基于数理逻辑的客梯教学系统设计

何春林

随着客梯的广泛使用，对于客梯设备的设计、使用、维护等方面都需要大量的技术人才。为了培养专业技能人才，设计了本客梯教学模拟设备，使学生能够综合掌握客梯系统运行控制方面的知识。

当前客梯运行PLC控制系统的教学中少有讨论高于4层楼的范例。本文在分析了客梯运行过程之后，建立了十六层客梯运行内部控制系统的数学算法模型，并设计了实现算法模型的硬件系统。

1、硬件设计

十六层客梯的简化模型主体包括升降电机、轿厢、滑轮、钢丝绳、行程开关等。

1.1客梯控制柜.控制柜是客梯电气控制系统完成各种主要任务，实现各种性能的中心。主要包括FX2N-48MR型PLC、继电器/接触器、显示部分、开关电源。LED显示部分主要包括轿厢运行方向显示、楼层显示。

1.2楼层呼叫设备.呼叫设备使用STC12C5A系列单片机作为控制芯片，使用RS485与PLC进行通信。设备可以对客梯所在楼层、客梯运行方向进行显示；还可以接收用户上下行呼叫按钮输入、本楼层的行程到位等信号并发送给PLC。

1.3轿厢内控制屏.控制屏包括上行、下行显示、层楼位置的显示以及1楼-16楼的指令按钮及登记显示。

1.4输入矩阵.对于每个楼层而言，并行输入到PLC中的信号有上行呼叫输入、下行呼叫输入和楼层行程到位输入（轿厢内本层呼叫由触摸屏代替）。16个楼层一共需要48个输入点。显然本次使用的PLC输入点数远远未到。三菱PLC中具有有矩阵输入指令，最多可以满足64点输入。本例中使用8个输入点和6个输出点，使用三菱的MTR指令采集16层楼的上下呼叫及楼层到位信号。

1.5电机驱动.客梯上下运行采用变频器驱动电机拖动，三菱FRE740变频器具有转差补偿、转矩提升等先进功能，通过参数的合理设置可以最大限度的提高电机功率因数和电机效率，降低损耗。另外其S型加减速曲线功能可以极大改善用户乘坐客梯时的不适。

2、数理逻辑运算

2.1运算有关数据

2.2数理逻辑运算说明

根据PLC的工作原理，在每个循环扫描周期内，PLC使用矩阵输入MTR指令获取各个楼层及轿厢内部的按钮是否被按下，并将其保存到输入字的各位中；执行按位或运算，将按钮输入的指令保存到状态字中；然后将状态字与轿厢当前位置状态字按位与运算，获取判断字；

然后使用加减运算，获取前进方向全选字；最后对呼叫狀态字按位与运算，获取呼叫判断字。

3、软件设计

PLC客梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。

3.1输入信号的确定.轿厢内操作面板上选层按钮采用触摸屏，因此不计算在输入端口内；客梯基站控制启动信号，需要1点输入；开门和关门时应该有开关门限位开关，需要2点输入；底层和顶层需要由极限位置保护限位开关，需要2点输入；各楼层乘客召唤按钮共46个，使用矩阵输入，耗费8点输入和6点输出；轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入；客梯停靠到位需要1点输入；防止轿厢门夹人，需要门帘信号检测是否有人处于客梯门附近，需要1点输入。

3.2输出信号的确定.控制客梯的上行、下行（即电机正、反转）需2点输出，开门、关门需2点输出；当前轿厢所在楼层信息编码输出信号，需要占用4点输出；客梯运行方向信号，需要2点输出。客梯停靠到位，需要1点输出；轿厢通风需要1点输出，故障报警也需要1点输出。

3.3输入信号处理.根据MTR指令的格式及说明，将各个楼层的上下呼叫信号、楼层行程开关信号采集到PLC内部；由触摸屏更新各个楼层的轿厢内部呼叫信号，然后对于输入的各楼层信号首先进行预处理。首先得到上行呼叫状态字、下行呼叫状态字、当前楼层状态字和轿内呼叫状态字；然后得到当前楼层上方上行呼叫状态字、上方下行呼叫状态字、下方上行呼叫状态字、下方下行呼叫状态字。以上处理每个扫描周期都会执行一次，实时更新当前各楼层呼叫状态信息。

3.4运行方向判断.客梯在顶层时只能下行；客梯在底层时只能上行；本层有与客梯运行方向同向外呼叫或者轿厢内有本层呼叫时，客梯门重新打开；客梯运行方向上若有任意上行或者下行呼叫，这客梯继续上次运行方向前进；若客梯悬停判断运行方向时间超过10秒，则任意方向有呼叫，则向呼叫方向运行。

3.5客梯停靠判断.轿厢内部呼叫当前楼层时，停止在当前层；轿厢外部当前楼层同向呼叫时，停止在当前层；客梯运行方向的前方没有任何上行、下行呼叫时，停止在当前层。

3.6状态字改变.当客梯停靠到某一楼层到位后，PLC发出停靠到位信号。相应楼层的内部呼叫信号将被清除；轿厢开门后，外部同向呼叫信号将被清除。

4、结论

在设计中充分利用了我校现有的实训设备，运用了多方面的专业知识（运动控制技术、PLC、自动控制原理、单片机技术等），实现了16层客梯控制的硬件电路和软件程序设计。设计过程中逐步加深了对高层客梯这一控制对象的控制要求的理解，为后续深入研究奠定了基础。