基于PLC的電梯控制系統研究

張國旭 王振輝

摘 要：隨著電梯行業的發展，市面上的電梯性能較傳統電梯有了較大改變。傳統的繼電器電梯穩定性不高，靈活性不強，且觸點多，不易后期維護。而用PLC控制取代繼電器控制，不僅提高了電梯運行的穩定性和可靠性，且易于實現可編程控制，節約生產成本，使用方便。

關鍵詞：電梯系統；繼電器；PLC

中圖分類號：TM922 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0035-02

Research on Elevator Control System Based on PLC

ZHANG Guoxu WANG Zhenhui

（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222）

Abstract： With the development of the elevator industry， the performance of the elevator on the market has been greatly changed than that of the traditional elevator. The traditional relay elevator is not stable， the flexibility is not strong， and the contact is many， it is not easy to maintain in the later period. Instead of relay control， PLC control not only improves the stability and reliability of elevator operation， but also realizes programmable control easily， saves production cost and is easy to use.

Keywords： elevator system；relay；PLC

1 研究背景

隨著電梯的普及與發展，其在性能上和功能上有了較大提升。對于電梯設計來說，電梯系統應盡可能簡化，因為電梯系統功能越復雜，其故障率越高，會給后期維修維護帶來較大麻煩。我國諸多建筑大多采用進口電梯，但這些國外電梯品牌也并非完美。國外電梯在中國建筑中雖然占據著較大市場，但設備故障仍是我們面臨的技術難關。

電梯系統的性能直接影響電梯質量，也關系著日后維修及維護成本。因此，要大力研發電梯控制系統，改善電梯系統控制方式，以大大提高電梯的運行質量。由PLC控制的電梯系統代替傳統的繼電器控制系統，不僅彌補了傳統繼電器故障率高、機械結構及電路復雜等缺陷，而且使PLC自身的優越性能實現最大化：PLC的處理速度極快、可靠性高及機械性能相對穩定，結構也相對簡單等[1]。

基于PLC控制的電梯系統，其性能遠比老式電梯的控制系統穩定，成為現代電梯行業發展的主流。

2 基于PLC控制的電梯系統的硬件構成

2.1 電梯變頻系統

電梯控制系統由轎廂操縱盤、變頻器、PLC、廳門信號和調速系統構成，具體如圖1所示。

圖1中，變頻器只負責調速，而整個過程的邏輯控制由PLC來實現的。PLC接受來自外部的控制信號，如開關門、上升下降和起停位置。PLC將處理好的信號發送給變頻器，由變頻器驅動電機，完成最終的起停，并實現每個階段的轉速變化。在該過程中，并不是單向的順序控制，而是將電機轉動的狀態及參數作為輸入信號反饋給PLC，PLC對反饋的數據進行分析處理，這樣就形成了速度閉環和位置閉環控制[2]。

2.2 信號控制系統

電梯信號控制也是由PLC來實現的，電梯控制系統如圖2所示。

輸入到PLC的控制信號有：開關門信號、選層信號、安全保護信號、運行控制信號、運行方式選擇和門區或平層信號等。

3 基于PLC控制的電梯系統的軟件設計

3.1 軟件設計

電梯在運行過程中，其行程是隨機的。每個乘客在乘坐電梯時會有不同的需求，這就使得電梯轎廂在哪停、運行行程如何都是隨機的，因此電梯的控制系統也應用隨機邏輯控制來實現。此外，電梯轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數確定的，計數器每接到一次脈沖信號，其計數值便累計一次。根據計數器的實際脈沖數，計算出電梯轎廂的位置。

3.2 軟件設計特點

3.2.1 采用優先級隊列。在電梯控制系統編程過程中，應該考慮實際運行過程中會出現的四種情況，方向向上會有多個指令請求，要按照最優先級和次優先級依次排列；方向向下時也是如此，故設四個優先級隊列來實現電梯的正常運轉。

3.2.2 采用先進先出隊列。電梯運行過程中，把按下的按鈕稱為待運行單元，其開關數字量為“1”，相反，沒有被按下的樓層代碼，規定其開關數字為“0”，按照先進先出的原則，把方向相同、優先級相同的待運行單元送入寄存器隊列。

3.2.3 采用隨機邏輯控制。電梯運行過程中，轎廂運行到每一樓層的減速帶時，將相應的寄存器的脈沖數與比較寄存器進行比較，若寄存器脈沖數與比較寄存器中的數值相同，則執行停車功能，即相應樓層有停車需求，電梯執行停靠命令。若脈沖數與比較寄存器比較后，發現其數值并不相同，這時執行繼續保持原狀態運行。

3.2.4 對變頻器的控制。在電梯運行過程中，PLC會根據乘客的需求實現各種邏輯控制功能，其信號直接傳遞給變頻器，在變頻器的轉化和驅動作用下，負載電機的運行狀態（如啟動、加速、減速、停車、反向等）[3]。

4 電梯功能的實驗仿真

①模擬電梯由一層到三層，按下開關SB3、SB4，此時發光二極管L3、L5、L6亮，電梯從基站（一層）向上運行；經過2s后L3滅，1秒后L2亮2s，達到預設時間值時（仿真接近三層減速點時），開始減速，直到達到預設時間值時，L6燈滅，2s后上升指示燈L5滅，電梯處于待運行狀態。仿真結果如圖3所示。

②為仿真選層功能，同時按下SB3、SB4、SB5，L3、L5、L6、L7燈亮。經過2s后L3滅，1秒后電梯到達二層，二樓指示燈L2亮2s，L7滅，同時模擬電梯開、關門指令，8s后開始加速運轉，直到4s后到達三層，電動機停止運轉，L6燈滅，2s后L1、L5燈滅，電梯處于待運行狀態。仿真結果如圖4所示。

③仿真都功能，若10s后無操作，電梯自動回到一層。

5 結語

基于PLC控制的電梯調速系統，其穩定性更高，且在不同的應用場合，對硬件設備技術要求不高，只需要針對不同的客戶需求，改變PLC控制程序即可實現，大大節約了生產成本，且后期維護方便。同時，PLC程序也具有復用性，在規模生產中，減少了程序的設計開發。

參考文獻：

[1]石超坤，韓強.PLC在電梯控制系統中的應用與研究[J].電子技術，2015（2）：177-178.

[2]任艷，王運江.基于PLC電梯控制系統變頻調速的研究探索[J].電子世界，2016（5）：115-155.

[3]陳元勇.PLC控制電機變頻調速試驗系統的設計與實現[D].濟南：山東大學，2008.