基于PLC的電梯意外移動保護裝置系統設計

伊新 張磊

摘 要 隨著城市的迅速發展，電梯的應用也越發廣泛，同時其安全性越來越被人們所重視。垂直電梯轎廂意外移動十分容易造成剪切、擠壓等事故。若發生此類事故，將直接損害到人們的生命財產安全，所以，對轎廂的意外移動的檢測并通過保護裝置及時采取安全保護措施具有十分重要的意義。因此對轎廂意外移動檢測保護裝置的可靠性和通用性成為了本設計研究的重心。

【關鍵詞】電梯 意外移動 保護裝置 可靠和通用

通過對實地現場考察，并與本單位電梯特檢部門負責人的溝通，作者了解到從危害的角度來看，危害性最大的是：當電梯門層打開時，人在進出時，轎廂發生了意外移動。電梯事故最嚴重的是在電梯門層打開時發生的意外移動，這種移動是最危險的，因為當門層打開的時候，電梯轎廂倘若移動這種情況一旦發生，受害者非傷即殘。本文決定制作一套裝置包括檢測裝置及制動保護裝置，安裝在電梯機房的曳引機架上，與曳引機形成冗余，給電梯設下雙層保險。本檢查裝置尤其針對老舊的電梯以及人群密集群的電梯更具備實際意義

1 電梯意外移動檢測裝置介紹

檢測裝置設計安裝于機房曳引機的安裝架上，為了考慮檢測的穩定性，減小檢測誤差，檢測裝置考慮安裝在曳引鋼絲繩導向性好，在轎廂運動過程中鋼絲繩晃動幅度較小的地方，考慮到裝置的通用性，故安裝也需要一定的通用性。通過調研發現在機房曳引機的安裝架上有合適的位置。本設計實現一種通用性好，獨立于現有電梯控制系統，不需要改變現有電梯結構，只需從控制元件讀取信號，適當增加傳感器與制停部件，就能夠有效檢測電梯轎廂意外移動并采取措施防止事故發生的裝置。

檢測裝置應該滿足便于安裝、空間利用率較大、至少兩組檢測裝置同時檢測形成自檢互檢、裝置安裝與制動裝置配合形成冗余的一套完整裝置。本文通過將意外移動的信息經過編碼器連接U型槽輪并配合電梯曳引鋼絲繩傳遞出轎廂在開門狀態的位移信息，判斷轎廂是否在開門狀態時發生了意外移動，同時將數據與制停距離的要求進行對比，進一步判斷是否采取制動，倘若轎廂在發生意外移動并達到國家標準規定的制停距離時，制動裝置（電梯夾繩器）工作，同時切斷電梯電源，電梯曳引輪系統采取抱閘措施，并向電梯維修人員發送報警短信進而保證電梯使用者的人身安全。如圖1所示。

2 檢測裝置檢測原理

2.1 檢測軟件簡介

通過對主流品牌PLC的了解和比較，同時根據我們要應用所需的功能要求，最終選定了西門子S7-200系列的PLC，選定型號為224XP 14DI/10DO+2AI/1AO（14個數字量輸入口，10個數字量輸出口，2個模擬量輸入，1個模擬量輸出）兩個RS485通訊口。

2.2 檢測器件簡介

結合本團隊的科研實力及開發周期，選用編碼器作為位移檢測器件。編碼器可用于測量速度、位置、轉速、距離、角度等物理量。綜合分析增量型和絕對值型所適用的各項特點，本文選用增量型編碼器。對于增量型編碼器按輸出類型分，有電壓輸出型、NPN開路集電極輸出型、線性驅動型、PNP開路集電極輸出。考慮到我們設計的裝置工作環境，故決定采用抗干擾能力強的NPN輸出型的編碼器。

2.3 檢測信號通訊模塊

為實現實現分布式系統的遠程無線監控，本文選用MD720-3型GPRS無線數據通訊模塊。本系統由SINAUT MD720-3 GPRS調制解調器、天線和GPRS 通訊管理軟件 SINAUT MICRO SC（集成OPC Server）等組成，具有遠程服務功能，可通過短信自動向服務人員提供信息。當轎廂發生意外移動時，向維護人員發送消息，根據意外移動的不同狀況進行報障報警。

3 電梯移動信號檢測方案設計

本文以西門子S7-200PLC作為下位機進行檢測控制，PLC作為新型工業控制裝置具用通用性強、使用方便、適用面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。IPC性能可靠、軟件豐富、價格低廉、抗干擾能力強、可靠性高適用于工業控制現場，故作為上位機用組態進行監控聯系下位控制，下位機PLC進行信號采集，然后進行信號分析，通過邏輯計算進行轎廂意外移動判斷。上位機通過組態軟件進行電梯運行狀態顯示。

系統所需采集的模擬量信息及IPC輸出信號為：

（1）PLC須獲取的信號（輸入信號）：電機運行接觸器信號；抱閘接觸器信號；電梯轎廂開關門信號；編碼器的脈沖信號。

（2）PLC的輸出控制信號：制動器的抱閘信號；給通訊模塊的控制信號。

（3）IPC組態的輸出信號：通過液晶顯示器顯示；當前轎廂位置；轎廂的開關門狀態；當前轎廂的運行速度；運行狀態（正常？/意外移動？/超速？）。

4 檢測裝置硬件連接結構

本文通過研究垂直電梯運行控制硬件和執行器件的機械結構及其工作原理，并對轎廂意外移動進行判斷，根據電梯運行的流程歸納了電梯轎廂意外移動的研究方法，進而設計出了轎廂意外移動的檢測方法，通過本團隊不斷的嘗試與探索，檢測裝置已基本能完成電梯轎廂意外移動檢測，并且在一定程度上具有一定的可靠性，檢測裝置能夠實現自檢互檢從而保證裝置運行監測的可靠性，后續過程中該裝置還需要進行試驗調整。

同時，本裝置還預留了一些可擴展功能，如在電梯轎廂內增加語音播報功能，在電梯發生意外移動時能對轎廂內的乘客進行安撫告知乘客電梯目前的狀況以及解決辦法。裝置具體接線圖電梯意外移動檢測裝置接線圖如圖2所示。

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作者簡介

伊新（1978-），男，高級工程師。研究方向為特種設備安全檢測。

作者單位

新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830011