李長波，何召祥

（蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子信息系，安徽蕪湖 241000）

FX2N-48MR在電梯智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

李長波，何召祥

（蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院電子信息系，安徽蕪湖 241000）

PLC控制系統(tǒng)由于可靠性高、運算性能好、擴展性強、抗干擾性高、調(diào)試周期短等特點，在電梯智能隨動控制系統(tǒng)中被廣泛采用；本文利用FX2N-48MR實現(xiàn)了電梯的智能控制，整個電梯控制系統(tǒng)對環(huán)境的運行要求低，穩(wěn)定性和可靠性比較高.

控制系統(tǒng)；電梯智能；PLC技術(shù)

PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程；由于其可靠性高、運算性能好、擴展性強、抗干擾性高、調(diào)試周期短等特點，因此電梯智能隨動控制系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)邏輯控制、拖動部分則由變頻器驅(qū)動；本文采用FX2N-48MR對電梯智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能設(shè)計與技術(shù)應(yīng)用.

1 PLC電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 電梯運行控制特征

電梯加速上升或減速下降時人會產(chǎn)生超重感，加速下降或減速上升時則會產(chǎn)生失重感，人對失重比超重會更加感覺不適.因此為滿足感覺舒適、平層準(zhǔn)確并且盡可能縮短運行時間、提高運行效率，應(yīng)該選擇有較好的速度變化率指標(biāo)的電梯梯形運動曲線；為實現(xiàn)合適的梯形運動曲線，需采用PLC技術(shù)為三相異步電動機配套的智能變頻器提供梯形運動速度曲線閉環(huán)控制，實現(xiàn)電梯靈活調(diào)速控制及高精度平層服務(wù)、同時可動態(tài)響應(yīng)電梯的啟動加速、制動減速、正反向運行、調(diào)速精度、調(diào)速范圍等要求，其PLC控制特征是調(diào)速系統(tǒng)的爬行時間少、平層距離短、最高設(shè)計速度可達(dá)4 m/s；當(dāng)智能變頻器接收到PLC控制器發(fā)出的呼梯方向信號，則依據(jù)設(shè)定的加速度啟動電動機達(dá)到最大速度后然后勻速運行，在到達(dá)目的層減速點時，智能變頻器響應(yīng)PLC控制器發(fā)出的切斷信號，減至爬行速度同時將爬行時間縮短至0.3 s，按計算出的優(yōu)化曲線實現(xiàn)高精度的平層.

1.2 PLC電梯控制系統(tǒng)

可編程序控制器PLC應(yīng)用于電梯控制，采用軟件編程替代原有繼電器硬件布線控制，使控制系統(tǒng)具有了較大的柔性，通過直接將內(nèi)外呼梯信號、開關(guān)門信號、限位信號、層位檢測信號、燈開關(guān)量接到PLC的開關(guān)量輸入端，用PLC的輸出點直接控制智能變頻器，實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速控制，其配備的編程器可在現(xiàn)場對程序隨時修改任一輸入、輸出接口的功能或邏輯狀態(tài).PLC采用梯形圖編程，同時還具有故障診斷、狀態(tài)指示、運行監(jiān)控等功能；三菱FX2N-48MR電梯智能控制系統(tǒng)具有以下技術(shù)特征：

（1）I/O點數(shù)：輸入有24點為開關(guān)量，輸出有24點為繼電器；

（2）存儲容量：存儲器容量有1K、2K、4K、8K等，根據(jù)程序的復(fù)雜程度來選擇.存儲器有EPROM、E2PROM模塊和ROM模塊，可根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇；對采樣數(shù)據(jù)量大、控制點數(shù)較多的高層電梯系統(tǒng)，三菱FX-48MR PLC可以使用系列擴展單元增加控制的點數(shù)，這樣可完全實現(xiàn)對高層電梯系統(tǒng)的智能控制；

（3）結(jié)構(gòu)：有單元式、模塊式.單元式I/O結(jié)構(gòu)固定，而模塊式I/O點可靈活配置；

（4）工作電壓：交流100～240v，直流24v等.

三菱FX2N-48MR電梯智能控制系統(tǒng)由核心控制元件PLC、空氣開關(guān)、電機馬達(dá)開關(guān)、交流接觸器、觸摸屏、開關(guān)、按鈕、指示燈、報警器和外部光電傳感器等元部件組成，如圖1所示.

圖1 電梯控制PLC接線圖

其中由面板旋鈕開關(guān)或帶鎖的鑰匙旋鈕開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)安全繼電器的得電或失電來區(qū)分自動運行和手動運行的輸出電源的通和斷.這樣就使得系統(tǒng)只有在自動運行狀態(tài)下時PLC的輸出端子才有輸出電壓，當(dāng)系統(tǒng)在手動運行狀態(tài)下時，PLC輸出端子上無輸出電壓.馬達(dá)開關(guān)起到保護(hù)電機的作用.人機界面能夠方便操作人員對設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控，同時實時顯示設(shè)備工作狀態(tài)，報警燈由多級柱裝燈塔組成，不同顏色代表不同意義.設(shè)備外部設(shè)有多個光電傳感器，向PLC傳輸外部狀態(tài)信號，指示自動電梯的工作狀態(tài).自動化控制系統(tǒng)安全部分的緊急停止按鈕擁有最高的設(shè)備輸出中止權(quán)，即無論在手動還是自動狀態(tài)下，只要緊停按鈕被按下，設(shè)備都會立即停止任何動作.電梯井除了在高處和低處安裝了感應(yīng)電梯吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限高位和極限低位安裝了機械式的行程限位開關(guān)，確保電梯轎箱不發(fā)生沖頂和撞底的事故.這里門機的開、關(guān)門速度由凸輪控制器控制，在每層安裝電磁接近開關(guān)采用絕對認(rèn)址，轎頂安裝電磁接近開關(guān)同時在其旁邊安裝檢測片用于平層模糊控制；四層電梯控制系統(tǒng)的三菱FX2N-48MR可編程序控制器的輸入/輸出響應(yīng)關(guān)系如表1所示.

2 FX2N-48MR在電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 電梯控制系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計分為變頻器編程和PLC控制軟件設(shè)計.智能變頻器編程包括控制輸入輸出端子編程、運行參數(shù)編程和控制參數(shù)編程，運行參數(shù)和控制參數(shù)經(jīng)計算后獲得.PLC控制軟件采用模塊化設(shè)計，由選層模塊、開/關(guān)模塊、運行模塊、故障自診與處理模塊構(gòu)成[1].

2.2 電梯控制系統(tǒng)的平臺設(shè)計

2.2.1 監(jiān)控界面的設(shè)計

對電梯監(jiān)控系統(tǒng)的要求是：安全可靠，啟、制動平穩(wěn)，感覺舒適，平層準(zhǔn)確，候梯時間短和節(jié)約能源，按時間程序設(shè)定的運行時間表啟/停電梯、監(jiān)視電梯運行狀態(tài)、故障及緊急狀況報警；運行狀態(tài)監(jiān)控包括啟動/停止?fàn)顟B(tài)、運行方向、所處樓層位置等，通過自動檢測并將結(jié)果送入DDC，通過指示燈動態(tài)地顯示出電梯輕載、滿載、超載、司機、急停、門鎖、檢修、消防等的實時狀態(tài)；故障檢測包括電動機、電磁制動器等各種裝置出現(xiàn)故障后自動報警并顯示故障電梯的地點、發(fā)生故障時間、故障狀態(tài)等.緊急狀況檢測與報警通常包括火災(zāi)、地震狀況檢測和發(fā)生故障時是否關(guān)人等.監(jiān)控平臺的人機界面主要由以下二個部分組成，一部分是程序部分，一部分是界面部分.程序運行過程中，可以看到電梯在智能樓宇中的運動過程以及開關(guān)門動作.智能樓宇的每層都有三個圖形標(biāo)志，分別表示本層是否有內(nèi)選，上行外呼和下行外呼，它們的顯示和更新與實際電梯的內(nèi)選、外呼是同步的；很方便地在屏幕上就可以完全看見整個電梯運行狀態(tài).

2.2.2 控制軟件的設(shè)計

電梯的運行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進(jìn)行隨機控制，系統(tǒng)要求PLC能對轎廂的加、減速以及制動進(jìn)行有效的控制，由PLC提供變頻器的運行方向和速度指令，使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運行方向和速度.在本電梯控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換設(shè)計中，如果電梯以相同的速率升降需要考慮：（1）電梯的人工手動控制；（2）電梯的運行狀態(tài)顯示；（3）電梯的安全性控制；（4）電梯的策略控制設(shè)計.PLC接收來自操縱盤、呼梯的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號、井道和智能變頻器的狀態(tài)信號，其電梯狀態(tài)控制器部分用狀態(tài)機來實現(xiàn).基本模型如下：（1）每層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請求開關(guān)；（2）設(shè)有電梯所處位置指示裝置以及電梯運行模式（上升或下降）指示裝置；（3）電梯初始狀態(tài)為第一層開門，電梯每秒升（降）一層樓；（4）設(shè)計異步的置位端口，用于在系統(tǒng)不正常的時候回到初始狀態(tài)；（5）電梯到達(dá)有停站請求樓層，經(jīng)過1秒電梯門打開，開門4秒后，電梯門關(guān)閉（開門指示燈熄滅），電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當(dāng)前樓層；（6）能記憶電梯內(nèi)外的所有請求信號，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行完后消除；（7）電梯運行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升至有下樓請求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式.當(dāng)電梯處于下降模式的時候與上升模式相反.上位機監(jiān)控平臺軟件程序的主體是循環(huán)結(jié)構(gòu)，通訊程序負(fù)責(zé)與PLC進(jìn)行通信、發(fā)送由人機交互得到的各層內(nèi)選和外呼的信息，同時接受電梯運行的各種狀態(tài)信息，并刷新相應(yīng)內(nèi)部變量，對各種新的狀態(tài)信息進(jìn)行分析處理，負(fù)責(zé)更新各樓層內(nèi)選、外呼的標(biāo)志，電梯運行方向和樓層號，輕載、滿載、超載、司機、急停、門鎖、檢修、消防等狀態(tài)[2].

表1 三菱FX2N-48MR可編程序控制器的輸入/輸出響應(yīng)關(guān)系

上位機和PLC之間利用串行方式、采用RS232C通信協(xié)議進(jìn)行通信.通信方式采用無協(xié)議通信（Noproto?col Communication）類型.這種類型的通信方式應(yīng)用PLC的RS指令接收或發(fā)送數(shù)據(jù).在上位機一端，用25針雙列直插插頭串行通信口COM 2和PLC端的通信適配器進(jìn)行連接，如圖3.

圖2 控制程序流程圖

3 結(jié)論

在分析電梯結(jié)構(gòu)和控制原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行了基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用.其中PLC程序設(shè)計部分采用了模塊化設(shè)計，主要包括電梯開關(guān)門環(huán)節(jié)、樓層顯示輸出環(huán)節(jié)、轎內(nèi)/外呼梯信號登記與消號環(huán)節(jié)、電梯上下行控制、順向截車及其他保護(hù)環(huán)節(jié)等；編寫出主要控制程序及相關(guān)保護(hù)程序，使電梯能夠依據(jù)調(diào)度規(guī)則來響應(yīng)乘客的召喚信號.通過組態(tài)軟件與PLC之間的通訊實現(xiàn)PLC對虛擬電梯的控制，經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試可實現(xiàn)基于PLC的智能電梯控制系統(tǒng)[3].

經(jīng)過測試，整個電梯控制系統(tǒng)對環(huán)境的運行要求低，其穩(wěn)定性和可靠性比較高，易實現(xiàn)系統(tǒng)組控功能；不足之處在實現(xiàn)高層控制相對底層控制會降低穩(wěn)定度.

圖3 PLC通訊圖

[1]陳虹.樓宇自動化技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010：143-145.

[2]顧德仁.距離控制技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2010，5（12）：25-26.

[3]安徽高教網(wǎng).關(guān)于公示2012年安徽省職業(yè)院校技能大賽（高職組）擬授獎名單的通知[EB/OL].http：//www.ahgj.gov.cn.

Studies of Elevator Control System with FX2N-48MR Technology

LI Chang-bo,HE Zhao-xiang
(Department of Electronic Information,Wuhu Vocational College of Information Technology,Wuhu 241000,China)

High-rise buildings have become a modern city landmark today.As a vertical conveying tool,an elevator is responsible for the large number of the tasks of daily conveying.Because of the man-machine interactive control system of elevator in an external random call signal to run,neither a simple sequential control nor a logic control can meet the control requirements.The paper gives the random part for the PLC logic control and driven part for inverter based on Mitsubishi FX2N-48MR on the elevator control system and achieves a detailed technical application.

control system;elevator intelligence;PLC

TP202

B

1008-2794（2012）04-0079-04

2012-03-15

安徽省教育廳省級建設(shè)項目“樓宇智能化管理實驗實訓(xùn)中心”（2010SFZX1285）；安徽高等學(xué)校省級自然科學(xué)研究資助項目（NO：KJ2009B010）

李長波（1967—），男，吉林市人，講師，工學(xué)碩士，研究方向：PLC控制系統(tǒng).