基于PLC的电梯控制系统

2010-06-06张淑坤

时代农机 2010年7期

张淑坤

（新乡市技师学院新乡职业技术学院，河南新乡 453000）

机械制造及其自动化是一门研究机械制造理论、制造技术、自动化制造系统和先进制造模式的学科。PLC（可编程序控制器）作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为当前自动化控制的热点之一。电梯作为一种垂直方向上的交通工具，广泛地进入了宾馆、仓库、住宅等场合。早期安装的电梯多为继电器控制方式，其最大缺点是故障率较高，可靠性差。PLC在电梯控制中得到了日益广泛的应用，是电梯由传统的继电器控制方式发展为自动化控制的一个重要方向，是改造在用电梯符合国情的有效途径。

1 电梯的构造及控制要求

电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。如图1所示，可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电机拖动，形成轿厢的上下运动。

实际中，电梯服务的对象是许多乘客，乘客乘坐电梯的目的地是不完全一样的，而且每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后。因此，对电梯的控制有很多要求：电梯位置的确定与显示、轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号、电梯自动运行时的信号响应、安全保护、以及对控制信号的响应。在上下流程中，遵守的主要原则是“内呼优先，上行上优先，下行下优先”，上行流程与下行流程相对称。

图1 电梯拖动系统示意图

2 系统的硬件构成

用PLC组成的控制系统，省掉了接口电路的制作，系统结构简单、紧凑，可靠性高。PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、编程简单、灵活性强等特点。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端，PLC提供的24 V直流电源可作为指示灯的电源，用PLC的输出点直接控制变频器，实现电机的正转、反转、停和多段速控制等，系统的硬件构成如图2所示。

图2 系统硬件构成图

3 调速系统

由三相异步电动机转速公式：n=（1-s）60f/p可知，只要连续改变f，就可以实现平滑调速。但变频调速时要注意变频与调压的配合，通常分基频以下调速和基频以上调速。变频器主要由三相变频整流电路、逆变电路和控制电路组成。其中，控制电路的决定了变频器性能的优劣，包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几部分，主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器主电路提供必要的门极驱动信号，并对变频器以及异步电动机提供必要的保护。

电梯的曳引电机为鼠笼型三相交流异步电机；为提高乘坐舒适性，选用变频器来进行调速控制。硬件结构图如图3所示。

图3 调速系统硬件结构图

（1）变频器的容量选择：变频器的容量可根据曳引电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引电机功率为P1，电梯运行速度为V，电梯自重为W1，电梯载重为W2，重力加速度为g，则：P1=K2V[（W1+W2）g+F1]；F1=K1（W1+W2）g

式中K1为摩擦系数，K2为可靠系数。确定曳引电机功率后，根据变额器额定电流大于电动机最大工作电流原则选定变频器的容量。

（2）制动电阻：制动电阻消耗回馈电能，并抑制直流电压升高。当电梯减速运行时，电动机处于发电状态，向变频器回馈电能。这时，同步转速下降，交—直—交变频器的直流部分电压升高，为了能消耗回馈电能，并抑制直流电压升高，必须配置制动电阻。

4 系统软件设计

4.1 控制系统的主流程

用PLC构成的控制系统可以把主要精力用于软件编程，实现系统的控制功能。现在市面上的各种PLC都有比较强的软件功能，尤其是各类功能指令，其功能更为丰富。三菱FX系列用以替代继电器、接触器控制系统，基本逻辑指令有20条，可以直接进行各种数据的算术运算、逻辑运算、传送比较、移位循环等，以及外部I/O指令，编程的灵活性毫不比单片机逊色，由于采用梯形图编程，程序的编制、检查、调试极为方便，SFC的使用更使得各种联锁、分支、选择等易于实现，大大减轻了程序编制的工作量，缩短了控制系统的研制开发时间。图4给出了用PLC实现的电梯控制系统的主程序流程。

图4 系统主程序流程图

4.2 梯形图的设计

（1）电梯轿厢内部控制的PLC编程设计。电梯内部的3个呼叫按钮所指定的是电梯的运行目标。因此在电梯未达到指定目标时，该层呼叫灯应一直显示（为绿），因此输出时就应该使用保持继电器。另外，当电梯达到指定楼层时，呼叫灯应该灭掉，即保持继电器断开。以第1层内呼叫灯为例，所得程序如图5所示。

（2）电梯轿厢内楼层显示器PLC控制程序设计。楼层显示器是以电梯是否碰到行程开关决定的。显示器同样有保持特性。另外要替换某一显示器的值，需要电梯接触到其上层或下层的行程开关。以第2层为例，如图6所示。

图5 第1层呼叫灯控制程序

图6 第2层楼层显示器控制程序

（3）电梯外部操作与显示的PLC程序设计。电梯外部呼叫与内部呼叫是类似的。一个呼叫灯的接通对应于相应的外部呼叫接通，其关闭条件为相应行程开关闭合，相应升降指示灯闭合。另外，外部呼叫同样有保持性，故也应使用保持继电器作为输出。需要指出的是第1层、第3层的呼叫是单向的，故其关闭条件也相应变为行程开关闭合“AND”电梯升降断开，如图7、图8所示。下呼叫与上呼叫类似，不同之处在于关闭条件中的Y012（上升指示）应换为Y011（下降指示）。