基于PLC的電梯控制系統探討

溫州市特種設備檢測中心 陳 亮

1.傳統電梯控制方法特點分析

電梯是現代建筑中運用最為普遍的運輸工具之一，尤其是對于高層建筑來說，電梯系統的正常運轉是建筑功能發揮的重要保障。因此電梯的控制系統穩定性就成了重要的研究課題。從電梯控制系統的發展歷程來看，主要有三類控制方式，即繼電控制、微機控制和PLC控制。繼電控制是早期的控制方式，安裝比較復雜性，在通用性上也比較差。微機控制方式則多應用于對群控和通訊等要求較高的電梯群，這種控制方式可靠性比繼電控制更高，從體積和維修方面都具有明顯的優勢。PLC控制方式是近年來才大力研究的電梯控制方式，由于這種控制方式具有可靠性搞和便于維護性方面等有點，逐漸成為一種主流的電梯控制方式。本文將就電梯的PLC控制方式展開討論，從系統的硬件組成和軟件設計方面做探討。

2.電梯控制系統的基本要求

電梯控制系統的具體要求一般都要依據客戶的實際情況做出適當的調整，但從通用性和一般性的角度和本文PLC控制的角度來探討，需要實現的基本功能和要求主要有以下幾點。(1)司機操作。司機操作是電梯控制的基本操作之一，負責完成電梯啟動關門和對轎內、廳外召喚指令的正確響應。(2)集選控制。集選控制需要實現的功能是負責分析電梯轎內指令和廳外召喚的信號處理。對運行中來自轎內和廳外的信號如順序登記、停靠等正確執行。(3)開始時間的自動控制，能正確依據客流情況控制開門時間，使得乘客等待的時間最短。(4)故障處理。故障處理是電梯運行中的重要環節，要求電梯控制系統能夠正確響應開門指令，對關門中途乘客進入能重新開啟，或是需要強行關門時正確啟動。對于發生火警、停電等意外情況時，電梯能夠正確回復至指定樓層。(5)錯誤信息存儲功能。能夠將運行過程中的故障正確記錄，并在故障記錄達到指定的閾值后停止運行，故障排除后再啟動。

3.PLC電梯控制系統的硬件選擇

3.1 硬件選型

PLC實際上是一類型數字電子裝置的簡稱，可用于使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序運算、計數、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。PLC最大的優點是可靠性高、便于維修和容易操作。其中容易操作是PLC相比于微機控制的最大優勢，有多種程序設計語言可用于PLC的控制編程。而PLC同時具有的故障自我診斷的功能讓系統維修更加便捷。

本文中以PLC控制為基礎選擇合適的可編程控制器的機型，決定何種PLC機型主要考慮的因素是電梯運行的實際需要，一般和電梯系統的控制方式和所需內存有關。本文中所設計的PLC電梯系統樓層為8層，采用的控制方式為集選控制。依據電梯用途的估計，系統要求估計值如下：①輸入和輸出的估算。在輸入方面，門廳按鈕個數為10個，轎內按鈕9個，各樓層感應器8個，門限開關2個，檢修開關1個，減速傳感器2個，平層傳感器2個，過載測量傳感器1個，PG卡1個，障礙檢測光電傳感器1個；輸出方面，轎內指示燈9個，門廳召喚按鈕指示等10個，樓層顯示用七段碼顯示器引腳9個，開關門電動機驅動線圈2個，變頻器控制引腳8，電梯上下行指示燈2個。②內存估計。約3K字節的內存。依據以上估計值，選用的機型為三菱造FX2N-80MR。

3.2 變頻器選型

電梯專用變頻器價格都比較昂貴，因此本文從經濟的角度沒有考慮購買專門的電梯變頻器，而選用通用變頻器，其型號為安川電機公司生產的VS-616G5型通用變頻器。該變頻器可以實現傳統的V/f控制和矢量控制。

4.硬件設計

4.1 電機調速系統

電梯電機調速系統的主要作用在于實現電梯的啟動加速和制動過程中的平穩性，只有平穩的啟動和制動才不會使乘客感覺不適。依據所選用的VS-616G5變頻器，利用設計資料中給定的參數，同時調節加速時間和S曲線的加速時間，制動曲線的調整方法與此相同。

4.2 電梯控制系統

由前文的硬件選型可見，本文所闡述的電梯控制系統實際上是基于VS-616G5變頻器和FX2N-80MR的PLC電梯控制系統，組成部分主要包括：可編程控制器PLC、門電機、拽引電機、變頻器等。其工作流程為：利用適量控制變頻器實現調速部分的控制，拽引電機的轉速測定由光電編碼器來完成，通過上述兩類轉速的測定構成閉環控制。電梯控制系統的邏輯控制則交由PLC完成，有PLC實現對電梯使用過程中的樓層指令、電機轉速、轎廂所在位置等的邏輯運算，并實現對調速系統的實時控制。

5.軟件設計

在完成了硬件系統的選型和邏輯結構的安排后，剩下的工作就是利用PLC來實現對系統的邏輯控制，主要是通過編程來實現。本文中設計的電梯系統所選用的PLC型號為三菱公司生產的FX2N系列PLC，利用其中的基本邏輯命令來完成電梯控制的邏輯編程。這樣過程中主要是針對輸入輸出命令、電路塊的并聯和串聯命令和程序結束命令三類。由于源程序代碼較為龐雜，在此不詳細例舉，僅給出程序的執行流程過程：開始→系統初始化→用戶輸入登記→通過傳感器確定電梯系統的狀態→判定轎廂門的開關狀態和上下行狀態→根據不同的狀態執行相應的操作。

程序設計各階段的主要注意事項如下：

(1)電梯系統的初始化階段

這一階段的關鍵是在程序代碼中明確電梯系統邏輯線的初始化定義，并初始化PLC存儲器的初始值，按邏輯類型，選取“0”或“1”來表示狀態。這一階段的程序設計中還需明確系統的啟動、主控失效和程序終止的邏輯判斷結構。

(2)輸入階段

在電梯系統的實際運行過程中，電梯系統所接收的輸入都是來自于用戶，接收永固輸入的場合可能在電梯轎廂內，也可能在門廳。因此需要對這兩類不同的輸入用不同的邏輯線圈完成命令接收和命令執行。

(3)系統狀態測定階段

在這一階段的程序設計關鍵是要避免系統中出現控制上的邏輯錯誤，如電梯在運行中就禁止開門、拽引電機的轉向狀態和電梯的運行方向是否搭配、復位開關和門鈴的組合是否符合邏輯等。這些實際運行運行數據都由程序記錄并交由存儲器進行綜合處理。

(4)轎廂門開關狀態判斷

電梯轎廂門的開關狀態是通過調用相應的程序段來實現的，關鍵是要正確處理電梯的開關門狀態程序和電梯轎廂的是否運行啟動是否符合邏輯。只要是電梯處于關門或開門狀態，轎廂就不允許移動。此外還應考慮到關門受阻的情況，此時應加入判斷程序，判斷電梯是選擇開門還是轉入故障狀態。

(5)電梯是否空閑判斷

電梯是否空閑的判斷是通過選層按鈕被按下的狀態判定來實現的。程序中需明確各樓層按鈕的邏輯狀態來判斷電梯系統的運行狀態。

6.結語

電梯系統穩定性和可靠性是電梯系統設計中的核心環節。本文以VS-616G5變頻器和FX2N-80MR型PLC來實現對電梯系統的控制設計。從經濟上考慮，由于應用樓層不算太高，因此選用了較為經濟適用的VS-616G5變頻器，PLC則是用較為可靠的三菱造FX2N-80MR，通過編程實現對電梯系統的邏輯控制。實踐表明利用PLC來實現電梯控制的邏輯編程更為簡便易行，且維護方便，是值得深入研究的方向。在更為復雜的電梯系統中采用PLC控制也是可以嘗試的。

[1]江秀漢.可編程序控制器原理及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2009.

[2]宋伯生.可編程序控制器[M].北京:中國勞動出版社,2010.