PLC技术对电梯梯群控制系统开发与应用的影响

徐 源

（北京市特种设备检测中心，北京 100029）

0 引言

随着PLC 控制技术的发展，自动化应用也越来越普及，由于一些行业的要求及工作和场地的特殊情况，电梯控制设计多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式，但也存在一些明显的问题，如启动、停止和运行不平稳，升降运动过程中动作不可靠、自动化程度不高等。基于这些问题使得这些升降机械很难在生产生活中发挥高效率的作用，也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。PLC 作为集自动控制技术、通信技术、计算机控制技术为一体的新型自动控制装置，将其应用到电梯梯群控制系统中，不仅能够提高电梯控制水平，还能在符合绿色环保的基础上提高电梯的经济效益，实现可持续发展。

1 电梯控制系统与PLC 技术的发展

1.1 电梯控制系统的发展阶段

电梯控制系统的发展主要包括继点控制系统和PLC 控制系统两个发展阶段[1]。继电控制系统起源于电梯产生的初始时期，是一种较为原始的控制系统，主要是通过逻辑电路对整个运行系统进行控制。传统的继电控制系统工作时涉及的元器件数量较多，不管是安装还是调试都十分麻烦，而且在运行时极易被干扰出现故障，已经逐渐被市场所淘汰。PLC 控制系统由于其安装调适便捷、控制性能良好和使用年限较长等应用优势逐渐取代继电控制系统，成为目前电梯业中被使用最广泛的控制系统[2]。

PLC（Programmable Logic Controller），又被称为可编程逻辑控制器，是一种用于自动化控制的数字逻辑控制器，其具有最新的微处理器数字电子设备，能够随时将控制指令进行存储和运行[3]。PLC 结构较为复杂，内部由中央处理器CPU、数据存储器、输入输出接口、编程器以及通信接口和电源等组成。可以通过对多种类型的电子信号进行接收和发送，从而控制大部分种类的电气与机械系统。最早美国在20 世纪60年代研制出了世界上第一款可编程逻辑控制器，PLC 技术就此产生并发展。此后随着PLC 技术的日益完善，PLC 的数据处理能力和可靠性大大增强，再加上现代智能技术的融入，PLC 技术开始广泛应用于其他行业，其中就包括电梯业。

1.2 PLC 技术的应用优势

PLC 技术发展到现在，已经具备以下应用优势：（1）易于安装，使用便利。PLC 电梯控制系统在安装阶段，步骤十分简单且不易出现安装质量问题，工作人员只需要将可编程逻辑控制器I/O 接口端子和执行机构进行连接即可完成安装。安装过程中，同时也会在系统检测电路中设置诊断指示器，便于后期出现故障时，维修人员直接根据信号情况确定具体故障位置，更换故障模块。（2）构造灵活，适应面广。与传统的继电控制系统相比，PLC 系统创新性地采用了积木式结构，既降低了程序开发和系统设计的难度，同时也大大改变了电梯控制系统的功能结构和规模，使电梯控制系统使用期间可以根据需求的变化而重新调整组合，确保满足各种电梯使用需求。（3）运行可靠性及抗干扰性较强。目前大部分可编程逻辑控制器都采用了微电子技术，使用质量较好的军用级或工业级电子器件，大大减少了电梯运行期间出现电子器件故障损坏的可能性，提高了系统的运行效率。另外，PLC 技术自带的诊断功能可以自动诊断和处理大部分电梯运行故障，进一步保障了电梯控制系统的稳定性。（4）编程难度较低。PLC系统编程语言主要是由控制梯形图和命令语句组成，具有较强的灵活性和可塑性，系统编程难度较低。

2 基于PLC 技术的电梯梯群控制系统设计

电梯梯群控制系统在发展初期阶段，采用的是预选分区控制和继电时序控制，到了1975年左右，电梯梯群控制系统开始在硬件上采用集成电路，可以进行更为复杂的逻辑运算。再后来随着网络技术和微处理器的高速发展，现代电梯梯群控制系统出现，电梯群控开始广泛应用计算机技术，基于现场总线和各种先进算法的电梯梯群控制系统被开发处理出来。当今社会大力倡导绿色环保的生态理念，使得电脑梯群控制的性能指标成为大部分建筑方选择电梯品牌时的首要判断标准，再加上人们对电梯的服务质量要求越来越高，因此建立起一套高效优质服务性的电梯梯群控制系统十分必要。但在现实情况中，多部电梯之间仅仅只是相关联动并不能解决现场情况非线性、随机性和控制目标的多样性等问题，在这种情况下，进行电梯梯群控制系统设计与开发时就要充分考虑到如何对电梯安装进行合理分配，如何优化调度系统等情况。基于PLC 技术的电梯梯群控制系统在设计与开发时要注意以下设计原则和设计步骤：（1）设计原则：为了在电梯梯群控制系统中充分发挥PLC 的技术优势，相关从业人员必须将理想需求与电梯实际情况相结合，树立正确的技术应用思路，严格遵循总体设计原则以保障设计与开发路线后期不会跑偏。如果现实条件允许，要以满足被控对象实际控制要求为首要目的，在满足首要目的的前提下，再充分考虑如何利用PLC 技术简化编程、降低能耗、增强抗干扰性和安全性等，保障电梯梯群控制系统的安装质量，设计过程中时刻重视设计方案的可靠性、安全性和标准化。（2）设计步骤：常见设计步骤有控制范围确定、技术方案制定、PLC 系统软硬件设计、调试运行四大步骤。在确定控制范围时，相关技术人员需要提前采集并分析有关信息资料，然后在此基础上对状态流程图和技术指标进行绘制和确立。前期将所有相关信息都调查好后，就可以将其结合电梯系统控制和使用需求开始制订相关技术方案。方案中需要明确选择系统控制和运行的具体方式、明确系统中涉及的电器元件以及明确输入输出与PLC 驱动信号类型，选择合理的可编程逻辑控制器型号和功能模块种类数量。到了PLC 系统软硬件设计环节，相关技术人员需要以被控对象特点为主要依据，做好设备选型与I/O 硬件配置工作。同时要重视技术要求与经济效益之间的协调，在满足电梯系统实际控制需求的基础上，合理配置可编程逻辑控制器和各类电器元件。根据已知信息编写电梯梯群控制程序系统，并绘制相关梯形图，实现转速/启动与轿内指令等功能。最后的调试运行是在PLC 电梯梯群控制系统设计完毕后，通过对系统开展模拟调试运行实验，检查运行情况是否达到预期要求，记录好各项调试指标，根据调试结果对梯群控制系统在此进行调整优化。

3 PLC 技术在电梯梯群控制系统的开发与应用

PLC 技术在电梯梯群控制系统中的应用主要体现在拖动控制系统以及信号控制系统两部分，其中具体有曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统以及安全保护系统等。在所有相关的设备中，系统控制核心主要涉及PLC 主机、呼梯盘、操纵盘等。其核心系统便是PLC 电梯控制系统，主要由操纵装置、控制屏、选层器等组成。PLC 技术在电梯梯群控制系统的开发与应用中除了体现在对电梯实现信号集选控制外，还体现在电梯的开关门控制、电梯召唤指令的登记与消除、呼梯铃控制与故障报警、电梯的选层定向以及反向截梯。其中，开关门控制方面具体是指电梯在无司机控制的状态下，运行到指定楼层时能够自动开关门。在电梯运行中，无论是外呼还是内呼的情况，只要电梯到达指定楼层并响应了呼叫，就应该进入开关门控制，以确保电梯能够正常运行。自动开关门程序在应用时，当开门到达限位则复位开门拖动电机；若缺少关门按钮则依照设定延时进入关门控制。为了避免出现电梯门夹人的情况，在关门过程中一旦光幕传感器检测到相关信号，就会停止关门。电梯的内指令外召唤信号的显示回路和登记消除方面具体包括厅外召唤登记和轿内指令登记两种，其中不管是厅外召唤登记还是轿内指令登记都需要提前按下要登记的按钮，系统才会产生相应的运行模式。例如，电梯如果是正常运行的状态，同时又不在所登记的楼层，登记则认定为有效。如果要消号的话，指令登记会在电梯正常运行到指令楼层时被消号，厅外召唤会在电梯运行到厅外召唤的楼层并且电梯的召唤按钮和运行方向一致时被消号。电梯的选层定向以及反向截梯指的是在综合考虑电梯运行情况之后对电梯运行方向的确定，选层是指电梯在有指令召唤的情况下对相应信号的响应，并在到达对应楼层时，发出换速的信号。若有司机正常运行就由电梯所处的位置和轿内指令来确定电梯的运行方向；若没有司机正常运行则由厅外召唤信号根据电梯所在的位置来判定电梯的走向。故障报警和呼梯玲控制方面具体是指，在司机运行方式下X4 为ON，当有厅外召唤时，蜂鸣器发出声音向司机提示有呼梯信号。当某层站有上召唤或下召唤信号时，均使用Y7 为ON，由站点输出接通呼梯铃。当PLC 备用电池电压过低时，特殊功能继电器M8005 为ON，利用M8011 使蜂鸣器发出周期为0.01 s 的报警声；超载时，利用PLC 的特殊功能继电器M8013，使蜂鸣器发生周期为1s 的报警声。在整个电梯梯群控制系统中，全部使用WINCC 监控系统时刻监管系统的运行状态，有利于协助工作人员管控电梯运行状态，并在电梯发生异常情况或出现严重故障时，第一时间做出反应，进行有效快速地应急处理，确保能最大程度上保证电梯的正常运行和维护以及保障人民群众的生命和财产安全。

4 结语

随着现代建筑技术的高速发展，建筑内部开始组装多部电梯以供使用，如果还采用传统针对单一电梯的控制方法，容易造成电梯资源的浪费，在这种情况下，电梯梯群控制技术应运而生。目前电梯梯群控制技术主要用于解决同时调度和管理多部电梯、满足高层建筑客流量输送、电梯资源合理分配等问题。PLC 自产生开始，就在为各式各样的自动控制设备提供安全可靠的控制手段，且功能不断增强，呈现出向高性能、高速度方向发展、小型PLC 功能不断增多、用于PLC 编程的计算机软件功能不断增强等发展趋势。PLC 在设计和制造上使用了很多抗干扰措施，能够帮助电梯在各种恶劣的环境中工作，最大程度上保障了电梯运行的安全，目前已基本上取代了传统的继电器控制模式。电梯梯群控制系统作为现代高层建筑中不可或缺的重要组成部分，其在设计、开发和应用过程中的质量直接决定了高层建筑中的客流运输效率，通过将PLC 技术应用到电梯梯群控制系统中，一方面有利于进一步提高系统的运行响应速度、运行稳定性和运行抗干扰性能，促进了电梯控制水平的大幅度提升；另一方面能够在符合绿色环保的基础上提高电梯的经济效益，实现可持续发展。因此，相关技术人员必须提高PLC 技术的应用力度和重视程度，通过不断学习全面掌握PLC 技术要点，不断更新和完善电梯梯群控制系统，促进电梯梯群控制技术的发展，让电梯技术的发展进入一个新的时代。