PLC在中高度自動扶梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的繁榮發(fā)展，越來越多的自動扶梯開始涌現(xiàn)，商場、機場、地鐵站、地下通道等場所中的扶梯從開始的樓梯到現(xiàn)在的自動扶梯，從低度扶梯到中高度扶梯的變化，在一定程度上體現(xiàn)了我國科技的進步。本文通過對中高度扶梯的控制系統(tǒng)分析，提出了PLC在中高度扶梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用并描述了PLC扶梯控制的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：PLC控制；中高度扶梯；自動化控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.100

0 引言

自動扶梯是眾多公共場合的標配，在很大程度了節(jié)省了人們的體力，方便人們上下樓梯。與傳統(tǒng)扶梯控制相比PLC的優(yōu)勢在于體積小巧，控制精度高，響應(yīng)速度快，智能化水平高，易于與其他設(shè)備通信，比如計算機，光電傳感器。傳感器技術(shù)以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展與PLC系統(tǒng)的有機融合，更一步增強了PLC系統(tǒng)應(yīng)用于自動扶梯的優(yōu)勢。

1 PLC工作原理簡述

PLC是可編程控制器的簡稱，是對傳統(tǒng)繼電器電氣控制的計算機化的改進。顧名思義，PLC是由編程器和微型處理器所組成，編程器主要是作為用戶程序輸入的載體，而微型處理器則是將用戶程序與執(zhí)行繼電器連接的中樞。通過硬件開關(guān)按鈕或者用戶程序指令的電平輸入，PLC系統(tǒng)能按照用戶存儲程序的邏輯框架來輸出控制指令，輸出的電平通過一定的硬件電路的處理，在輸入各個執(zhí)行繼電器或者電機，從而實現(xiàn)繼電器或者電機的自動化運轉(zhuǎn)。

2 PLC中高度扶梯控制特點

PLC扶梯控制的特點是在與傳統(tǒng)繼電器扶梯控制相比較的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。與傳統(tǒng)繼電器扶梯相比較PLC的扶梯控制有以下優(yōu)勢。

（1）可靠性及穩(wěn)定性高?？煽啃愿撸\行穩(wěn)定，自動扶梯的可靠性高低取決于控制系統(tǒng)的可靠性高低，與傳統(tǒng)繼電器控制的扶梯相比PLC的自動扶梯系統(tǒng)，由于制造成本以及技術(shù)的成熟度，本身元器件更可靠耐用[1]。

由于PLC系統(tǒng)帶有自動安全檢測功能，能使的PLC系統(tǒng)在運行前，運行中對本身的各個部分進行檢測監(jiān)控，如果有安全問題，會不能啟動，如果在運行中則會斷電保護，其他部分繼電器的安全，會報警。Plc對電流會有限制作用，從系統(tǒng)的角度合理的分配電流，電壓，不會使得某一部分電流過大或者過小，從而保護元器件的安全。PLC有多個備用繼電器平行工作，即使某一個器件壞了也不會立即影響到系統(tǒng)的運行，從扶梯運行角度來看PLC的更可靠些。

（2）編程操作簡單。PLC的編程方式比較靈活，目前最流行也最簡單易行的編程方式是采用梯形圖編程，這種編程語言簡單直觀，形式上同繼電器原理圖很類似，因此便于有電氣控制知識的人員掌握。邏輯功能結(jié)構(gòu)圖編程，類似于數(shù)字電路的邏輯門電路編程語言，便于有數(shù)字電路控制基礎(chǔ)的人員掌握[2]。同匯編語言與高級語言的關(guān)系一樣，PLC編程語言中也有類似于匯編語言的編程語言，那就是指令表編程，由于程序閱讀性差難以記憶，常常不予以使用。另外PLC還可使用一些高級語言進行編程，比如結(jié)構(gòu)文本編程（ST）語言。

（3）控制靈活。PLC自動扶梯是通過用戶的輸入程序來控制扶梯運轉(zhuǎn)的，環(huán)境適應(yīng)性很強，可以從兩方面來論述，第一，如果用戶想改變輸出參數(shù)比如扶梯運轉(zhuǎn)方向，扶梯運轉(zhuǎn)速度等，可以簡單的通過修改輸入程序便可實現(xiàn)而傳統(tǒng)繼電器控制方式則需要，改變接線端子接法，或者修改控制電路的方式來實現(xiàn)，過程繁瑣，難度大。第二，標準化，模塊化的PLC系統(tǒng)組合起來很靈活，既可以控制一臺扶梯，也可以集中控制多臺扶梯，既可以現(xiàn)場控制扶梯，也可遠程計算機控制扶梯。用戶可根據(jù)具體情況，靈活選用。

（4）通信功能強大。PLC具有功能強大的通信模塊，也具有很多通信接口，能與不同的裝置實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。不僅可以進行數(shù)據(jù)運算也可以進行邏輯運算，還可以實現(xiàn)計時，順序，系統(tǒng)自檢，以及人機對話功能[3]?？膳c計算機形成完美的契合，可以實現(xiàn)實時扶梯狀態(tài)的實時監(jiān)測。由于具有強大的通信功能，幾乎通用的通信接口，PLC可實現(xiàn)與多種傳感器的通信，這就實現(xiàn)了，無人時停止，有人時運轉(zhuǎn)，人多時，轉(zhuǎn)矩大，人少時轉(zhuǎn)矩小的自動控制功能，最大程度的節(jié)省了電能。與光電傳感器的通信，也可實現(xiàn)危險情況急停，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向的實時狀態(tài)顯示。也可與其他扶梯組成有效的智能的配合，比如這段運行時那段就停止，這段上行時，那段下行，這段運行快時，那段就運行慢些?？傊甈LC能從系統(tǒng)的觀點出發(fā)最優(yōu)最有效的實現(xiàn)資源配置。

3 中高度自動扶梯的控制要求

中高度扶梯應(yīng)能實現(xiàn)自動控制和手動控制兩種方式。對于自動控制，在當人為設(shè)定好控制參數(shù)后，打開啟動開關(guān)，扶梯能自動循環(huán)運行。當長時間沒人乘坐時，扶梯處于待機狀態(tài)。

當有人接近扶梯時，扶梯緩慢啟動，運行1-3秒后按預(yù)設(shè)速度運行。當扶梯處于待機停止狀態(tài)時，如果有乘客反向乘坐，電梯不予以啟動，并提示報警。扶梯應(yīng)設(shè)有自動潤滑系統(tǒng)，當檢測到扶梯各個配合部件間潤滑不足時，自動潤滑[4]。扶梯應(yīng)該設(shè)有斷電保護以及備用電源系統(tǒng)，一旦遇見突發(fā)停電情況，扶梯應(yīng)該逐漸緩慢停止運行，保證乘客安全。扶梯應(yīng)能現(xiàn)場設(shè)置運轉(zhuǎn)參數(shù)，如運轉(zhuǎn)速度，運轉(zhuǎn)方向等。也應(yīng)能通過遠程控制中心，設(shè)置運轉(zhuǎn)參數(shù)。

扶梯各個關(guān)鍵控制元件如電機，安全開關(guān)、光電傳感器等，應(yīng)該設(shè)有自動監(jiān)視系統(tǒng)，出現(xiàn)故障時，檢測系統(tǒng)應(yīng)能精準指示故障所在，便于維護人員維修。扶梯應(yīng)設(shè)置緊急保護系統(tǒng)，如果斷電保護，過載保護，圍板保護電機過熱保護等，以在保證乘客安全的前提下，實現(xiàn)乘客輸送功能。

4 自動扶梯的控制原理

自動扶梯運轉(zhuǎn)在原理上來說是比較簡單的，大致上可分為啟動階段、自檢階段，正常運行、無人待機、關(guān)閉階段，檢修維護階段等。當啟動扶梯開關(guān)，系統(tǒng)進入自檢，如果自檢結(jié)果正常，主控制繼電器閉合控制電路得電接通，則扶梯運行系統(tǒng)開始運行[5]。如果自檢結(jié)果不正常即系統(tǒng)有故障時，主控制繼電器不得電，故障報警系統(tǒng)控制繼電器閉合接通，系統(tǒng)報警停運。

當扶梯長時間無人乘坐時，光電傳感器不能給微型處理器發(fā)送脈沖信號，計時器計時在預(yù)設(shè)時間內(nèi)微型處理器未接受指令，電機控制繼電器斷開，系統(tǒng)待機。當反向光電感應(yīng)傳感器發(fā)出脈沖信號時，即在待機狀態(tài)下有乘客反向乘坐電梯時，報警系統(tǒng)啟動，電梯主繼電器不得電，扶梯不運轉(zhuǎn)。當需要轉(zhuǎn)換扶梯運轉(zhuǎn)方向時，電機轉(zhuǎn)向繼電器分別得電斷電，即可實現(xiàn)扶梯換向運轉(zhuǎn)。當現(xiàn)場或者遠程關(guān)閉扶梯系統(tǒng)時，主繼電器斷電，系統(tǒng)緩慢停止。當需要檢修維護時，啟動檢修維護開關(guān)，扶梯電機主軸與扶梯輸送帶斷開連接，即電機轉(zhuǎn)動，扶梯不動，從而方便檢測扶梯故障。

另外在扶梯故障檢修時，可根據(jù)檢測系統(tǒng)所顯示的故障所在處，來直接進行檢修。檢修完畢后，必須進行系統(tǒng)重啟并且進行扶梯試運行。

5 PLC在中高度扶梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）扶梯自動控制系統(tǒng)主電路設(shè)計。PLC對于中高度扶梯的控制是建立在扶梯自動控制原理之上的?？刂圃砬懊嬉咽觯旅娓鶕?jù)控制原理，來確定控制主電路。中高度扶梯控制主電路如圖1所示。

圖中R 、S、T分別為三相供電變頻器的電源進線、三相供電的伺服驅(qū)動器的電源進線以及三相供電的伺服主軸驅(qū)動器電源進線。K1為扶梯電機正轉(zhuǎn)接觸器、K2為扶梯電機反轉(zhuǎn)接觸器。K4為不經(jīng)變頻器的電源聯(lián)通接觸器，K3為經(jīng)過變頻器的電源聯(lián)通接觸器。OCR為電機過熱保護繼電器。M為三相異步電動機，承擔整個扶梯的運轉(zhuǎn)動力以及運動的輸出[6]。PT為電源檢測保護驅(qū)動，當系統(tǒng)過載時，檢測到大電流，對系統(tǒng)進行保護。

在自動扶梯需要上行運轉(zhuǎn)或者下行運轉(zhuǎn)時，分別需要接通K1或者K2，當扶梯在啟動時，處于節(jié)能環(huán)保的考慮，需要接通變頻器，在電機開始啟動時，扶梯停止運轉(zhuǎn)前，滿員乘坐或者逐漸乘坐人員逐漸增加時，變頻器接通，此時扶梯電機處于變頻運轉(zhuǎn)階段，在這些階段中的電路接通開關(guān)組合為K1K3或者K2K3。當扶梯運轉(zhuǎn)正?；蛘哒f轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速時，變頻器斷電，要進行變頻器斷電是因為，變頻器接通的系統(tǒng)功耗是未接通時的1.2倍，變頻器的作用是為了在啟動或者停止或者制動時，增大電機輸出轉(zhuǎn)矩，這一階段耗電比較大，而在扶梯電機轉(zhuǎn)速正常時，一般不需要像開始啟動時那么大的轉(zhuǎn)矩，也就沒有必要輸出那么大的轉(zhuǎn)矩，此時接觸器K4接通。這時的系統(tǒng)電路接通通路是K1K4或者K2K4。

扶梯自動控制系統(tǒng)對于變頻器的使用，不僅節(jié)省了電能，同時也延長了電機的使用壽命，有效減小了扶梯的整體結(jié)構(gòu)尺寸，使得扶梯結(jié)構(gòu)緊湊小巧，極大的避免了空間浪費。

（2）PLC控制電路制定。根據(jù)主電路的功能原理現(xiàn)制定如下所示PLC控制電路，控制方框圖如圖2所示。

PLC輸入的信號主要有光電傳感器脈沖信號、接觸器狀態(tài)信號、系統(tǒng)自檢信號、運轉(zhuǎn)反饋信號、運行模式信號、以及過熱過載保護信號。通過這些信號的輸入PLC控制系統(tǒng)能根據(jù)用戶輸入的運行程序進行邏輯判斷，輸出相應(yīng)的控制信號如變頻器狀態(tài)變換、接觸器閉合與斷開、制動器接通與脫離、電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、扶梯的運行模式變換運轉(zhuǎn)或者檢修等，從而實現(xiàn)對相應(yīng)功能模塊的自動控制。

（3）PLC扶梯自動控制程序設(shè)計。PLC的控制程序輸入，搭載好了硬件控制系統(tǒng)的PLC還不足以實現(xiàn)扶梯的自動控制，只有和相應(yīng)的控制軟件也就是控制程序相配合，PLC才能滿足系統(tǒng)控制要求。PLC的控制程序是根據(jù)扶梯的自動控制要求來設(shè)計的，前面以及描述過扶梯的控制要求，下面來進行PLC的程序設(shè)計，程序的邏輯框圖如圖3所示。

設(shè)計好程序流程框圖后便可按照流程框圖結(jié)合控制電氣原理圖，將程序用梯形圖來描述并輸入PLC，梯形圖具體描述細節(jié)轉(zhuǎn)換簡單，此處不再贅述。

6 結(jié)束語

PLC控制的中高度扶梯，有著良好且穩(wěn)定的運行效果，在保證乘坐人員安全的前提下極大的實現(xiàn)了中高度扶梯的自動化、智能化、人性化，節(jié)能環(huán)保化的運行控制，具有非常光明的發(fā)展前景。目前的PLC在中高度扶梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還存在著很多不足之處，像扶梯運行過程控制平穩(wěn)性問題，安裝成本問題以及接口通信通用化問題等，但是，相信隨著科技的不斷發(fā)展進步，這些問題會很快得到解決，PLC在扶梯控制中的應(yīng)用也會更加成熟完善。

參考文獻：

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[6]姜偉，李想.基于PLC的自動扶梯電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2017（01）：48.

作者簡介：李占輝（1982-），男，安徽人，本科，中級，研究方向：機械、機電。