PLC與變頻器在四層電梯教學模型中的應用

吳卓峰

摘要：PLC與變頻器在電梯控制系統中的應用非常廣泛。本文介紹了四層教學電梯模型中PLC與變頻器控制的設計思想，提出了適用于高層電梯控制程序設計的編程方法。

關鍵詞：PLC；變頻器；四層電梯；順向截車；召喚；選向

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）01-0128-04

由于變頻器調速具備優異的調速性能和節能潛力，目前國內外均已研制生產出電梯專用變頻器。電梯拖動調速方式以調頻調速為主流，PLC與變頻器在電梯控制系統得到廣泛應用。在控制系統中，PLC主要完成邏輯控制，變頻器主要完成拖動調速控制。近年來，我校開設了電梯安裝維修專業。因教學需要，現自行設計、安裝了一臺采用PLC與變頻器實現控制的四層電梯教學模型。設計既要考慮實際電梯的操作功能，又要考慮電梯教學演示的需要。

電梯控制要求

電梯的電氣控制系統分為拖動調速部分和邏輯控制部分。拖動調速部分用變頻器控制電梯升降電機來實現；邏輯控制部分用PLC實現，可充分發揮系統接線簡單、可靠性高、維護方便的特點；主拖動采用三相交流異步電動機進行拖動，集選控制，有/無司機方式；門機驅動采用直流門電動機。

電梯控制過程

有司機操縱 司機接通基站總電源鑰匙開關，打開電梯門進入轎廂，將有/無司機操縱轉換開關撥至有司機位置，通過開關門按鈕控制關門。當PLC接收到乘客發出的請求信號及安全保護信號后，PLC將對內存進行順序掃描，選擇相應的控制程序，通過輸出端發出信號，控制繼電器動作，使電梯正常啟動、加速運行。當電梯運行接近?？康膶訕菚r，PLC接收到感應器發出的減速信號后，自動斷開運行，通過變頻器開始減速，控制電梯進入換速、平層、停車。待電梯?？繉诱竞?，司機通過按鈕控制打開電梯門，以完成接送客的任務。

無司機操縱 在無司機操縱的情況下，電梯的開關門、啟動、加速、換速、平層及停車均通過PLC自動控制。電梯開門時間可根據需要設置。

檢修慢車狀態 在需要檢修時，可通過檢修慢車開關來控制。當接通檢修慢車開關時，PLC檢修控制程序起作用，司機只能通過按鈕操縱電梯慢速運行。（1）停電保持。電梯在正常運行過程中，若突然停電，PLC將保存停電的現場數據，在電源重新接通時，將自動恢復停電時的現場數據，控制電梯運行。（2）應急處理。電梯在運行過程中，PLC不斷對各輸入信號進行識別，對運行狀態進行監控，一旦發現異常信號（如安全保護裝置動作等）將采取相應的安全措施，以防止事故發生。

消防開關 當按下安裝在基站的消防按鈕（帶自鎖）時，則實現下列功能：消除門廳、轎內呼叫等所有呼叫信號；將門關閉，斷開開門回路；電梯如果正處于上行中，則立即在最近層停靠，不開門，然后返回基站，如果電梯處于下行中，直接駛向基站；開門中的電梯，立即關門，返回基站。

電梯拖動調速和邏輯控制系統的選用

由于是教學模型，所以變頻器和拖動電動機沒有采用電梯專用的設備，只用了現有的教學設備。PLC系統采用三菱FX1N系列PLC，根據四層四站電梯的控制要求，選用FX1N-60MR，30點輸入，30點輸出，滿足系統I/O點要求。變頻器選用三菱的FR-A540-1.5K-CH型變頻器，額定電壓380V，額定功率1.5KW，三相交流供電，額定輸出電流4A。拖動電動機采用YS6324型電動機，其功率為180W，額定電壓380V，Y形接法，轉速1400r/min。與電動機配套的減速器變比為1/50。

控制系統各環節的作用及其梯形圖實現

根據電梯工作的不同工作過程，劃分出若干個功能電路，構成控制程序。PLC、變頻控制系統安裝接線圖如圖1和圖2所示。由于整體程序結構較為復雜，因此，下面僅對幾個重要部分的設計方法進行說明。

層樓繼電器電路的實現 層樓信號可以指示電梯所在的位置（指層），為下一步的選向、選層及指令和召喚的消除提供可靠信息。每一層對應一個層樓繼電器，電梯在哪一層，對應樓層的層樓繼電器就會動作。本文主要采用數據傳送、算術計算、數據比較處理等功能指令來實現層樓電路控制。啟用數據寄存器D0，電梯在最下層端站時可將1送入D0，在最上層端站時可將最高層數4送入D0；電梯每上升一層，接近開關X0閉合一次，D0將自動加一，電樓每下降一層，接近開關X0閉合一次，D0將自動減一，這樣使D0中存放的始終是層數。然后，將D0分別與1、2、3、4相比較，等于幾就說明電梯在幾層，這時驅動對應的層樓繼電器，實現層樓繼電器電路。樓層的顯示由Y1、Y2、Y3以二進制的形式將數據輸出到BCD譯碼器上，從而顯示出電梯在幾層。如圖3所示。

指令回路 操縱盤上裝有與層數數字相符的按鈕是指令按鈕，按鈕內裝有指示燈。乘客進入電梯按下指令按鈕，該指令被登記，相應的指示燈亮；當電梯到達預選的層樓時，相應的指令被消除，指示燈熄滅。指令的這些登記與消除功能由指令電路完成，指令回路梯形圖如下頁圖4所示。

召喚回路 召喚是梯外乘用人員向電梯發出的呼喚信號。在下端站安裝一個上行召喚按鈕，上端站安裝一個下行召喚按鈕，中間站安裝上行召喚和下行召喚兩個按鈕，各按鈕內均裝有指示燈。當按向上或向下按鈕時，控制系統就會記憶該信號，相應的指示燈點亮。當電梯到達目的層樓時，指示燈熄滅。一般情況下，電梯采用順向截車、逆向呼叫記憶的選層方式，即先響應與運行方向相同的召喚，保留與運行方向相反的召喚。待反向運行時，電梯到達目的層樓才平層消號。另外，若電梯在直駛運行時不響應召喚，則應保留此召喚?？梢?，召喚回路與電梯的運行方向及是否直駛關系密切。為此，在召喚回路中加入了反映直駛和方向監視的繼電器M1和M2。如圖5所示。

選向回路 電梯方向的選擇，實際就是將指令和召喚的位置與電梯實際位置相比較。若前者在上（位置的上、下），電梯則選擇向上；否則，則選擇向下。首先由層樓繼電器形成選向鏈，然后將每層的指令和召喚對應接入。一般情況下，指令選向優先，所以只有電梯門關閉后召喚才參與選向。決定電梯的運行方向有以下三種情況：（1）自然選向。在自然選向狀態，電梯可自動判斷，選擇方向。（2）強迫選向。若電梯工作在有司機方式，可通過操縱箱上的向上或向下按鈕，來干預電梯的運行方向，即強迫使其向上或向下運行。（3）檢修選向。若電梯工作在檢修狀態，同樣可使用向上或向下按鈕，使電梯以檢修的速度向上或向下運行。電梯的選向回路梯形圖如圖6所示。endprint

電梯運行線路 運行線路是電梯控制系統的核心部分。電梯是由曳引電動機拖動，電動機工作受運行線路的控制，以形成如下頁圖7所示的速度曲線。由PLC控制變頻器決定電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。PLC完成定向后向變頻器發出方向的速度信號，以在變頻器中自行設定的加速度值啟動電機，達到最大速度后勻速運行。當電梯響應呼叫到達目的層的減速點時，PLC切斷高速度信號輸出，此時，變頻器以自行設定的減速度值將最大速度減至爬行速度。當變頻器的頻率下降到所設定值時，機械制動器馬上動作，對電動機實施電磁抱閘，電梯平層停車。電梯的主要性能指標（額定速度、舒適感、平層精度等）由運行線路決定。（1）啟動。電梯的啟動，方向是首要條件，門鎖（廳門轎門是否關好）等安全因素也是必要的。（2）減速。當電梯選中某層，意味著將在車達到換速點就應減速，為平層停車做準備。（3）平層停車。當減速運行到平層點時，說明轎門門檻與廳門門檻基本平齊，可以停車，并實施電磁抱閘。一般平層感應器置于轎廂頂上。如下頁圖8所示，當上、下平層感應器全部動作后，表示到平層點。運行線路控制的梯形圖如圖9所示。

電梯門的控制 門電路是電梯控制系統中較為獨立的單元。它的作用是實現電梯門的開或關。電梯的門有兩種：（1）轎門，即轎廂的門。門電路通常指轎廂的門控制線路。轎門由專門的門電動機拖動，實現開或關。（2）廳門，即各層門廳的門。廳門只能由轎門帶動實現開或關。一般情況下，當轎廂到達某層停車后，轎廂門上的門刀會自動插入廳門的門鎖中，使門鎖打開，此時廳門在轎門的帶動下實現開或關。電梯若沒到該層，其廳處于鎖閉狀態，不能打開，這是安全保障的要求。門電路和控制系統的聯系就在于這一點，由各廳門和轎門的門鎖電氣限位開關的常開觸點串聯后，作為門鎖信號（X13）。X13為ON，表示全部門安全關閉，可正常運行，否則不能運行。開或關門由門電動機驅動，通過開、關繼電器控制M的正、反轉實現。（1）開門情況。上班開門、按鈕開門、觸板開門和門區提前開門。（2）關門情況。下班關門、按鈕關門、停站自動延時關門和強迫向上（向下）啟動關門。門電路的控制梯形圖如圖10所示。

PLC與變頻器控制的四層電梯教學模型，能較好地滿足教學演示的要求，充分體現了PLC與變頻器的優越性。電梯教學模型的研制，對今后改善專業教學質量和PLC技術、變頻技術應用的開展能起到一定的促進作用。

參考文獻：

[1]葉安麗.電梯控制技術[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]梁耀光，余文杰.電工新技術教程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

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

[4]張迎輝，鄧松.電器控制與可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[5]朱堅兒.電梯控制及維護技術[M].北京：電子工業出版社，2011.

（責任編輯：張維佳）endprint

電梯運行線路 運行線路是電梯控制系統的核心部分。電梯是由曳引電動機拖動，電動機工作受運行線路的控制，以形成如下頁圖7所示的速度曲線。由PLC控制變頻器決定電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。PLC完成定向后向變頻器發出方向的速度信號，以在變頻器中自行設定的加速度值啟動電機，達到最大速度后勻速運行。當電梯響應呼叫到達目的層的減速點時，PLC切斷高速度信號輸出，此時，變頻器以自行設定的減速度值將最大速度減至爬行速度。當變頻器的頻率下降到所設定值時，機械制動器馬上動作，對電動機實施電磁抱閘，電梯平層停車。電梯的主要性能指標（額定速度、舒適感、平層精度等）由運行線路決定。（1）啟動。電梯的啟動，方向是首要條件，門鎖（廳門轎門是否關好）等安全因素也是必要的。（2）減速。當電梯選中某層，意味著將在車達到換速點就應減速，為平層停車做準備。（3）平層停車。當減速運行到平層點時，說明轎門門檻與廳門門檻基本平齊，可以停車，并實施電磁抱閘。一般平層感應器置于轎廂頂上。如下頁圖8所示，當上、下平層感應器全部動作后，表示到平層點。運行線路控制的梯形圖如圖9所示。

電梯門的控制 門電路是電梯控制系統中較為獨立的單元。它的作用是實現電梯門的開或關。電梯的門有兩種：（1）轎門，即轎廂的門。門電路通常指轎廂的門控制線路。轎門由專門的門電動機拖動，實現開或關。（2）廳門，即各層門廳的門。廳門只能由轎門帶動實現開或關。一般情況下，當轎廂到達某層停車后，轎廂門上的門刀會自動插入廳門的門鎖中，使門鎖打開，此時廳門在轎門的帶動下實現開或關。電梯若沒到該層，其廳處于鎖閉狀態，不能打開，這是安全保障的要求。門電路和控制系統的聯系就在于這一點，由各廳門和轎門的門鎖電氣限位開關的常開觸點串聯后，作為門鎖信號（X13）。X13為ON，表示全部門安全關閉，可正常運行，否則不能運行。開或關門由門電動機驅動，通過開、關繼電器控制M的正、反轉實現。（1）開門情況。上班開門、按鈕開門、觸板開門和門區提前開門。（2）關門情況。下班關門、按鈕關門、停站自動延時關門和強迫向上（向下）啟動關門。門電路的控制梯形圖如圖10所示。

PLC與變頻器控制的四層電梯教學模型，能較好地滿足教學演示的要求，充分體現了PLC與變頻器的優越性。電梯教學模型的研制，對今后改善專業教學質量和PLC技術、變頻技術應用的開展能起到一定的促進作用。

參考文獻：

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[4]張迎輝，鄧松.電器控制與可編程控制器應用技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[5]朱堅兒.電梯控制及維護技術[M].北京：電子工業出版社，2011.

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電梯運行線路 運行線路是電梯控制系統的核心部分。電梯是由曳引電動機拖動，電動機工作受運行線路的控制，以形成如下頁圖7所示的速度曲線。由PLC控制變頻器決定電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。PLC完成定向后向變頻器發出方向的速度信號，以在變頻器中自行設定的加速度值啟動電機，達到最大速度后勻速運行。當電梯響應呼叫到達目的層的減速點時，PLC切斷高速度信號輸出，此時，變頻器以自行設定的減速度值將最大速度減至爬行速度。當變頻器的頻率下降到所設定值時，機械制動器馬上動作，對電動機實施電磁抱閘，電梯平層停車。電梯的主要性能指標（額定速度、舒適感、平層精度等）由運行線路決定。（1）啟動。電梯的啟動，方向是首要條件，門鎖（廳門轎門是否關好）等安全因素也是必要的。（2）減速。當電梯選中某層，意味著將在車達到換速點就應減速，為平層停車做準備。（3）平層停車。當減速運行到平層點時，說明轎門門檻與廳門門檻基本平齊，可以停車，并實施電磁抱閘。一般平層感應器置于轎廂頂上。如下頁圖8所示，當上、下平層感應器全部動作后，表示到平層點。運行線路控制的梯形圖如圖9所示。

電梯門的控制 門電路是電梯控制系統中較為獨立的單元。它的作用是實現電梯門的開或關。電梯的門有兩種：（1）轎門，即轎廂的門。門電路通常指轎廂的門控制線路。轎門由專門的門電動機拖動，實現開或關。（2）廳門，即各層門廳的門。廳門只能由轎門帶動實現開或關。一般情況下，當轎廂到達某層停車后，轎廂門上的門刀會自動插入廳門的門鎖中，使門鎖打開，此時廳門在轎門的帶動下實現開或關。電梯若沒到該層，其廳處于鎖閉狀態，不能打開，這是安全保障的要求。門電路和控制系統的聯系就在于這一點，由各廳門和轎門的門鎖電氣限位開關的常開觸點串聯后，作為門鎖信號（X13）。X13為ON，表示全部門安全關閉，可正常運行，否則不能運行。開或關門由門電動機驅動，通過開、關繼電器控制M的正、反轉實現。（1）開門情況。上班開門、按鈕開門、觸板開門和門區提前開門。（2）關門情況。下班關門、按鈕關門、停站自動延時關門和強迫向上（向下）啟動關門。門電路的控制梯形圖如圖10所示。

PLC與變頻器控制的四層電梯教學模型，能較好地滿足教學演示的要求，充分體現了PLC與變頻器的優越性。電梯教學模型的研制，對今后改善專業教學質量和PLC技術、變頻技術應用的開展能起到一定的促進作用。

參考文獻：

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[5]朱堅兒.電梯控制及維護技術[M].北京：電子工業出版社，2011.

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