基于PLC和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于PLC和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)劉洋12（武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，湖北武漢430079）序流程圖，用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)了電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

電梯作為運(yùn)輸工具，承載著大量的人流和物流的輸送，其在人與物傳送中的作用是至關(guān)重要的。目前電梯普遍采用兩種控制方式：第種是以微機(jī)作為信號(hào)控制單元完成電梯的信號(hào)采集、運(yùn)行狀態(tài)及其功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行等功能，其中拖動(dòng)控制由變頻器來完成；第二種則是用可編程控制器取代微機(jī)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制的種控制方式。國內(nèi)大部分電梯都是采用的第二種控制方式，主要因?yàn)椴捎肞LC控制具有可靠性高、編程簡單、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，并且PLC般都具有自診斷、故障種類顯示和故障報(bào)警等功能。這樣采用PLC控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制，不僅簡化了外部接線，而且提高了電梯的安全性和可靠性，為以后的功能擴(kuò)展也提供了方便。

電梯結(jié)構(gòu)示意圖電梯的主要任務(wù)是通過響應(yīng)外界的輸入，經(jīng)過PLC運(yùn)算后，決定電梯的運(yùn)行方式。電梯1次完整的運(yùn)行過程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程，其工作過程示意圖如所不。

啟動(dòng)一輸入指令一上行/下行一郅達(dá)樓層一停止電梯工作過程示意圖二、電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)以三層樓電梯為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件構(gòu)成為歐姆龍的CP1H型PLC，變頻器（歐姆龍3G3MZ），通過對(duì)應(yīng)的編程軟件，可以在電腦上進(jìn)行編程、調(diào)試，在電梯的運(yùn)行過程中，也可通過PLC和電腦上面的程序監(jiān)控來顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)。

在硬件設(shè)計(jì)中，首先根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。

輸入信號(hào)：控制系統(tǒng)的控制按鈕應(yīng)位于電梯的操作面板上，對(duì)應(yīng)于每層，都應(yīng)有選層指令按鈕，控制電梯到達(dá)某層的行程開關(guān)輸入，共6個(gè)輸入，乘客位于樓層召喚時(shí)，頂層需要一個(gè)向下召喚按鈕，底層需要一個(gè)向上召喚按鈕，第2層需要向上和向下召喚按鈕各1個(gè)，共4個(gè)輸入，1個(gè)手動(dòng)開門按鈕輸入和1個(gè)手動(dòng)關(guān)門按鈕輸入，1個(gè)開門行程開關(guān)，1個(gè)關(guān)門行程開關(guān)，1個(gè)電梯上行限位，1個(gè)電梯下行限位，共16個(gè)輸入點(diǎn)3.輸出信號(hào)：乘客位于樓層召喚時(shí)，頂層需要一個(gè)向下召喚按鈕顯示，底層需要一個(gè)向上召喚按鈕顯示，第二層需要向上和向下召喚按鈕顯示各1個(gè)，共4個(gè)輸出；每層需要樓層信號(hào)顯示1個(gè)，轎廂樓層按鈕顯示1個(gè)，共3層，6個(gè)輸出量；此外還需要1個(gè)上行指示輸出，1個(gè)下行指示輸出；1個(gè)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)輸出，1個(gè)反轉(zhuǎn)輸出，1個(gè)開門輸出，個(gè)關(guān)門輸出，共需輸出量16個(gè)。

電梯控制系統(tǒng)主要包括PLC、變頻器、光電旋轉(zhuǎn)編碼器、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、門機(jī)及其他電氣元件等，其結(jié)構(gòu)框圖如所示4.智能電梯控制系統(tǒng)主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。主要硬件設(shè)備包括PLC主機(jī)及擴(kuò)展、轎廂操縱盤、機(jī)械系統(tǒng)、廳外呼梯盤、門機(jī)、調(diào)速裝置、層號(hào)指示燈與主拖動(dòng)系統(tǒng)等，其中系統(tǒng)控制的核心是PLC主機(jī)。信號(hào)控制系統(tǒng)通過PLC軟件實(shí)現(xiàn)，包括轎內(nèi)指令、門區(qū)、廳外召喚、運(yùn)行控制、順向截梯、平層信號(hào)、開關(guān)門運(yùn)行等程序控制。在拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，電梯當(dāng)前工作狀態(tài)的反饋信號(hào)直接送入PLC，再由PLC向拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出平層、速度切換、起動(dòng)等控制信號(hào)。m PLC電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖三、電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電梯控制系統(tǒng)實(shí)際上是個(gè)人機(jī)交互式的系統(tǒng)，并且電梯在運(yùn)行中各種輸入信號(hào)是隨機(jī)出現(xiàn)的，即存在很多不確定因素，同時(shí)又有大量的自鎖、互鎖關(guān)系，所以電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。PLC接收來自操縱盤和每層的呼叫信號(hào)，轎廂和廳門系統(tǒng)的功能信號(hào)以及井道和變頻器的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)程序判斷與運(yùn)算實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，根據(jù)隨機(jī)邏輯控制的要求，向變頻器發(fā)出運(yùn)行方向啟動(dòng)、減速運(yùn)行和制動(dòng)停梯等信號(hào)0，完成電梯的工作全過程控制。

電梯運(yùn)行的循環(huán)過程為：檢測呼叫和選層信號(hào)，判斷電梯的運(yùn)行方向，啟動(dòng)運(yùn)行，在運(yùn)行過程中要進(jìn)行順向截梯、呼梯和轎內(nèi)選擇記憶等操作，到達(dá)層站時(shí)執(zhí)行開門/關(guān)門程序。電梯在實(shí)際運(yùn)行中的PLC控制功能流程圖如所示。電梯的運(yùn)行情況可分為靜止和運(yùn)動(dòng)兩個(gè)狀態(tài)。

（1）在靜止?fàn)顟B(tài)下電梯停于某層，這時(shí)電梯所接受的信號(hào)有兩類：來自其它層的呼叫信號(hào)，PLC根據(jù)呼叫信號(hào)的響應(yīng)流程，做出上行或下行的決定，使曳引電機(jī)得電上升或下降；電梯停靠的本層有呼叫信號(hào)，則執(zhí)開關(guān)門的程序，而后根據(jù)選層信號(hào)，電梯上行或下行。

（2）電梯正在運(yùn)行狀態(tài)，如果是下行，只響應(yīng)上行或下行的狀態(tài)指示，這樣可以使轎廂內(nèi)外的乘轎廂下層的呼梯信號(hào)，上行過程中只響應(yīng)轎廂上層客清楚地知道電梯的運(yùn)行狀態(tài)。0的呼梯信號(hào)。電梯在運(yùn)行過程中具有樓層指示和電梯控制系統(tǒng)模型已經(jīng)制造成功，根據(jù)流程圖編寫電梯的上行、下行程序，電梯的開門關(guān)門程序，設(shè)置變頻器的參數(shù)，根據(jù)這些程序組合后，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行良好，達(dá)到了控制目的。采用PLC進(jìn)行電梯的運(yùn)行控制，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，同時(shí)由于采用的是‘’軟接線“方法的程序控制，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大大提高，當(dāng)然，電梯控制系統(tǒng)的信號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)較多，就初期投入來講，控制系統(tǒng)比繼電器的成本要高，不過可以采用節(jié)省輸入點(diǎn)的方法解決成本較高的問題。