基于PLC的多層液壓電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉忠，陳佳，鄒宇

（1.常熟理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；3.中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

基于PLC的多層液壓電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉忠1，2，陳佳1，2，鄒宇1,3

（1.常熟理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；

2.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；3.中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

針對液壓電梯調(diào)速系統(tǒng)的要求，基于西門子S7-200PLC控制器，提出了液壓電梯速度控制系統(tǒng)的原理、硬件配置及控制方法.結(jié)合液壓電梯的特殊要求，設(shè)計(jì)了完整的電氣原理以及接線方式圖，為液壓電梯控制系統(tǒng)提供了一種新的設(shè)計(jì)思路.

液壓電梯；速度控制；S7-200；電氣原理

液壓電梯以其特有的優(yōu)勢在載貨電梯，船舶電梯，別墅電梯，醫(yī)療電梯等方面有著廣泛的應(yīng)用[1].由于節(jié)流調(diào)速技術(shù)方案成熟，制造成本低，系統(tǒng)控制較為簡單，被大量應(yīng)用于液壓電梯中.目前的研究熱點(diǎn)是將液壓節(jié)流調(diào)速技術(shù)與微電子控制技術(shù)結(jié)合起來[2].因此，常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)電裝備驅(qū)動與控制技術(shù)研究所課題組為了充分研究電液比例控制技術(shù)的特點(diǎn)，研制了某型三層液壓電梯實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：采用目前最先進(jìn)的速度反饋跟蹤控制技術(shù)，跟蹤模擬數(shù)字電路中設(shè)定的速度理想運(yùn)行曲線，通過PID策略進(jìn)行閉環(huán)跟蹤，系統(tǒng)的流量和速度控制性能極佳，速度穩(wěn)定性非常好，并且系統(tǒng)對負(fù)載的壓力波動、油液的溫度變化有良好的抑制能力，對比傳統(tǒng)控制閥，能量利用率高了30%以上，而且平層精度顯著提高.

1 控制系統(tǒng)

在該液壓電梯試驗(yàn)系統(tǒng)的速度控制系統(tǒng)中，沒有采用傳統(tǒng)電梯行業(yè)中常用的三菱FX系列PLC，而是采用西門子S7-200系列小型可編程控制器.該P(yáng)LC具有程序容量大、運(yùn)行速度快、編程靈活、多種中斷，性能優(yōu)良且價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，配合西門子TD200文本顯示器，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人機(jī)對話，使PLC功能得到充分的發(fā)揮，更適合實(shí)驗(yàn)室使用[2-3].

液壓電梯速度控制系統(tǒng)采用目前先進(jìn)的速度閉環(huán)控制策略.在電梯轎廂頂部安裝速度傳感器，實(shí)時(shí)測量轎廂速度，經(jīng)過S7-200，將信號傳輸至計(jì)算機(jī)測控軟件Labview中，經(jīng)過PID控制器、比例放大器，控制液壓系統(tǒng)雙比例閥調(diào)節(jié)電梯運(yùn)行速度.

除了保證液壓電梯按照理想速度運(yùn)行，還要確保液壓電梯的安全性，因此控制系統(tǒng)還必須滿足：斷電時(shí)液壓系統(tǒng)自鎖，轎廂不會下降；安全開關(guān)動作時(shí)，控制系統(tǒng)能自動切斷安全回路，使電梯停止運(yùn)

行；液壓驅(qū)動系統(tǒng)故障（管路斷裂，零件損毀等原因）時(shí)，電梯停止.

2 硬件配置及電氣控制原理

根據(jù)液壓電梯控制系統(tǒng)的工作要求，電氣控制采用西門子S7-200PLC（CPU226）為主機(jī)以及三個(gè)擴(kuò)展模塊EM 221、EM232、EM231.使用一個(gè)EM221實(shí)現(xiàn)電梯速度測量，兩個(gè)EM232實(shí)現(xiàn)對雙比例閥、單向比例調(diào)速閥的控制，兩個(gè)EM 231實(shí)現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中壓力、流量的監(jiān)控.盡量使傳感器的輸入電源統(tǒng)一，輸出信號對于電壓信號優(yōu)先選（0～5 V），對于電流信號優(yōu)先選用（0～20 mA）.因?yàn)镻LC的開關(guān)量輸入信號最低電壓為15 V，因此在選磁感應(yīng)器時(shí)，選擇輸出電壓在15 V～24 V之間.

電氣原理圖繪制：主要對信號進(jìn)行分類，對于高于24 V的輸入信號，采用中間繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對于在15 V～24 V之間的輸入信號可以直接接到PLC上.對于泵站主電機(jī)、風(fēng)冷、加熱器，采用中間繼電器轉(zhuǎn)換.對于模擬量輸入，由于光電編碼器占用了脈沖計(jì)數(shù)通道，因此流量傳感器輸出信號選用為0～20 mA[4].

3 控制程序設(shè)計(jì)

PLC的控制程序設(shè)計(jì)必須充分考慮人身安全，此外，在設(shè)計(jì)中必須注意程序邏輯是和時(shí)序相關(guān)的，西門子S7-200采用順序掃描工作方式，工作時(shí)逐行掃描執(zhí)行程序，因此，編程要注意語言先后順序.根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常會出現(xiàn)這種現(xiàn)象：將某個(gè)程序中的語句移到別的位或者程序語句間交換順序后會出現(xiàn)不同的結(jié)果[5].

在程序編寫方面，該速度控制系統(tǒng)的程序編寫的根據(jù)是液壓電梯國家標(biāo)準(zhǔn)的要求和電梯運(yùn)行的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn).在編寫程序中需要注意：（1）上電時(shí)將內(nèi)部標(biāo)志位清零，可以防止由于突然上電使電梯自動啟動，造成人員傷害.（2）必須對液壓電梯的運(yùn)行速度實(shí)時(shí)測量.（3）用計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器組合工作，擴(kuò)大計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)范圍.（4）可以使用不同的代碼代表不同的故障，便于檢修.

4 結(jié)論

西門子S7-200PLC在眾多PLC控制器中，是一款性價(jià)比很高的產(chǎn)品.本系統(tǒng)采用PLC作為核心控制部件，使得電梯具有智能選層、精確調(diào)速、自動平層等特點(diǎn)，且運(yùn)行平穩(wěn)，安全性高.系統(tǒng)的擴(kuò)展性很好，通過外掛不同的模塊可以拓展新的功能，適合實(shí)驗(yàn)室的使用.同時(shí)，電控元件之間的接線十分簡潔，有利于學(xué)生切身體會實(shí)踐.因此，使用S7-200PLC實(shí)現(xiàn)此類自動控制，具有極高的實(shí)用價(jià)值.

[1]趙永美，于冰，馮菲.S7-200的電梯模型控制系統(tǒng)[J].機(jī)械制造與自動化，2004（6）：93-95.

[2]潘先榮.基于S7-200 PLC控制的四層電梯模型設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2013（1）：95-96.

[3]司禹.S7-200的應(yīng)用[J].信息通訊，2013（9）：268.

[4]羅鋒華，房馳.西門子S7-200 PLC及變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010（37）.

[5]（德國）西門子公司.S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[Z].2002.

[6]楊長能.可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，l992：20-17.

[7]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，200l：55-58.

Design of Multi-layer Hydraulic Elevator Control System Based on PLC

LIU Zhong1,2,CHEN Jia1,ZOU Yu1,3
(1.School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China;
2.School of Mechanical and Electrical Engineering,Soochow University,Suzhou 215021,China;
3.School of Mechanical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China)

According to the hydraulic elevator speed control system,this paper puts forward the principle of hydraulic elevator speed control system based on Siemens S7-200PLC controller,hardware configuration and controlmethod.Based on the special requirement of hydraulic elevator,the paper designs a complete electrical principle and wiring diagram,and provides a new design idea for the hydraulic elevator control system.

hydraulic elevator;speed control;S7-200;electrical principle

TP29

A

1008-2794（2014）04-0092-03

2014-01-02

劉忠，教授，博士，研究方向：機(jī)電液壓系統(tǒng)控制與集成，E-mail：liuzhong678@sina.com.