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一、 前言
電梯控制系統(tǒng)主要由調(diào)速部分和邏輯控制部分構(gòu)成。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要作用，目前，大多選用高性能的變頻器，利用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量曳引電機(jī)轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。通過對(duì)變頻器參數(shù)的合理設(shè)置，不僅使電梯在運(yùn)行超速和缺相等方面具備了保護(hù)功能，而且使電梯的起動(dòng)、低速運(yùn)行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動(dòng)、停止和電機(jī)給定速度選擇則都有邏輯控制部分完成，因此，邏輯控制部分是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。X5系列 PLC 以其可靠性高、運(yùn)算速度快、產(chǎn)品成本低和電梯專用客制化服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，已在多家電梯廠家中的電梯生產(chǎn)及改造中獲得了應(yīng)用。本文以一臺(tái) 4 層 4 站的別墅電梯控制系統(tǒng)為例，闡述了 X5 系列 PLC 在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案。
二、 電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成
電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及PLC單元構(gòu)成，由如圖1所示，用來完成對(duì)電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng)，加減速，停止，運(yùn)行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理和控制功能。
變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成，變頻器采用日本安川公司矢量控制電梯專用變頻器616G5，其具有良好的低速運(yùn)行特性，適合在電梯控制系統(tǒng)中應(yīng)用。三相電源R、S、T經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端U、V、W接電動(dòng)機(jī)的快速繞組，外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間，加快制動(dòng)過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測(cè)電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號(hào)為：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、檢修速度等各種速度編碼指令，復(fù)位和使能信號(hào)。變頻器輸出信號(hào)為：（1）變頻器準(zhǔn)備就緒信號(hào)，在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，通知控制系統(tǒng)變頻器可以正常運(yùn)行；（2）運(yùn)行中信號(hào)，通知PLC變頻器正在正常輸出；（3）零速信號(hào)，當(dāng)電梯運(yùn)行速度為零時(shí)，此信號(hào)輸出有效并通知PLC完成抱閘、停車等動(dòng)作；（4）故障信號(hào)，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，此信號(hào)輸出有效并通知PLC作出響應(yīng)，給變頻器斷電。
輸入輸出單元為PLC的I/O接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。輸入單元為：（1）廳外呼叫單元，用來對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除，而且兼有無司機(jī)狀態(tài)的“本層廳外開門”功能，全集選方式的呼梯信號(hào)為2N-2個(gè)（N為層站數(shù)），下集選方式的呼梯信號(hào)為N個(gè)；（2）轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示，呼梯信號(hào)數(shù)為電梯停站層數(shù)N；（3）開關(guān)門按鈕，輸入PLC控制轎門的開閉（廳門也同時(shí)動(dòng)作）；（4）上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層�？繒r(shí)準(zhǔn)確平層，通常設(shè)置在轎頂，電梯轎箱上行接近預(yù)選層站時(shí)，上平層感應(yīng)器限進(jìn)入遮磁板，電梯仍繼續(xù)慢速運(yùn)行，當(dāng)下平層感應(yīng)器再進(jìn)入遮磁板時(shí)，上行接觸器線圈失電，制動(dòng)器抱閘停車；（5）上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號(hào)輸入PLC，PLC發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；（6）門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；（7）安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等；（8）檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專用兩種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電；（9）稱重單元，用來檢測(cè)轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號(hào)給PLC，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。輸出單元為：（1）樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；（2）開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)�？亢螅�PLC給出相關(guān)指令，由變頻門機(jī)完成開關(guān)門動(dòng)作。
圖一電梯控制系統(tǒng)原理圖
PLC單元為電梯控制系統(tǒng)的核心部分，由PLC提供變頻器的運(yùn)行方向和速度指令，使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運(yùn)行方向和速度。通過PLC的合理編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、自動(dòng)開關(guān)門、自動(dòng)掌握停站時(shí)間、內(nèi)外呼信號(hào)的登記與消除、順向截梯及自動(dòng)換向等集選控制功能。
三、 PLC的I/O接口配置
PLC選用億維自動(dòng)化技術(shù)有限公司的X5系列，PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要配置，并可根據(jù)用戶的要求增加并聯(lián)功能。以編制一臺(tái)4層4站的電梯為例，先根據(jù)控制要求計(jì)算所需要的I/O接口點(diǎn)數(shù)，其中輸入點(diǎn)數(shù)為32，輸出點(diǎn)數(shù)為24。選用X5系列PLC的一個(gè)CPU單元X5-1414RD和一個(gè)擴(kuò)展單元E5-0016D來完成電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制。
1、輸入接口：
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序號(hào) |
輸入接點(diǎn) |
輸入功能 |
序號(hào) |
輸入接點(diǎn) |
輸入功能 |
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1 |
10001 |
安全回路 |
17 |
10017 |
四樓指令按鈕 |
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2 |
10002 |
關(guān)門按鈕 |
18 |
10018 |
一樓上召按鈕 |
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3 |
10003 |
檢修開關(guān) |
19 |
10019 |
二樓上召按鈕 |
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4 |
10004 |
門鎖 |
20 |
10020 |
二樓下召按鈕 |
|
5 |
10005 |
消防開關(guān) |
21 |
10021 |
三樓上召按鈕 |
|
6 |
10006 |
上強(qiáng)迫減速限位 |
22 |
10022 |
三樓下召按鈕 |
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7 |
10007 |
下強(qiáng)迫減速限位 |
23 |
10023 |
四樓下召按鈕 |
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8 |
10008 |
安全觸板 |
24 |
10024 |
80％滿載 |
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9 |
10009 |
上平層感應(yīng)器 |
25 |
10033 |
110％超載 |
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10 |
10010 |
下平層感應(yīng)器 |
26 |
10034 |
抱閘反饋 |
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11 |
10011 |
開門按鈕 |
27 |
10035 |
變頻器準(zhǔn)備就緒 |
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12 |
10012 |
開門到位 |
28 |
10036 |
變頻器運(yùn)行中 |
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13 |
10013 |
變頻器故障 |
29 |
10037 |
零速 |
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14 |
10014 |
一樓指令按鈕 |
30 |
10038 |
泊梯開關(guān) |
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15 |
10015 |
二樓指令按鈕 |
31 |
10039 |
旋轉(zhuǎn)編碼上行方向 |
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16 |
10016 |
三樓指令按鈕 |
32 |
10040 |
旋轉(zhuǎn)編碼上行方向 |
2、輸出接口
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序號(hào) |
輸出線圈 |
輸出功能 |
序號(hào) |
輸出線圈 |
輸出功能 |
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1 <,, /SPAN> |
00001 |
上行方向指示 |
13 |
00013 |
門區(qū)照明 |
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2 |
00002 |
下行方向指示 |
14 |
00014 |
報(bào)站鐘 |
|
3 |
00003 |
開門繼電器 |
15 |
00015 |
照明 |
|
4 |
00004 |
關(guān)門繼電器 |
16 |
00016 |
主接觸器控制 |
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5 |
00005 |
速度編碼1 |
17 |
00017 |
抱閘控制 |
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6 |
00006 |
速度編碼2 |
18 |
00018 |
七段碼樓層顯示A |
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7 |
00007 |
變頻器使能 |
19 |
00019 |
七段碼樓層顯示B |
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8 |
00008 |
變頻器復(fù)位 |
20 |
00020 |
七段碼樓層顯示C |
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9 |
00009 |
1樓召喚輸出指示 |
21 |
00021 |
七段碼樓層顯示D |
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10 |
00010 |
2樓召喚輸出指示 |
22 |
00022 |
七段碼樓層顯示E |
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11 |
00011 |
3樓召喚輸出指示 |
23 |
00023 |
七段碼樓層顯示F |
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12 |
00012 |
4樓召喚輸出指示 |
,
24 |
00024 |
七段碼樓層顯示G |
四、 工作過程
電梯完成一個(gè)呼叫響應(yīng)的步驟如下：
（1）電梯在檢測(cè)到門廳或轎箱的召喚信號(hào)后將此樓層信號(hào)與轎箱所在樓層信號(hào)比較，通過選向模塊進(jìn)行運(yùn)行選向。
（2）電梯開始起動(dòng)，通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)轎箱運(yùn)動(dòng)。轎箱運(yùn)動(dòng)速度由低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚�，并以高速運(yùn)行至目標(biāo)層。
（3）當(dāng)電梯檢測(cè)到目標(biāo)層減速點(diǎn)后，電梯進(jìn)入減速狀態(tài)，由高速變?yōu)榈退伲⒁缘退龠\(yùn)行至平層點(diǎn)停止。
（4）平層后，經(jīng)過一定延時(shí)開門，直至碰到開門到位行程開關(guān)；再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門，直到安全觸板開關(guān)動(dòng)作。
五、 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1．軟件流程
圖二PLC控制電梯工作流程圖
2．模塊化編程
電梯控制系統(tǒng)是集選式控制方式，適合采用模塊化編程方法，下面介紹幾個(gè)模塊的梯形圖程序：
（1）電梯自檢模塊：安全回路中各開關(guān)接觸良好，安全回路信號(hào)（10001）輸入，安全繼電器（01169）閉合。當(dāng)電梯開關(guān)門完成（01037），關(guān)門到位（01155）輸出為ON，且處于非強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)，如果變頻器無故障輸入（10013），則電梯允許（01038）正常運(yùn)行。
（2）電梯開關(guān)門模塊： 安全繼電器（01069）線圈接通時(shí)，有開門信號(hào)（10011）或有安全觸板動(dòng)作脈沖輸入，在進(jìn)入平層區(qū)1秒（02015）后，驅(qū)動(dòng)門機(jī)開門，開門繼電器接通；在開門到位信號(hào)（10012）或開門到位5秒后，關(guān)門繼電器輸出。
（3）平層檢測(cè)和強(qiáng)迫減速模塊：當(dāng)電梯檢測(cè)到上、下平層感應(yīng)器（10009和10010）的輸入信號(hào)時(shí)，表明電梯已經(jīng)進(jìn)入平層區(qū)。當(dāng)電梯上行轎廂碰到上強(qiáng)迫換速開關(guān)（10006）時(shí)，上強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作，電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速，并判斷電梯的實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）是否運(yùn)行到最頂層（＃00008）；當(dāng)電梯下行轎廂碰到下強(qiáng)迫換速開關(guān)（10007）時(shí)，下強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作，電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速，并判斷電梯是否運(yùn)行到最底層（＃00001）。
（4）樓層召喚燈指示模塊：當(dāng)有樓層召喚登記（如01001）或已有該樓層召喚燈輸出（如00009）時(shí)，如果實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）不等于召喚樓層，則該樓層召喚燈輸出顯示亮；如果實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）不等于召喚樓層，則該樓層召喚燈輸出熄滅。
六、 結(jié)束語
本文以億維自動(dòng)化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的X5系列PLC為例，闡述了PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，分別描述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，并給出了PLC的I/O接口配置及其軟件設(shè)計(jì)流程和梯形圖的編寫。
通過X5系列PLC在某型號(hào)電梯控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在廣大電梯使用客戶中獲得了良好的評(píng)價(jià)，并得到了多家生產(chǎn)廠家對(duì)該系列PLC質(zhì)量和性能的認(rèn)可，該電梯控制系統(tǒng)只需要稍加改進(jìn)即可應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。這一切都表明該系列PLC不僅可以滿足電梯對(duì)高可靠性的實(shí)際需求，而且在控制水平和性能完全可以替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品，并將突破電梯領(lǐng)域應(yīng)用到更為廣泛的行業(yè)，未來前景將更為廣闊
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