基于三菱PLC 的智能電梯控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

周旭華，伍懿美，馮海彬，馮大輝

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東河源，517000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)及我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平也得到了很大的提高，電梯已成為人民生活中不可缺少的一部分，我國(guó)電梯以每年80 萬(wàn)臺(tái)的新增數(shù)量快速地發(fā)展，因此，對(duì)于電梯技術(shù)人員的需求也非常大，基于此，很多院校均開設(shè)了電梯技術(shù)的相關(guān)課程，本文詳細(xì)地分析設(shè)計(jì)了一套的智能電梯的控制系統(tǒng)以及組態(tài)設(shè)計(jì)程序，對(duì)電梯技術(shù)人員學(xué)習(xí)理解電梯的控制系統(tǒng)具有很好的參考價(jià)值。

1 智能電梯控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電梯的硬件按空間來(lái)劃分主要有四大空間，分別為安裝曳引機(jī)和其他有關(guān)設(shè)備的機(jī)房、為轎廂和對(duì)重裝置運(yùn)行而設(shè)置的井道、運(yùn)載乘客或其他載荷的部件轎廂以及電梯在各樓層的停靠站層站。按照功能來(lái)劃分主要包括8 個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)不是獨(dú)立工作。具體功能和組成如表1 所示。

表1 電梯八大系統(tǒng)

電梯運(yùn)行時(shí)首先需要進(jìn)行初始化流程即回到基站，當(dāng)電梯在基站等待時(shí)有外呼信號(hào)或內(nèi)呼信號(hào)就要進(jìn)行樓層的判斷，當(dāng)外呼或內(nèi)呼信號(hào)是轎廂所在的樓層，這時(shí)電梯只執(zhí)行開門，5s 后關(guān)門繼續(xù)等待呼梯信號(hào)，若電梯的呼梯信號(hào)與轎廂所在樓層是不同樓層就要進(jìn)行判斷，呼梯信號(hào)在轎廂下方時(shí)，轎廂下行。當(dāng)呼梯信號(hào)在轎廂上方時(shí)，轎廂上行，電梯整體控制流程圖如圖1 所示。

圖1 電梯控制整體流程圖

2 智能電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

■2.1 PLC 控制硬件設(shè)計(jì)

PLC 的中文名稱是可編程邏輯控制器。PLC 是一種具微處理器的自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程，減小了控制線路的電氣回路和控制電氣設(shè)備。本電梯采用的是三菱FX3U 系列PLC，控制原理圖如圖2 所示。

圖2 電梯PLC 控制原理圖

■2.2 程序設(shè)計(jì)

一套完整的電梯的控制程序主要包含11 個(gè)功能程序，初始樓層定位與自復(fù)位、信號(hào)登記與消除；樓層信號(hào)收集、樓層顯示與切換、五大運(yùn)行邏輯、運(yùn)行方向顯示、曳引機(jī)運(yùn)行與速度控制、平層停梯部分、開門程序、關(guān)門程序、照明與風(fēng)扇。下面對(duì)重點(diǎn)功能程序設(shè)計(jì)進(jìn)行講述。

電梯剛投入運(yùn)行時(shí)，轎廂的位置不一定在最底層位置，因此控制器PLC 并不知道電梯處于什么位置，此時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)電梯進(jìn)行樓層定位，該功能為初始樓層定位；此外，電梯在運(yùn)行的過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障導(dǎo)致斷電，使電梯無(wú)法正常工作運(yùn)行，其中不乏一些令電梯無(wú)法處于正常平層位置的情況，此時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)電梯進(jìn)行自復(fù)位，令其運(yùn)行至最底層平層處停梯。程序設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 初始樓層定位與自復(fù)位程序

2.2.2 信號(hào)登記與消除

信號(hào)登記主要用于召喚電梯或者指定電梯運(yùn)行；值得注意的是，對(duì)于內(nèi)呼信號(hào)，在電梯處于某平層時(shí)，該層的內(nèi)呼信號(hào)不予登記；信號(hào)消除則是對(duì)已登記信號(hào)進(jìn)行銷號(hào)處理，代表電梯已經(jīng)達(dá)到信號(hào)樓層或者不需要電梯運(yùn)行至該信號(hào)所在樓層位置。銷號(hào)又分為錯(cuò)誤銷號(hào)和自動(dòng)銷號(hào)，錯(cuò)誤銷號(hào)指的是對(duì)于登記錯(cuò)誤信號(hào)的處理方法，常用于內(nèi)呼信號(hào)。自動(dòng)銷號(hào)指的是電梯到達(dá)信號(hào)所在樓層，并且滿足信號(hào)消除時(shí)所做出的信號(hào)處理；內(nèi)外呼信號(hào)均可使用。內(nèi)呼信號(hào)登記如圖4 所示，銷號(hào)程序如圖5 所示。

圖4 內(nèi)呼信號(hào)登記

圖5 自動(dòng)銷號(hào)程序

2.2.3 五大運(yùn)行邏輯程序

五大運(yùn)行邏輯分別有先按定向、同向響應(yīng)、順向截梯、最遠(yuǎn)端反向截梯、就近停梯。

①先按定向：先按的信號(hào)即為最開始輸入的信號(hào)，定向即為固定方向。電梯在沒有信號(hào)不運(yùn)行的狀態(tài)下會(huì)根據(jù)先輸入的信號(hào)固定運(yùn)行方向，不限樓層，不限轎廂所在位置。

②同向響應(yīng)：電梯在運(yùn)行期間，若有其他樓層信號(hào)輸入，且該信號(hào)需要電梯運(yùn)行的方向與電梯現(xiàn)運(yùn)行的方向相同，則響應(yīng)該信號(hào)；若該信號(hào)需要電梯運(yùn)行的方向與電梯現(xiàn)運(yùn)行的方向不相同，則暫不響應(yīng)該信號(hào)。

最后，重視行業(yè)轉(zhuǎn)型的最根本支撐的參與，即員工群體的與時(shí)俱進(jìn)性、“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)思維的培養(yǎng)等。企業(yè)與行業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，不能僅僅依靠企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)一人，或者一個(gè)企業(yè)，而是需要調(diào)動(dòng)企業(yè)所有員工，傳統(tǒng)行業(yè)中所有企業(yè)的積極性、自主力、創(chuàng)新性等。需要企業(yè)所有員工及行業(yè)中所有企業(yè)共同進(jìn)步，不斷吸納新的見解和知識(shí)，并形成智慧型學(xué)習(xí)組織。此方面可借鑒艾米·雷丁在美國(guó)最大投資機(jī)構(gòu)任職期間創(chuàng)造的“無(wú)限創(chuàng)新”計(jì)劃。此計(jì)劃以激勵(lì)和引導(dǎo)全員參與創(chuàng)新為目標(biāo)，力主利用員工的創(chuàng)新與士氣，在“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)的帶動(dòng)下，尋找企業(yè)和行業(yè)發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)等。

③順向截梯：在電梯運(yùn)行期間，若有比電梯現(xiàn)響應(yīng)的樓層信號(hào)更為靠前的信號(hào)輸入，且該信號(hào)的方向與電梯現(xiàn)運(yùn)行的方向一致，并且電梯還未經(jīng)過該樓層時(shí)，該信號(hào)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)攔截電梯并且進(jìn)行完整的響應(yīng)流程。

④最遠(yuǎn)端反向截梯：在電梯沒有信號(hào)不運(yùn)行時(shí)，若有其他樓層信號(hào)輸入，且此信號(hào)的方向與需要電梯運(yùn)行的方向相反，并且沒有比之更靠后的信號(hào)輸入時(shí)，該信號(hào)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)攔截電梯并且進(jìn)行完整的響應(yīng)流程；若電梯在運(yùn)行時(shí)，此時(shí)輸入其他樓層信號(hào)，且此信號(hào)需要電梯運(yùn)行的方向與電梯現(xiàn)運(yùn)行的方向一致，但信號(hào)方向與電梯運(yùn)行方向相反，并且沒有比之更靠后的信號(hào)輸入時(shí)，該信號(hào)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)攔截電梯并且進(jìn)行完整的響應(yīng)流程。

⑤就近停梯：對(duì)于能夠手動(dòng)消除的內(nèi)呼信號(hào)，應(yīng)在信號(hào)消除時(shí)能夠在最近的樓層停下電梯運(yùn)行并且開門。但此邏輯分為多種情況：

（1）取消內(nèi)呼時(shí)，沒有其他樓層信號(hào)輸入；

（2）取消內(nèi)呼時(shí)，有其他樓層信號(hào)輸入，并且還未經(jīng)過該信號(hào)所在樓層；

（3）取消內(nèi)呼時(shí)，有其他樓層信號(hào)輸入，但已經(jīng)經(jīng)過該信號(hào)所在樓層；

對(duì)于情況（1）（3）應(yīng)能執(zhí)行就近停梯邏輯；對(duì)于情況（2）應(yīng)取消就近停梯邏輯。程序如圖6 所示。

圖6 五大運(yùn)行邏輯部分程序

2.2.4 開門程序

電梯開門是電梯運(yùn)行之中的重要一環(huán)，若電梯無(wú)法正常開門，則轎廂內(nèi)乘梯人員無(wú)法出來(lái)，廳外候梯人員無(wú)法進(jìn)入轎廂內(nèi)乘梯；為保證轎廂內(nèi)乘梯人員安全，特此設(shè)立延時(shí)開門模塊。若電梯處于正常平層狀態(tài)且無(wú)需自檢，則當(dāng)電梯上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行一次開門；若電梯正常響應(yīng)信號(hào)，則電梯在停梯過后執(zhí)行延時(shí)開門，且電梯在停梯后無(wú)法立即開門；當(dāng)轎廂超載或者光幕檢測(cè)到被遮擋時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行開門；電梯在運(yùn)行、未平層及開門到位時(shí)，無(wú)法執(zhí)行開門；出于安全考慮，若電梯斷電或者進(jìn)入檢修狀態(tài)，此時(shí)電梯若處于開門狀態(tài)，可開門到位，也可手動(dòng)開門，但當(dāng)電梯關(guān)門到位后，則無(wú)法再次開門。程序設(shè)計(jì)如圖7 所示。

圖7 開門程序

2.2.5 關(guān)門程序

關(guān)門程序也為電梯運(yùn)行中重要的一環(huán)，若電梯未關(guān)門或者未關(guān)好門，都會(huì)導(dǎo)致電梯無(wú)法正常運(yùn)行。當(dāng)電梯開門到位時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)關(guān)門計(jì)時(shí)，在開門到位三秒后執(zhí)行自動(dòng)關(guān)門（具體時(shí)間看程序設(shè)計(jì)者的需求）；若檢測(cè)到電梯未關(guān)好門，在電梯上電時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一次關(guān)門；在電梯開門到位時(shí)，無(wú)需等待三秒也可執(zhí)行手動(dòng)關(guān)門；在電梯處于開門狀態(tài)或者處于關(guān)門限位（即關(guān)好門）的狀態(tài)時(shí)，無(wú)法執(zhí)行關(guān)門。具體程序如圖8 所示。

圖8 關(guān)門程序

3 測(cè)試

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，根據(jù)以下方案對(duì)四層電梯進(jìn)行了測(cè)試：

（1）開始時(shí)，電梯處于任意一層，若轎廂位置處于非平層位置，可利用M600 作為一樓登記信號(hào)，使M1 輔助繼電器（1F 收集信號(hào)）輸出，讓電梯下行至一樓，并觸碰下強(qiáng)迫換速開關(guān)，給予樓層顯示一樓信息；若轎廂位置處于平層位置，并已知轎廂位置，初始運(yùn)行時(shí)可利用M600 觸發(fā)傳送（MOV 指令）轎廂所處的位置樓層信號(hào)；

（2）輸入按鈕帶有指示燈。當(dāng)按呼梯按鈕時(shí)，指示燈亮，到達(dá)呼梯樓層后，呼梯信號(hào)解除，指示燈滅。對(duì)同時(shí)有多個(gè)內(nèi)選信號(hào)與外呼信號(hào)，響應(yīng)原則為“先按定向，同向響應(yīng)，順向截梯，最遠(yuǎn)端反向截梯”。

（3）打開電梯鎖（梯鎖有信號(hào)）時(shí)，電梯在平層后，消除外呼登記，響應(yīng)內(nèi)呼已經(jīng)登記的信號(hào)，響應(yīng)結(jié)束后自動(dòng)回到一樓，并開門9s 后自動(dòng)關(guān)門，關(guān)閉樓層顯示信息，此時(shí)不響應(yīng)所有內(nèi)呼和外呼信號(hào)，等關(guān)閉電梯鎖時(shí)電梯恢復(fù)正常工作。

（4）電梯運(yùn)行過程中如因停電等原因停在非平層區(qū)域情況下，再次上電時(shí)電梯轎廂應(yīng)先自動(dòng)回到一樓平層位置，之后電梯正常工作。電梯具有檢修功能，檢修狀態(tài)下能點(diǎn)動(dòng)控制電梯以檢修速度慢上或慢下運(yùn)行。并且檢修恢復(fù)正常后，如果不在平層位置，能夠自動(dòng)復(fù)位一樓。

（5）電梯錯(cuò)誤登記信號(hào)取消功能。當(dāng)轎廂內(nèi)指令登記錯(cuò)誤時(shí)，只要長(zhǎng)按登記按鈕2s 以上，即可取消該登記樓層，從而避免電梯不必要的停層。若電梯運(yùn)行方向上最后的響應(yīng)層站是內(nèi)呼信號(hào)時(shí)，該內(nèi)呼信號(hào)被取消時(shí)能夠就近停梯，并且平層。

通過測(cè)試本文設(shè)計(jì)的程序能夠很好地滿足四層電梯的運(yùn)行功能。

4 結(jié)論及應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)了一種基于三菱PLC 的電梯控制軟件程序，本文將電梯程序模塊分為17 部分，五個(gè)運(yùn)行邏輯，詳細(xì)敘述了程序含義。程序除了具有基本的電梯功能外，還具有錯(cuò)誤登記消號(hào)功能，節(jié)能功能，自回基站功能，梯鎖功能和自復(fù)位功能。