基于PLC控制模型電梯的開發

朱奎林

（四川信息職業技術學院四川廣元628017）

電梯是機電結合的產品，機械系統相當于人的軀體，電氣控制相當于人的神經，機與電的高度統一，使電梯成為現代科技的典型產品。受安裝條件為實際高樓的限制，實物電梯無法直接進入教學課堂，開發模型電梯[1-4]對學生熟悉電梯的內部結構，掌握電梯的安裝與調試、訓練學生的編程能力等多方面會起到事半功倍的效果。

圖1 模型電梯的總體結構（前面）

1 七層模型電梯的結構

模型電梯的總體結構[5]如圖1和圖2所示，該模型電梯為七層，由底座水平部分和電梯井道垂直部分組成，井道部分通過4顆螺釘固定在電梯底板上。

電梯井道上安裝有：曳引繩、上滑輪、導軌、對重、轎廂及門機驅動機構、曳引電機與光電碼盤、外呼按鈕與指示電路模塊（一至七層）、上極限開關、下極限開關、一樓平層開關等組件。電梯底座上安裝有：空氣開關、開關電源、到站鐘、PLC、轎廂控制器、檢修控制器、接線端口板、線槽等組件。 下面對轎廂及門機驅動機構、檢修控制器、轎廂控制器、外呼按鈕與指示電路模塊幾個重要組件進行介紹。

圖2 模型電梯的總體結構（后面）

1.1 轎廂及門機驅動機構

轎廂及門機驅動機構如圖3（前面）和圖4（后面）所示，由轎廂箱體、轎廂地坎、電機驅動電路板、門機凸輪、門機連桿、轎門、門開到位開關、門關到位開關器件等部件組成。

圖3 轎廂及門機機構（前面）

圖4 轎廂及門機機構（后面）

通過調節電機驅動電路板上的可變電阻可以調節輸入驅動電機的直流電壓，達到調節開關轎門調速的目的。

1.2 檢修控制器

檢修控制器如圖5所示，由照明開關、直駛開關、急停開關、正常/檢修開關、慢上按鈕、慢下按鈕組成。器件作用如下：

1）照明開關處于ON時，轎廂照明燈亮；處于OFF時，轎廂照明燈滅。

2）直駛開關處于ON時，電梯不接受外呼按鈕指令；僅接受轎廂控制器的內呼指令。

3）正常/檢修開關處于ON時，電梯為自動運行狀態；處于OFF時，電梯為手動檢修狀態。

4）電梯處手動檢修狀態時，可點動慢上、慢下按鈕控制轎廂上下運行；處正常自動狀態時，點動兩按鈕無效。

圖5 檢修控制器

1.3 轎廂控制器和外呼按鈕與指示電路模塊

轎廂控制器采用的芯片為CD4511，如圖6所示，具有如下功能：

1）9路按鈕輸入電路，其中7路帶輸出指示燈（數字1～7），2路不帶輸出指示燈。

2）上行、下行指示燈輸出電路，用于指示電梯的運行狀態。

3）采用CD4511，A、B、C 3個輸入端，二進制七段譯碼輸出，用于顯示電梯當前樓層。

圖6 轎廂控制器

外呼按鈕與指示電路模塊如圖7所示，根據需要可設定樓層按鈕和相應指示燈，并具有電梯上下運行指示功能，所有樓層輸入輸出信號通過排線連入接線端口電路板。

2 模型電梯的控制系統設計

2.1 模型電梯的運行邏輯與控制要求

模型電梯的運行邏輯與實際電梯基本一樣，可以實現電梯的自動平層、自動開關門、響應轎內及轎外呼梯信號、直駛、以及電梯急停、檢修、慢上、慢下、照明等功能。

1）電梯處于任意樓層都可以啟動控制[6]。

2）當有樓層外呼或轎廂內呼信號時，轎廂響應該信號，到達指定樓層后，轎廂停止運行，轎廂門打開，延時后自動關閉。

3）如果電梯向上運行，則執行完所有的向上指令后，再執行向下的指令；同樣的，如果電梯向下運行，則執行完所有的向下指令后，再執行向上的指令；如果電梯停靠在某一層既無向上的指令也無向下的指令，系統將等待新的指令然后執行。

4）電梯具有響應最遠反向呼梯信號功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下呼梯，三層向下呼梯，四層向下呼梯，則電梯先響應四樓呼梯信號。

5）電梯未平層時，開門按鈕和關門按鈕均不起作用。平層且電梯橋廂停止運行后，按開門按鈕橋廂門打開，按關門按鈕廂門關閉。

圖7 外呼按鈕與指示電路模塊

2.2 模型電梯的控制系統設計

電梯控制系統主要有3種方式，繼電器控制系統、PLC控制系統[7]和微機控制系統[8-9]。繼電器控制系統由于故障率高，控制方式不靈活及功率消耗大等缺點，目前已被淘汰。微機控制系統在智能控制方面有強大的功能，但存著抗干擾性能差，系統設計復雜等不足之處。本模型電梯采用PLC控制系統，其運行可靠，操作方便，成為采用較多的控制方式，與電路相關的主要部件如下。

PLC：選用三菱PLC，FX1N-60MR，繼電器型，輸入36點，輸出24點。由于其輸出點不夠，增加了一個輸出擴展模塊，FX2N-8EYR，8個輸出點。開關電源：用于驅動PLC輸出的各種負載，如直流電機、指示燈、到站鐘等。輸其入電壓，AC 100-240 V，50/60 Hz；輸出電壓，DC 12 V，電流，4.3 A。空氣開關：用于供電和保護，選用DZ47LE-32，C10型，額定電流10 A，帶脫扣保護電路。

模型電梯的軟件設計分為多個功能塊，將這些功能塊組合在一起，形成完整的PLC控制系統[10-11]。這些軟件設計的主要功能有：電梯位置的確定與顯示，內選和外呼登記，電梯定向選層控制，電梯的起動與運行，轎廂的平層與停車，開關門等。圖8是PLC控制的模型電梯動作流程圖，下面對流程圖的相關功能進行說明。

圖8 模型電梯的動作流程圖

1）電梯位置的確定與顯示

電梯的運行需要準確的位置信號（這是電梯運行的前提），從而實現運行定向、停車制動以及廳外及轎廂內樓層顯示。

2）內選和外呼登記

電梯自動運行時，具有“同向截梯，反向記憶”的功能。當有內選和外呼請求時，電梯自動登記本樓層以外的所有信號，并輸出登記信號，在電梯到達某層停車時，自動消除順向呼叫信號，保存反向呼叫信號。

3）電梯定向選層控制

電梯的上升和下降是通過電機的正反轉來控制的。當電梯處于底層或者頂層時，運行只有一個方向：上升或者下降。當電梯處于中間樓層時，通過PLC的運算將電梯當前位置與目標樓層進行比較，自動選擇電梯的運動方向。當電梯登記了多個轎內或廳外指令時，通過運行其調度策略自動選擇合理的停靠層站。

4）轎廂的平層與停車

平層是指轎廂地坎與廳門地坎達到同一平面的情況，平層偏差要在限定范圍內。平層時，要經過換速過程，先減速，后停車，再制動，以減小沖擊，提高平層的準確性以及乘客的舒適感。

5）開關門

開關門只能在平層和停車制動后進行，電梯運行過程中即使按下開門按鈕，電梯門也不會打開，同樣如果電梯門沒有完全關閉，電梯也不進行上下運行，以此保證乘客的安全。

3 模型電梯的調試

模型電梯的調試[12-13]是在前面硬件安裝連線和軟件編程下載完成的情況下進行，其調試步驟如下。

3.1 上下極限位置調節

在電梯導軌的底部和頂部，各設置了一個下限開關和上限開關，松開固定極限開關的小螺釘，調節上下極限開關的位置，調節好后固定小螺釘，就可以定位電梯轎廂運行時，最低下極限位置和最高上極限位置。

3.2 線路連接全面檢查

開機前，全面檢查整個電梯線路，排線是否插好，線路有無斷開、接錯；PLC是否打到RUN狀態，然后連接電源插頭，使電梯通入市電220 V交流。

3.3 按鈕功能全面檢查

啟動空氣開關，PLC通電，轎內控制面板將顯示電梯所在的樓層號。全面檢查外呼按鈕板、轎廂控制器、檢修控制器各按鈕開關，模型電梯將實現從第一層至第七層相應樓層選擇定向、到達、停止、開門、關門等功能。

3.4 自動循環運行狀態測試

1）自動運行測試啟動與停止。將電梯轎廂開到一層，檢修開關處于正常狀態，按下慢上按鈕，電梯將從第一層至第七層然后又從第七層至第一層，進行每層自動停靠、自動上下循環運行。電梯上下運行時，同時按下急停開關和檢修開關，電梯停止自動運行測試狀態。

2）恢復到正常運行狀態。將急停開關和檢修開關復位后，電梯處于隨機停止，按下任意樓層外呼按鈕，電梯到達指定樓層后停止，電梯恢復到正常運行狀態。

4 結束語

模型電梯的主體結構采用透明有機材料，內部結構明了，通過軟硬件的設計和相應的調試后完全達到要求。實踐表明，開發模型電梯[14-16]對熟悉電梯結構，完成系統編程調試，拓展電梯工程項目等多方面都具有良好的實用效果，值得推廣。

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