plc在電梯中的應(yīng)用

1、PLC在電梯模型中的應(yīng)用摘要 本文結(jié)合自己實際工作經(jīng)驗和自己制作的8層雙聯(lián)電梯模型而寫，分別從硬件構(gòu)成以及相互之間的連接和軟件的編程思想展開，通過PLC控制的一些外部設(shè)備詳略有當(dāng)?shù)慕榻B了PLC在電梯模型每一部分的應(yīng)用，電梯模擬真實電梯的運行方式以及能實現(xiàn)電梯基本的運行功能。本文給出了系統(tǒng)框圖及部分PLC程序。關(guān)鍵字 PLC，電梯，變頻器，伺服電機，三極管前言在現(xiàn)代復(fù)雜的樓宇建筑屋中，電梯承載著主要的交通工具，隨著樓層的增加，人們對于電梯的服務(wù)細致化、安全的可靠化、準(zhǔn)確效率化提出了更高更嚴(yán)的要求。PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可以說是能完全實現(xiàn)上述用戶提出的要求，PLC以其自身的編程靈活性好、抗干

2、擾能力強、可靠性高、體積小、能耗低、噪音低、通用性等一些優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用到電梯行業(yè)是其控制系統(tǒng)的主要組成之一。自從1852年世界上第一臺安全升降梯誕生150年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時間；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，

3、并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保一款款集納了人類在機械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保一款款集納了人類在機械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。一、系統(tǒng)硬件構(gòu)成：一個安全、高效的電梯，它包括很多組成部分。此

4、電梯模型硬件主要是由以下幾個方面構(gòu)成的：1.控制系統(tǒng) 2.變頻器、電動機 3.伺服驅(qū)動器、步進電機。硬件構(gòu)成部分框圖1如下： 圖11.編程控制器（PLC）作為群控，采用功能強大的三菱A系列的中型PLC，CPU為A1JSH（該PLC包括一個電源模塊A1S61PEU，一個CPU模塊A2US，兩個輸入模塊X42和兩個輸出模塊Y42）。2.PLC和變頻器的組合在電梯中的應(yīng)用最優(yōu)化的提高了電梯的運行效率。變頻器用的是富士5000G11S的型號，功率為0.4KW。PLC與變頻器參數(shù)設(shè)置表PLC輸出端YA0YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8變頻器輸入端X1X2X3FWDREVX4Y5X6X7變

5、頻器注釋一段速二段速三段速正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)加速時間加速時間外部報警強制停止PLC輸入端X29X2AX2B變頻器輸出端Y1Y2Y3變頻器注釋變頻器溫度報警變頻器故障報警實際輸出頻率與設(shè)定值不一致報警 控制說明當(dāng)電梯外部或轎廂內(nèi)有樓層指令輸入時，且電梯門已經(jīng)關(guān)閉好，則電梯執(zhí)行運行命令時，PLC根據(jù)用戶輸入指令的信息，做出兩個判斷：一個是電梯響應(yīng)勻速運行，另一個是電梯響應(yīng)變速運行，這兩種運行模式都是由PLC判斷，并發(fā)出指令到PLC的輸出端YA0、YA1、YA2YA8，如果轎廂要行駛鄰近層則電梯執(zhí)行均速運行，PLC輸出端FWD（或REV）動作，變頻器調(diào)速后運行頻率為1Hz；如果轎廂要上行或下降2-3個樓層時，

6、則電梯執(zhí)行變速運行，PLC輸出端YA0、FWD（或REV）動作，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行一段速，輸出頻率為2Hz；如果轎廂要要上行或下降4-6個樓層時，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行二段速設(shè)置，輸出頻率為3Hz；如果轎廂要要上行或下降7-8個樓層時，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行三段速設(shè)置，輸出頻率為4Hz。部分程序顯示如圖2示 圖2電機用的是三相交流電機，受控與變頻器。3接近開關(guān)平層開關(guān)我用的是接近開關(guān)型號為TL-Q5MC1-Z 類型為NPN型的。8個接近開關(guān)分別裝置在每一層的底部，轎廂上裝一個感應(yīng)物體，用來觸發(fā)接近開關(guān)。接近開關(guān)的作用一個是起到平層，一個是PLC記憶轎廂的位置，另一個作用是起到變頻器加

7、減速的作用。真實電梯實際上在每個平層都裝有兩個物理觸點，以作為電梯平層的可靠保障。兩個物理觸點分別為上平層和下平層，轎廂只有在這兩個平層時轎廂才可以停下開門，或關(guān)門，當(dāng)只有上平層ON時，電梯向上找平層；當(dāng)只有下平層ON時，電梯向下找平層；如果轎廂找平層三次不成功，電梯就直接向下運行，直到1樓停止，開門并報故障。我們學(xué)校新教學(xué)樓的那部電梯在這個處理上還是可以的，只不過不報故障。接近開關(guān)與PLC的接線如圖3示：圖3部分接近開關(guān)PLC程序如圖4示： 圖44三極管：由于外部面板上的所有的上/下（包括轎廂內(nèi)部的上/下指示燈）指示燈和樓層顯示的數(shù)碼管都是并聯(lián)的，每一回路的電流就被很小了，指示燈基本顯示不亮

8、，這需要一個三極管來增加每一支路的電流，使每個燈都能正常工作。三極管與PLC的接線如圖5示： 圖55門機驅(qū)動門機在一部電梯中是不能缺少的一個重要組成部分。電梯門在開關(guān)的過程中都有一個變速的過程，我用伺服驅(qū)動器發(fā)脈沖給步進電機。因為門寬總共為20cm，一扇門可開的距離為10cm，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試定義為：在開門的過程中，前3秒，每秒發(fā)6千脈沖給步進電機，門可以快速的把門開開，后2秒，每秒發(fā)1千脈沖給步進電機，門以一個緩速的速度把門開到底，這樣不至于砰壞門的側(cè)臂；在關(guān)門的過程中，設(shè)置和開門相反，如果關(guān)門太快很可能夾住乘客。PLC脈沖采用循環(huán)掃描式的方式發(fā)給伺服驅(qū)動器。在實際中，真實的電梯開關(guān)門是很講究的

9、，下面是一部真實電梯門機開關(guān)門的時間關(guān)系圖，如圖6示。 圖6門機還有兩個重要的功能即：（1）檢測反饋轉(zhuǎn)矩可實現(xiàn)功能。安全返回功能（防夾人）： 在關(guān)門時如果擠夾了人，控制系統(tǒng)立即檢測到反饋力矩的變化，門就會向相反方向開啟，保證人員的安全。（2）防扒開功能 在門關(guān)閉時，控制器繼續(xù)驅(qū)動電機以低速、小力矩繼續(xù)加壓，使門關(guān)閉緊密。在檢測到特殊力矩變化時（有人扒門等），立即加力保證門的關(guān)閉，恢復(fù)正常情況后自動撤力。考慮到現(xiàn)實中的應(yīng)用和實際制作的復(fù)雜性，我把現(xiàn)實中的一些功能省略掉了，只實現(xiàn)了轎門的開關(guān)等功能。電梯內(nèi)部主要包括兩個部分，轎廂和配重。轎廂是電梯承載人的容器，也是人們?nèi)找嬷匾暤碾娞萁M成部分。配重約

10、為轎廂滿重的時的10%，下面是電梯模型的簡易側(cè)面圖，如圖7示。 圖7二、軟件設(shè)計 因為程序量很大，不方便貼出，下面就我編寫程序時遵循的幾個原則簡明說一下。因為電梯是作為載人的工具和汽車、飛機一樣無論在硬件制作或軟件編程時都遵循了很多原則，在軟件編程時考慮到安全以及有效的運行我僅遵循了以下幾個原則：1電梯在走梯過程中絕對不能開門 這是編程人員在門機編程時首要注意的問題之一。其實它包括兩個部分：（1）走梯過程中，門鎖斷開立即停梯；（2）門關(guān)不上，電梯不能走梯。2電梯只有在門區(qū)內(nèi)才能開門任何狀態(tài)下都要遵守這個原則，門區(qū)是個什么概念？門區(qū)在默認(rèn)狀態(tài)下是上、下平層的區(qū)間。我電梯模型在每層的底部都裝有一個

11、平層開關(guān)（接近開關(guān)），只有接近開關(guān)ON時電梯才能開門。真實電梯中是有兩個平層信號，即上平層信號和下平層信號。如果電梯開門時至少有一個平層在上、下平層標(biāo)準(zhǔn)距離是22cm,也就是說當(dāng)只有一個平層在的時候是可以開門的，這時開門要小心了，電梯與樓層之間形成了一個最大20cm的臺階，不小心就會踩空或絆倒，所以，大家上、下電梯時一定要遵守一看二慢三通過的原則。 以上兩點是說電梯在正常運行時所遵循的原則，如果在消防狀態(tài)下可以不遵循。3電梯開門優(yōu)先與關(guān)門 這個原則主要是防止電梯門夾人。當(dāng)你按下關(guān)門按鈕時，門進入關(guān)門狀態(tài)，在關(guān)門過程中按下開門按鈕，門立即轉(zhuǎn)為開門狀態(tài)。在硬件上，我在轎門的上部裝有紅外線光幕，如果

12、在電梯關(guān)門時，某人急匆匆跑來搶門，在快關(guān)上門的那一刻他把手伸進了兩扇門中間，由于紅外光幕被阻斷，PLC程序上響應(yīng)開門指令，門轉(zhuǎn)為開門狀態(tài)。4轎廂內(nèi)指令優(yōu)先與電梯外呼指令 只有進入了轎廂你才能選擇你要去幾樓，外呼只是說明你給電梯是是要下還是上的信號。同時也遵循了下一條原則。5定向優(yōu)先乘電梯時常常會遇到電梯?？磕硞€樓層開門后卻看不到人的情況，這種情況有一部份是定向優(yōu)先原則引起的，意思是如果電梯已給出方向，只能朝這個方向運行，舉個例子：電梯當(dāng)時在5樓待梯，你著急要去1樓，不小心錯按了上召按鈕，于是又補按下召，注意，電梯在你按上召時就已開門并定好上方向，當(dāng)你進入電梯時，正好22樓有人打了下召，對不起，

13、根據(jù)原則，只能向上運行，你登記的1樓指令無效了，那么，電梯關(guān)好門后會綁架你到22樓，再向下運行時才響應(yīng)你登記的5樓下召，當(dāng)電梯重回5樓開門卻沒見到人時，請你不要開罵，因為這是你造成的。 所以大家召喚電梯時方向一定要對，不然，電梯會綁架你的。6順向截車顧名思義，相同方向可以截到電梯，但這個原則有個前提條件：電梯應(yīng)有足夠的減速時間或距離。大家可能有過這種情況，電梯快到本層了，趕緊按同向外召，可惜電梯很不給面子沖層而過，這就是電梯沒有足夠的減速距離而無法響應(yīng)。 因為我自制的電梯模型梯間距離比較小，而且平層開關(guān)每層只裝了一個，因此不便于說明問題，那么舉個現(xiàn)實中的例子：每層樓高3米，電梯最高速1750m

14、m/秒，那么電梯在全速通過每層時只需1.7秒的時間，設(shè)加減/速度為550mm，那么t=(V0-Vt)/a=1750/550=3.18秒，也就是說當(dāng)電梯在最高速度運行時要截車的話應(yīng)至少提前3秒多的時間，相當(dāng)于提前兩個樓層，電梯響應(yīng)后需位移S=at2=550*3.82=2780mm，即電梯響應(yīng)后在距你2780mm的地方開始減速，如果減速度距離不夠別怪它不給你面子。解決方法就是提前兩個樓面截車。7超載不關(guān)門電梯超載有危險，后果很嚴(yán)重，一般電梯超載后會蜂嗚提示，門關(guān)不上意思就是請出去幾個，不然不走了。遇到這種情況時，最后進去的應(yīng)退出來，如果互不謙讓，電梯就沒法走了。有些情況是人出來后再輕輕的進去，電梯

15、就不報超載了，這和稱重裝置的靈敏度有關(guān)，如果大家看到這種情況，最好是主動出去等下部電梯，因為此時處于超載臨界點，電梯啟動時的拉力或運行過程中的抖動或加速度因素的影響都有可能會導(dǎo)致超載有效，有的程序是電梯啟動后就不管超載是否有效了，但也有的是電梯運行過程中超載有效停車?yán)?，這中情況就比較危險了，所以大家要注意。程序控制文字說明：舉一個例子，當(dāng)電梯在1樓待梯時，8樓有人按下招指令，電梯向上開始運行，如果中間其他人沒有按上招時，則PLC響應(yīng)三段速程序，PLC輸出指令到變頻器的輸入端，電梯執(zhí)行三段速設(shè)置，電動機執(zhí)行變頻器輸出的頻率為4Hz，當(dāng)電梯行使到6樓時，電梯開始執(zhí)行減速運行，到5樓時變頻器輸出頻

16、率為3Hz，到6樓時變頻器輸出頻率為2Hz，到7樓時變頻器輸出頻率為1Hz，從而使電梯能高效并平穩(wěn)的到達指定的站點；如果電梯在上行的過程中有人按下招，則電梯暫不響應(yīng)此信號（定向優(yōu)先原則），等8樓到達時開始向下運行是才響應(yīng)此動作；如果電梯全速向上運行的過程中有人按上招，則電梯根據(jù)距離運算，計算出能否停梯，參考原則6。三、安全設(shè)置電梯既然是作為載人工具，那么就要對它的安全性提出更高的要求。此電梯模型即在軟件和硬件上都做了相應(yīng)的安全措施。軟件上：如果電梯在運行的過程中，轎廂按指定的指令停靠時檢測不到本樓層信號（即平層信號）時，電梯自動向下找平層（?？康较聜€樓層）開門放人，然后報上面樓層故障；如果在向

17、下找樓層時也沒有找到時，電梯直接停到1樓，開門放人，并報電梯平層信號故障，其它任何輸入指令均無效（消防狀態(tài)時有效）。為了防止電梯在運行過程中出現(xiàn)死程序，突然斷電，接近開關(guān)失效，元器件損壞或老化等一些突發(fā)情況的發(fā)生對乘客的人身安全造成隱患，在電梯設(shè)計中我分別在電梯的最上端和電梯的最下端串入了一對觸點繼電器分別稱為：上極限開關(guān)、下極限開關(guān)。極限位的接線為：極限位的常開觸點的接在24V開關(guān)電源的負(fù)極，另一端接到一個220V繼電器的（變頻器380V的輸入電壓經(jīng)過此繼電器，用24V開關(guān)電源控制此繼電器吸合）A2端，從此繼電器的A1端引線到24V開關(guān)電源的正極，以次構(gòu)成一個回路。工作原理是：當(dāng)電梯在正常運行時是不會觸及到此兩個限位開關(guān)，但當(dāng)上述造成隱患情況之一發(fā)生時，轎廂則會碰到這兩極限位中的一個，當(dāng)兩個