淺論基于PLC的電梯控制系統

楊滋新等

摘 要：隨著當今社會的快速發展，高樓林立，電梯已成為城市現代化的一項重要標志。就現今而言，我國電梯控制系統主要分為繼電器控制、PLC控制和微機控制。其中，繼電器控制系統由于其可靠性差、耗電量大，故障多等缺點已經逐步退出激烈的競爭市場；微機控制系統雖然在智能控制方面展示出較大優勢，但是因其系統設計復雜，使維修人員很難掌握技術要點，故使用也存在一定的局限性。PLC控制系統能夠實現軟件對電梯的自動控制且外部線路簡化，控制系統結構簡單，不僅提高了電梯運行的可靠性，更使維護、維修過程更加簡便易行，因此應用廣泛。

關鍵詞：PLC；電梯；控制系統

1 編程控制器（PLC）的定義

可編程控制器（PLC）的英文全稱為Programmable Logic Controller--是一種數字運算操作電子系統。采用一類可編程的存儲器，用于內部存儲程序執行順序控制、邏輯運算和定時等指令，并通過數字量與模擬量的相互轉換（輸入/輸出）來達到控制各類機械設備運行或生產過程控制等目的[1]。

2 PLC控制系統的優勢

（1）控制方式：PLC采用軟接線的連接方式，通過改變控制程序即可更改邏輯方式和功能變更，簡單易行。（2）工作方式：PLC采用串行工作方式，相互獨立、互不干擾。（3）控制速度：PLC采用半導體控制方式，速度快。（4）準確性：PLC由晶振產生時鐘脈沖，精度高。（5）可靠性：PLC無觸點，有自我診斷功能，可靠、壽命長。（6）簡單易用：常用的PLC編程方式是梯形圖編程方式，編寫簡便、易懂易改。

3 PLC控制系統的基本組成

電梯PLC控制系統主要由信號控制系統和拖運控制系統組成。系統核心主要包括PLC主機、CPU存儲器、呼梯盤、操縱盤、井道裝置、安全裝置等。信號通過PLC輸入接口輸入PLC，來完成各種控制動作。

4 PLC控制系統的原理

電梯的運行主要依據樓層的呼叫信號和轎廂的升降信號來進行控制的，某一層呼叫轎廂的信號是隨機的。因此，系統控制采用的是隨機邏輯控制，也就是說根據隨機輸入的信號和電梯當時的狀態來進行電梯控制。電梯運行控制主要依靠PLC來完成。

PLC采用循環掃描即順序掃描的工作方式，PLC運行時，CPU根據存儲器中的程序進行按序周期性掃描，從第一條指令開始，到最后一條指令，順序執行，周而復始。在此階段，PLC還進行自診斷，通訊服務、輸入處理、程序執行和輸出處理[3]。

4.1 自診斷

在每次程序掃描前，PLC會執行自診斷程序。自診斷內容包括：I/O口，存儲器和CPU等。若發現異常現象，會停機并顯示異常；若未發現異常現象，則繼續執行程序。

4.2 通訊服務

PLC檢查是否存在與計算機、編程器等的通訊要求。

通常自診斷個通訊服務統稱為監視服務。

4.3 輸入處理

首先進行輸入采樣，即PLC按序掃描輸入存儲器中的數據，并將其暫存于輸入映像區中并關閉輸入端口，進入程序執行過程。此時，即便輸入端口有任何變化，輸入映像區中的數據也不會發生變化。只有在下一輸入采樣過程發生時，發生變化的輸入端口數據才會被讀入。

4.4 程序執行

在此階段，PLC根據用戶輸入的程序按序依次執行指令。從輸入映像區讀取數據，經相應的運算處理，將結果寫入輸出映像區。

4.5 輸出處理

與輸入處理類似，PLC輸出處理也存在輸出采樣過程，該過程同樣存在為了暫存數據的輸出映像區。當程序命令執行完畢，輸出映像區中的相關指令被輸送到輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，從而推動外部設備或過程運轉。

每一次輸入、輸出采樣過程（掃描周期）即為一次I/O刷新過程。也就是所說的任何輸入、輸出的更改只有在下一掃描周期時才能被進行。

掃描周期的長度主要取決于三個因素：（1）CPU的運算速度；（2）每條程序指令的時間；（3）程序的總長度。CPU運算速度越快、每條程序指令時間越短、程序總長度越短，掃描周期越短，反之亦然。一個完整的掃描周期=（輸入一點時間*輸入點數）+（運算速度*程序步數）+（輸出一點時間+輸出點數）+監視服務時間。一般PLC的掃描時間為10ms，滿足大部分客戶需求。對于控制時間要求嚴格、響應速度快的控制系統，對于編程要求高，必要時需采取特殊功能。

5 電梯控制系統的設計思路

在設計電梯控制系統時，首先應全面了解被控對象的機械機構、工藝要求、運動要求、運動方式和控制要求等。通過研究工藝過程、機械運動的各個步驟，確定控制系統的輸入、輸出信號的數量。明確區分由PLC輸入、輸出或驅動的端口。在此基礎上選擇恰當的PLC。PLC的可靠性、運行速度和成本等方面也應納入選型的考慮范疇中。然后，確定PLC元件的編號分配。確定PLC中被占用的輸入、輸出端點數，進行編號分配并設計出PLC外部線路圖。其次，是電梯控制系統設計過程中最為關鍵的一個步驟--程序設計。程序設計是整個控制系統的核心部分，其主要工作包括語句表程序的編寫和梯形圖的設計等。接著，進行模擬與調試過程，將編寫好的程序輸入PLC，進行逐條檢查與驗證，對發生的任何邏輯、語法和數據等錯誤進行改正之后，在實驗室中進行模擬與調試。觀察模擬過程是否符合相應的設計要求。對發現的問題及時修改，并將正確的程序重新輸入到PLC中。在執行該過程時，可平行進行控制系統的其他設計部分，如裝配、安裝和接線等工作。最后，進行現場的運行和調試。將在實驗室中初步調試好的程序輸入到現場使用的PLC存儲器中，接入實際的輸入和負載信號再進一步進行調試。因為實驗室中的模擬與調試和現場實際中會存在些許差異，因此這一步不可省略。對現場發現的問題及時解決，直到滿足相關設計要求，方可交付使用。

隨著社會經濟的迅猛發展，高層建筑將越來越多。作為垂直方向的運輸設備，電梯與人們的生活聯系的越來越緊密。而作為人機交互的PLC控制系統，對于電梯運行至關重要，掌握PLC控制是電梯運行安全、高效、舒適的重要保證。

參考文獻

[1]王秀英，鄭海英.PLC技術在電梯運行中的應用[J].遼寧工業大學學報，1996

[2]劉載文，李豪升.鐘亞林.電梯控制技術[M].北京：北京電子工業出版社，1996.

[3]李景學，金廣業.可編程控制其應用系統的設計方法[M].北京：北京電子工業出版社，1996.