基于變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

蔣文偉　程凱　楊浩

摘要：隨著高層建筑的增加，電梯作為高層建筑的交通工具，其應用與日俱增，電梯的安全運行成為人們廣泛關(guān)注的焦點問題。隨著電子技術(shù)和微電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC技術(shù)和變頻技術(shù)因其控制方面的明顯優(yōu)勢取代了傳統(tǒng)的繼電器制造系統(tǒng)，成為電梯控制系統(tǒng)主流。文章研究基于變頻技術(shù)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，為電梯控制系統(tǒng)設(shè)計提供幫助。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；電梯；PLC控制系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；高層建筑 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）30-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.008

1 變頻技術(shù)

變頻技術(shù)的核心部件是變頻器，變頻器是改變電源頻率的電氣設(shè)備，其主要由交流變直流、濾波、再次直流變交流、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元和微處理單元等組成。變頻器是能夠把電壓和頻率不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的設(shè)備，該過程是通過變頻器中電力半導體器件的通斷來實現(xiàn)的。

2 PLC的工作原理及在電梯中應用的優(yōu)點

2.1 PLC的工作原理

PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，全稱可編程序邏輯控制器。所謂的PLC控制系統(tǒng)實際上就是一種可編程的存儲器。PLC采用指令（存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算操作）通過數(shù)字輸入和輸出操作來實現(xiàn)機械控制和操作。PLC的工作過程分三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新，三個階段構(gòu)成一個掃描周期，且這個周期是重復執(zhí)

行的。

2.1.1 輸入采樣階段。首先，PLC在輸入采樣階段通過掃描方式讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存儲到I/O相應的單元內(nèi)；然后，進入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段，在這個過程中，當輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，I/O相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會改變。

2.1.2 用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段，PLC掃描用戶程序（自上向下掃描）。在掃描過程中按先左后右、先上后下的順序?qū)刂凭€路進行相應的邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算結(jié)果進行相關(guān)對應。在用戶程序執(zhí)行過程中，采用階段輸入在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他部位的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能產(chǎn)生改變，即邏輯順序是從上往下的。

2.1.3 輸出刷新階段。當?shù)诙A段結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU根據(jù)I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再輸出到相應的外部設(shè)備，PLC才真正輸出。PLC的掃描周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等，PLC邏輯控制過程如圖1所示：

2.2 PLC應用于電梯的優(yōu)勢

從20世紀70年代，PLC廣泛應用于電梯領(lǐng)域，PLC在電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)點有如下四點：

2.2.1 PLC具有可靠并且強大的邏輯運算能力，電梯的邏輯控制要求比較復雜，PLC非常適用于電梯控制系統(tǒng)。

2.2.2 PLC有很強的計數(shù)和算術(shù)運算能力，能很好地克服電梯傳統(tǒng)的繼電器控制方法的缺陷。

2.2.3 PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性好的特點，抗干擾能力強，非常適用于電梯。

2.2.4 PLC檢修簡單方便。電梯的安全非常重要，PLC本身就具有完善的診斷功能，可為電梯安全運行打好基礎(chǔ)。

3 基于變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PLC控制系統(tǒng)控制過程的設(shè)計

電梯控制過程主要包括操縱、檢修、停電保持及應急處理等，只要正確處理好這些方面，再結(jié)合實際情況就能很好地實現(xiàn)對電梯的控制。電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法如下：

3.1.1 在進行PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計時先確定電梯的拖動、調(diào)速、運行及控制方式。設(shè)計基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制系統(tǒng)時，設(shè)計拖動方式采用交流拖動；調(diào)整方式采用交流調(diào)壓調(diào)速；運行方式可分有、無司機控制兩種方式。

3.1.2 確定PLC的型號，PLC型號的確定需要考慮很多方面，主要由電梯的層站數(shù)、控制要求和點數(shù)冗余幾方面來決定的。其中點數(shù)的冗余根據(jù)經(jīng)驗一般取超過實際需要點數(shù)的9%，這樣選主要為滿足實際需要和經(jīng)濟效益。

3.1.3 分配PLC的I/O點，并設(shè)計接線圖。設(shè)計過程中也是根據(jù)電梯的樓層數(shù)及相應的控制要求進行選擇，選擇正確后要繪制PLC控制系統(tǒng)的I/O接線圖。

3.1.4 編制控制程序。編寫控制程序非常重要，在編寫程序過程中最好采用模塊化設(shè)計方法。控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和安全保護功能的實現(xiàn)是編寫程序的關(guān)鍵。

3.2 基于PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

電梯PLC控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由微處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成及電源部分等構(gòu)成。其中微處理器為控制器的核心，輸入輸出設(shè)備為連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路。

微處理器（CPU）可使用8位的處理器，若不能滿足要求則采用16位處理器。存儲器分系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，系統(tǒng)存儲器為只讀存儲器，用戶存儲器一般用RAM存儲固化在只讀存儲器中，輸入輸出設(shè)備與PLC控制器連接，對輸入輸出接口的要求：要有良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（包括開關(guān)量、模擬量、直流量、交流量等）的匹配能力要強。電梯控制系統(tǒng)要根據(jù)輸入輸出信號的不同來設(shè)置輸入輸出設(shè)備。開關(guān)量的接口要采取抗干擾措施，電梯運行環(huán)境復雜，要求抗干擾能力強。還要有很強的防抖和抗外部干擾的能力，對于輸出量開關(guān)輸出電流一般不能超過2A。

3.3 基于PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在電梯中，樓層中的升降指示燈，每一層都有對應的按鈕，是用來選擇樓層和開關(guān)門的。因此，在基于PLC進行電梯控制系統(tǒng)設(shè)計時，要對相應的信號和電梯的狀態(tài)進行相應分析，確定電梯工作流程。對各種信號一一對應到軟件中去，對不同信號進行設(shè)計電路并進行編程。如在設(shè)計10層樓用電梯時，設(shè)計過程中可以以10層電梯控制為依據(jù)進行分析，即電梯停在10樓時，1～9層應能實現(xiàn)控制且電梯處于下降狀態(tài)。如果電梯在1樓時，2～9層都可以進行控制，電梯處于上升狀態(tài)。

另外，應對變頻器單獨設(shè)置，為使變頻器能夠響應來自PLC或者其他信號，應對變頻器的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，使變頻器滿足電梯的運行及控制要求。

4 結(jié)語

綜上所述，基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制系統(tǒng)憑借其獨特的優(yōu)勢在電梯中廣泛使用。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC電梯控制系統(tǒng)不僅提高了電梯運行的可靠性，而且也改善了電梯運行舒適性，符合現(xiàn)代化電梯設(shè)計需求，隨著科技的發(fā)展進步，基于變頻技術(shù)的PLC電梯控制技術(shù)會不斷發(fā)展完善。

參考文獻

[1] 曾新紅.基于PLC與組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

[J].廣州航海高等專科學校學報，2010，（3）.

[2] 張福恩.交流調(diào)速電梯原理設(shè)計及安裝維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

作者簡介：蔣文偉（1987-），女，江蘇靖江人，供職于江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院揚州分院，研究方向：電梯檢驗技術(shù)。

（責任編輯：周 瓊）