PLC在電梯控制上的應(yīng)用

摘要：可編程序控制器(PLC)是在繼電控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。本文主要選用FX2N系列PLC來完成4層樓電梯的控制，控制對(duì)象為含控制電梯的指令信號(hào)的登記、記憶及消除，召喚信號(hào)的登記、記憶及消除，選層定向和反向截梯。

關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC） 電梯控制

電梯自1889年出現(xiàn)，經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。從電力拖動(dòng)的升降機(jī)發(fā)展到以計(jì)算機(jī)、群控和集成塊為其特征的電梯技術(shù)。我國(guó)的電梯起步較晚，直到20世紀(jì)80年代，調(diào)速和控制才開始轉(zhuǎn)向電腦控制，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控制，并開始研究變頻變壓（VVVF）交流調(diào)速。

電梯未來是向著速度更快、功能更全發(fā)展，速度可達(dá)12.5m／s，電梯內(nèi)有閉路電視，語(yǔ)音報(bào)站、遠(yuǎn)程控制、消防聯(lián)動(dòng)等。

一、電梯電路中的主要電器部件

1.操縱盤

操縱盤安裝在電梯轎廂內(nèi)靠門的轎壁上，外面僅露出操縱盤面，盤面上裝有根據(jù)本電梯設(shè)有的運(yùn)行功能按鈕和開關(guān)。簡(jiǎn)要介紹如下：

（1）運(yùn)行方式開關(guān)。用于控制電梯運(yùn)行與停止的開關(guān)（也稱急停開關(guān)）、選擇正常運(yùn)行與檢修運(yùn)行的開關(guān)、選擇有司機(jī)與無司機(jī)操縱方式的開關(guān)。

（2）選層開關(guān)。操縱盤上裝有與電梯停站層數(shù)相對(duì)應(yīng)的選層按鈕，當(dāng)按下欲去層樓的按鈕后，該指令被登記，相應(yīng)的指示燈亮，當(dāng)電梯到達(dá)預(yù)選的層樓時(shí)，相應(yīng)的指令被消除，指示燈也就熄滅，未到達(dá)的預(yù)選樓層按鈕內(nèi)的指示燈仍然亮，直到完成指令之后方熄滅。

（3）方向按鈕。電梯在有司機(jī)狀態(tài)下，該按鈕的作用是確定運(yùn)行方向及啟動(dòng)運(yùn)行。

（4）開關(guān)門按鈕。其作用是控制電梯轎門開閉（廳門隨之開閉）。

（5）檢修運(yùn)行開關(guān)。也稱慢速運(yùn)行開關(guān)，是供電梯檢修時(shí)使用。

（6）按鈕。當(dāng)電梯在運(yùn)行中突然發(fā)生故障停車，而電梯司機(jī)或乘客又無法從轎廂中出來時(shí)可以按下該按鈕，通知維修人員及時(shí)援救轎廂內(nèi)的電梯司機(jī)及乘客。

（7）直駛按鈕（或開關(guān)）。在有司機(jī)狀態(tài)下，按下這個(gè)按鈕，電梯只按照轎廂內(nèi)指令停層，而不響應(yīng)外呼信號(hào)。

（8）風(fēng)扇開關(guān)?？刂妻I廂通風(fēng)設(shè)備的開關(guān)。

（9）召喚蜂鳴器。電梯在有司機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)有人按下廳外召喚按鈕，操縱盤上的蜂鳴器發(fā)出聲音，提醒司機(jī)及時(shí)應(yīng)答。

（10）召喚樓層和召喚方向指示燈。在選層按鈕旁邊或在操縱盤上方，裝有召喚樓層和召喚方向指示燈。當(dāng)有人按下廳外召喚按鈕，控制系統(tǒng)使相應(yīng)召喚樓層和召喚方向指示燈亮，提醒轎內(nèi)司機(jī)。當(dāng)電梯轎廂應(yīng)答到位時(shí)，指示燈熄滅。

（11）照明開關(guān)。 用于控制轎廂內(nèi)照明設(shè)施。其電源不受電梯電源控制，當(dāng)電梯故障或檢修停電時(shí)，轎廂內(nèi)仍有正常照明。

2.樓層指示器（指示燈）

電梯層樓指示器用于指示電梯目前所在的位置及運(yùn)行方向。通常電梯層樓指示器有：電梯上下運(yùn)行方向指示燈和層樓指示燈，以及到站鐘等。

層樓指示燈的種類層樓指示燈一般采用信號(hào)燈和數(shù)碼管兩種。

（1）信號(hào)燈：在層樓指示器上裝有和運(yùn)行層樓相對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈，每個(gè)信號(hào)燈外都有數(shù)字表示。當(dāng)電梯轎廂運(yùn)行進(jìn)入某層，該層的層樓指示燈就亮，離開某層后，則該層的層樓指示燈就滅，指示轎廂目前所在的位置。同理，根據(jù)電梯選定方向，通常用“▲”表示上行、“▼”表示下行。

（2）數(shù)碼管：數(shù)碼管層樓指示燈，一般在微機(jī)控制的電梯上使用，層樓指示燈上有譯碼器和驅(qū)動(dòng)電路，顯示轎廂位置。

（3）無層燈的層樓指示器：有的電梯，除一層（基站）廳門用裝有數(shù)碼管的層樓指示器外，其他層樓廳門用只有上、下方向指示燈和到站鐘，而無數(shù)碼管顯示的無層燈層樓指示器。

3.呼梯按鈕盒

呼梯按鈕盒是給廳外乘用人員提供召喚電梯的裝置。在下端站只裝一個(gè)上行呼梯按鈕，上端站只裝一個(gè)下行呼梯按鈕，其余的層站根據(jù)電梯功能，有裝上呼和下呼兩個(gè)按鈕（全集選），也有僅裝一個(gè)下呼梯按鈕（下集選），各按鈕內(nèi)均裝有指示燈。當(dāng)按下向上或向下按鈕時(shí)，相應(yīng)的指示燈立即亮。當(dāng)電梯到達(dá)某一層站時(shí)，該層順向呼梯指示燈就滅。

4.檢修開關(guān)盒

通常在電梯機(jī)房控制柜、轎廂內(nèi)與轎廂頂，設(shè)有電梯檢修開關(guān)盒，盒內(nèi)一般有檢修開關(guān)、急停按鈕以及慢上、慢下按鈕。轎頂檢修開關(guān)盒還裝有電源插座、照明燈及其開關(guān)等。

5.平層裝置

平層裝置由安裝在轎頂上的傳感器和井道內(nèi)的平層橋組成。平層裝置完成電梯減速后的停站和抱閘的控制。有遮磁板與干簧管感應(yīng)器平層裝置、圓形永久磁鐵與雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)平層裝置。

6.選層器

它模擬電梯轎廂運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)出所需要的信號(hào)。其主要功能是：根據(jù)登記的內(nèi)選與外呼信號(hào)盒轎廂的位置關(guān)系，確定運(yùn)行方向；當(dāng)電梯將要到達(dá)所需停站的樓層時(shí)，給曳引電動(dòng)機(jī)減速信號(hào)，使其換速；當(dāng)平層停車后，消去已應(yīng)答的呼梯信號(hào)并指示轎廂位置。

7.電氣控制柜

電梯電路中的絕大部分的電器、電子元器件集中裝在電器控制柜中，其主要作用是完成對(duì)電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯功能的控制。

8.安全保護(hù)系統(tǒng)

安全保護(hù)系統(tǒng)由限速器、安全鉗、緩沖器、端站保護(hù)裝置組成，以保證電梯的安全運(yùn)行。端站保護(hù)開關(guān)裝置由強(qiáng)迫減速開關(guān)、上下限位開關(guān)、極限開關(guān)組成。當(dāng)電梯在兩個(gè)端站不能減速或者有超越上下端站及轎廂或?qū)χ囟椎讜r(shí)，保護(hù)裝置強(qiáng)迫電梯減速、停駛并斷掉電源，保護(hù)電梯正常的安全遠(yuǎn)行。

9.電梯的安全裝置

（1）電磁制動(dòng)器。裝于曳引電動(dòng)機(jī)軸上，一般采用直流電磁制動(dòng)器，啟動(dòng)時(shí)通電松閘，停層后斷電上閘。

（2）強(qiáng)迫減速開關(guān)。其分別裝于井道的頂部和底部。當(dāng)轎廂駛過端站換速位置而未減速時(shí)，轎廂上的撞塊就觸動(dòng)此開關(guān)，通過電氣傳動(dòng)控制裝置，使電動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫減速，安裝位置在端站減速點(diǎn)之后。對(duì)于單層不能達(dá)到滿速的快、高速梯，要分設(shè)單層和多層強(qiáng)迫減速開關(guān)，以保證正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作。

（3）限位開關(guān)。當(dāng)轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關(guān)立即動(dòng)作，切斷電源并上閘，強(qiáng)迫停車。

（4）行程極限開關(guān)。當(dāng)限位開關(guān)不起作用，轎廂經(jīng)過端站300～400mm時(shí)，此開關(guān)動(dòng)作，作第二次強(qiáng)迫停車。

（5）急停按鈕。裝于轎廂司機(jī)操作盤上，發(fā)生異常情況時(shí)，按此按鈕，切斷電動(dòng)機(jī)電源，電磁制動(dòng)器制動(dòng)，電梯緊急停車。

（6）直流曳引電動(dòng)機(jī)欠磁保護(hù)。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流因故變小時(shí)，磁場(chǎng)電流欠流繼電器動(dòng)作，使電梯不能啟動(dòng)；如電梯正在運(yùn)行，則切斷控制電路，使電梯立即停車。

（7）超速保護(hù)電路。當(dāng)電梯運(yùn)行速度超過額定速度l0％時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋電壓升高使超速繼電器動(dòng)作，立即停車。

（8）測(cè)速發(fā)電機(jī)斷帶保護(hù)。電梯的測(cè)速發(fā)電機(jī)一般由皮帶傳動(dòng)，當(dāng)皮帶斷裂時(shí)，速度反饋消失，電梯將驟然升速或飛車，此時(shí)下落的測(cè)速發(fā)電機(jī)將觸動(dòng)開關(guān)使電梯立即停車上閘。

（9）電樞過電流保護(hù)。

（10）電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載。熱繼電器保護(hù)。

（11）超載開關(guān)。置于轎廂底部鋼架上，當(dāng)超載時(shí)，轎底地板下降，壓開關(guān)動(dòng)作，電梯不能關(guān)門運(yùn)行。在高級(jí)電梯中用壓磁開關(guān)給出此信號(hào)。

（12）關(guān)門安全開關(guān)。常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板．在關(guān)門過程中如安全觸板碰到乘客時(shí)，發(fā)出信號(hào)，門電機(jī)停止關(guān)門，反向開門，延時(shí)后更新關(guān)門、此外目前規(guī)定要另設(shè)不觸及乘客的光電開關(guān)，或紅外線開關(guān)、電容開關(guān)等。

（13）廳門開關(guān)。每個(gè)廳門都裝有門鎖開關(guān)(即鉤子鎖)。僅當(dāng)廳門關(guān)上，鉤子搭好后才能允許電梯啟動(dòng)；在運(yùn)行中如出現(xiàn)廳門開關(guān)斷開，電梯亦立即停車。

（14）安全窗開關(guān)。安全窗是為乘客在層間停車時(shí)離開轎廂的機(jī)械安全裝置，當(dāng)乘客從安全窗出轎廂時(shí)，不準(zhǔn)電梯啟動(dòng)、遠(yuǎn)行。

（15）鋼帶輪的斷帶開關(guān)。

（16）限速器開關(guān)。限速器主要是用來防止對(duì)載重過輕、控制系統(tǒng)故障，且電磁制動(dòng)器失靈時(shí)造成轎廂快速下落故障。當(dāng)超速130％，開關(guān)動(dòng)作，斷電抱閘。

（17）選層器。相應(yīng)的端站位置也設(shè)有限位開關(guān)

二、電梯信號(hào)控制系統(tǒng)的典型電路

1.轎廂內(nèi)指令信號(hào)的登記與消除

轎廂內(nèi)操作箱上對(duì)應(yīng)每一層樓設(shè)一個(gè)帶燈的按鈕，也稱指令按鈕。乘客按下要去層站的指令按鈕，按鈕燈便亮，即轎廂內(nèi)指令登記。電梯運(yùn)行到達(dá)目的層站后，該指令被消除，對(duì)應(yīng)的按鈕燈熄滅。兩種指令信號(hào)的登記、記憶及消除電路原理介紹如下：

（1）串聯(lián)式指令信號(hào)的登記、記憶及消除電路，見圖1。iSB為第i層的指令按鈕。按下iSB，對(duì)應(yīng)的指令繼電器iK吸合，并由iK（6，12）觸點(diǎn)使iK自保持，使按鈕燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)第i層時(shí)，該層層樓繼電器iKAF吸合，其常閉觸點(diǎn)iKAF（13，14）斷開，使iK釋放，指令信號(hào)消除，按鈕燈熄滅。

圖1 串聯(lián)式呼梯登記記憶及消除電路示意圖

（2）并聯(lián)式指令信號(hào)的登記、記憶及消除電路并聯(lián)式電路的消號(hào)是當(dāng)電梯到達(dá)指令信號(hào)層樓時(shí)，依靠該層的層樓繼電器常開觸點(diǎn)并聯(lián)于指令繼電器線圈的兩端，即經(jīng)限流電阻把指令繼電器線圈短接，從而使指令信號(hào)繼電器釋放消號(hào)。但消號(hào)必須在電梯即將到達(dá)該層而發(fā)出減速信號(hào)后（即快速運(yùn)行接觸器KMK釋放，其常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通）方可實(shí)現(xiàn)。

2.廳外召喚信號(hào)的登記、記憶與消除

（1）該電路不僅起著各層樓廳外召喚信號(hào)的登記、記憶與消除，而且還起著無司機(jī)狀態(tài)時(shí)的“本層廳外開門”功能。

（2）各個(gè)層樓的廳外召喚信號(hào)的消除是與電梯運(yùn)行方向有關(guān)。當(dāng)?shù)怯浀哪骋徽賳拘盘?hào)與電梯運(yùn)行方向一致時(shí)，則電梯在該層發(fā)出減速信號(hào)（快車接觸器KMK釋放）后才能消號(hào)。而與電梯運(yùn)行方向相反的廳外召喚信號(hào)則予以保留，不消號(hào)。這一點(diǎn)是與轎內(nèi)指令信號(hào)消除的最主要區(qū)別。

（3）當(dāng)兩臺(tái)或三臺(tái)電梯并聯(lián)控制時(shí)，則某一臺(tái)電梯先應(yīng)答某層的廳外召喚信號(hào)（與電梯運(yùn)行方向一致），這臺(tái)電梯在該層即可發(fā)出減速信號(hào)，而后自動(dòng)消除該層的順向召喚信號(hào)。而另一臺(tái)（或兩臺(tái)）電梯在該層不再發(fā)出減速信號(hào)和停車。

3.指層電路

電梯一般都配有層樓指示器，以便指示電梯所在位置。

（1）電梯轎廂層樓位置信號(hào)的獲取。由機(jī)械選層器獲得，利用機(jī)械選層器的動(dòng)、靜觸點(diǎn)的通斷取得或消除層樓位置信號(hào)。

對(duì)于無機(jī)械選層器的電梯，采用安裝在轎廂上的遮磁板經(jīng)過裝在井道上每層一個(gè)的感應(yīng)器獲得。電梯轎廂經(jīng)過某層時(shí)，遮磁板使該層感應(yīng)器動(dòng)作，相應(yīng)的層樓感應(yīng)器繼電器1KF～5KF吸合，發(fā)出層樓信號(hào)，但是1KF～5KF不能得到連續(xù)的信號(hào)，必須附加層樓繼電器1KAF～5KAF才能獲得連續(xù)的層樓信號(hào)，見圖2。

其工作原理是：當(dāng)電梯在第一層時(shí)，層樓感應(yīng)器1S觸點(diǎn)閉合使1KF吸合，其常開觸點(diǎn)1KF（3、8）使1KAF吸合，并由1KAF（1、2）自保持。電梯上行到第二層時(shí)，2S觸點(diǎn)閉合使2KF吸合，其常開觸點(diǎn)2KF（3、8）使2KAF（1、2）自保持，同時(shí)2KF的常閉觸點(diǎn)2KF（2、8）斷開，使1KAF釋放。電梯上行以此類推。此電路具有一定的規(guī)律性，電梯下行的原理與此相同。

圖2 用感應(yīng)器取得樓層信號(hào)

（2）層樓指示器。電梯轎廂內(nèi)和廳門口均設(shè)有指層燈或數(shù)碼管顯示的層樓指示器。

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（作者單位：新鄉(xiāng)市技師學(xué)院）