基于PLC 的電梯控制系統(tǒng)設計

趙東澤 冷紫旭

（通化師范學院，吉林 通化 134000）

1 電梯控制系統(tǒng)設計方案

電梯控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)：PLC 電梯控制系統(tǒng)主要包括拖動和信號這兩大方面的控制系統(tǒng)。在硬件方面該系統(tǒng)主要有主機和擴展、主拖動和機械兩大系統(tǒng)，同時還包括了轎廂操作盤、樓層指示器、調(diào)速設備、門機等眾多部分[1]。在這其中PLC 主機是該系統(tǒng)的關鍵，其他如呼梯盤等方面產(chǎn)生的信號最終都傳輸給PLC，經(jīng)過相應的程序處理之后通過拖動系統(tǒng)完成電梯制動、電梯運行以及其他命令。

在控制方面該系統(tǒng)在轎廂內(nèi)外分別采用了按鈕和召喚兩種方式。在工作過程中使用者可以在轎廂內(nèi)通過按鈕控制電梯的運行到達想要去的樓層。控制電梯上下運動的是一臺交流電機，該電機通過轉(zhuǎn)向的變換實現(xiàn)電梯的上升和下降。同時還可以完成啟動過程的加速、制動時的減速以及穩(wěn)定的運行等多個階段的調(diào)速過程。在廂門的開合方面是通過一個簡單的它串勵直流電機進行控制的，同樣電機的正反轉(zhuǎn)動分別控制廂門的打開和閉合。任意電梯口處皆配備有呼叫按鈕以及顯示器，顯示器的作用是為了讓使用者了解電梯狀態(tài)，同時轎廂里面還配備了操控廂門開啟與閉合的按鈕。

2 電梯控制系統(tǒng)的硬件設計

在拖動方面具有各種各樣的系統(tǒng)，通常來說直流形式的系統(tǒng)造價較高，有變頻調(diào)壓調(diào)速等眾多系統(tǒng)。交流形式具有交流調(diào)壓調(diào)速等多個系統(tǒng)，這些交流形式的系統(tǒng)常常用在低速電梯中，它的主要優(yōu)勢是價格低廉、構(gòu)成簡單。

2.1 交流雙速電梯系統(tǒng)的主電路圖及工作原理

圖1 為交流雙速電梯控制系統(tǒng)的主電路圖。M 表示的是一種雙速籠型的異步電動機，該設備通常只在YYTD 這一系列的電梯中使用；KM3 和KM4 是電機不同轉(zhuǎn)向方面的接觸器，主要負責控制電梯的上下運動；KM5 和KM6 負責控制電機的轉(zhuǎn)速；KM7 的主要作用是在啟動時進行加速；KM8、KM9 以及KM10 三個控制的是制動過程的加速度；R1、R2 和L1、L2 分別表示定子電路中串聯(lián)的電阻和電抗，它們主要配合上面的接觸裝置進行制動過程。電梯的上下運行靠KM3 到KM5 這三者的接通情況控制，設定時規(guī)定KM7 要在1.5秒后進行接通，當L1 和R1 兩者斷開時電梯的運行將以勻速進行；收到停止命令時，電梯將發(fā)生一系列的變化，首先是斷掉KM5 并接通KM6，而且電路中接通電抗，電機轉(zhuǎn)速降低，另外編號8 到10 的這三個接觸器分別接通1、1.5 和2 秒的時間，這一操作主要是對制動的強度進行控制，保證在這一過程中使用者擁有較好的舒適度。最終電梯運行到指定樓層的時候斷開所有的接觸器，同時電梯速度為零，釋放機械閘。當電梯處于檢修狀態(tài)的時候只能進行點動式的低速運行[2]。

圖1 電梯調(diào)速系統(tǒng)主電路

2.2 電梯的門機電路及安全運行回路

圖2 展示的是電梯安全運行和門機部分的相關電路。上面已經(jīng)說過控制廂門開合的具體電機，在開啟與閉合時采用接觸器1、2 控制，同接觸器1 相連后電機和R2 被并聯(lián)起來，達到了控制開門的目的，同時R2 會在SQ11 壓下后短接，進而對廂門的打開速度進行調(diào)節(jié)。同理2 號接觸器閉合是控制關門操作，同時由R3 以及SQ12 和SQ13 配合使用控制關門速度大小。

圖2 門機電路和安全運行回路

3 電梯控制系統(tǒng)的軟件設計思想

3.1 正常工作狀態(tài)

電梯進行正常呼叫響應有如下步驟：

（1）電梯控制系統(tǒng)在收到來自于廳門外或轎廂內(nèi)部的信號后，就會自動進行比較，然后再結(jié)合模塊的選擇進行選向[3]；（2）電梯的運動速度會因為調(diào)速模塊的驅(qū)動而先低速再變化為高速，在將要運行至目的樓層時，速度將變慢；（3）電梯獲取目標監(jiān)測點的呼叫信號指令時，就會下達減速信號指令，從而將運行狀態(tài)從高速轉(zhuǎn)變?yōu)榈退伲侥繕藰菍拥钠叫悬c時就會停止運行；（4）運行至目的樓層后，電梯將停靠一段時間，然后在觸碰到關門開關時，執(zhí)行關門指令，此時的樓層運行位置會一直在電梯控制系統(tǒng)中顯示。

3.2 強制工作狀態(tài)

當電梯因為某些故障需要進行維修的時候，此時電梯應該不受到外界的控制，換句話說，電梯在這個時候就不再處于工作狀態(tài)，維修人員可以對其進行上下移動到所需要的位置來滿足檢修人員的需求[4]。如：當電梯執(zhí)行檢修狀態(tài)時，電梯將會立刻結(jié)束原來的運行狀態(tài)，此時可以按照維修需求長按移動按鈕人工調(diào)節(jié)其上下移動，按鈕松動則電梯也不再工作。

因為這種電梯控制系統(tǒng)復雜程度較高，因此必須采用模塊方法來執(zhí)行內(nèi)部編程程序，將各個數(shù)字量和模擬量以信號的方式存儲到寄存器之中并對其進行分類，這樣做的好處是便于不同模塊間相互聯(lián)系。另外，模塊化程序設計方法的利用在一定程度上使得程序的變更和完備變得容易起來。

4 運行的模擬調(diào)試及仿真

GX-Developer8.0 軟件可以使用多種語言進行相應的編程，其功能結(jié)構(gòu)強大，內(nèi)涵軟件包程序極其多，并且兼容性極佳，通過該款軟件可以達到簡單的設定、調(diào)試以及監(jiān)控等特殊模塊的應用。不僅如此，還可以通過網(wǎng)絡進行修正，甚至可以在其他地點讀寫可編程控制程序。

通過GX-simulator6.0 PLC 仿真調(diào)試軟件對電梯在正常運行以及發(fā)生故障時進行仿真，再通過網(wǎng)絡電腦的虛擬運行，可以檢測程序的編撰在實際運行中是否會出現(xiàn)問題，提高了運行安全性。

5 結(jié)論

本文通過運用PLC 控制系統(tǒng)來對電梯進行研究，主要是用調(diào)試功能來對其進行設計，通過對軟件與程序的調(diào)試，并通過仿真軟件對電梯運行進行模擬，分析電梯運行過程規(guī)律與特點，了解其結(jié)構(gòu)與功能。在本文研究中，主要使用了PLC 來對電梯內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)以及控制系統(tǒng)進行全面而詳細的分析，主要是因為PLC 具有簡單、直觀性的特點，能夠?qū)碗s電路問題分解為小的電路圖，使其更加直觀而清晰。當電梯依附于較高樓層時，其對應的內(nèi)部結(jié)構(gòu)樓層也會變多，這就使得電梯內(nèi)部的電路模塊變多，結(jié)構(gòu)更為復雜。通過對其進行詳細的編程，采用控制系統(tǒng)來控制電梯的運行，則相較于之前而言，其所需要進行修改的問題變得更為簡單，為之后的設計奠定了基礎。

在本文中，就電梯功能、運行、設計方面的研究主要從下述幾個方面展開：

（1）通過對電梯發(fā)展過程進行分析，了解電梯的運行過程以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（2）主要分析了PLC 控制程序中各個模塊的編程以及運行過程；（3）采用PLC 軟件，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)來設計相應的流程結(jié)構(gòu)圖；（4）通過PLC 的仿真軟件對電梯運行、信號燈、指令功能等方面進行模擬設計，查找電梯在運行時的故障并進行更改。通過實際的模擬結(jié)果，可以得到：本文所設計的梯形電路圖是正確的，可以進行實踐應用。

本論文中通過對PLC 的仿真調(diào)試實驗，可以發(fā)現(xiàn)所設計的6 層電梯控制系統(tǒng)基本能夠保障電梯的運行與服務，說明測試結(jié)果是成功的。當然由于設計還不完善，例如電梯的調(diào)速系統(tǒng)沒有采用變壓變頻調(diào)速技術（VVVF），這是因為受到了實際條件的限制，還需要進一步的優(yōu)化和改善。