基于PLC的電梯控制系統設計與仿真

魏國軍

摘 要：伴隨經濟社會現代化水平的不斷提升，高層建筑逐漸得到普及化應用，也帶動了電梯技術現代化的發展。城市電梯作為重要的運輸工具，在維持城市正常運轉方面發揮著重要的作用。尤其是90年代以來，人們對其質量、安全性能的要求也越來越高，因此也需在發展中不斷完善技術，基于PLC的電梯控制系統應運而生。這項技術的應用極大方便了現在對電梯技術的需求，保證了我們在電梯系統中的安全穩定性運行。該文在綜合分析PLC應用于電梯控制系統的優勢與功能實現的基礎之上，對于電梯控制系統進行了硬件、軟件設計，并對系統做了進一步的調試與仿真。

關鍵詞：電梯控制系統 PLC技術 設計與仿真

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0058-03

電梯控制系統的發展伴隨著現階段我國高層建筑的普及式發展而來，對于電梯控制系統的設計也在不斷優化、完善，實現更新換代。最初對于電梯系統實現控制的是繼電器組成的順序控制系統，該系統中暴露的諸如高故障率等問題也促使控制系統的繼續完善優化；微機控制系統的發展建立在繼電器控制系統之上，雖然在智能控制方面有較強大的功能，但也存在抗干擾性差，系統設計較復雜等問題，限制了微機控制系統應用的廣泛性。90年代以來，可編程序控制器（PLC）作為一種基于順序邏輯控制的需要逐漸發展起來，逐漸廣泛應用于現階段的電梯控制系統中。現在PLC技術的使用極大地方便了電梯系統的安全運行。PLC技術結合變頻調速技術已經在現代電梯的使用中發揮了重要的作用。

1 PLC應用于電梯控制系統的優勢與功能實現

1.1 PLC技術概述

可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller），是結合了現在的多種計算機技術、自動化技術和微處理技術發展出來的一種可以進行編輯的邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲器，主要結構構成包括電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口、功能模塊以及通信模塊，進行內部程序的存儲，邏輯運算的執行，順序控制，計數與算術操作等面向用戶的指令，并且會利用數字或者是模擬進行各種數據的交換進而控制各類機械的生產和過程。PLC控制系統以其運行可靠性高，安裝維護便捷，抗干擾能力強以及設計和調試周期較短等優點，廣泛應用于工業控制領域。

1.2 PLC在電梯控制系統中的優勢

（1）將PLC技術引入電梯控制系統應用中，可以實現電梯系統的自控程度及精度，提升控制系統的抗干擾能力及可靠性。

（2）由于系統去掉了選層器及大部分繼電器，使得控制系統結構及外部線路進一步簡化，體積變小。

（3）PLC的功能是很強大的，對于復雜的控制系統PLC都可以滿足其要求，可以根據需求很自由地增加或者改變各種功能。

（4）PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，安裝維護便捷，易于檢修且更改控制方案時不需改動硬件接線。

（5）適用于群控調配和管理，一定程度上可以提高電梯運行效率，在此基礎之上所運行的電梯裝置有著更為安全、方便及舒適的特點。

1.3 功能要求

基于PLC的電梯控制系統的功能要求主要包括以下幾方面。

（1）應用電動機部分去完成電梯的升降功能，并且在相應的樓層里安裝可以進行上下操作的按鈕開關。

（2）電梯可以及時地做出相應的動作。當電梯在運行的過程中有乘客在某一樓層按下了上行或者下行按鈕的時候，控制系統要保證電梯在延時的情況下可以正常地打開電梯門。除此之外，在電梯完成了上一個指令以后在沒有任何樓層輸入上行或者下行的指令時要保證電梯及時地完成梯門的自動關閉動作。

（3）在電梯的運行過程中不可避免地會在同一個時間內接受到很多不同的信號，此時控制系統要自動地做出相應的處理進而保證電梯的正常運行，確保每個動作都是有效的。

1.4 異步電動機變頻調速的節能原理

想要實現變頻調速是有一定的條件的，它是要以變頻器為基礎并由變頻器給交流電動機提供電量進而形成開環或者閉環的系統。為了謹防在生產過程中出現什么突發的情況，需要在各種設計機械分配動力驅動的時候都要留出一定的富余量。要盡量避免電機在滿負荷下工作除非特殊情況下有特殊的要求，在滿負荷下會產生多余的力矩進而加大功率的消耗給電能造成了很大的損失，除此之外在電壓很高的情況下還會有可能降低電機的運行速度，所以要盡可能地使電機在恒壓下工作，與此同時還節省了電能。

2 電梯控制系統設計

現在的電梯控制系統是很復雜的，它結合了當今先進技術，是機械和電氣結合的結果。如今的電梯控制系統主要有3種方式：繼電器-接觸器控制、PLC控制、計算機控制。在早些的時候多采用的是第一種，但是由于其具有很多的缺點而被最終淘汰，比如發生故障的頻率很高并且維修起來很困難且運行不穩定等。計算機控制功能很強大但是由于其設計系統很復雜所以其自身的抵抗干擾的能力很差，一旦發生故障維修起來比較麻煩，除此之外，其設計系統的費用也是很高的，這種系統一般用于智能化很高的系統之中。

但是隨著PLC技術的不斷成熟，其在我們的生活中得到了越來越廣泛的應用。PLC控制系統具有很多的優點，其性能是很穩定的，結構也很簡單便于維護和維修，其編程和修改也很方便，并且運用于電梯控制系統中可以滿足電梯系統的要求，所以逐漸地取代了老式的電梯控制系統。

電梯控制系統的主要結構如圖1所示，我們選取了3層作為實例。電動機是電梯系統的動力來源。為了使電梯能夠承受更大的重量，我們在鋼絲繩的另一端加裝了配重而另一點端是橋廂，配重會根據電梯的重量發生相應的變化。

2.1 硬件設計

這個控制系統是利用變頻器和PLC組成的，其中電氣方面的硬件圖如圖2所示。

系統由很多元件構成，其中有門電動機、變頻器等等。關于電梯的調控速度的部分其是由性能優越的專用變頻器控制，我們采用光電編碼器檢測電動機的速度，構成一個封閉的環路控制系統。采用PLC來完成電路邏輯部分的運算，PLC會接收很多的信號包括人員之間的交流和位置信號、樓層信號等。硬件電路的設計具有很多的優點，其設計起來較為簡單，在工作期間性能也很可靠。

2.2 軟件設計

電梯控制系統的設計如圖3所示。軟件系統主要控制電梯的開關啟停。檢測并記錄和保持信號的傳遞。除此之外，電梯的上還是下在哪里停、開門還是關門也都是有軟件系統控制的。

當我們遇到危險的時候，電梯系統里有一個緊急按鈕，在沒有其他信號輸入的情況下，不論此時的電梯運行情況是怎么樣的只要我們按下這個按鈕，這時電梯就會自動停止運行，這時電梯所在的位置就是電梯運行的終點。在電梯的運行過程中，所有按下上行的按鈕電梯的運行終點是最上端，所有按下下行的按鈕時電梯的最下層是電梯運行的終點，在電梯運作過程中所有的和電梯運行方向相同的信號都是電梯的隨時停靠點。當電梯運行至終點時，下一次運行就看輸入的新的信號。

3 系統調試與仿真

在電梯控制系統的調試過程中我們發現了一系列的問題。當我們把樓層自鎖及換層信號放在指令信號和呼梯登記信號前面的時候，會發現此時電梯是不能夠正常按照預定的工況運行的，電梯在指定的位置不能夠將門打開，在電梯順向運行的時候電梯也不能夠實現載車功能。為了防止電梯門連續、多次地進行開關，所以禁止使用直接按停止動作使電梯停止運行，而是要經過一些裝換后才可以去開電梯門。除此之外，為了使電梯平穩地打開電梯門，我們要設定一定的延后時間。在電梯系統中脈沖信號的準確無誤是很重要的，為了檢測脈沖信號是否正常我們設置了無脈沖信號和錯的脈沖信號進行檢測，通過實時的對脈沖信號進行檢測進而保證電梯的正常運行。

4 結論與展望

最近幾年雖然電磁技術得到了廣泛的應用，但是現在的這些技術還沒有得到很好完善，技術還是不夠成熟，所以為了得到更加理想的結果我們需要進一步地改進技術將其逐漸趨于完善。

我們要對核磁技術進行深入研究，使其更加地完善，更加地滿足現在的生活對于磁檢測技術的需求，并且要將這項技術進行廣泛推廣并且作為提供理論的依據。目前國外已經有了很先進的技術，我們要根據本國的實際需求結合國際的先進水平研發出一項適合本國的技術，開發出新一代的智能檢測技術。

在目前的情況，在水下的磁檢測技術和理論方面的研究還是不夠完善。自動化、可視化、智能化還需要進一步提升，儀器和檢測的操作大部分都需要人工進行操作依靠技術人員的經驗，先進的計算機技術和通信技術為水下自動化和智能化的實現都提供了更大的可能。

參考文獻

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