溫州市特種設(shè)備檢測(cè)中心 陳 亮

1.傳統(tǒng)電梯控制方法特點(diǎn)分析

電梯是現(xiàn)代建筑中運(yùn)用最為普遍的運(yùn)輸工具之一，尤其是對(duì)于高層建筑來說，電梯系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是建筑功能發(fā)揮的重要保障。因此電梯的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性就成了重要的研究課題。從電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程來看，主要有三類控制方式，即繼電控制、微機(jī)控制和PLC控制。繼電控制是早期的控制方式，安裝比較復(fù)雜性，在通用性上也比較差。微機(jī)控制方式則多應(yīng)用于對(duì)群控和通訊等要求較高的電梯群，這種控制方式可靠性比繼電控制更高，從體積和維修方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。PLC控制方式是近年來才大力研究的電梯控制方式，由于這種控制方式具有可靠性搞和便于維護(hù)性方面等有點(diǎn)，逐漸成為一種主流的電梯控制方式。本文將就電梯的PLC控制方式展開討論，從系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)方面做探討。

2.電梯控制系統(tǒng)的基本要求

電梯控制系統(tǒng)的具體要求一般都要依據(jù)客戶的實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但從通用性和一般性的角度和本文PLC控制的角度來探討，需要實(shí)現(xiàn)的基本功能和要求主要有以下幾點(diǎn)。(1)司機(jī)操作。司機(jī)操作是電梯控制的基本操作之一，負(fù)責(zé)完成電梯啟動(dòng)關(guān)門和對(duì)轎內(nèi)、廳外召喚指令的正確響應(yīng)。(2)集選控制。集選控制需要實(shí)現(xiàn)的功能是負(fù)責(zé)分析電梯轎內(nèi)指令和廳外召喚的信號(hào)處理。對(duì)運(yùn)行中來自轎內(nèi)和廳外的信號(hào)如順序登記、?？康日_執(zhí)行。(3)開始時(shí)間的自動(dòng)控制，能正確依據(jù)客流情況控制開門時(shí)間，使得乘客等待的時(shí)間最短。(4)故障處理。故障處理是電梯運(yùn)行中的重要環(huán)節(jié)，要求電梯控制系統(tǒng)能夠正確響應(yīng)開門指令，對(duì)關(guān)門中途乘客進(jìn)入能重新開啟，或是需要強(qiáng)行關(guān)門時(shí)正確啟動(dòng)。對(duì)于發(fā)生火警、停電等意外情況時(shí)，電梯能夠正確回復(fù)至指定樓層。(5)錯(cuò)誤信息存儲(chǔ)功能。能夠?qū)⑦\(yùn)行過程中的故障正確記錄，并在故障記錄達(dá)到指定的閾值后停止運(yùn)行，故障排除后再啟動(dòng)。

3.PLC電梯控制系統(tǒng)的硬件選擇

3.1 硬件選型

PLC實(shí)際上是一類型數(shù)字電子裝置的簡(jiǎn)稱，可用于使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC最大的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、便于維修和容易操作。其中容易操作是PLC相比于微機(jī)控制的最大優(yōu)勢(shì)，有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可用于PLC的控制編程。而PLC同時(shí)具有的故障自我診斷的功能讓系統(tǒng)維修更加便捷。

本文中以PLC控制為基礎(chǔ)選擇合適的可編程控制器的機(jī)型，決定何種PLC機(jī)型主要考慮的因素是電梯運(yùn)行的實(shí)際需要，一般和電梯系統(tǒng)的控制方式和所需內(nèi)存有關(guān)。本文中所設(shè)計(jì)的PLC電梯系統(tǒng)樓層為8層，采用的控制方式為集選控制。依據(jù)電梯用途的估計(jì)，系統(tǒng)要求估計(jì)值如下：①輸入和輸出的估算。在輸入方面，門廳按鈕個(gè)數(shù)為10個(gè)，轎內(nèi)按鈕9個(gè)，各樓層感應(yīng)器8個(gè)，門限開關(guān)2個(gè)，檢修開關(guān)1個(gè)，減速傳感器2個(gè)，平層傳感器2個(gè)，過載測(cè)量傳感器1個(gè)，PG卡1個(gè)，障礙檢測(cè)光電傳感器1個(gè)；輸出方面，轎內(nèi)指示燈9個(gè)，門廳召喚按鈕指示等10個(gè)，樓層顯示用七段碼顯示器引腳9個(gè)，開關(guān)門電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈2個(gè)，變頻器控制引腳8，電梯上下行指示燈2個(gè)。②內(nèi)存估計(jì)。約3K字節(jié)的內(nèi)存。依據(jù)以上估計(jì)值，選用的機(jī)型為三菱造FX2N-80MR。

3.2 變頻器選型

電梯專用變頻器價(jià)格都比較昂貴，因此本文從經(jīng)濟(jì)的角度沒有考慮購(gòu)買專門的電梯變頻器，而選用通用變頻器，其型號(hào)為安川電機(jī)公司生產(chǎn)的VS-616G5型通用變頻器。該變頻器可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的V/f控制和矢量控制。

4.硬件設(shè)計(jì)

4.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

電梯電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要作用在于實(shí)現(xiàn)電梯的啟動(dòng)加速和制動(dòng)過程中的平穩(wěn)性，只有平穩(wěn)的啟動(dòng)和制動(dòng)才不會(huì)使乘客感覺不適。依據(jù)所選用的VS-616G5變頻器，利用設(shè)計(jì)資料中給定的參數(shù)，同時(shí)調(diào)節(jié)加速時(shí)間和S曲線的加速時(shí)間，制動(dòng)曲線的調(diào)整方法與此相同。

4.2 電梯控制系統(tǒng)

由前文的硬件選型可見，本文所闡述的電梯控制系統(tǒng)實(shí)際上是基于VS-616G5變頻器和FX2N-80MR的PLC電梯控制系統(tǒng)，組成部分主要包括：可編程控制器PLC、門電機(jī)、拽引電機(jī)、變頻器等。其工作流程為：利用適量控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速部分的控制，拽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)定由光電編碼器來完成，通過上述兩類轉(zhuǎn)速的測(cè)定構(gòu)成閉環(huán)控制。電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制則交由PLC完成，有PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯使用過程中的樓層指令、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轎廂所在位置等的邏輯運(yùn)算，并實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

5.軟件設(shè)計(jì)

在完成了硬件系統(tǒng)的選型和邏輯結(jié)構(gòu)的安排后，剩下的工作就是利用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的邏輯控制，主要是通過編程來實(shí)現(xiàn)。本文中設(shè)計(jì)的電梯系統(tǒng)所選用的PLC型號(hào)為三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC，利用其中的基本邏輯命令來完成電梯控制的邏輯編程。這樣過程中主要是針對(duì)輸入輸出命令、電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)命令和程序結(jié)束命令三類。由于源程序代碼較為龐雜，在此不詳細(xì)例舉，僅給出程序的執(zhí)行流程過程：開始→系統(tǒng)初始化→用戶輸入登記→通過傳感器確定電梯系統(tǒng)的狀態(tài)→判定轎廂門的開關(guān)狀態(tài)和上下行狀態(tài)→根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

程序設(shè)計(jì)各階段的主要注意事項(xiàng)如下：

(1)電梯系統(tǒng)的初始化階段

這一階段的關(guān)鍵是在程序代碼中明確電梯系統(tǒng)邏輯線的初始化定義，并初始化PLC存儲(chǔ)器的初始值，按邏輯類型，選取“0”或“1”來表示狀態(tài)。這一階段的程序設(shè)計(jì)中還需明確系統(tǒng)的啟動(dòng)、主控失效和程序終止的邏輯判斷結(jié)構(gòu)。

(2)輸入階段

在電梯系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，電梯系統(tǒng)所接收的輸入都是來自于用戶，接收永固輸入的場(chǎng)合可能在電梯轎廂內(nèi)，也可能在門廳。因此需要對(duì)這兩類不同的輸入用不同的邏輯線圈完成命令接收和命令執(zhí)行。

(3)系統(tǒng)狀態(tài)測(cè)定階段

在這一階段的程序設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要避免系統(tǒng)中出現(xiàn)控制上的邏輯錯(cuò)誤，如電梯在運(yùn)行中就禁止開門、拽引電機(jī)的轉(zhuǎn)向狀態(tài)和電梯的運(yùn)行方向是否搭配、復(fù)位開關(guān)和門鈴的組合是否符合邏輯等。這些實(shí)際運(yùn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)都由程序記錄并交由存儲(chǔ)器進(jìn)行綜合處理。

(4)轎廂門開關(guān)狀態(tài)判斷

電梯轎廂門的開關(guān)狀態(tài)是通過調(diào)用相應(yīng)的程序段來實(shí)現(xiàn)的，關(guān)鍵是要正確處理電梯的開關(guān)門狀態(tài)程序和電梯轎廂的是否運(yùn)行啟動(dòng)是否符合邏輯。只要是電梯處于關(guān)門或開門狀態(tài)，轎廂就不允許移動(dòng)。此外還應(yīng)考慮到關(guān)門受阻的情況，此時(shí)應(yīng)加入判斷程序，判斷電梯是選擇開門還是轉(zhuǎn)入故障狀態(tài)。

(5)電梯是否空閑判斷

電梯是否空閑的判斷是通過選層按鈕被按下的狀態(tài)判定來實(shí)現(xiàn)的。程序中需明確各樓層按鈕的邏輯狀態(tài)來判斷電梯系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

6.結(jié)語(yǔ)

電梯系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性是電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)。本文以VS-616G5變頻器和FX2N-80MR型PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。從經(jīng)濟(jì)上考慮，由于應(yīng)用樓層不算太高，因此選用了較為經(jīng)濟(jì)適用的VS-616G5變頻器，PLC則是用較為可靠的三菱造FX2N-80MR，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯系統(tǒng)的邏輯控制。實(shí)踐表明利用PLC來實(shí)現(xiàn)電梯控制的邏輯編程更為簡(jiǎn)便易行，且維護(hù)方便，是值得深入研究的方向。在更為復(fù)雜的電梯系統(tǒng)中采用PLC控制也是可以嘗試的。

[1]江秀漢.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2009.

[2]宋伯生.可編程序控制器[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社,2010.