電梯PLC控制系統的優化設計研究

范嘯

（貴州裝備制造職業學院，貴州 清鎮 551400）

隨著我國高層建筑的增多，人們對高層運輸交通工具——電梯的使用越來越頻繁。近年來，可編程控制技術的發展越來越迅速，利用PLC控制技術對電梯的控制系統進行改進，對電梯進行集成選控、并聯集成控制、群體控制等邏輯控制，能大幅提高電梯的拖動技術和安全性能，為人們的出行提供更加可靠、安全、舒適的服務。

1 PLC控制系統的工作原理

可編程控制器（Progammadble Controllre，PLC）是一種通用控制電子裝置,它內部具有程序編制存儲器，可執行各種計算指令，PLC具有開發周期短、可靠性強、安全性高等特點，因此，往往用于各類復雜、大型的控制任務。將PLC應用于電梯控制系統，其內部存儲器能對數字運算、算式運算和邏輯運算等操作指令進行較好的執行，并且通過數字信號或模擬信號輸入和輸出，可以較好地控制電梯的運行，也能增強電梯電梯的可維護性、運行的安全性和靈活性，使電梯的使用周期得到延長。

2 電梯PLC的系統結構設計

電梯的PLC控制系統分為拖動控制系統和信號控制系統兩部分，系統核心由PLC 主機與CPU存儲器組成，其他主要硬件設備還包括井道設備、安全裝置、門機、拖動系統、調整系統、指揮系統、廳外呼梯盤、轎廂操作盤等。

圖1 PLC控制系統結構

PLC 控制系統總結構圖如上圖1所示，指揮層、操作盤、安全保護、井道等外設裝置發出信號，經輸入接口傳送入PLC中，CPU存儲器內的相關軟件程序對該信號進行處理后，PLC再經輸出接口向拖動系統發出指令，以實現對電梯啟動、加減速、上下行等制動控制，其具體流程如下：乘梯者進入轎廂后，按動操作盤內的指令按鈕，CPU存儲器通過輸入接口對該信號進行采樣，并進行指令讀取和邏輯運算，從而驅動PLC的內部呼喚信號處理程序對操作內容進行響應，依指令的層次運行電梯，使電梯達到目標層，且CPU還會對輸入信號進行周期性刷新，以驅動外部機構實時執行指令，同時，PLC還會通過輸出接口對門機發出開關門指令，向調整器發出上下行指令、向各樓層的顯示燈、方向燈、呼梯信號燈發出顯示指令，從而控制電梯運行。

3 PLC控制系統的軟件設計

在進行電梯的控制軟件設計時，應根據電梯的功能需求，編寫相應的程序段，并預設好主程序、子程序和中斷程序以實現對電梯的控制，可將軟件程序可分為以下幾個子程序模塊：（1）電梯開關門、故障顯示和保護模塊；（2）轎廂內操作信號的產生、消除和顯示模塊；（3）輸入信號的產生、消除和顯示模塊；（4）樓層選擇信息的產生、消除和數碼管顯示模塊；（5）電梯的運行方向控制和顯示模塊；（6）電梯的啟動、加速和穩定行駛模塊；（7）停層信息的產生、消除和制動模塊。

圖2 樓層選擇信息控制流程圖

以樓層選擇信息的產生、消除和數碼管顯示模塊為例，如圖2所示，當乘梯者進入轎廂并發出相應的樓層選擇指令后，系統會讀入該信號信息并將該指令存入對應的中間繼電器中執行，PLC 則通過比較指令和加減指令對該執行進行控制直到達到指定樓層為止，而對應的樓層信息則通過七段數碼管進行顯示。又如電梯的運行方向控制和顯示模塊，該模塊主要完成對電梯上、下行的控制和信息顯示，PLC需對電梯內的呼叫做出響應，并通過比較指令對電梯的上、下運行方向做出判斷；停層信息的產生、消除和制動模塊的功能是當電梯運行到指定樓層的檢測點時，PLC需要控制電梯減速制動。

高層建筑中的樓層較多，而每個樓層都會設置相應的檢測點，PLC必須對樓層檢測點做出判斷，只有電梯運動到指定樓層的檢測點時，PLC才會控制電梯進行減速制動；電梯開關門、故障顯示和保護模塊的功能是對電梯的開關門進行控制以及電梯處于非正常運行狀態時，接通二極管電路進行發光顯示和緊急制動。在進行PLC控制系統的軟件設計時，將上述六個模塊進行梯形圖編程，并把子程序按邏輯順序連接就構成了電梯PLC控制系統的總程序。

4 PLC的選型

PLC 與輸入輸出設備依靠I/O接口進行連接，判定PLC功能的一個重要技術指標就是I/O的點數和類型。因此，在進行PLC選型時，首先，應根據任務需求，對PLC與各類硬件設備的輸入、輸出接口進行分析，以確定所需I/O接口的類型；其次，對PLC的輸入、輸出的地址進行編號，梳理出所需要的I/O數量。

除此之外，還應考慮未來對系統的調整和擴充，因此，預留出15%左右的備用接口；最后，將以上信息進行匯總，所需I/O接口的類型和數量，對PLC的容量進行估算，選擇出適合的機型。

5 電梯PLC控制系統的其他優化設計

5.1 可靠性設計

可靠性是PLC系統設計的重要組成部分，在電梯的運行過程中，系統故障會導致電梯的運行出現異常，因此，應對系統進行可靠性設計，通過冗余設計、運行環境設計等方式來提高系統運行的穩定性,對PLC系統內的核心元件如電源系統、CPU存儲器、通信原件應進行冗余設計，而對運行環境進行設計時，應充分考慮到PLC的內部元件對環境溫度、濕度、振動的適應性，一般可采用增加熱后備或冷后備的設計方式。

5.2 安全性設計

在對系統設計時，還應考慮系統的安全性，這里的安全性主要指當電梯的運行在緊急異常狀況下還能保持安全狀態，從而才能保證乘梯者的人身安全。因此，在進行PLC的系統設計過程中，必須保證系統具有及時處理事故或故障的功能，比如，可采用設計安全回路的方式提高系統的安全性，安全回路與 PLC通過硬接線的方式獨立連接，當電梯處于非正常運行或出現緊急狀況時，PLC系統可通過安全回路對電梯進行緊急制動。

5.3 標準化設計

現階段，可編程控制技術與各類軟、硬件的升級換代都較快，因此，在設計時，應選擇標準件的硬件設備和通用的軟件系統，標準化設計使得PLC系統的兼容性大幅度提高，對系統的日常維護帶來較多便利，也利于未來對系統的優化、升級和規模擴展。

6 結語

電梯具有軌道運行、操作便捷、快速可靠等特點，是針對高層建筑出行的特殊運輸工具，現階段，隨著科技的發展，人們對電梯的功能需求越來越多。本控制系統以PLC為核心，通過對系統結構、控制軟件、PLC的選型、可靠性、安全性、標準化進行優化設計，大幅提高了電梯的使用性能，為人們的出行提供了更加安全舒適的服務。