沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院信息與控制工程系 任 艷沈陽航空航天大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 王運(yùn)江

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基于PLC電梯控制系統(tǒng)變頻調(diào)速的研究探索

沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院信息與控制工程系 任 艷
沈陽航空航天大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 王運(yùn)江

【摘要】傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)采用低壓電器進(jìn)行控制，在速度調(diào)節(jié)方面，難以達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行，乘坐舒適、高效節(jié)能的要求。本文針對上述問題，提出控制核心器件基于PLC，調(diào)速方法基于變頻器的現(xiàn)代電梯變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，并對此系統(tǒng)進(jìn)行了研究與探索，解決了傳統(tǒng)低壓電器電梯控制系統(tǒng)在調(diào)速方面存在的不足，達(dá)到了電梯在調(diào)速方面對平穩(wěn)舒適、高效節(jié)能的要求，使電梯的控制水平得到了一定的提高，使電梯的運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到了較為理想的效果。

【關(guān)鍵詞】電梯；PLC；變頻調(diào)速；變頻器

隨著社會(huì)的發(fā)展，電梯已經(jīng)成為高層建筑主要的運(yùn)輸工具，如何使得電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行、乘坐舒適、高效節(jié)能等性能，是一個(gè)值得研究的問題。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用低壓電器控制系統(tǒng)，但低壓電器控制系統(tǒng)自身存在的“缺陷”不能滿足生產(chǎn)生活對電梯控制系統(tǒng)提出的新要求。因此，迫切需要對電梯的控制技術(shù)進(jìn)行研究與探索，找出一種適合電梯控制技術(shù)發(fā)展新要求的電梯控制系統(tǒng)，具有十分重要的意義。

1　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

1）掌握被控對象電梯，制定PLC控制系統(tǒng)總體方案。2）確定I/O設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入（如按鈕、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、信號(hào)指示燈等）由此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3）對PLC的選擇考慮因素包括PLC機(jī)型、容量、I/O模塊、電源的選擇。4）分配PLC的I/O地址。5）設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，二者可同時(shí)進(jìn)行，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短。6）聯(lián)機(jī)調(diào)試。

2　傳統(tǒng)電梯低壓電器控制系統(tǒng)存在的問題

1）低壓電器控制系統(tǒng)機(jī)械觸點(diǎn)比較多，容易發(fā)生故障，維修、保養(yǎng)、維護(hù)費(fèi)用高，工作量大，故障檢查困難。2）線圈機(jī)構(gòu)，機(jī)械觸點(diǎn)動(dòng)作反應(yīng)速度相對比較慢，難以提高系統(tǒng)控制精度。3）低壓電器控制系統(tǒng)功率高，能源利用率低，機(jī)械觸點(diǎn)動(dòng)作的噪音比較大。

3　電梯PLC控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

PLC的英文全稱是programmable logic controller，即可編程邏輯控制器，PLC的編程語言人們常用梯形圖，本文選用此編程語言。

PLC控制系統(tǒng)框圖包括轎廂內(nèi)操縱面板、大廳門操作信號(hào)、PLC、調(diào)速變頻器、拖動(dòng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器等硬件。

控制系統(tǒng)的核心控制部件PLC采集信號(hào)，根據(jù)應(yīng)用程序的邏輯控制功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，向調(diào)速變頻器發(fā)起各種調(diào)速信號(hào)。調(diào)速變頻器接收PLC的調(diào)速命令，按照PLC的指令實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，同時(shí)把自身的狀態(tài)實(shí)時(shí)的向PLC作出匯報(bào)，以便PLC根據(jù)用戶控制程序判斷如何向調(diào)速變頻器發(fā)出下一條命令。編碼器與PG卡配合使用，編碼器裝在電機(jī)的主軸上，與電機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，檢測反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而形成閉環(huán)檢測。為了抑制電梯減速時(shí)的直流電壓，外接制動(dòng)電阻。

4　PLC梯形圖設(shè)計(jì)與開發(fā)

4.1梯形圖符號(hào)介紹

梯形圖符號(hào)包括常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈、開始母線、結(jié)束母線、邏輯行（常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)和線圈都屬于PLC的內(nèi)部軟元件，對應(yīng)著PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)單元的狀態(tài)表示觸點(diǎn)的閉合與斷開）在梯形圖軟元件符上加注相應(yīng)的輸入輸出繼電器符號(hào)，梯形圖中畫的是各個(gè)元件沒有動(dòng)作時(shí)的狀態(tài)。梯形圖的執(zhí)行原則是從左到右，從上到下。

4.2系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程

初始化自我檢測、正常運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行是電梯運(yùn)行的三種不同狀態(tài)。三種狀態(tài)循環(huán)切換，構(gòu)成電梯的完整工作。從呼叫發(fā)起到呼叫被響應(yīng)為電梯的一個(gè)工作循環(huán)。

4.2.1電梯的開關(guān)門運(yùn)行回路

除設(shè)計(jì)正常的開門、關(guān)門控制梯形圖控制應(yīng)用程序外，為保護(hù)開門、關(guān)門時(shí)發(fā)生故障，燒毀電機(jī)包括開關(guān)門控制和關(guān)門控制在關(guān)門梯形圖中也設(shè)置了關(guān)門安全保護(hù)，因?yàn)殛P(guān)門限位開關(guān)若不動(dòng)作或失靈，同樣容易將電機(jī)燒毀。與開門過程保護(hù)一樣，可在開始關(guān)門后通過定時(shí)器計(jì)時(shí)，超過正常關(guān)門時(shí)間，自動(dòng)停止關(guān)門，以保護(hù)電機(jī)。

4.2.2轎廂內(nèi)控、門廳外控設(shè)計(jì)與開發(fā)

當(dāng)處罰轎廂內(nèi)控或門廳外控指令時(shí)，如果電梯轎廂正在運(yùn)行，且轎廂不在觸發(fā)的樓層，那么相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)會(huì)被記錄下來。記錄下來的觸發(fā)信號(hào)會(huì)在電梯運(yùn)行的相應(yīng)的樓層時(shí)，被響應(yīng)完成響應(yīng)的控制動(dòng)作，同時(shí)觸發(fā)信號(hào)被取消記錄，即觸發(fā)信號(hào)將被清除。轎內(nèi)指令登一記消號(hào)的條件是當(dāng)電梯正常運(yùn)行至登記樓層時(shí)，指令登記即被消號(hào)。如果電梯處于安全檢測狀態(tài)，所有的信號(hào)將被忽略，不被記錄，更不會(huì)引起相應(yīng)的響應(yīng)。

4.2.3電梯確定選擇樓層方向及反向截梯梯形圖設(shè)計(jì)與開發(fā)

1）轎廂內(nèi)確定電梯樓層方向

當(dāng)箱內(nèi)有操作時(shí)，X4常開觸點(diǎn)斷開，線圈M56不得電，觸點(diǎn)M56斷開，進(jìn)而觸點(diǎn)M62，M63斷開。這時(shí)只有轎廂內(nèi)選層觸發(fā)信號(hào)被記錄，即只用M10-M16一條指令通道能激發(fā)選層響應(yīng)通道M20-M26對應(yīng)位置位，而門廳觸發(fā)信號(hào)則不能激發(fā)相應(yīng)的選擇響應(yīng)信號(hào)M20-M26。控制梯形圖如圖1所示：

圖1　確定電梯樓層方向

2）門廳外確定電梯樓層方向

當(dāng)箱內(nèi)無操作時(shí)，X4常開觸點(diǎn)閉合，在安全鎖XS閉合時(shí)，線圈M56得電，觸點(diǎn)M56閉合。如果轎廂沒有運(yùn)行，則觸點(diǎn)M62，M63閉合。這時(shí)只要存在門廳選層觸發(fā)信號(hào)將被記錄，并能激發(fā)選層響應(yīng)通道M20-M26對應(yīng)位置位。

3）截梯控制設(shè)計(jì)

不論選層響應(yīng)是由轎廂內(nèi)觸發(fā)還是由門廳觸發(fā)，對于轎廂選層信號(hào)，電梯都要平層停車，且只聽內(nèi)不停外。只有在門廳觸發(fā)的選層信號(hào)與電梯的運(yùn)行方向一致時(shí)才能被響應(yīng)。當(dāng)有多個(gè)選層信號(hào)被觸發(fā)時(shí)，PLC會(huì)對觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)先響應(yīng)排序，來合理的確定響應(yīng)順序。

4.2.4使用旋轉(zhuǎn)編碼器反饋樓層數(shù)

利用精度較高的旋轉(zhuǎn)編碼器，可以采用數(shù)字選層取代機(jī)械選層器。電梯轎廂所處的位置與可編程控制器收到的脈沖數(shù)有關(guān)。

4.2.5呼梯鈴控制與故障報(bào)警

4.2.6電梯的消防運(yùn)行回路

5　結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)在小區(qū)中、商場、學(xué)校、企事業(yè)單位都有電梯，如何實(shí)現(xiàn)基于PLC的電梯調(diào)速，值得研究探索，本文研究了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)一種基于PLC的變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分別從硬件和軟件兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的電梯具有很好的舒適感、高效節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，使電梯達(dá)到了較為理想的效果。

參考文獻(xiàn)

［1］葉安麗.電梯技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：中國電力出版社，2004：84-88.

作者簡介：

任艷（1982—），女，遼寧沈陽人，碩士研究生，講師，現(xiàn)供職于沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院信息與控制工程系，研究方向：智能家居。

王運(yùn)江（1982—），男，遼寧沈陽人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)供職于沈陽航空航天大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向：智能控制。