用比較指令改造四層電梯控制

楊偉斌

【摘 要】 方案采用了較為簡便的PLC控制技術(shù)，通過程序改編，利用PLC的比較指令（即比較指令CMP、觸點(diǎn)比較指令）編寫四層電梯的控制程序。通過比較指令的使用，大大簡化了控制程序，使程序語言簡潔、可讀性強(qiáng)且移植性好、易于二次開發(fā)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)明了，外部線路精簡，大幅度提高控制方案的穩(wěn)定性和可靠性，達(dá)到改造的目的。

【關(guān)鍵詞】 四層電梯 PLC 比較指令CMP 觸點(diǎn)比較指令

1 引言

現(xiàn)代社會，伴隨著新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)以及電力電子技術(shù)的出現(xiàn)并迅速發(fā)展，電梯行業(yè)也進(jìn)入新的發(fā)展時期，就電梯的運(yùn)行工藝過程而言，電梯控制技術(shù)主要有三種：（1）繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。（2）工業(yè)用微機(jī)（PLC）控制系統(tǒng)。（3）一般微機(jī)控制。

開發(fā)利用工業(yè)微機(jī)電梯控制系統(tǒng)，即可編程控制器（PLC）的電梯控制系統(tǒng)，是生產(chǎn)生活強(qiáng)烈需求，因?yàn)镻LC控制技術(shù)具有較強(qiáng)的抗噪能力，使用情境與其穩(wěn)定性關(guān)聯(lián)不大，無條件匹配戶外干擾強(qiáng)烈的場合，是比較理想的電梯控制方案。

2 使用比較指令改造電梯控制

由于日常教學(xué)接觸到電梯模型都是四層的，所以本方案的比較指令法控制程序編寫也是以四層電梯為設(shè)計(jì)主體。

2.1 改造方案的基礎(chǔ)工具選擇

通過控制技術(shù)的比較以及可編程控制器（PLC）和現(xiàn)代電梯的發(fā)展方向，以及人們對于電梯越來越高的要求，選擇用可編程控制技術(shù)控制電梯運(yùn)行。方案需要做如下工作：

（1）需要PLC實(shí)現(xiàn)四層樓電梯控制的功能，如啟動、停止、響應(yīng)各個樓層的呼叫以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的各種顯示功能?？紤]到對硬件的熟悉程度，本方案選擇的是三菱FX2N-48MR可編程控制器。

（2）使用GX developer PLC編程軟件設(shè)計(jì)比較指令法的電梯控制梯形圖。

2.2 控制方案的總體改造思路

2.2.1 控制要求分析

（1）當(dāng)電梯靜止在某樓層時，另外三層任意樓層都允許呼叫。

（2）當(dāng)電梯有呼梯信號到來時，轎廂響應(yīng)呼梯信號，運(yùn)行至該樓層時，轎廂停運(yùn)并停在該層，該層的樓層指示燈亮，轎廂門在3秒內(nèi)打開，延時4秒后，又在3秒內(nèi)關(guān)門。

（3）在電梯運(yùn)行過程當(dāng)中，即轎廂上升（或降落）途中，任何反方向降落（或上升）的呼梯信號均有響應(yīng)。

（4）當(dāng)電梯停在某一層樓，其他樓層同時有呼叫時，由于本控制方案所設(shè)置的呼叫信號只有一個，不區(qū)分上行或下行，所以電梯先響應(yīng)最快呼梯的那一層，然后運(yùn)行過程中，由近及遠(yuǎn)地響應(yīng)同方向的每一個信號，最后響應(yīng)最遠(yuǎn)的及反方向的樓層呼叫。

（5）電梯轎廂平層并且停止運(yùn)行后，該樓層呼梯按鈕不起作用。

（6）電梯轎廂內(nèi)，可以用樓層呼叫按鈕，使電梯啟動運(yùn)行到目的層。

2.2.2 PLC控制功能分解

本方案需要PLC來實(shí)現(xiàn)電梯的信號控制部分，根據(jù)控制要求，明確在電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要實(shí)現(xiàn)的控制功能有：

（1）電梯達(dá)到呼梯樓層主動停運(yùn)并平層，然后開門。

（2）電梯轎廂延時關(guān)門，等待梯外其他樓層召喚。

（3）順著電梯行進(jìn)方向上的樓層呼梯都有響應(yīng)。

（4）電梯轎廂達(dá)到頂層或底層時，停止運(yùn)行并更改運(yùn)行方向。

（5）各樓層與電梯轎廂內(nèi)裝有樓層指示燈。

（6）各樓層與電梯轎廂可實(shí)現(xiàn)呼梯并有指示燈。

2.2.3 電梯控制改造的模型實(shí)例

本方案關(guān)鍵是改造重新編寫一個精簡的四層電梯控制電路：

（1）電梯的上升和降落由一臺電動機(jī)拖曳。正轉(zhuǎn)時電梯上升；反轉(zhuǎn)時電梯下降。

（2）電梯轎廂開門和關(guān)門由二號電動機(jī)實(shí)現(xiàn)。正轉(zhuǎn)時電梯開門；反轉(zhuǎn)時電梯關(guān)門。

（3）各個樓層都置一個呼喚按鈕、一個呼喚指示燈、一組樓層指示燈、一組電梯上行下行指示燈，各層設(shè)一個限位行程開關(guān)。

（4）電梯轎廂內(nèi)置有一組樓層指示燈、一組樓層呼喚按鈕，一組樓層呼喚指示燈，一組電梯上行下行指示燈。

四層電梯控制方案模型實(shí)例：

電梯停在三樓，三樓樓層指示燈HL3亮，當(dāng)一樓先呼叫，指示燈HL1亮，稍后二樓，即指示燈HL2亮。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，電梯應(yīng)先響應(yīng)最先呼叫樓層，電梯應(yīng)向下運(yùn)行，指示燈HL6亮，電梯離開三樓向一樓運(yùn)行，同時三樓樓層指示燈HL3熄滅，轎廂到達(dá)二樓，碰合樓層行程開關(guān)SQ2，二樓呼叫指示燈HL2熄滅，轎廂在二樓有電梯門開關(guān)動作，完成后繼續(xù)下行，同時二樓樓層指示燈HL2熄滅，當(dāng)轎廂到達(dá)一樓碰合一樓行程開關(guān)SQ1，一樓樓層指示燈HL1亮，一樓呼叫指示燈HL1熄滅，電梯向下運(yùn)行指示燈HL6也熄滅，并隨之有電梯門開關(guān)動作，并停止在該層。

2.3 改造方案的具體實(shí)施

2.3.1 用比較指令改造控制程序的具體實(shí)施

（1）對比一般電梯控制程序。對一般性或者說是傳統(tǒng)的電梯控制程序編寫，往往以大量的起保停電路為基礎(chǔ)。在此以三向公司提供的實(shí)驗(yàn)程序?yàn)槔治?，這一程序段是從中截取的是關(guān)于呼梯按鈕對應(yīng)輸出呼叫指示燈的程序，可見雖然程序結(jié)構(gòu)很簡單，但是運(yùn)用聯(lián)系到大量的計(jì)時器和繼電器，這就可能會造成程序步數(shù)多，結(jié)構(gòu)層次繁雜，可閱讀性差，往往樓層越高，涉及到的計(jì)時器和繼電器就會越多，編號越復(fù)雜。

為了解決這一難題，發(fā)現(xiàn)通過比較指令的使用就能比較好的改造或者說是精簡原來的控制程序，能達(dá)到控制目的，又能大幅度的縮減程序步數(shù)，精簡程序結(jié)構(gòu)，使得程序語言簡潔，閱讀方便，調(diào)試、修改便捷等。

（2）應(yīng)用比較指令CMP和觸點(diǎn)比較指令作程序改造。

1）通過比較指令CMP確定電梯運(yùn)行狀態(tài)。將1、2、3、4層呼叫按鈕進(jìn)行編號（也就是各層呼叫指示燈的亮與熄滅狀態(tài)）記錄為一組二進(jìn)制碼存入D10寄存器中，同時1、2、3、4層各樓層指示燈的點(diǎn)亮與熄滅狀態(tài)（也就是電梯轎廂所在樓層狀態(tài)），也記錄為一組二進(jìn)制碼，并存入D20寄存器中。利用PLC中的比較指令[CMP D10 D20 M0]確定電梯的動作方向（上升、下降或者靜止）。根據(jù)比較指令的功能，控制的輸出有：

①程序輸出M0時，程序解讀為第一個按下呼叫按鈕的樓層要比電梯轎廂現(xiàn)在所處的樓層高，電梯需要上行；

②程序輸出M1時，程序解讀為呼叫樓層與電梯轎廂所在樓層處于同一層或樓層沒有呼叫，電梯停層，不運(yùn)行；

③程序輸出M2時，程序解讀為第一個按下呼叫按鈕的樓層要比電梯轎廂現(xiàn)在所處的樓層低，電梯需要向下運(yùn)行。

這段程序的主要作用就是通過M0、M1、M2的輸出情況來確定電梯的運(yùn)行狀態(tài)，對比一般程序編寫這種方法就要簡單很多，結(jié)構(gòu)也明了，步數(shù)也只需寥寥幾步。

2）通過觸點(diǎn)比較指令確定電梯停止條件。四層電梯控制程序轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)比較程序，通過比較指令（CMP和觸點(diǎn)比較指令）實(shí)現(xiàn)電梯的控制功能。

在電梯上行運(yùn)行時，把樓層的呼叫指示燈Y7、Y6、Y5、Y4的狀態(tài)，以4位二進(jìn)制碼的形式寫入K1M31單元中，即呼叫按鈕X7、X6、X5、X4驅(qū)動輔助繼電器M34、M33、M32、M31，把樓層指示燈Y3、Y2、Y1、Y0的狀態(tài)，以4位二進(jìn)制碼的形式寫入K1Y0單元中。

在電梯上行階段，隨著電梯的上行，樓層指示燈由下往上逐個被復(fù)位，M31、M32、M33、M34也相應(yīng)地由高電平（1）轉(zhuǎn)為低電平（0）。運(yùn)用觸點(diǎn)比較指令[< K1Y0 K1M31 ]進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，即比較K1Y0和K1M31的大小，若 K1M31 > K1Y0，程序解讀為高于電梯橋箱所在的樓層還有呼叫，觸點(diǎn)比較指令獲得導(dǎo)通電梯繼續(xù)上行；若 K1M31 => K1Y0時，程序解讀為電梯橋箱所在的樓層與呼叫樓層相同，電梯停止上行。

在電梯下降運(yùn)行時，把樓層指示燈Y0、Y1、Y2、Y3的狀態(tài)，以4位二進(jìn)制碼的形式寫入K1M20單元中，即行程開關(guān)X0、X1、X2、X3驅(qū)動M20、M21、M22、M23。把各樓層的呼叫指示燈Y4、Y5、Y6、Y7的狀態(tài)，以4位二進(jìn)制碼的形式寫入K1M41單元中，即呼叫按鈕X7、X6、X5、X4驅(qū)動輔助繼電器M44、M43、M42、M41。

與電梯上行階段情況原理相同，在電梯下行階段，運(yùn)用觸點(diǎn)比較指令[< K1M20 K1M41 ]，比較K1M20和K1M41的數(shù)據(jù)大小，獲得電梯是否繼續(xù)下行的控制指令。

改造后的程序，通過比較指令（CMP和觸點(diǎn)比較）的應(yīng)用，確定了電梯的運(yùn)行方向以及停止運(yùn)行的條件，對比一般電梯控制程序，大大簡化了程序的結(jié)構(gòu)和省掉了大量的繼電器，同時也為復(fù)雜電梯程序設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

2.3.2 程序分析

（1）片段一：以樓層一為例子，X4為一樓呼叫按鈕，Y4為一樓呼叫指示燈，并用Y4實(shí)現(xiàn)自鎖控制，Y0為一樓樓層指示燈，當(dāng)Y0導(dǎo)通時Y4停止輸出。當(dāng)X4接通，Y4輸出并形成自鎖，并把相應(yīng)一樓呼叫指示燈信號寫進(jìn)M31和M44單元中。

（2）片段二：M8000為運(yùn)行監(jiān)視，當(dāng)程序一啟動便導(dǎo)通。M50為電梯轎廂門控制繼電器，Y10為電梯上升指示燈，Y11為電梯下行指示燈。比較指令-[CMP K1M31 K1Y000 M10 ]-表示將K1M31、K1Y000兩組二進(jìn)制碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)K1M31 > K1Y000時，M10有輸出為1；當(dāng)K1M31 = K1Y000時，M11有輸出為1；當(dāng)K1M31 < K1Y000時，M12有輸出為1，在這一程序語句中，由于Y11常閉繼電器存在，比較指令進(jìn)行的是上行數(shù)據(jù)比較。同理，-[CMP K1M41 K1M20 M15 ]-進(jìn)行的是下行數(shù)據(jù)比較，也就是說這是確定電梯上行、靜止或者下行的程序。

（3）片段三：當(dāng)電梯選擇了上行或下行時，電梯還面臨著另外的一個選擇，就是電梯上升要升到何處停止，下行要降到何處停止。在這段程序里面再次用到比較指令，當(dāng)電梯上升時，M10接通，程序以Y10自鎖，觸點(diǎn)比較指令-[< K1Y000 K1M31 ]-表示只要當(dāng)K1Y000 < K1M31時該觸點(diǎn)導(dǎo)通，程序有輸出，Y12為主電動機(jī)正轉(zhuǎn)輸出，電梯上升；若當(dāng)K1Y000 = K1M31時該觸點(diǎn)不閉合，程序無輸出，電梯停止在該樓層。同理，下行的觸點(diǎn)比較指令同樣能實(shí)現(xiàn)電梯停層控制。

（4）片段四：這一段程序主要是控制電梯無論上行還是下降，只要在行進(jìn)的過程中碰到有呼叫的樓層都輸出M50，并且利用時間繼電器T0來控制電梯轎廂門的開啟和關(guān)閉時間。由程序可知，在M50接通后需要在10000ms即10秒完成開門、等待和關(guān)門的動作，在前3秒，程序輸出Y20，Y20表示電梯門驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)開門；中間有4秒，程序無輸出，電梯門無動作即延時等待；后3秒，程序輸出Y21，Y21表示電梯門驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)門。

3 結(jié)語

通過對四層電梯的程序方案提出了程序改造的思路，并通過了軟、硬件的模擬測試，應(yīng)用比較指令達(dá)到了四層電梯的PLC控制。本程序具有普遍性，能用于任何規(guī)模的電梯控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)清晰簡便，程序語言簡潔，步數(shù)少，閱讀方便；調(diào)試和修改便捷，易于電梯程序的升級改造等特點(diǎn)。本程序運(yùn)用比較指令CMP和比較指令編程與一般電梯控制程序（如三向公司提供的四層電梯程序）相比較，大大精簡了梯形圖的繼電器、計(jì)時器，大幅縮減程序步數(shù)，并且更容易理解。

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