專業模型電梯電氣控制系統設計*

張書，屈省源（中山職業技術學院電子信息工程學院，廣東中山528404）

專業模型電梯電氣控制系統設計*

張書，屈省源
（中山職業技術學院電子信息工程學院，廣東中山528404）

采用電梯行業電氣標準，根據電梯專業教學需要設計三層站模型電梯，電氣控制系統包括驅動控制電路、呼叫信號電路、井道信號電路、顯示信號電路、門機電路和安全保護電路，具備實際電梯所有功能，采用PLC程序控制。經過樣機試驗和實踐教學證明，該模型電梯易教易學，有效提升了實踐教學效果。

模型電梯；控制系統；PLC；電梯行業

0　引言

近幾年，電梯行業進入了快速發展時期，由于電梯使用量的急劇增長，電梯行業對高素質技能型人才需求出現日益增長的態勢，但教育培訓和實訓設備相對滯后，符合電梯人才培養需要的實訓設備的缺乏，已經成為制約人才培養質量提高的重要因素，電梯行業技術人才的緊缺已經成為電梯制造和安裝維修保養企業的共同難題。研制符合電梯行業人才培養需要的專業實訓設備是解決這一問題的重要手段。電梯屬于特種設備，具有一定的危險性，實訓的安全隱患較大，因此對教學實訓設備提出了更高的要求[1]。本文介紹一種基于PLC控制的專業實訓教學模型電梯，以適應電梯行業的發展需要，符合電梯行業電氣標準，可以有如下用途：

（1）用于電梯專業理論和實踐教學，適應課程改革需要，可以為《電梯構造與原理》、《電梯安裝與維修》、《電梯控制技術》課程開展教學做一體化教學提供實訓設備，可以完成如下實訓項目：①電梯結構認知；②電梯機械部件的安裝與調整；③電梯控制系統程序設計；④變頻調速系統實訓；⑤電梯故障分析、排除與檢修；⑥電梯控制系統裝配與控制柜調試；⑦電梯整梯的調試（快、慢車、各功能調試）。

（2）可以用來作為電梯技能大賽、電梯職業技能鑒定的設備。

1　模型電梯的整體結構

該模型電梯由三層站機械裝置、控制柜及井道各電氣控制元件等組成，其硬件結構的組成及功能與實際電梯完全一樣。在PLC控制下，電梯可完成自動平層、自動關門、順序響應轎內外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護以及電梯急停等功能，且具有性能可靠、運行平穩、操作簡單、能耗低和便于教學等特點。其整體結構分為井道及底坑部分、轎廂部分、門部分、機房部分，其中包括的電氣系統有電力拖動系統、電氣控制系統和安全保護系統[2]，其立體結構圖見圖1所示。

圖1　模型電梯立體結構圖

2　模型電梯的硬件設計

電梯的控制特點是根據外部呼叫信號以及自身控制規律實現運行的，由于呼叫信號具有隨機性，所以電梯控制系統實際上是一個人機交互式的控制系統[3]。電梯根據隨機的輸入信號以及電梯的相應狀態適時控制電梯的運行。基于電梯的這種控制特性，模型電梯的電氣控制系統總體設計流程圖如圖2所示。

圖2　電氣控制系統總體設計流程圖

2.1系統的控制要求

該模型電梯采用開關量和數字量兩種方式控制，可以通過轉換開關實現兩種控制方式的轉換。開關量是由井道內感應器提供減速、平層信號，當轎廂經過或停在某一層時，該層的平層感應開關得到一個輸入信號，并把此信號反饋給控制系統。數字量控制方式是利用旋轉編碼器提供數字脈沖，再經PLC計數運算處理信號，得出轎廂的位置，從而發出減速、平層信號。在轎箱內選面板和樓層呼叫面板上都有一個樓層顯示的七段數碼管以及電梯上下運行指示，其顯示分別由PLC的三個輸出點來完成。利用變頻器的調速性能，根據轎廂在井道中的實際位置，通過PLC編程來控制轎廂的平層精度。模型電梯的電氣控制系統主要由以下幾部分組成：驅動控制電路、呼叫信號電路、井道信號電路、顯示信號電路、門機電路和安全保護電路等[4]，電氣控制系統如圖3所示。

2.2硬件選型

該模型電梯系統的邏輯運算、樓層選擇部分由PLC內部程序實現。PLC選用FX2N-128MR，輸入共64個點，輸出共64個點，可以滿足編程需要，實現控制功能。PLC接受來自現場的呼叫信號、位置信號等，經過內部邏輯處理，給出轎廂啟停信號、門機的開關門信號、樓層顯示信號及呼叫顯示信號等[5]。變頻器選用FR-A540型，該變頻器為高性能的矢量控制變頻器，可實現多段速調整、參數設置等功能。曳引機選用實際電梯使用的雜物梯曳引機YJ120，電動機為三相感應電動機，采用變頻調速驅動方式。電梯啟動時，變頻器使定子電流頻率從低頻上升到額定頻率。減速時，使電機頻率從相應的額定頻率下降到零，實現電梯平層，保證電梯運行平穩，模擬真實電梯良好的舒適感。調速系統的驅動控制電路圖見圖4所示。

圖3　電氣控制系統

圖4　調速系統驅動控制電路圖

3　模型電梯控制軟件設計

3.1I/O點數分配

根據模型電梯主要功能分析，可知輸入信號主要有1～3層減速感應信號、1～3層內指令登記信號、上下強迫減速信號、上下限位開關信號、上下極限開關信號、開關門限位信號、檢修信號、超載信號等；輸出信號主要有七段碼顯示、1～3層轎箱位置指示燈、1～3層內指示燈、電機上下行接觸器及顯示箭頭燈、駐停、超載指示燈等。具體如表1所示。

表1　I/O端口地址分配表

3.2梯形圖設計

根據電梯的控制要求，確定模型電梯的控制方案為：各樓層電梯口設有呼梯按鈕，轎箱內設有樓層選擇按鈕、信號指示燈，井道內每層有平層感應器。呼梯按鈕開關為常開式開關，接通瞬間有效。電梯上升或下降在未平層之前不響應反向呼梯信號，在編程時采用互鎖方式將反向呼梯信號予以屏蔽。電梯上升或下降到達某一平層位置后，電梯制停、呼梯信號及指示信號執行消號指令。當電梯停在某層時，如果上行和下行兩個方向都有呼梯信號，則距離轎廂所停靠樓層最近的呼叫信號有優先響應權；如果呼梯樓層與轎廂所停靠樓層距離相等，則先登記信號者優先響應。而在轎廂所停靠樓層的同一側有幾層同時呼叫時，則電梯順序響應呼梯信號[6]。

由此可以編寫出模型電梯的PLC控制程序，在編寫PLC程序時，主要采用模塊化的編程思想，程序主要包括以下幾個模塊：電梯的啟動復位及參數初始化程序、呼梯信號登記程序、呼梯信號消除程序、樓層顯示程序、上下行程序、開關門程序等[7]，其中上下行的控制部分程序段見圖5所示。

圖5　上下行控制部分程序段

4　樣機實驗

對采用上述電氣控制系統的整體樣機進行可靠性和性能實驗。結果證明：使模型電梯自動往返運行1 000次，電梯能夠按照預定程序執行，未出現故障，各電氣元件工作正常，可以滿足設計要求。

5　結論

該模型電梯采用電梯行業電氣標準，根據電梯專業教學需要設計，電氣結構包括電力拖動系統、電氣控制系統、安全保護系統，具備自動平層、自動關門、順序響應轎內外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護以及電梯急停功能，經過《電梯調試》、《電梯維修》等課程實踐教學的使用，教師和學員都感到該模型電梯易教易學，達到了課程實踐教學的目的。

［1］潘斌，殷勤，張莉瓊.一種簡易電梯教學模型制作［J］.機電工程技術，2013，42（9）：120-124.

［2］賀德明，肖偉平.電梯結構與原理［M］.廣州：中山大學出版社，2009.

［3］魏偉，金星.PLC控制電梯教學模型的研發［J］.電氣應用，2006，25（9）：44-46.

［4］郭德全，巨輝，趙國才.基于PLC的教學電梯模型設計［J］.自動化技術與應用，2009，28（3）：77-78，87.

［5］陳步榮，周燕飛.教學實驗用模型電梯的設計與實現［J］.長沙航空職業技術學院學報，2007，7（1）：26-29，33.

［6］丁鑌.PLC控制四層電梯教學模型的設計［J］.現代制造技術與裝備，2010（4）：33-35.

［7］陳資濱.電梯教學模型的研制［J］.基礎自動化，2001，8（1）：59-60.

(編輯：阮毅)

Design of ElectricalControl System in ProfessionalM odel Elevator

ZHANGShu，QUSheng-yuan
（College of Electronic and Information Engineering，Zhongshan Polytechnic，Zhongshan528404，China）

Using the elevator industry electricalstandard，three stationsmodelelevator is designed tomeet the professional teaching，the electric control system comprises a driving control circuit，call signal circuit，well signal circuit，display circuit，doormachine circuit and safety protection circuit.It almost has the full function of elevator and use the PLC program control.As proved by the prototype experiment and practice teaching，the model elevatormakes teaching and learning easy，effectively enhancing the practice teaching effect.

modelelevator；controlsystem；programmable logic control；elevator industry

TP273

A

1009－9492(2015)04－0006－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.002

*2012年中山職業技術學院科研項目（編號：2012KQ04）

2014－10－20

張書，男，1978年生，河北崇禮人，碩士研究生，講師。研究領域：電梯工程技術。