基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

摘要：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PLC屬于一種可編程序的存儲(chǔ)器裝置，有關(guān)數(shù)據(jù)信息的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算以及順序控制等相關(guān)問(wèn)題均在可編程序存儲(chǔ)器內(nèi)部予以完成，并以模擬或數(shù)字的方式借助于輸出設(shè)備呈現(xiàn)出來(lái)。以基于PLC的電梯控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，從PLC控制應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與實(shí)現(xiàn)功能、系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題這三個(gè)方面入手，側(cè)重于對(duì)實(shí)際案例——PLC交流雙速5層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)的分析，圍繞PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一中心問(wèn)題展開(kāi)了較為詳細(xì)的分析與闡述，并據(jù)此論證了PLC在提高電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、動(dòng)作相應(yīng)時(shí)效性以及長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行安全性的過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用與意義。
關(guān)鍵詞：PL控制；電梯控制系統(tǒng)；I／O地址；指令分析

0 引言
    在現(xiàn)代微電子技術(shù)發(fā)展日趨加速的推動(dòng)作用之下，可編程序存儲(chǔ)器裝置在繼承既有邏輯控制功能的基礎(chǔ)之上，還具備了包括數(shù)據(jù)處理、信息通信以及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)扔?jì)算機(jī)功能，其在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中所表現(xiàn)出的體積小、編程簡(jiǎn)單、可靠性程度高、安裝維護(hù)便捷以及抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)使其在工業(yè)控制過(guò)程中始終占據(jù)著最為核心的地位。有關(guān)PLC(Program Logic Controller)可編程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用主要可以歸納為以下幾個(gè)方面：順序控制：順序控制可以說(shuō)是現(xiàn)階段PLC可編程序存儲(chǔ)器應(yīng)用為廣泛的領(lǐng)域，其成功取代了傳統(tǒng)意義上的繼電器裝置順序控制，較為典型的應(yīng)用形式包括數(shù)控機(jī)床、裝配生產(chǎn)流水線以及電梯控制等；過(guò)程控制：PLC可編程序存儲(chǔ)器裝置所具有的D／A以及A／D轉(zhuǎn)化模塊使其能夠借助于模擬量實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種連續(xù)變化參數(shù)(包括溫度、流量以及壓力等在內(nèi))進(jìn)行有效控制；數(shù)據(jù)處理：借助于PLC可編程序存儲(chǔ)器裝置中所設(shè)置的四則運(yùn)算指令能夠形成相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行機(jī)械位置有效控制。本文以電梯控制為研究對(duì)象，結(jié)合PLC可編程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用，針對(duì)相關(guān)問(wèn)題做詳細(xì)分析與說(shuō)明。

1 PLC控制應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與實(shí)現(xiàn)功能
    現(xiàn)階段電梯的控制方式主要包括繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)以及PLC控制系統(tǒng)三種形式。在人們對(duì)電梯運(yùn)行安全性及可靠性要求不斷提升的背景之下，繼電器控制系統(tǒng)所表現(xiàn)出的缺陷及不足不斷凸顯，包括電梯控制系統(tǒng)故障率較高、接線方式較為復(fù)雜、通用性較差以及可靠性較低等均是制約繼電器控制方式發(fā)展的最根本性問(wèn)題。與之相比，PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用于電梯控制過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)更加顯著：體積小、編程簡(jiǎn)單、可靠性程度高、安裝維護(hù)便捷以及抗干擾能力強(qiáng)等。在此基礎(chǔ)之上所運(yùn)行的電梯裝置有著更為安全、方便及舒適的特點(diǎn)，特別是對(duì)層數(shù)較低或是控制功能較小的電梯控制，PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加突出。
    基于PLC的電梯控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足如下幾個(gè)方面的功能：借助于電動(dòng)機(jī)裝置實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的升降動(dòng)作，并在各樓層之間設(shè)置相應(yīng)的上行及下行呼叫開(kāi)關(guān)；電梯需要在某一層停車待客的情況下，只要按下電梯相應(yīng)樓層的外呼按鈕，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)確保電梯能夠在延時(shí)狀態(tài)下自動(dòng)開(kāi)啟轎門。與此同時(shí)，在電梯完成該項(xiàng)控制動(dòng)作指令且未接收到任何層外呼叫指令的情況下，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)確保電梯轎廂能夠及時(shí)響應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉轎門動(dòng)作；在電梯轎廂同時(shí)接收到多個(gè)響應(yīng)指令的情況下，控制設(shè)備應(yīng)當(dāng)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行處理，確保各動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間的有效性。

2 PLC電梯控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理
    電梯PLC控制系統(tǒng)主要包括邏輯控制系統(tǒng)以及拖動(dòng)控制系統(tǒng)，與之相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中，邏輯控制功能借助于PLC系統(tǒng)軟件予以實(shí)現(xiàn)，包括定向選層、轎廂所處位置判定、換速以及開(kāi)啟／關(guān)閉轎門等。與此同時(shí)，在拖動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，電梯實(shí)時(shí)工作狀態(tài)下的反饋信號(hào)能夠借助于PLC控制系統(tǒng)予以傳輸，從而明確相應(yīng)的控制信號(hào)。

    與此同時(shí)，從PLC電梯控制系統(tǒng)的工作原理來(lái)說(shuō)，整個(gè)電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)基本可以分為RUN(運(yùn)行)以及STOP(停止)兩種狀態(tài)。在RUN狀態(tài)下，PLC借助于反應(yīng)控制要求的用戶程序的執(zhí)行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制功能的操作。與此同時(shí)，為確保PLC控制系統(tǒng)的輸出能夠針對(duì)電梯運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生變化的輸入信號(hào)予以及時(shí)響應(yīng)，針對(duì)用戶程序的執(zhí)行并非僅執(zhí)行1次，而需要多次且重復(fù)性的執(zhí)行，此種重復(fù)性執(zhí)行動(dòng)作直至PLC處于STOP(停止)狀態(tài)。與之相對(duì)應(yīng)的電梯PLC控制系統(tǒng)工作原理示意圖如圖2所示。

3 PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題
    現(xiàn)以5層電梯控制系統(tǒng)中的PLC設(shè)計(jì)為例，針對(duì)基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中應(yīng)關(guān)注的幾個(gè)方面做詳細(xì)分析與說(shuō)明。整個(gè)5層電梯PLC控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框架示意圖如圖3所示。
    (1)PLC控制系統(tǒng)選型、硬件系統(tǒng)配置及控制系統(tǒng)I／O點(diǎn)數(shù)分析：為確保電梯控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，I／O點(diǎn)數(shù)設(shè)置過(guò)程中應(yīng)當(dāng)確保留有一定的余量，與此同時(shí)，出于安全性因素的考慮，控制部分應(yīng)當(dāng)保留急停繼電器裝置與門鎖繼電器裝置。對(duì)于本文所述5層／5站電梯裝置而言，依照輸入信號(hào)總量及輸出信號(hào)總量考慮將輸入點(diǎn)數(shù)控制在35點(diǎn)且輸出點(diǎn)數(shù)控制在32點(diǎn)范圍之內(nèi)。與此同時(shí)，整個(gè)PLC控制系統(tǒng)輸出電壓設(shè)定為220 V AC／110 V DC。
    (2)I／O地址分配及外圍接線方式分析：在確定PLC電梯控制系統(tǒng)I／O點(diǎn)數(shù)之后，應(yīng)當(dāng)依照所確定的輸入點(diǎn)數(shù)及輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)I／O地址的分配情況以及外圍接線方式予以合理分析。其中PLC主機(jī)為整個(gè)電梯控制系統(tǒng)的核心所在，此過(guò)程當(dāng)中借助于PLC輸入結(jié)構(gòu)將信號(hào)傳輸至PLC主機(jī)當(dāng)中，并在存儲(chǔ)中心完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。在此基礎(chǔ)之上，借助于輸出結(jié)構(gòu)向電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、指層器以及控制信號(hào)等關(guān)鍵程序發(fā)出與
之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令。
    (3)指層控制回路運(yùn)行指令分析：指層控制回路在整個(gè)PLC控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的功能在于針對(duì)電梯轎廂現(xiàn)階段所處樓層位置以及轎廂預(yù)計(jì)運(yùn)行方向(上行／下行)予以指示。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，樓層信號(hào)的指示功能借助于電梯裝置每層井道內(nèi)的感應(yīng)器裝置以及轎廂頂部隔磁板裝置予以實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)運(yùn)行方向借助于PLC程序進(jìn)行控制，與之相對(duì)應(yīng)的輸入地址如圖4所示。

    (4)定向選層線路指令分析：選層主要是指在控制系統(tǒng)發(fā)出轎內(nèi)指令或是廳外召喚指令的情況下，電梯裝置應(yīng)當(dāng)做出和相應(yīng)信號(hào)的相應(yīng)處理。與此同時(shí)，在電梯裝置即將到達(dá)存在轎內(nèi)指令或是廳外召喚指令的樓層的情況下。在整個(gè)電梯處于司機(jī)正常控制的運(yùn)行狀態(tài)情況下，電梯裝置運(yùn)行方向的確定應(yīng)當(dāng)以電梯橋廂內(nèi)所接收指令以及電梯轎廂裝置實(shí)時(shí)所處位置為參照進(jìn)行判定，而在整個(gè)電梯處理無(wú)人控制的運(yùn)行狀態(tài)情況下，電梯裝置運(yùn)行方向的確定則應(yīng)當(dāng)參照廳外召喚信號(hào)對(duì)電梯轎廂所處位置的判定為參照進(jìn)行衡量。在這一過(guò)程當(dāng)中，PLC控制系統(tǒng)下電梯裝置上行指令相應(yīng)方式示意圖如圖5所示，下行指令相應(yīng)方式示意圖如圖6所示。

    (5)開(kāi)關(guān)門運(yùn)行回路分析：以雙開(kāi)門且電梯運(yùn)行無(wú)司機(jī)控制的PLC電梯控制系統(tǒng)為例，在電梯開(kāi)關(guān)門運(yùn)行回路的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要功能都存在包括電梯轎廂手動(dòng)式開(kāi)門、本層開(kāi)門、達(dá)到目的樓層后自動(dòng)／手動(dòng)開(kāi)門、自動(dòng)延時(shí)關(guān)門以及基站外啟動(dòng)狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)門處理?；趯?duì)以上開(kāi)關(guān)門功能的滿足，PLC控制系統(tǒng)下整個(gè)電梯開(kāi)關(guān)門運(yùn)行回路的設(shè)計(jì)示意圖如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)
    伴隨著新時(shí)期電力電子科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，PLC控制系統(tǒng)及其應(yīng)用裝置開(kāi)始廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的各個(gè)方面，這對(duì)于高層建筑運(yùn)行過(guò)程中普遍涉及到的電梯裝置而言也一樣。可以說(shuō)，PLC控制系統(tǒng)已成為了新時(shí)期電梯控制系統(tǒng)的必然性選擇及發(fā)展趨勢(shì)。總而言之，本文針對(duì)有關(guān)基于PLC的電梯控制系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題做出了簡(jiǎn)要分析與說(shuō)明，希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與幫助。