基于PLC電梯控制系統變頻調速的研究探索

沈陽化工大學科亞學院信息與控制工程系 任 艷沈陽航空航天大學機電工程學院 王運江

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基于PLC電梯控制系統變頻調速的研究探索

沈陽化工大學科亞學院信息與控制工程系 任 艷
沈陽航空航天大學機電工程學院 王運江

【摘要】傳統電梯控制系統采用低壓電器進行控制，在速度調節方面，難以達到平穩運行，乘坐舒適、高效節能的要求。本文針對上述問題，提出控制核心器件基于PLC，調速方法基于變頻器的現代電梯變頻調速控制系統，并對此系統進行了研究與探索，解決了傳統低壓電器電梯控制系統在調速方面存在的不足，達到了電梯在調速方面對平穩舒適、高效節能的要求，使電梯的控制水平得到了一定的提高，使電梯的運行狀態達到了較為理想的效果。

【關鍵詞】電梯；PLC；變頻調速；變頻器

隨著社會的發展，電梯已經成為高層建筑主要的運輸工具，如何使得電梯控制系統實現平穩運行、乘坐舒適、高效節能等性能，是一個值得研究的問題。傳統的電梯控制系統采用低壓電器控制系統，但低壓電器控制系統自身存在的“缺陷”不能滿足生產生活對電梯控制系統提出的新要求。因此，迫切需要對電梯的控制技術進行研究與探索，找出一種適合電梯控制技術發展新要求的電梯控制系統，具有十分重要的意義。

1　PLC控制系統設計步驟

1）掌握被控對象電梯，制定PLC控制系統總體方案。2）確定I/O設備。根據系統的控制要求，確定用戶所需的輸入（如按鈕、選擇開關等）和輸出設備（如接觸器、信號指示燈等）由此確定PLC的I/O點數。3）對PLC的選擇考慮因素包括PLC機型、容量、I/O模塊、電源的選擇。4）分配PLC的I/O地址。5）設計軟件及硬件進行PLC程序設計，二者可同時進行，PLC控制系統的設計周期可大大縮短。6）聯機調試。

2　傳統電梯低壓電器控制系統存在的問題

1）低壓電器控制系統機械觸點比較多，容易發生故障，維修、保養、維護費用高，工作量大，故障檢查困難。2）線圈機構，機械觸點動作反應速度相對比較慢，難以提高系統控制精度。3）低壓電器控制系統功率高，能源利用率低，機械觸點動作的噪音比較大。

3　電梯PLC控制系統硬件的設計與開發

PLC的英文全稱是programmable logic controller，即可編程邏輯控制器，PLC的編程語言人們常用梯形圖，本文選用此編程語言。

PLC控制系統框圖包括轎廂內操縱面板、大廳門操作信號、PLC、調速變頻器、拖動電機、旋轉編碼器等硬件。

控制系統的核心控制部件PLC采集信號，根據應用程序的邏輯控制功能實現邏輯控制，向調速變頻器發起各種調速信號。調速變頻器接收PLC的調速命令，按照PLC的指令實現調速功能，同時把自身的狀態實時的向PLC作出匯報，以便PLC根據用戶控制程序判斷如何向調速變頻器發出下一條命令。編碼器與PG卡配合使用，編碼器裝在電機的主軸上，與電機一起旋轉，檢測反饋電機轉速，從而形成閉環檢測。為了抑制電梯減速時的直流電壓，外接制動電阻。

4　PLC梯形圖設計與開發

4.1梯形圖符號介紹

梯形圖符號包括常開觸點、常閉觸點、線圈、開始母線、結束母線、邏輯行（常開觸點、常閉觸點和線圈都屬于PLC的內部軟元件，對應著PLC內部的存儲單元，存儲單元的狀態表示觸點的閉合與斷開）在梯形圖軟元件符上加注相應的輸入輸出繼電器符號，梯形圖中畫的是各個元件沒有動作時的狀態。梯形圖的執行原則是從左到右，從上到下。

4.2系統的軟件開發過程

初始化自我檢測、正常運行、手動運行是電梯運行的三種不同狀態。三種狀態循環切換，構成電梯的完整工作。從呼叫發起到呼叫被響應為電梯的一個工作循環。

4.2.1電梯的開關門運行回路

除設計正常的開門、關門控制梯形圖控制應用程序外，為保護開門、關門時發生故障，燒毀電機包括開關門控制和關門控制在關門梯形圖中也設置了關門安全保護，因為關門限位開關若不動作或失靈，同樣容易將電機燒毀。與開門過程保護一樣，可在開始關門后通過定時器計時，超過正常關門時間，自動停止關門，以保護電機。

4.2.2轎廂內控、門廳外控設計與開發

當處罰轎廂內控或門廳外控指令時，如果電梯轎廂正在運行，且轎廂不在觸發的樓層，那么相應的觸發信號會被記錄下來。記錄下來的觸發信號會在電梯運行的相應的樓層時，被響應完成響應的控制動作，同時觸發信號被取消記錄，即觸發信號將被清除。轎內指令登一記消號的條件是當電梯正常運行至登記樓層時，指令登記即被消號。如果電梯處于安全檢測狀態，所有的信號將被忽略，不被記錄，更不會引起相應的響應。

4.2.3電梯確定選擇樓層方向及反向截梯梯形圖設計與開發

1）轎廂內確定電梯樓層方向

當箱內有操作時，X4常開觸點斷開，線圈M56不得電，觸點M56斷開，進而觸點M62，M63斷開。這時只有轎廂內選層觸發信號被記錄，即只用M10-M16一條指令通道能激發選層響應通道M20-M26對應位置位，而門廳觸發信號則不能激發相應的選擇響應信號M20-M26。控制梯形圖如圖1所示：

圖1　確定電梯樓層方向

2）門廳外確定電梯樓層方向

當箱內無操作時，X4常開觸點閉合，在安全鎖XS閉合時，線圈M56得電，觸點M56閉合。如果轎廂沒有運行，則觸點M62，M63閉合。這時只要存在門廳選層觸發信號將被記錄，并能激發選層響應通道M20-M26對應位置位。

3）截梯控制設計

不論選層響應是由轎廂內觸發還是由門廳觸發，對于轎廂選層信號，電梯都要平層停車，且只聽內不停外。只有在門廳觸發的選層信號與電梯的運行方向一致時才能被響應。當有多個選層信號被觸發時，PLC會對觸發信號進行優先響應排序，來合理的確定響應順序。

4.2.4使用旋轉編碼器反饋樓層數

利用精度較高的旋轉編碼器，可以采用數字選層取代機械選層器。電梯轎廂所處的位置與可編程控制器收到的脈沖數有關。

4.2.5呼梯鈴控制與故障報警

4.2.6電梯的消防運行回路

5　結束語

隨著社會的發展，現在小區中、商場、學校、企事業單位都有電梯，如何實現基于PLC的電梯調速，值得研究探索，本文研究了傳統電氣控制系統的不足，設計一種基于PLC的變頻調速的控制系統設計，分別從硬件和軟件兩方面進行設計，改進后的電梯具有很好的舒適感、高效節能、安全可靠等優點，使電梯達到了較為理想的效果。

參考文獻

［1］葉安麗.電梯技術基礎［M］.北京：中國電力出版社，2004：84-88.

作者簡介：

任艷（1982—），女，遼寧沈陽人，碩士研究生，講師，現供職于沈陽化工大學科亞學院信息與控制工程系，研究方向：智能家居。

王運江（1982—），男，遼寧沈陽人，碩士研究生，實驗師，現供職于沈陽航空航天大學機電工程學院，研究方向：智能控制。