基于西門(mén)子PLC控制系統(tǒng)的電梯運(yùn)行設(shè)備研究

宋 陽(yáng)

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德州 253034）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑，所以作為運(yùn)載工具的電梯就得到了廣泛的應(yīng)用。為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動(dòng)化技術(shù)迅速發(fā)展。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技術(shù)含量日益提高。在改善電梯性能的同時(shí)，對(duì)電梯的設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)人員提出了更高的要求。

1 設(shè)計(jì)分析

要設(shè)計(jì)一個(gè)PLC系統(tǒng)，第一步的工作是控制方案的確定，接下來(lái)是對(duì)PLC進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。其選型的主要依據(jù)是工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求。詳細(xì)研究工藝過(guò)程的特點(diǎn)和控制要求對(duì)于工程設(shè)計(jì)的選型和估算是很必要的，最后選出高性價(jià)比的PLC并進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.1 總體方案的確定

目前，我們選擇控制電梯運(yùn)動(dòng)的設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器—接觸器轉(zhuǎn)變成可編程序控制器（PLC）。

可編程序控制器在電梯的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于電梯運(yùn)動(dòng)的核心部分是很合理的選擇，而且可編程序控制器現(xiàn)在在市場(chǎng)上也是一種成熟的產(chǎn)品。

1.2 電梯各狀態(tài)的分析

1）初始狀態(tài)

設(shè)想開(kāi)始時(shí)待命的電梯處于第一層，初始化各層的顯示器，電梯的起初狀態(tài)是：

（1）各樓層的呼叫燈都處于不亮的狀態(tài)。

（2）各樓層的顯示器不管是內(nèi)部的還是外部的數(shù)字都是“1”，表明電梯處在第一層。

（3）所有樓層電梯的門(mén)都是關(guān)閉的。

2）運(yùn)行過(guò)程

假如第五層需用電梯，電梯通過(guò)上行或者下行運(yùn)行至第五層。電梯移動(dòng)改變各樓層的顯示,同時(shí)，各層指示燈的亮滅也會(huì)發(fā)生改變，而且運(yùn)行中直到第五層之前電梯門(mén)始終都保持關(guān)閉狀態(tài)。

3）運(yùn)行后狀態(tài)

電梯運(yùn)行到目標(biāo)樓層后會(huì)恢復(fù)待命狀態(tài)，等待接收新的命令。電梯運(yùn)行至目標(biāo)樓層后會(huì)自動(dòng)開(kāi)門(mén)，打開(kāi)一段時(shí)間后門(mén)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,在這個(gè)過(guò)程中,手動(dòng)開(kāi)門(mén)或關(guān)門(mén)也是可以的。

電梯所在位置可以通過(guò)各樓層的顯示值來(lái)顯示，但指示上行與下行的指示燈都不亮。

1.3 工作中的控制要求

現(xiàn)實(shí)中，電梯需要給很多乘客提供服務(wù)，而每位乘客的目的地很可能又是不同的,同時(shí)，呼叫電梯的時(shí)間不等。因此,編程前研究電梯在工作中的各種狀況是非常有必要的。

1.3.1 電梯的上行過(guò)程

假如在上行過(guò)程中，電梯接到了某樓層的呼叫命令，存在著兩種情況:

1）呼叫層位于電梯當(dāng)前層和目標(biāo)層之間，那么電梯應(yīng)首先向上行至該呼叫層，然后再完成其他呼叫命令，完成的順序是由近至遠(yuǎn)。

2）呼叫層在電梯當(dāng)前層的下面，電梯應(yīng)該首先完成前一指令，一直到電梯恢復(fù)待命狀態(tài)才會(huì)響應(yīng)該指令。

1.3.2 電梯的下行過(guò)程

電梯在下行過(guò)程中同樣包含著兩種情況：

1）呼叫層位于電梯目標(biāo)層和當(dāng)前層之間，那么電梯應(yīng)首先向下行至該呼叫層，然后再完成其他指令，執(zhí)行的順序同樣為由近及遠(yuǎn)。

2）呼叫層在電梯當(dāng)前運(yùn)行層的上面，電梯應(yīng)該首先完成前一指令，一直到電梯恢復(fù)待命狀態(tài)才會(huì)響應(yīng)該指令 。

2 可編程序控制器設(shè)計(jì)

2.1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)

可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。如圖1所示。

圖1 可編程序控制器結(jié)構(gòu)

1）CPU模塊

CPU模塊主要包括微機(jī)處理器（CPU）和存儲(chǔ)器，也可叫作中央處理單元或控制器。工作方式是掃描，一次掃描過(guò)程就要完成輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理三項(xiàng)工作。

2）I/O模塊

通過(guò)I/O模塊可以使外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊產(chǎn)生聯(lián)系。輸入信號(hào)被輸入模塊接收和采集。輸入信號(hào)分為兩類(lèi)：一種是各種開(kāi)關(guān)的閉合斷開(kāi)信號(hào)；另一種是各變送器發(fā)出的連續(xù)變化的模擬信號(hào)。

3）編程器

編程器既可以進(jìn)行程序的輸入和編輯，也能夠在可編程序控制器運(yùn)行過(guò)程中對(duì)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

2.2 開(kāi)關(guān)量I/O模塊

該模塊的輸入輸出信號(hào)只有兩種狀態(tài)，一是接通，另外就是斷開(kāi)。直流和交流的電壓等級(jí)不同，直流電：5V，12V，交流電：110V，220V。不過(guò)電壓可以有很寬的適用范圍。

2.3 輸入模塊

由于輸入點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖常常會(huì)引起輸入信號(hào)產(chǎn)生錯(cuò)誤，為了防止錯(cuò)誤的出現(xiàn)，在電路中需要設(shè)有RC濾波電路。信號(hào)上升沿濾波電路延遲時(shí)間的典型值為10～20ms，信號(hào)下降沿時(shí)為20～50ms，電流值約為10mA。某些可編程序控制器還能夠作為24V的電源，為接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類(lèi)的傳感器提供電壓。

圖2 輸入電路

如圖2所示，當(dāng)接通外接觸點(diǎn)時(shí)，使得光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，同時(shí)導(dǎo)通光敏三極管，那么內(nèi)部電路將信號(hào)傳送給CPU模塊。

如圖3所示是交流輸入電路。顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管和光電耦合器中的兩個(gè)發(fā)光二極管都是反并聯(lián)的，這樣外部的交流輸入電壓就可以被這個(gè)電路接收了。

圖3 交流輸入電路

2.4 輸出模塊

大功率晶體管和磁效應(yīng)管（驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動(dòng)內(nèi)交流負(fù)載）以及小型繼電器構(gòu)成了輸出模塊的功率放大元件，其中交流負(fù)載或直流負(fù)載可以被小型繼電器驅(qū)動(dòng)。外部現(xiàn)場(chǎng)提供負(fù)載電源，輸出的電流典型值為0.5～2A。

輸出電流的額定值只能驅(qū)動(dòng)100VA/22V的電感性負(fù)載和100W的白熾燈，其值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)還與溫度有關(guān)，額定負(fù)載電流隨溫度的升高而減小。

3 電梯硬件及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖4 控制系統(tǒng)框圖

如圖4所示為電梯的電氣控制系統(tǒng)框圖，其中輸入部分為6，7，8，9，10，輸出部分為1，2，3，4，5。其中，部分設(shè)定的控制任務(wù)由PLC系統(tǒng)完成，其規(guī)模主要由控制系統(tǒng)需求輸入，輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)和控制過(guò)程的難易來(lái)決定。

1）估算I/O點(diǎn)

首先計(jì)算系統(tǒng)輸入點(diǎn)的個(gè)數(shù)：如圖4所示，其中6需要4個(gè)點(diǎn)，7需要6個(gè)點(diǎn)，8和9都需要1個(gè)點(diǎn)，10需要4個(gè)點(diǎn)。一共需要16個(gè)輸入點(diǎn)。對(duì)于輸出點(diǎn)，框圖中2和3都需要2個(gè)點(diǎn)；4需要4個(gè)點(diǎn)；5需要1個(gè)點(diǎn)；共計(jì)9個(gè)輸出點(diǎn)。因此，系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)為16/9。

2）選擇CPU

根據(jù)估算的I/O點(diǎn)數(shù)，選擇可編程控制器S7—200的CPU226。因?yàn)槠漭斎?，輸出點(diǎn)數(shù)為24/16，能夠滿足系統(tǒng)的要求。

3.2 電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 狀態(tài)指示設(shè)計(jì)

以二層為例，當(dāng)電梯運(yùn)行至二層有指令發(fā)出時(shí).指示位置和指令：

3.2.2 啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)

假如電梯在三層下行。當(dāng)一或二層對(duì)電梯發(fā)出指令時(shí)，將三層下行位置1，同時(shí)無(wú)上行，驅(qū)動(dòng)電梯下行。程序說(shuō)明如下：

3.2.3 運(yùn)行中程序設(shè)計(jì)

假如電梯在二層上行。程序說(shuō)明如表1所示。

表1 程序說(shuō)明表

3.2.4 到達(dá)時(shí)程序設(shè)計(jì)

電梯到達(dá)某層后將已完成的指令信號(hào)復(fù)位。以電梯到達(dá)三層為例。程序說(shuō)明如表2所示。

4 結(jié)論

通過(guò)PLC控制電梯，實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行速度，反映時(shí)間和停層的準(zhǔn)確度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)電梯的速度、運(yùn)行狀態(tài)、安全、可靠、消防等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。綜合考慮電梯PLC控制系統(tǒng)，能夠達(dá)到“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的要求，這就要求我們的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)密、可靠。

表2 程序說(shuō)明表

[1]李秧耕,何喬治,何峰峰.電梯基本原理及安裝維修全書(shū)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[2]張百令,袁克文.電梯安裝維修工[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2002.

[3]顧戰(zhàn)松,陳鐵年.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社,1996.

[4]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶大學(xué)出版社,2005.

[5]陳遠(yuǎn)齡.機(jī)床與電氣自動(dòng)控制[M].重慶大學(xué)出版社,2006.