劉璐

渤海大學(xué)

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基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

劉璐

渤海大學(xué)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會生活水平的提高，人們對生活的質(zhì)量要求更高，現(xiàn)今的老式電梯在電氣的控制系統(tǒng)方面存在著可靠性低的現(xiàn)象，因此需要對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。本文提出了一種適用于電梯仿真系統(tǒng)的框架，其中本文主要實(shí)現(xiàn)了基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的硬件和軟件部分，并且分析說明了關(guān)于電梯的工作原理，從而為電梯的控制系統(tǒng)方面提供了應(yīng)用價值。

仿真 PLC 電梯控制系統(tǒng)

1　引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，許多人都已經(jīng)搬到樓房居住，生活中高樓中，電梯成為了一個不可忽視的重要工具，人們上樓下樓已經(jīng)離不開電梯，電梯給人們帶來生活中的許多方便之處，沒有電梯的話，人們就很可能面臨著從1樓爬到頂樓的困境，電梯的作用無人可以替代，人們可以通過電梯進(jìn)行上樓和下樓，同時也可以借用電梯這個工具，進(jìn)行貨物的搬運(yùn)。但是從1樓乘坐到頂樓，由于樓層較高，所以人們的心中不免會為自己的生命安全著想，如何確保電梯的安全性，穩(wěn)定性，這是群眾最關(guān)心的問題。由于現(xiàn)在的很多老式電梯存在著零件上的故障，工作壽命短，可靠性降低，以及控制電梯的繼電器功能差，所以本文就老式電梯存在的問題提出了一些想法。

本文通過引入了PLC知識對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，PLC是可控制編輯器的簡稱，具有可靠性強(qiáng)，故障發(fā)生率少以及功能強(qiáng)的優(yōu)勢。開發(fā)這種可靠性高，功能強(qiáng)的電梯控制仿真系統(tǒng)是有著重大的研究意義。

2　電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架

電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要“以人為主”，這里的“以人為主”指的是要時刻圍繞著乘客的思想，要考慮到乘客做坐電梯的時候會發(fā)生的事情，比如乘客何時按電梯，會以何種方式按電梯，會在按電梯的過程中遇到哪些突發(fā)的情況，電梯在工作運(yùn)行的過程中會不會出現(xiàn)意料之外的突發(fā)情況等等，然后再運(yùn)用智能的邏輯控制策略對電梯系統(tǒng)進(jìn)行控制，電梯的控制完全是通過數(shù)字進(jìn)行控制的，之所以采用數(shù)字化的方式對電梯進(jìn)行控制是因?yàn)檫@樣才可以反映出乘客的思維方式，電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)需要遵守下面的幾點(diǎn)原則：

（1）乘客主動控制電梯，電梯根據(jù)乘客輸出的指令執(zhí)行任務(wù)。

（2）電梯運(yùn)行的方向是由內(nèi)選的信號以及外選的信號進(jìn)行控制的，而內(nèi)選信號的優(yōu)先級比為選信號的優(yōu)先級要高。

（3）當(dāng)電梯在運(yùn)行的過程中，不管電梯已經(jīng)在空中的哪個位置，一旦乘客輸入的指令中存在著內(nèi)選信號，電梯的控制系統(tǒng)都會以內(nèi)選信號為主，優(yōu)先考慮。

（4）當(dāng)乘客到達(dá)指定的樓層時，電梯就會自動的開門，電梯的自動化之所以可以顯現(xiàn)是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中設(shè)置了電梯的自動開門信號。

（5）平層控制系統(tǒng)可以進(jìn)行精確的控制。

（6）上行和下行可以自動的控制并且自動顯示。

3　PLC的特點(diǎn)

PLC主要是用在工業(yè)控制領(lǐng)域，其特點(diǎn)主要如下：

（1）可靠性強(qiáng)

PLC應(yīng)用到傳統(tǒng)的繼電接觸器中，這樣可以大大地減少硬件路線中的連線的數(shù)量和線路中的接觸點(diǎn)的數(shù)量。所以從這一方面而言，PLC可靠性是比繼電接觸器系統(tǒng)高。

（2）編程簡單，易操作

PLC中編程語言最常見的是梯形圖語言，該語言不僅僅最常見，而且在PLC編程中也是占有重要位置的，梯形圖語言的原理圖和繼電接觸器大體類似，所以在繼電接觸器的基礎(chǔ)上很容易快速掌握梯形圖語言的語法，從而可以在編程中采用這門語言。

（3）方便維修

PLC不同于繼電接觸器的一點(diǎn)是，PLC自身自帶有故障診斷的功能，所以當(dāng)裝置出現(xiàn)故障的時候，通過觀察設(shè)備上的故障提醒顯示，可以很方便地查看故障原因，而故障的提示是通過裝置上的發(fā)光二極管進(jìn)行判斷的。PLC方便維修的另一個因素是PLC的體積比較小，同時也可以根據(jù)模塊化進(jìn)行故障的檢測。

4　電梯控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從繼電器接觸器到PLC控制器的跨越。PLC的電梯控制系統(tǒng)的組成元素包括了拖動控制系統(tǒng)以及信號控制系統(tǒng)，這跟大部分的電梯控制系統(tǒng)的組成部分是相同的。本文設(shè)計(jì)了基于PLC的電梯控制系統(tǒng)總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，如圖1-1所示，從圖中可以看出該控制系統(tǒng)硬件包含了呼梯盤，機(jī)械系統(tǒng)，PLC主機(jī)，門機(jī)等等。其中PLC作為系統(tǒng)控制的主要部件，信號的傳輸是通過PLC主機(jī)進(jìn)行進(jìn)行傳遞的，輸出的信號再經(jīng)過軟件程序控制把信號傳送到拖動系統(tǒng)中去，從而實(shí)現(xiàn)啟動時的加速操作，以及制動時的減速操作。電梯設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1　電梯設(shè)計(jì)圖

該電梯控制系統(tǒng)運(yùn)用的焊絲在轎廂外面進(jìn)行傳叫，在轎廂里面通過按鈕進(jìn)行控制的一種自動的方式，電梯可以進(jìn)行上下運(yùn)行是因?yàn)樵谵I廂里面輸入的指令的原因，電梯根據(jù)指令執(zhí)行操作，轎廂里面的指令要按照層次的指令啟動電梯，從而實(shí)現(xiàn)電梯到達(dá)指定樓層的目的。在電梯上下運(yùn)行的過程中，是依靠電動機(jī)進(jìn)行發(fā)作的，該電動機(jī)的電流形式是交流的，可以控制電梯的運(yùn)行方向以及電梯的運(yùn)行速度。與此同時，電梯的轎廂門是通過另一臺電動機(jī)發(fā)動的，這臺電動機(jī)是不同于上一臺電動機(jī)，主要不同點(diǎn)表現(xiàn)在電流的形式，電梯轎廂門的電流是以直流的形式存在，當(dāng)該電動機(jī)正轉(zhuǎn)的時候，轎廂門就會打開，當(dāng)直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)的時候，電梯就會的轎廂門就會關(guān)閉。電梯確認(rèn)是否達(dá)到了指定的樓層主要依據(jù)就是電梯門外顯示樓層的位置數(shù)碼裝置和電梯的運(yùn)行方向的一個指示燈。

5　電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

5.1電梯設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)圖

本文中的電梯控制系統(tǒng)的許多邏輯信號的處理主要是通過PLC進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，而且控制系統(tǒng)中的軟件通過PLC控制系統(tǒng)中的邏輯信號，這個過程中需要了解電梯的運(yùn)行情況以及電梯的保護(hù)。

電梯的控制系統(tǒng)軟件的組成部分主要有外呼信號的產(chǎn)生，外呼信號的顯示，外呼信號的消除，電梯的上下行方向，樓層信號的產(chǎn)生，樓層信號的消除，電梯故障模塊的顯示等等這幾個模塊。樓層信號的產(chǎn)生與樓層信號的消除過程是通過PLC里面的指令進(jìn)行比較以及指令的加減進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，這些比較指令以及加減指令把樓層的信息輸入到中間的繼電器中，當(dāng)樓層的數(shù)字變化的時候通過七段數(shù)碼管把樓層的具體樓層數(shù)呈現(xiàn)出來。電梯里面的確定上和下的方向模塊的作用是判斷電梯運(yùn)行的方向是朝上還是朝下。電梯的停層信號以及電梯的制動信號的作用是控制電梯在到達(dá)目的地的檢測點(diǎn)時進(jìn)行減速，檢測點(diǎn)在每層中都會出現(xiàn)，當(dāng)電梯到達(dá)了指定的樓層的檢測點(diǎn)時，電梯就會有個減速的過程，從而可以讓電梯有個緩解的過程，如果沒有這個減速的緩解過程，電梯里的乘客就會有種沖擊感電梯控制系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　電梯控制系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖

5.2關(guān)門模塊

電梯的關(guān)門過程主要包括了幾個部分，把這幾個部分的梯形圖并聯(lián)起來就可以獲得電梯關(guān)門的這個環(huán)節(jié)的梯形圖了。這幾個組成部分分別是：1、電梯停止工作的時候關(guān)門；2、電梯在停站的時候電梯門提前關(guān)閉了；3、電梯的門自動關(guān)閉；4、電梯的門被東西夾住了又或者是電梯里面的乘客太多或者是貨物太多從而導(dǎo)致電梯超重而關(guān)不了門；5、檢修工人檢修電梯時，電梯的門是關(guān)著。

5.3轎廂里選層的產(chǎn)生，選層的消除，選層的顯示

乘客到達(dá)指定的樓層是通過，按電梯里面的數(shù)字按鈕實(shí)現(xiàn)的，比如電梯里面總共有一到六樓，那每個選層按鈕（X14-X21）對應(yīng)著樓層的數(shù)字，選擇按鈕X21表示到第六樓去。一旦乘客到達(dá)了指定的樓層后，選層的按鈕就會自動消除，重新恢復(fù)到初始狀態(tài)，相應(yīng)樓層的指示燈也就回復(fù)到熄滅的最初狀態(tài)。

6　電梯運(yùn)行的仿真

6.1單指令仿真

單指令的調(diào)試的目的是為了找出控制功能最簡單時存在的錯誤。如果調(diào)試的結(jié)果顯示沒有錯誤的話，那么就可以換成調(diào)試方法比較復(fù)雜的方法來調(diào)試了。電梯安全運(yùn)行的繼電器X42連通后，把電梯的開關(guān)X43鎖住，那么電梯的指示Y41以及照明燈Y43就會被點(diǎn)亮。此時按下向下的開關(guān)X35，那么下一樓的指示燈就會亮。三層以內(nèi)的選層按鈕X16和五層向上的按鈕X31接連進(jìn)行工作，電梯的輸出三層以內(nèi)的指示燈以及五層以上的指示燈就會亮。

6.2復(fù)雜指令仿真

當(dāng)單指令運(yùn)行結(jié)束后，復(fù)雜指令就會進(jìn)行調(diào)試，從而保證即使有多條指令的時候，程序也可以正常運(yùn)行，復(fù)雜指令的運(yùn)行容易找出許多找不到的錯誤。比如電梯的轎廂之前是停留在某一層的，當(dāng)有三層以內(nèi)的選層按鈕和五層向下的按鈕是接連操作的時候，電梯就會先上行，到達(dá)三層的時候就會進(jìn)行減速的運(yùn)動，再接著就是平層門打開，平層門關(guān)閉，在二層內(nèi)選擇樓層的按鈕，電梯將繼續(xù)往下運(yùn)作，當(dāng)樓層數(shù)字顯示為2的時候，電梯門就會關(guān)閉，并且就會顯示等待的狀態(tài)。

7　總結(jié)

本論文主要介紹了六層的電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總功能結(jié)構(gòu)圖，以仿真的形式完成了電梯的操作過程。然而本系統(tǒng)仍然存在著需要改進(jìn)的地方，比如：電梯在工作的時候沒有把樓層之間的自學(xué)習(xí)功能考慮進(jìn)去，而且同時電梯的減速模塊中未應(yīng)用到VVVF技術(shù)，另一方面仿真部分只調(diào)試了軟件部分，硬件部門沒介紹到。隨著電梯控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷提高有利于人們生活質(zhì)量的提高。

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