PLC在中高度自动扶梯控制系统中的应用

摘 要：随着我国经济的繁荣发展，越来越多的自动扶梯开始涌现，商场、机场、地铁站、地下通道等场所中的扶梯从开始的楼梯到现在的自动扶梯，从低度扶梯到中高度扶梯的变化，在一定程度上体现了我国科技的进步。本文通过对中高度扶梯的控制系统分析，提出了PLC在中高度扶梯控制系统中的应用并描述了PLC扶梯控制的发展方向。

关键词：PLC控制；中高度扶梯；自动化控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.100

0 引言

自动扶梯是众多公共场合的标配，在很大程度了节省了人们的体力，方便人们上下楼梯。与传统扶梯控制相比PLC的优势在于体积小巧，控制精度高，响应速度快，智能化水平高，易于与其他设备通信，比如计算机，光电传感器。传感器技术以及计算机控制技术的发展与PLC系统的有机融合，更一步增强了PLC系统应用于自动扶梯的优势。

1 PLC工作原理简述

PLC是可编程控制器的简称，是对传统继电器电气控制的计算机化的改进。顾名思义，PLC是由编程器和微型处理器所组成，编程器主要是作为用户程序输入的载体，而微型处理器则是将用户程序与执行继电器连接的中枢。通过硬件开关按钮或者用户程序指令的电平输入，PLC系统能按照用户存储程序的逻辑框架来输出控制指令，输出的电平通过一定的硬件电路的处理，在输入各个执行继电器或者电机，从而实现继电器或者电机的自动化运转。

2 PLC中高度扶梯控制特点

PLC扶梯控制的特点是在与传统继电器扶梯控制相比较的基础上产生的。与传统继电器扶梯相比较PLC的扶梯控制有以下优势。

（1）可靠性及稳定性高。可靠性高，运行稳定，自动扶梯的可靠性高低取决于控制系统的可靠性高低，与传统继电器控制的扶梯相比PLC的自动扶梯系统，由于制造成本以及技术的成熟度，本身元器件更可靠耐用[1]。

由于PLC系统带有自动安全检测功能，能使的PLC系统在运行前，运行中对本身的各个部分进行检测监控，如果有安全问题，会不能启动，如果在运行中则会断电保护，其他部分继电器的安全，会报警。Plc对电流会有限制作用，从系统的角度合理的分配电流，电压，不会使得某一部分电流过大或者过小，从而保护元器件的安全。PLC有多个备用继电器平行工作，即使某一个器件坏了也不会立即影响到系统的运行，从扶梯运行角度来看PLC的更可靠些。

（2）编程操作简单。PLC的编程方式比较灵活，目前最流行也最简单易行的编程方式是采用梯形图编程，这种编程语言简单直观，形式上同继电器原理图很类似，因此便于有电气控制知识的人员掌握。逻辑功能结构图编程，类似于数字电路的逻辑门电路编程语言，便于有数字电路控制基础的人员掌握[2]。同汇编语言与高级语言的关系一样，PLC编程语言中也有类似于汇编语言的编程语言，那就是指令表编程，由于程序阅读性差难以记忆，常常不予以使用。另外PLC还可使用一些高级语言进行编程，比如结构文本编程（ST）语言。

（3）控制灵活。PLC自动扶梯是通过用户的输入程序来控制扶梯运转的，环境适应性很强，可以从两方面来论述，第一，如果用户想改变输出参数比如扶梯运转方向，扶梯运转速度等，可以简单的通过修改输入程序便可实现而传统继电器控制方式則需要，改变接线端子接法，或者修改控制电路的方式来实现，过程繁琐，难度大。第二，标准化，模块化的PLC系统组合起来很灵活，既可以控制一台扶梯，也可以集中控制多台扶梯，既可以现场控制扶梯，也可远程计算机控制扶梯。用户可根据具体情况，灵活选用。

（4）通信功能强大。PLC具有功能强大的通信模块，也具有很多通信接口，能与不同的装置实现网络通信。不仅可以进行数据运算也可以进行逻辑运算，还可以实现计时，顺序，系统自检，以及人机对话功能[3]。可与计算机形成完美的契合，可以实现实时扶梯状态的实时监测。由于具有强大的通信功能，几乎通用的通信接口，PLC可实现与多种传感器的通信，这就实现了，无人时停止，有人时运转，人多时，转矩大，人少时转矩小的自动控制功能，最大程度的节省了电能。与光电传感器的通信，也可实现危险情况急停，转速，转向的实时状态显示。也可与其他扶梯组成有效的智能的配合，比如这段运行时那段就停止，这段上行时，那段下行，这段运行快时，那段就运行慢些。总之PLC能从系统的观点出发最优最有效的实现资源配置。

3 中高度自动扶梯的控制要求

中高度扶梯应能实现自动控制和手动控制两种方式。对于自动控制，在当人为设定好控制参数后，打开启动开关，扶梯能自动循环运行。当长时间没人乘坐时，扶梯处于待机状态。

当有人接近扶梯时，扶梯缓慢启动，运行1-3秒后按预设速度运行。当扶梯处于待机停止状态时，如果有乘客反向乘坐，电梯不予以启动，并提示报警。扶梯应设有自动润滑系统，当检测到扶梯各个配合部件间润滑不足时，自动润滑[4]。扶梯应该设有断电保护以及备用电源系统，一旦遇见突发停电情况，扶梯应该逐渐缓慢停止运行，保证乘客安全。扶梯应能现场设置运转参数，如运转速度，运转方向等。也应能通过远程控制中心，设置运转参数。

扶梯各个关键控制元件如电机，安全开关、光电传感器等，应该设有自动监视系统，出现故障时，检测系统应能精准指示故障所在，便于维护人员维修。扶梯应设置紧急保护系统，如果断电保护，过载保护，围板保护电机过热保护等，以在保证乘客安全的前提下，实现乘客输送功能。

4 自动扶梯的控制原理

自动扶梯运转在原理上来说是比较简单的，大致上可分为启动阶段、自检阶段，正常运行、无人待机、关闭阶段，检修维护阶段等。当启动扶梯开关，系统进入自检，如果自检结果正常，主控制继电器闭合控制电路得电接通，则扶梯运行系统开始运行[5]。如果自检结果不正常即系统有故障时，主控制继电器不得电，故障报警系统控制继电器闭合接通，系统报警停运。

当扶梯长时间无人乘坐时，光电传感器不能给微型处理器发送脉冲信号，计时器计时在预设时间内微型处理器未接受指令，电机控制继电器断开，系统待机。当反向光电感应传感器发出脉冲信号时，即在待机状态下有乘客反向乘坐电梯时，报警系统启动，电梯主继电器不得电，扶梯不运转。当需要转换扶梯运转方向时，电机转向继电器分别得电断电，即可实现扶梯换向运转。当现场或者远程关闭扶梯系统时，主继电器断电，系统缓慢停止。当需要检修维护时，启动检修维护开关，扶梯电机主轴与扶梯输送带断开连接，即电机转动，扶梯不动，从而方便检测扶梯故障。

另外在扶梯故障检修时，可根据检测系统所显示的故障所在处，来直接进行检修。检修完毕后，必须进行系统重启并且进行扶梯试运行。

5 PLC在中高度扶梯控制系统中的应用

（1）扶梯自动控制系统主电路设计。PLC对于中高度扶梯的控制是建立在扶梯自动控制原理之上的。控制原理前面已述，下面根据控制原理，来确定控制主电路。中高度扶梯控制主电路如图1所示。

图中R 、S、T分别为三相供电变频器的电源进线、三相供电的伺服驱动器的电源进线以及三相供电的伺服主轴驱动器电源进线。K1为扶梯电机正转接触器、K2为扶梯电机反转接触器。K4为不经变频器的电源联通接触器，K3为经过变频器的电源联通接触器。OCR为电机过热保护继电器。M为三相异步电动机，承担整个扶梯的运转动力以及运动的输出[6]。PT为电源检测保护驱动，当系统过载时，检测到大电流，对系统进行保护。

在自动扶梯需要上行运转或者下行运转时，分别需要接通K1或者K2，当扶梯在启动时，处于节能环保的考虑，需要接通变频器，在电机开始启动时，扶梯停止运转前，满员乘坐或者逐渐乘坐人员逐渐增加时，变频器接通，此时扶梯电机处于变频运转阶段，在这些阶段中的电路接通开关组合为K1K3或者K2K3。当扶梯运转正常或者说转速达到额定转速时，变频器断电，要进行变频器断电是因为，变频器接通的系统功耗是未接通时的1.2倍，变频器的作用是为了在启动或者停止或者制动时，增大电机输出转矩，这一阶段耗电比较大，而在扶梯电机转速正常时，一般不需要像开始启动时那么大的转矩，也就没有必要输出那么大的转矩，此时接触器K4接通。这时的系统电路接通通路是K1K4或者K2K4。

扶梯自动控制系统对于变频器的使用，不仅节省了电能，同时也延长了电机的使用寿命，有效减小了扶梯的整体结构尺寸，使得扶梯结构紧凑小巧，极大的避免了空间浪费。

（2）PLC控制电路制定。根据主电路的功能原理现制定如下所示PLC控制电路，控制方框图如图2所示。

PLC输入的信号主要有光电传感器脉冲信号、接触器状态信号、系统自检信号、运转反馈信号、运行模式信号、以及过热过载保护信号。通过这些信号的输入PLC控制系统能根据用户输入的运行程序进行逻辑判斷，输出相应的控制信号如变频器状态变换、接触器闭合与断开、制动器接通与脱离、电机的正转与反转、扶梯的运行模式变换运转或者检修等，从而实现对相应功能模块的自动控制。

（3）PLC扶梯自动控制程序设计。PLC的控制程序输入，搭载好了硬件控制系统的PLC还不足以实现扶梯的自动控制，只有和相应的控制软件也就是控制程序相配合，PLC才能满足系统控制要求。PLC的控制程序是根据扶梯的自动控制要求来设计的，前面以及描述过扶梯的控制要求，下面来进行PLC的程序设计，程序的逻辑框图如图3所示。

设计好程序流程框图后便可按照流程框图结合控制电气原理图，将程序用梯形图来描述并输入PLC，梯形图具体描述细节转换简单，此处不再赘述。

6 结束语

PLC控制的中高度扶梯，有着良好且稳定的运行效果，在保证乘坐人员安全的前提下极大的实现了中高度扶梯的自动化、智能化、人性化，节能环保化的运行控制，具有非常光明的发展前景。目前的PLC在中高度扶梯控制系统中的应用还存在着很多不足之处，像扶梯运行过程控制平稳性问题，安装成本问题以及接口通信通用化问题等，但是，相信随着科技的不断发展进步，这些问题会很快得到解决，PLC在扶梯控制中的应用也会更加成熟完善。

参考文献：

[1]张杰.基于PLC的自动扶梯控制系统应用研究[J].工程技术：文摘版，2016（11）：00275.

[2]胡淑坤.基于PLC的自动扶梯控制系统设计[J].电子世界，2015（20）：65-67.

[3]赵亮.基于PLC的自动扶梯控制系统设计[J].工程技术：全文版，2016（10）：00320.

[4]陈健，张敬宇.基于模型的设计在plc控制系统开发中的应用[J]. 商情，2017（01）：226.

[5]杨洋.基于PLC的自动扶梯节能化设计[J].应用能源技术， 2017（01）：43-46.

[6]姜伟，李想.基于PLC的自动扶梯电气控制系统的设计[J].科学技术创新，2017（01）：48.

作者简介：李占辉（1982-），男，安徽人，本科，中级，研究方向：机械、机电。