PLC技术在电梯控制系统中的应用与研究

2022-04-23景群

中小企业管理与科技·上旬刊 2022年2期

Application and Research of PLC Technology in Elevator Control System

JING Qun

（Nanyang Industrial College， Nanyang 473035， China）

【摘要】目前，电梯已经成为一个安全的集体运输工具，主要应用于中高层建筑当中，并具有安全、可靠、运输快捷的优点。但是部分电梯装置使用传统的继电器进行控制，在实际使用中存在维修困难、编程复杂等问题，甚至会出现操作故障。所以，在实际工作中必须提升电梯控制系统的稳定能力、可维护性与灵活度等。论文提出将PLC技术运用到电梯控制系统当中，主要阐述了PLC技术在电梯控制系统中的运用和设计情况，并全面介绍了基于PLC的电梯控制系统的各项功能特性。

【Abstract】At present， elevator has become a safe collective transportation tool， which is mainly used in medium and high-rise buildings， and has the advantages of safety， reliability and fast transportation. However， some elevator devices are controlled by traditional relays. In practical use， there are some existing problems， such as difficult maintenance， complex programming and even operation faults. Therefore， in practical work， we must improve the stability， maintainability and flexibility of the elevator control system. This paper proposes to apply PLC technology to elevator control system， mainly expounds the application and design condition of PLC technology in elevator control system， and comprehensively introduces the functional characteristics of elevator control system based on PLC.

【關键词】PLC技术;电梯控制系统;应用

【Keywords】PLC technology; elevator control system; application

【中图分类号】TU857 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2022）02-0187-03

1 引言

PLC的中文全称为可编程逻辑控制器，由于PLC应用十分普遍，其已在当前的制造业和日常生活领域中获得了广泛的使用，同时，PLC还具有使用方便、性能稳定、系统的研制周期较短、维修十分简单等优点。本文将PLC技术应用于电梯控制系统。

2 PLC技术在电梯控制系统中的应用

2.1 PLC的组成结构

PLC的组成结构主要包括以下部分：

①中央处理单元。中央处理单元（CPU）主要负责逻辑算法和数学计算结果，并协调整个控制器的工作。

②存储器。存储器一般用来存储系统的编程程序，以及控制执行程序、用户程序、过程变量之间的程序设计逻辑和算法等各种信号。

③电力供应。PLC的供电方式包括系统电源、备用供电和内存供电。其电源的持续时间长，可高效地为电梯系统提供强劲的供电保障。

④出口/入口单元。入口单元用来对输入输出信息加以分离、筛选和电平变换。出口单元则用来扩大PLC的输入输出点数，通过变换电平来直接驱动监控对象。输入输出单元外部接口是通过PLC获得控制器现场信息的主要输入输出通路。输入输出连接电路部分主要由滤波电路、点分离集成电路和控制输入内部电路等构成。可编辑控制台的硬件设备更加完善，从而有效优化了各控制器的相互操作。可编程控制器与电梯控制系统的商业应用也有着较为广阔的前景，主要体现为可编程控制器和电梯系统之间的灵活组合，广大使用者重点关心的是使用可编制控制器完成对对象控制的任务，要求控制任务为用户必需和有价值的内容，而可编程控制器的最主要功用是硬件布线与控制器编程。

如图1所示，有关电梯上升或向下的信息通过面板传送给PLC控制器，电梯的层数则由多个感应器发送到控制器，控制器可以利用感应层数来调整电梯。同时，电梯相关的电器、轿厢开关等也由PLC控制器控制并进行运算。在图1中由发光二极管所代表的记忆式照明电路就是用于指示地板的方向。楼层电梯的整个工作流程就是在PLC控制器的监控下进行的。关于可编程控制器的规划工作有很多种系统规划方式：线性规划和结构规划。对于一个简单的可控体系来说，线性规划的应用较为简洁和方便。对一个复杂的系统来说，如果采用了线性规划方式，就可能很难进行控制任务的程序设计，反之，通过结构规划便很容易完成编程任务。因此，线性规划与结构规划在系统的规划设计中是选择性应用的。

想要有效探索PLC和电梯控制器之间的高效融合方式，相关人员不但要了解PLC的使用效率，而且要全面掌握电梯控制器的类型。因为电梯控制器的有效运用主要是基于PLC的程序设计，针对PLC的线性编程和结构编程的有效使用也是十分关键的。电梯系统和楼层空间的复杂性直接决定了PLC和电梯控制器的工作效率，并充分体现了PLC和电梯控制器发挥的有效管控作用。但使用较为复杂的程序，与较为简洁的程序产生的效果是否一致，在何种楼层空间上应用，必须进一步探讨和深入研究。

2.2 系统工作流程

电梯控制系统的流程如图2所示。本文中所设计的电梯控制系统的基本工作机理包括：①初始时间，电梯位于第一层，电梯接收每个呼叫按键发送的信息，并做出相应的响应。②当电梯停在任何一层（如四层）时，按下该层的上呼按键或下呼按键，电梯发送开门信息，电梯开门直至开门行程控制器启动，延时10 s后关门。门允许自动开启和闭锁。假如电梯轿厢不在四层，则在电梯轿厢行驶到该层后进行上述指令。③当按下内层呼叫按键时，相应的呼叫灯将点亮，直到电梯轿厢确定楼层，轿厢行驶到该楼层，并且内层呼叫灯将熄灭。④电梯系统的每一层，在井道内均有一个行程控制器。当电梯轿厢触碰到楼层的行程开关时，表示电梯已到达樓层。⑤当电梯轿厢到达某一楼层时，电梯控制器不但能够完成自动开/关功能，还能够完成手动开/闭功能。为确保电梯的安全性，电梯在工作过程中不得开启/关闭，即具有自锁功能。⑥当电梯轿厢行驶至下一个楼层时，该层相应的楼层位置灯点亮。在响应下一级之前，该楼层的指示牌熄灭，下一级的指明灯再亮。⑦电梯轿厢中设置了一个应急呼叫按键。一旦电梯出现异常，乘员即可按下按钮。控制中心在接到应急指令后，便可立即对电梯实施故障排查，并关掉应急灯。

3 PLC电梯控制系统的设计

3.1 系统整体硬件

交流双速电梯控制系统在应用方法和结构组成上与上文论述基本一致，主要分为电气传动控制系统、引导管理系统、门管理系统、电气控制系统、安全性防护体系和重量均衡控制等。以五层电梯为例，利用西门子可编程控制器实现交流双速集选从而控制电梯，根据I/O点数和输入、输出类型，考虑到I/O个数之间应该保持一定的余量，因此，选用了目前常见的西门子315-2DP可编程控制器（共80个出口和输入点数）。由于是交流双速电梯需要保留原线路中主回路接触器和门机继电器，考虑安全设计需要，控制部分保留安全回路继电器（急停继电器）和门锁继电器。对于五层五站集选控制电梯来说，根据输入信号与输出信号的数量，经初步测算，输入点数为35，输出点数为32，而输入与输出的信息均为数字信号，输出方式是电压为220 V交流、110 V直流和24 V直流。

3.2 PLC控制软件的设计原则

电梯控制器设计与实现的关键是PLC的编程功能。在产品设计过程中，编程控制程序应当坚持以下设计原则：第一，确保编程功能的完备，同时，充分考虑能够影响电梯正常高效工作的各种因素。第二，在工程设计中，应该尽量简化，并保持其适应性，即在特定情形下，该编程可以及时改变。为适应新情形的出现，要充分利用新编程控制进度中的各优先级命令，以减少扫描时间，并通过模块化设计，以保证电梯的精确度。第三，对新编程中出现的逻辑关系有更为清晰的判断。

3.3 电梯运行控制指令

楼层控制线的主要用途是指定当前楼层方位以及电梯轿厢的方位等。在本文中，楼层信息可以利用放置在各楼层井道中的传感器以及放置在轿厢顶上的磁选机实现传输。电梯的启动与闭锁动作电路是根据双门是否由乘员操作而设定的，主要分为在无人状况下的自动延时闭锁、基地站台外启动时的打开与闭锁、无人状况下的本楼层启动、当电梯达到目的楼层时的自动打开与手动闭锁。

4 PLC的技术安全保障

为实现控制设备的正常使用，就必须做好PLC的技术安全保障。PLC的技术安全保障中核心工作就是对控制设备的硬件布线与编程，以确保电梯控制设备的正常使用，并在无特殊电源设备供应的状况下工作。可编程控制设备的电源必须具备记忆功用，开关电源中包含可编程控制存储器，其分为系统内部供电与储备供电两种形式。记忆电源有效地保护了意外情况下对控制系统的记忆，不会因为简单的断电而停止系统内、系统外的记忆。可编程控制器的重要作用就是能够编程，无论是线性编程还是结构化编程，都能将复杂的控制系统分为多个简单的控制任务进程分工合作，同时，可以进行各种分类任务的编程和调试，这种工作方式非常高效，具有一定的应用价值。

5 PLC电梯控制系统的优势

PLC在易用性方面具有其优点，而且结构较为简单，安全性和抗干扰能力较强，使用光斑隔离，有效分离了内部电路和外围电路，并选用了性能优异的电源管理系统，具备完善的自动切断功能。与传统电梯控制器比较，PLC控制器的模块化结构、简单的组成以及强劲的驱动能力，使其具有巨大的优越性。

6 PLC电梯控制系统的现状与发展前景

6.1 现状

PLC最大的缺陷是结构比较封闭，与各厂家硬件设备不相容，程序设计语言和指令系统也有所不同，自动控制的安全性、实时性和稳定性都不够完善。同时，PLC内部配备监控定制器，可以监测每个扫描周期是否达到规定时限。一旦达到规定时限，可编程控制器就将终止工作，以防止因PLC内部故障而引起程序崩溃。通过可编程控制器和电梯管理系统的有效融合，可以充分地将电梯的安全置于首位，二者的有机融合达到了良好状态。

6.2 发展前景

PLC与电梯管理系统的应用与研究需要工程人员、技术人员、研究人员、资金投资方等群体的努力与配合，这对于各个阶段的工作、投资都是十分重要的。在未来推动产业链发展的情形下，相关人员需要更高效地整合科研人员在可编程控制器研究方面的力量，高效地整合各类设备，高效地优化电梯管理系统，有效发挥电梯管理系统的功能，为人类社会发展创造巨大效益与作出突出贡献。

PLC和电梯控制器的有效组合是十分合理和可行的。PLC的最主要功用是合理地运用灵活编程的成果，为电梯管理系统服务。PLC的功能将在电梯控制系统的功能完善中发挥重要作用，这种工作模式，是二者的有机组合。控制系统在扩展、内容和硬件方面存在很大差异，控制器的程序也不同于低端和高级控制器的程序。在实际工作中，只有充分考虑硬件的功能，充分彰显硬件与软件的优势，充分结合编程和控制系统，才能更好地发挥其重要作用。

7 结语

综上所述，在现代电梯控制系统中，PLC技术是一项最常用的控制技术手段，它能够提高控制系统的工作稳定性、响应速度和抗干扰性能。同时，PLC技术是提高现代电梯管理技术水平的关键技术。所以，工程技术人员必须进一步提高对PLC技术的重视程度与运用水平，全面掌握PLC核心技术的要点，不断完善技术应用系统，为电梯控制系统的全面完善指明方向。在完善与PLC技术有关的生产链时，整个生产链的各个环节必须完整齐全，还需要解决人才储备等问题。因此，相关人员应在生产实践中不断发掘问题、积累经验，逐步完善PLC控制系统的功能，逐步优化PLC技术和电梯控制器的应用，为PLC技术在其他领域的应用提供参考。

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