電梯運行到目標樓層后會恢復待命狀態，等待接收新的命令。電梯運行至目標樓層后會自動開門，打開一段時間后門會自動關閉,在這個過程中,手動開門或關門也是可以的。

電梯所在位置可以通過各樓層的顯示值來顯示，但指示上行與下行的指示燈都不亮。

1.3 工作中的控制要求

現實中，電梯需要給很多乘客提供服務，而每位乘客的目的地很可能又是不同的,同時，呼叫電梯的時間不等。因此,編程前研究電梯在工作中的各種狀況是非常有必要的。

1.3.1 電梯的上行過程

假如在上行過程中，電梯接到了某樓層的呼叫命令，存在著兩種情況:

1）呼叫層位于電梯當前層和目標層之間，那么電梯應首先向上行至該呼叫層，然后再完成其他呼叫命令，完成的順序是由近至遠。

2）呼叫層在電梯當前層的下面，電梯應該首先完成前一指令，一直到電梯恢復待命狀態才會響應該指令。

1.3.2 電梯的下行過程

電梯在下行過程中同樣包含著兩種情況：

1）呼叫層位于電梯目標層和當前層之間，那么電梯應首先向下行至該呼叫層，然后再完成其他指令，執行的順序同樣為由近及遠。

2）呼叫層在電梯當前運行層的上面，電梯應該首先完成前一指令，一直到電梯恢復待命狀態才會響應該指令 。

2 可編程序控制器設計

2.1 可編程序控制器的基本結構

可編程序控制器簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。如圖1所示。

圖1 可編程序控制器結構

1）CPU模塊

CPU模塊主要包括微機處理器（CPU）和存儲器，也可叫作中央處理單元或控制器。工作方式是掃描，一次掃描過程就要完成輸入處理、程序執行和輸出處理三項工作。

2）I/O模塊

通過I/O模塊可以使外部現場和CPU模塊產生聯系。輸入信號被輸入模塊接收和采集。輸入信號分為兩類：一種是各種開關的閉合斷開信號；另一種是各變送器發出的連續變化的模擬信號。

3）編程器

編程器既可以進行程序的輸入和編輯，也能夠在可編程序控制器運行過程中對梯形圖中各種編程元件的工作狀態進行監視。

2.2 開關量I/O模塊

該模塊的輸入輸出信號只有兩種狀態，一是接通，另外就是斷開。直流和交流的電壓等級不同，直流電：5V，12V，交流電：110V，220V。不過電壓可以有很寬的適用范圍。

2.3 輸入模塊

由于輸入點抖動或外部干擾脈沖常常會引起輸入信號產生錯誤，為了防止錯誤的出現，在電路中需要設有RC濾波電路。信號上升沿濾波電路延遲時間的典型值為10～20ms，信號下降沿時為20～50ms，電流值約為10mA。某些可編程序控制器還能夠作為24V的電源，為接近開關、光電開關之類的傳感器提供電壓。

圖2 輸入電路

如圖2所示，當接通外接觸點時，使得光電耦合器中的發光二極管發光，同時導通光敏三極管，那么內部電路將信號傳送給CPU模塊。

如圖3所示是交流輸入電路。顯示用的兩個發光二極管和光電耦合器中的兩個發光二極管都是反并聯的，這樣外部的交流輸入電壓就可以被這個電路接收了。

圖3 交流輸入電路

2.4 輸出模塊

大功率晶體管和磁效應管（驅動直流負載）、雙向可控硅（驅動內交流負載）以及小型繼電器構成了輸出模塊的功率放大元件，其中交流負載或直流負載可以被小型繼電器驅動。外部現場提供負載電源，輸出的電流典型值為0.5～2A。

輸出電流的額定值只能驅動100VA/22V的電感性負載和100W的白熾燈，其值與負載的性質有關，同時還與溫度有關，額定負載電流隨溫度的升高而減小。

3 電梯硬件及軟件系統設計

3.1 電氣控制系統的設計

圖4 控制系統框圖

如圖4所示為電梯的電氣控制系統框圖，其中輸入部分為6，7，8，9，10，輸出部分為1，2，3，4，5。其中，部分設定的控制任務由PLC系統完成，其規模主要由控制系統需求輸入，輸出點的個數和控制過程的難易來決定。

1）估算I/O點

首先計算系統輸入點的個數：如圖4所示，其中6需要4個點，7需要6個點，8和9都需要1個點，10需要4個點。一共需要16個輸入點。對于輸出點，框圖中2和3都需要2個點；4需要4個點；5需要1個點；共計9個輸出點。因此，系統的I/O點數為16/9。

2）選擇CPU

根據估算的I/O點數，選擇可編程控制器S7—200的CPU226。因為其輸入，輸出點數為24/16，能夠滿足系統的要求。

3.2 電梯PLC控制系統的設計

3.2.1 狀態指示設計

以二層為例，當電梯運行至二層有指令發出時.指示位置和指令：

3.2.2 啟動程序設計

假如電梯在三層下行。當一或二層對電梯發出指令時，將三層下行位置1，同時無上行，驅動電梯下行。程序說明如下：

3.2.3 運行中程序設計

假如電梯在二層上行。程序說明如表1所示。

表1 程序說明表

3.2.4 到達時程序設計

電梯到達某層后將已完成的指令信號復位。以電梯到達三層為例。程序說明如表2所示。

4 結論

通過PLC控制電梯，實現電梯的運行速度，反映時間和停層的準確度達到一定的標準，而對電梯的速度、運行狀態、安全、可靠、消防等進行合理的設計。綜合考慮電梯PLC控制系統，能夠達到“穩、準、快”的要求，這就要求我們的設計必須嚴密、可靠。

表2 程序說明表

[1]李秧耕,何喬治,何峰峰.電梯基本原理及安裝維修全書[M].機械工業出版社,2001.

[2]張百令,袁克文.電梯安裝維修工[M].中國勞動社會保障出版社,2002.

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