PLC 技术在电梯控制系统的应用*

2021-06-01

数字技术与应用 2021年4期

(武汉工程科技学院,湖北武汉 430200)

1 电梯业控制系统发展过程

1.1 电梯控制系统的发展

电梯控制系统的发展主要包括两个阶段,首先是继电控制系统,它作为一种原始的控制系统,主要应用在电梯产品的初始时期,通过逻辑电路实现整个系统运行控制作用。该系统所需要的元器件数量较多,在安装和调试方面十分复杂,并且系统运行中容易出现干扰问题,已经逐渐被淘汰。其次是PLC控制系统,该系统具有良好的应用优势,在安装调试方面十分便捷,并且控制性能较好,系统的使用年限也较长,应用十分广泛[1]。

1.2 PLC起源与发展

PLC技术最早起源于20世纪60年代末,由美国数字设备公司研制出第一款可编程逻辑控制器PDP-14,主要应用与汽车制造领域。随着时间推移,PLC技术体系日益成熟,通过采用CPU微处理器,使得PLC技术使用功能持续完善,大幅提高了PLC的可靠性与数据处理能力。另外,通过现代智能技术的融入,逐渐满足人们对电梯更多的功能性需求。

1.3 PLC技术特点

1.3.1 运行可靠及抗干扰

首先,多数可编程逻辑控制器均采取微电子技术,使用工业级或是军用级电子器件,在实际运行期间,不易出现电子器件故障损坏问题,提高了系统的运行效率,并且其诊断功能可以自动诊断与处理绝大多数运行故障,提高系统的稳定性能。

其次,在系统运行期间,主要受到脉冲式与瞬时性干扰影响,PLC控制系统在多次扫描后进行响应,瞬时干扰很难对系统运行状态造成明显影响,这将有效预防和减少系统误动作的出现,在客观层面上增强了系统抗干扰能力。

1.3.2 编程简单

PLC系统编程语言由控制梯形图及命令语句组成,并具有可塑性与灵活性特征,系统编程难度较低。

1.3.3 组态灵活

与传统继电器控制系统相比,PLC系统创新性采取了积木式结构,不但降低了系统设计与程序开发难度。同时,在电梯控制系统使用期间,随着使用需求的变化,技术人员可以对PLC系统积木结构进行重新组合调整,以此来改变电梯控制系统的规模及功能结构,切实满足电梯使用需求,避免出现功能缺失与闲置问题[2]。

1.3.4 易于安装

在PLC电梯控制系统安装阶段,工作人员仅需将执行机构与可编程逻辑控制器I/O接口端子加以连接,即可完成PLC安装,整体安装步骤较为简单,不易出现安装质量问题。同时,在系统检测电路中设置诊断指示器,当指示器发出故障信号时,工作人员根据信号情况锁定具体故障点,直接更换全新的插入式部件来替换故障模块即可。

2 基于PLC技术的电梯控制系统设计

2.1 总体设计原则

为充分发挥PLC技术优势,技术人员需要结合实际使用需求与系统情况,树立正确的技术应用思路,并遵循总体设计原则:在条件允许前提下,将满足被控对象实际控制要求为首要目的,在实现这一目标基础上,发挥PLC技术优势,如能耗低、编程简单与抗干扰等,确保PLC系统安全可靠[3]。

2.2 一般设计步骤

2.2.1 确定控制范围

为保证所开发PLC电梯控制系统满足实际使用需求,不会出现使用功能缺失与闲置问题。因此,技术人员需要提前对相关信息资料进行采集分析,如被控对象特点与现场环境等,在其基础上绘制状态流程图,明确技术指标,如PLC系统可靠性与安全性要求等。同时,正确认识PLC控制任务及要求,以及机械运动与电气元件间的关系。

2.2.2 制定技术方案

在已知信息基础上,结合电梯系统控制与使用需求,科学制定技术方案,在方案中明确以下内容:第一,合理选择系统控制方式与运行方式,如自动控制与手动控制方式。第二,明确系统中设置的电气元件,如传感器、限位开关、电动阀与指示灯等元件设备。第三,明确输入信号、输出信号与PLC驱动信号类型,以此为依据,合理选择可编程逻辑控制器型号与功能模块种类数量。

2.2.3 PLC系统软硬件设计

技术人员做好设备选型与I/O硬件配置工作,将被控对象特点为主要依据,正确处理技术先进与经济适宜二者关系,在满足电梯系统实际控制需求的前提下,准确计算可编程逻辑控制器与各类电气元件的最佳配置数量,确定PLC输入及输出地址。随后,根据已知信息绘制梯形图,编写电梯控制程序系统,并实现启动/转速与轿内指令等功能[4]。

2.2.4 调试运行

在PLC电梯控制系统设计完毕后,对系统开展模拟调试运行试验,观察系统在不同工况条件下的运行情况是否符合预期要求,对调试过程与各项指标进行记录,根据调试结果对系统程序进行优化调整。并将系统程序固化至EPROM。

2.3 主要设计内容

2.3.1 可靠性设计

运行可靠是PLC技术的核心优势,也是电梯控制系统设计重要内容。在可靠性设计环节,技术人员需要遵循可靠性分配原则,将设计范围涵盖冗余设计、环境设计、系统安装等方面。

2.3.2 安全性设计

为强化PLC电梯控制系统的应急处理能力,减小运行故障与突发问题对系统运行状态造成的影响,应开展安全性设计工作。例如,在电梯控制系统中的主要回路以及设备中设计事故按钮,由非半导体机电元件构成安全回路。如此,在电梯控制系统运行期间出现故障问题时,安全回路与PLC保持独立运行状态,并通过按下事故按钮实现紧急停车,确保电梯控制系统处于安全运行状态,不会造成严重经济损失与人员伤亡。

2.3.3 标准化设计

基于PLC 技术所开发电梯控制系统具有可扩展性特征,可以随着系统使用需求的变化,对系统结构与功能模块进行升级改造。因此,为便于电梯控制系统的升级与扩展改造,技术人员需要严格遵循相关规范,尽可量配置安装标准电气元件,避免在系统升级改造期间产生不必要的冲突。

2.4 编程语言

将电梯系统控制需求与控制功能为主要依据,合理选择编程语言。以应用最为常见的梯形图语言为例,在所开发控制系统程序中,以梯形图图形符号为描述方式,在梯形图内将时间因果关系以阶梯状进行呈现。如此,在程序按特定顺序扫描梯形图时,可以准确掌握时间因果关系与条件情况。

2.5 硬件设计

2.5.1 控制方式选择

在系统控制方式选择环节,常见控制方式有单机控制、远程I/O控制与分布式控制方式三种,不同方式的控制原理与适用范围有所不同,技术人员应结合实际情况合理选择,具体如下:(1)单机控制。在采取这一控制方式时,所开发电梯控制系统中仅分布少量输入点与输出点,由单台可编程逻辑控制器来控制多个电气设备,这类控制方式也被称作为集中控制方式,以动作顺序为依据来排列各项控制对象,且控制位置相对较为集中,当前主要被用于流水线控制领域。(2)远程I/O控制。这类控制系统由I/O 模块与引入控制器加以组成,具有控制对象位置分散的特征,通过I/O通道进行远程控制,适用于工业现场。(3)分布式控制。在系统中设置若干数量可编程逻辑控制器,由数据通信线将多台PLC 连接成整体性系统,且各台PLC 保持独立运行状态。如此,PLC 与被控对象出现故障时,并不会对其他设备与系统整体运行状态造成明显影响,系统运行安全可靠,但系统设计难度与建设成本较大。

2.5.2 PLC机型选择

PLC机型选择时,技术人员应根据系统使用需求,从结构、控制功能、通信联网与存储量等多个方面进行分析,评估各型号PLC的单项分数,选择配置总体评分最高的PLC设备。例如,从物理结构层面来看,整体式PLC具有结构简单与价格低廉的优势,但会削弱电梯控制系统的扩展能力与灵活性。而模块式PLC具有适用范围广与扩展容易的优势,在出现运行故障时,可以直接更换故障模块来恢复系统正常运行状态,但是,这类PLC的采购价格相对较高[5]。

2.5.3 变频器控制方式选择

变频器控制方式包括正弦脉宽调制控制、电压空间矢量控制、直接转矩控制与矢量控制四种,技术人员应结合系统控制需求加以合理选择。以正弦脉宽调制控制方式为例,其具有能耗低、控制简单与机械性能好等优势。但是,当变频器处于低频运行状态时,会大幅削弱变频器静态调速以及转矩性能,偶尔出现运行故障。

2.5.4 电源选择

根据系统运行情况来看,电源是干扰引入的重要途径,如果PLC系统电源选择不当,将会提高系统误操作问题出现概率。因此,为保证系统安全稳定运行,可选择小畸变稳压器的电源或桥式全波整流电源。同时,在系统调试运行期间出现供电异常与电压大幅波动现象时,则使用稳压电源替代原有电源进行供电。而在负载电流值较大时,则采取外设电源供电方式。

2.6 程序设计

基于PLC系统控制方式,明确电梯控制程序的设计流程与思路。例如,PLC技术开发单台电梯控制系统工作流程如图1所示。在系统运行期间,轿厢控制面板、层面火警开关与井道行程开关等设备持续向PLC中输入控制信号、指令信号、消防信号等数据,PLC依次转入输入采样、用户程序执行与输出刷新阶段,完成可编程逻辑控制器输出操作,控制电梯系统开展开/关门、上/下行与停站等操作。