基于PLC电梯控制系统变频调速的研究探索

沈阳化工大学科亚学院信息与控制工程系 任 艳沈阳航空航天大学机电工程学院 王运江



基于PLC电梯控制系统变频调速的研究探索

沈阳化工大学科亚学院信息与控制工程系 任 艳
沈阳航空航天大学机电工程学院 王运江

【摘要】传统电梯控制系统采用低压电器进行控制，在速度调节方面，难以达到平稳运行，乘坐舒适、高效节能的要求。本文针对上述问题，提出控制核心器件基于PLC，调速方法基于变频器的现代电梯变频调速控制系统，并对此系统进行了研究与探索，解决了传统低压电器电梯控制系统在调速方面存在的不足，达到了电梯在调速方面对平稳舒适、高效节能的要求，使电梯的控制水平得到了一定的提高，使电梯的运行状态达到了较为理想的效果。

【关键词】电梯；PLC；变频调速；变频器

随着社会的发展，电梯已经成为高层建筑主要的运输工具，如何使得电梯控制系统实现平稳运行、乘坐舒适、高效节能等性能，是一个值得研究的问题。传统的电梯控制系统采用低压电器控制系统，但低压电器控制系统自身存在的“缺陷”不能满足生产生活对电梯控制系统提出的新要求。因此，迫切需要对电梯的控制技术进行研究与探索，找出一种适合电梯控制技术发展新要求的电梯控制系统，具有十分重要的意义。

1　PLC控制系统设计步骤

1）掌握被控对象电梯，制定PLC控制系统总体方案。2）确定I/O设备。根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如按钮、选择开关等）和输出设备（如接触器、信号指示灯等）由此确定PLC的I/O点数。3）对PLC的选择考虑因素包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。4）分配PLC的I/O地址。5）设计软件及硬件进行PLC程序设计，二者可同时进行，PLC控制系统的设计周期可大大缩短。6）联机调试。

2　传统电梯低压电器控制系统存在的问题

1）低压电器控制系统机械触点比较多，容易发生故障，维修、保养、维护费用高，工作量大，故障检查困难。2）线圈机构，机械触点动作反应速度相对比较慢，难以提高系统控制精度。3）低压电器控制系统功率高，能源利用率低，机械触点动作的噪音比较大。

3　电梯PLC控制系统硬件的设计与开发

PLC的英文全称是programmable logic controller，即可编程逻辑控制器，PLC的编程语言人们常用梯形图，本文选用此编程语言。

PLC控制系统框图包括轿厢内操纵面板、大厅门操作信号、PLC、调速变频器、拖动电机、旋转编码器等硬件。

控制系统的核心控制部件PLC采集信号，根据应用程序的逻辑控制功能实现逻辑控制，向调速变频器发起各种调速信号。调速变频器接收PLC的调速命令，按照PLC的指令实现调速功能，同时把自身的状态实时的向PLC作出汇报，以便PLC根据用户控制程序判断如何向调速变频器发出下一条命令。编码器与PG卡配合使用，编码器装在电机的主轴上，与电机一起旋转，检测反馈电机转速，从而形成闭环检测。为了抑制电梯减速时的直流电压，外接制动电阻。

4　PLC梯形图设计与开发

4.1梯形图符号介绍

梯形图符号包括常开触点、常闭触点、线圈、开始母线、结束母线、逻辑行（常开触点、常闭触点和线圈都属于PLC的内部软元件，对应着PLC内部的存储单元，存储单元的状态表示触点的闭合与断开）在梯形图软元件符上加注相应的输入输出继电器符号，梯形图中画的是各个元件没有动作时的状态。梯形图的执行原则是从左到右，从上到下。

4.2系统的软件开发过程

初始化自我检测、正常运行、手动运行是电梯运行的三种不同状态。三种状态循环切换，构成电梯的完整工作。从呼叫发起到呼叫被响应为电梯的一个工作循环。

4.2.1电梯的开关门运行回路

除设计正常的开门、关门控制梯形图控制应用程序外，为保护开门、关门时发生故障，烧毁电机包括开关门控制和关门控制在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将电机烧毁。与开门过程保护一样，可在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间，自动停止关门，以保护电机。

4.2.2轿厢内控、门厅外控设计与开发

当处罚轿厢内控或门厅外控指令时，如果电梯轿厢正在运行，且轿厢不在触发的楼层，那么相应的触发信号会被记录下来。记录下来的触发信号会在电梯运行的相应的楼层时，被响应完成响应的控制动作，同时触发信号被取消记录，即触发信号将被清除。轿内指令登一记消号的条件是当电梯正常运行至登记楼层时，指令登记即被消号。如果电梯处于安全检测状态，所有的信号将被忽略，不被记录，更不会引起相应的响应。

4.2.3电梯确定选择楼层方向及反向截梯梯形图设计与开发

1）轿厢内确定电梯楼层方向

当箱内有操作时，X4常开触点断开，线圈M56不得电，触点M56断开，进而触点M62，M63断开。这时只有轿厢内选层触发信号被记录，即只用M10-M16一条指令通道能激发选层响应通道M20-M26对应位置位，而门厅触发信号则不能激发相应的选择响应信号M20-M26。控制梯形图如图1所示：

图1　确定电梯楼层方向

2）门厅外确定电梯楼层方向

当箱内无操作时，X4常开触点闭合，在安全锁XS闭合时，线圈M56得电，触点M56闭合。如果轿厢没有运行，则触点M62，M63闭合。这时只要存在门厅选层触发信号将被记录，并能激发选层响应通道M20-M26对应位置位。

3）截梯控制设计

不论选层响应是由轿厢内触发还是由门厅触发，对于轿厢选层信号，电梯都要平层停车，且只听内不停外。只有在门厅触发的选层信号与电梯的运行方向一致时才能被响应。当有多个选层信号被触发时，PLC会对触发信号进行优先响应排序，来合理的确定响应顺序。

4.2.4使用旋转编码器反馈楼层数

利用精度较高的旋转编码器，可以采用数字选层取代机械选层器。电梯轿厢所处的位置与可编程控制器收到的脉冲数有关。

4.2.5呼梯铃控制与故障报警

4.2.6电梯的消防运行回路

5　结束语

随着社会的发展，现在小区中、商场、学校、企事业单位都有电梯，如何实现基于PLC的电梯调速，值得研究探索，本文研究了传统电气控制系统的不足，设计一种基于PLC的变频调速的控制系统设计，分别从硬件和软件两方面进行设计，改进后的电梯具有很好的舒适感、高效节能、安全可靠等优点，使电梯达到了较为理想的效果。

参考文献

［1］叶安丽.电梯技术基础［M］.北京：中国电力出版社，2004：84-88.

作者简介：

任艳（1982—），女，辽宁沈阳人，硕士研究生，讲师，现供职于沈阳化工大学科亚学院信息与控制工程系，研究方向：智能家居。

王运江（1982—），男，辽宁沈阳人，硕士研究生，实验师，现供职于沈阳航空航天大学机电工程学院，研究方向：智能控制。