羅 飛，曾齊高，閆莉麗

（1.深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東深圳 518172）

電梯曳引機實驗臺控制系統(tǒng)的設(shè)計*

羅 飛1，曾齊高2，閆莉麗1

（1.深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518040；2.深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東深圳 518172）

運用組態(tài)王和PLC技術(shù)，設(shè)計了電梯曳引機實驗控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有運行參數(shù)設(shè)定、手動運行和自動運行的功能，能調(diào)整電梯運行過程中的直流制動時間、運行時間、平層時間和停梯時間，模擬實際電梯的運行，并能對各個運行繼電器及運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

電梯曳引機；控制系統(tǒng)；組態(tài)王；PLC；設(shè)計

0 前言

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電梯已成為人民日常生活中必不可少的交通工具，電梯的安全也日益受到社會越來越多的關(guān)注。曳引機作為電梯運行的主機，其運行對電梯的安全運行起著至關(guān)重要的作用[1]。電梯曳引機實驗是電梯運行實驗的重要組成部分，不但需要控制曳引機的啟動、停止和運行方向，還需要實現(xiàn)多種速度的控制，并針對不同曳引機、不同工況調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間等。

本文根據(jù)電梯實驗運行和模擬電梯實際運行的要求，運用PC電腦、組態(tài)王、PLC、變頻器和繼電器設(shè)計電梯曳引機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但能實現(xiàn)多種速度，模擬實際電梯運行；還能進(jìn)行可視化操作，監(jiān)控電梯曳引機的運行，界面友好、操作方便。

1 電梯曳引機實驗系統(tǒng)的基本情況

1.1 控制系統(tǒng)的基本要求

電梯曳引機實驗系統(tǒng)不僅要模擬實際電梯運行過程，還需要按照電梯實驗的要求，對電梯的控制進(jìn)行優(yōu)化，要求如下：

（1）可實現(xiàn)電梯的啟動、停止和運行方向的改變；

（2）可實現(xiàn)對電梯運行部件的監(jiān)控，如抱閘（制動器）、變頻器、電動機和各個繼電器的監(jiān)控；

（3）可實現(xiàn)對電梯運行參數(shù)的調(diào)整，如直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間的設(shè)置和監(jiān)控；

（4）可設(shè)置電梯運行的樓層和次數(shù)，通過此模擬實際電梯的運行；

（5）可設(shè)置電梯的運行方式，包括手動運行和自動連續(xù)運行兩種；

（6）設(shè)置登錄界面，對系統(tǒng)進(jìn)行管理。

1.2 系統(tǒng)的組成

如圖1所示，電梯曳引機實驗系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)和曳引機組成。其中控制系統(tǒng)主要由PC、三菱FX2N系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器等組成；曳引機由電動機、抱閘（制動器）、減速箱組成。

圖1 電梯曳引機試驗系統(tǒng)

2 電梯曳引機試驗控制系統(tǒng)的設(shè)計

電梯曳引機實驗控制系統(tǒng)主要由PC、組態(tài)王、三菱FX2N-64MR系列PLC、安川L1000A變頻器、繼電器、制動電阻等元件組成。用戶通過交互界面控制組態(tài)王，組態(tài)王控制PLC；再由PLC控變頻器和繼電器，并由變頻器和繼電器控制電動機；繼電器控制抱閘（制動器），從而實現(xiàn)對曳引機運行的控制。

圖2 控制系統(tǒng)原理圖

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 PLC

本系統(tǒng)采用三菱FX2N-64MR系列PLC，具有控制簡單、速度運行快，配置靈活的特點?？赏ㄟ^編程口、485通信口、CC-LINK通信口等實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接，系統(tǒng)具有64個I/O口，可用GX Developer軟件采用梯形圖、指令表、SFC進(jìn)行編程，編程方便、直觀。

2.1.2 變頻器

本系統(tǒng)采用安川L1000A變頻器，該變頻器是電梯專用變頻器。同步電動機和感應(yīng)電動機都可以采用，具備旋轉(zhuǎn)型和停止型自學(xué)習(xí)功能；具備高性能電流矢量控制，配合各種編碼器和卡，可實現(xiàn)高低起動轉(zhuǎn)矩，能實現(xiàn)V/f控制和無PG矢量控制；內(nèi)置無傳感器的啟動轉(zhuǎn)矩補償，能保持制動松開時不發(fā)生位置的變動，可防止沖擊；具備加減速補償功能，能防止振動與過調(diào)；采用電梯專用的時序，可使電梯更平穩(wěn)地運行[2]。

2.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要分為兩個部分，分別是PLC程序軟件和組態(tài)王程序設(shè)計。PLC程序設(shè)計主要按照控制要求完成對各個繼電器和開關(guān)的控制，組態(tài)王程序設(shè)計主要實現(xiàn)用戶定義、參數(shù)設(shè)定、運行控制和各種狀態(tài)的監(jiān)控等。

2.2.1 PLC程序設(shè)計

圖3 電梯PLC控制系統(tǒng)圖

PLC程序設(shè)計如圖3所示，程序采用模塊化設(shè)計，分為主程序、自動程序P1和手動程序P2組成。主程序完成初始化參數(shù)、輸入運行參數(shù)和選定工作方式；自動程序P1按照預(yù)設(shè)的各種時間參數(shù)、樓層和運行次數(shù)參數(shù)，自動完成電梯上下行模擬控制；P2主要完成各種手動運行控制，包括手動運行繼電器控制、手動抱閘（制動器）控制、手動上下行控制等。

如圖3和圖4所示，電梯運行時，首先打開PLC，PLC進(jìn)入自檢狀態(tài)；若沒有錯誤，系統(tǒng)開始初始化，初始化直流制動時間D20（D22）為K90、運行時間D24（D26）為K100、平層時間D28（D30）為K90、停梯時間D32（D34）為K100、運行樓層D11（D12和D14）為K3、運行次數(shù)D15（D16）為K3和運行速度等；待初始化結(jié)束，系統(tǒng)開始檢查是否按下緊急按鈕X23，由X23控制M100，若按下，系統(tǒng)停止運行，若沒有按下，系統(tǒng)進(jìn)入運行狀態(tài)；待進(jìn)入系統(tǒng)運行后，輸入系統(tǒng)運行參數(shù)，若組態(tài)王用戶界面沒有輸入新的運行參數(shù)，此時按照初始化參數(shù)運行，若有新的參數(shù)，按照組態(tài)王輸入新的參數(shù)運行；經(jīng)過初始化、緊急按鈕檢查和參數(shù)設(shè)定以后，系統(tǒng)開始正式運行，可由自動運行M1選擇自動程序P1和手動運行M2選擇手動程序P2。

圖4 主程序

2.2.2 組態(tài)王程序設(shè)計

本文系統(tǒng)采用組態(tài)王6.53版進(jìn)行編程，組態(tài)王是由北京亞控科技發(fā)展公司設(shè)計的組態(tài)軟件，包括工程管理器、工程瀏覽器、畫面運行系統(tǒng)三部分組成[3]。其主要功能有：動畫連接、實時監(jiān)控、實時曲線、歷史曲線和報警功能等。組態(tài)王支持國內(nèi)外工控行業(yè)中大部分常見的PLC、板卡、變頻器、智能模塊、智能儀表等。本系統(tǒng)采用三菱的編程口進(jìn)行通信，其與組態(tài)王的設(shè)備配置如圖5所示。

圖5 組態(tài)王與PLC的設(shè)備配置

組態(tài)王程序設(shè)計如圖6所示，主要分為六個部分，分別是用戶登錄界面、登錄錯誤界面、主界面、自動參數(shù)設(shè)定界面、手動測試界面和自動測試界面。

如圖7所示，系統(tǒng)啟動時，首先自檢并初始化，然后進(jìn)入用戶登錄界面，若用戶密碼和用戶名正確則進(jìn)入主界面，若不對需重新輸入或退出系統(tǒng)；主界面對各個功能界面的進(jìn)行切換和管理，若完成實驗則可點擊退出按鈕，完成實驗。

（1）系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)登錄界面主要實現(xiàn)對登錄人員的管理，如圖8所示，在用戶名輸入用戶名并進(jìn)行顯示，在密碼處輸入密碼，若正確則進(jìn)入系統(tǒng)，若錯誤則重新輸入，點擊退出按鈕則退出系統(tǒng)。

圖6 組態(tài)王畫面

圖7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（2）系統(tǒng)主界面

如圖9所示，系統(tǒng)主界面主要實現(xiàn)各個部分的切換，可點擊各個界面控制按鈕進(jìn)入各個界面，若點擊退出按鈕，則可退出系統(tǒng)。

（3）自動參數(shù)設(shè)定界面

如圖10所示，自動參數(shù)設(shè)定界面主要完成系統(tǒng)的直流制動時間、運行時間、平層時間、停梯時間、運行樓層、運行次數(shù)和運行速度的設(shè)定，完成設(shè)定后，點擊返回主界面按鈕返回。

（4）手動測試界面

手動測試界面，如圖11所示，主要實現(xiàn)手動控制和狀態(tài)的監(jiān)控。其中控制可實現(xiàn)手動打開運行繼電器、抱閘（制動器）繼電器、上行、下行和停止，完成試驗后，點擊返回主界面按鈕返回；狀態(tài)的監(jiān)控可監(jiān)控運行、抱閘（制動器）、上行、下行、多段速1、多段速2和多段速3繼電器，還可監(jiān)控變頻器的報警和運行狀態(tài)。

圖8 系統(tǒng)登錄界面

圖9 系統(tǒng)主界面

圖10 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定

圖11 手動測試界面

（5）自動測試界面

自動測試界面，如圖12所示分為四個模塊，分別是運行過程顯示、接觸器狀態(tài)顯示、運行狀態(tài)顯示和電梯控制。運行過程主要監(jiān)控電梯的運行過程，從直流制動、正常曳引機運行、換速平層、到停梯開關(guān)門，完成電梯曳引機的運行監(jiān)控；接觸器狀態(tài)主要監(jiān)控運行、抱閘（制動器）、多段速1、多段速2、多段速3繼電器、變頻器報警和變頻器運行輸入信號，實時了解電梯曳引機各個控制狀態(tài)；運行狀態(tài)主要監(jiān)控電梯運行方向、電梯運行速度（檢修速度或正常速度）、電梯運行樓層、實驗運行次數(shù)；電梯控制實現(xiàn)自動運行控制、停止和返回主界面。

圖12 自動測試界面

系統(tǒng)工作時，首先啟動實驗開始按鈕，系統(tǒng)開始上行，進(jìn)入直流制動，打開運行和抱閘（制動器）繼電器，待直流制動時間結(jié)束后、給定速度信號，啟動運行，進(jìn)入運行。進(jìn)入相關(guān)樓層后，啟動換速，運行結(jié)束，平層開始，進(jìn)入平層；平層到達(dá)樓層后，啟動停梯，電梯開關(guān)門，完成一層樓上行。如此循環(huán)，完成所有上行，待到達(dá)最高樓層后，電梯反向運行，運行完所有樓層后，系統(tǒng)完成一次運行。然后再上行和下行，直到完成所要求運行次數(shù)，實現(xiàn)模擬電梯的運行。

3 應(yīng)用

完成硬件和軟件的設(shè)計后，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和運行，調(diào)試主要有：調(diào)試系統(tǒng)用戶登錄界面，輸入正確和不正確的用戶名和密碼，觀察登錄界面是否正常；調(diào)試主界面，點擊主界面上各個按鈕，觀察是否能夠順利進(jìn)入各個界面，點擊退出按鈕，觀測是否能夠退出系統(tǒng)；調(diào)試自動參數(shù)設(shè)定界面，分別輸入各個參數(shù)，觀察PLC上參數(shù)是否能夠正確輸入；調(diào)試手動測試界面，輸入各種手動控制指令，觀測相關(guān)繼電器和組態(tài)王接觸器狀態(tài)顯示是否正確；調(diào)試自動測試界面，啟動運行按鈕，觀測PLC和組態(tài)王的各個繼電器、時間顯示是否符合設(shè)計要求。通過實驗證明：PLC運行良好、各個接觸器運行良好、變頻器運行良好、曳引機運行良好、組態(tài)王控制和顯示正常，系統(tǒng)整體運行良好，能模擬實際電梯的運行方式進(jìn)行電梯曳引機的控制。

4 小結(jié)

本文運用PLC和組態(tài)王實現(xiàn)了對電梯曳引機實驗系統(tǒng)的控制，一方面系統(tǒng)具有運行參數(shù)設(shè)定、手動運行和自動運行的功能；另一方面，通過PLC程序的設(shè)計，模擬了電梯的運行狀態(tài)，保證了電梯曳引機的實驗與實際電梯運行更加接近。本文結(jié)合PLC控制功能強和組態(tài)王界面友好、直觀的特點，使電梯曳引機實驗的控制操作方便、使用簡單，大大提高了實驗的效率和可操作性，且本系統(tǒng)設(shè)計方法在實驗系統(tǒng)控制上有一定的通用性，也可應(yīng)用于其他實驗控制系統(tǒng)的設(shè)計。

［1］羅飛，曾齊高，陳恒亮，等.基于Pro/Mechanica的電梯曳引機承重梁的模態(tài)分析［J］.機電工程技術(shù)，2014（02）：57-60，101.

［2］鄧隱北，張忠輝，劉勇，等.先進(jìn)的電梯專用變頻器L1000A［J］.變頻器世界，2010（11）：102-106.

［3］黃少輝.基于組態(tài)王的電梯監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)新方案［J］.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2007（10）：70-73.

Design of the Control System of Elevator Traction’s Test Platform

LUO Fei1，ZENG Qi-gao2，YAN Li-li1
（1.Shenzhen Institute of Technology，Shenzhen518040，China；2.Shenzhen Longgang Vocational Technical School，Shenzhen518172，China）

In this paper，the control system of elevator traction’s test platform was designed by Kingview and PLC.There were some functions such as setting operation data，manual and autorun in the system，which could adjust braking time，operating time，leveling time，running time，stopping time and monitor the relay and state of elevator by simulating the actual elevator.

elevator traction’s test platform；control system；Kingview；PLC；design

TP271.4

A

1009－9492(2014)08－0008－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.003

羅 飛，男，1982年生，四川樂山人，講師/高級技師。研究領(lǐng)域：機電一體化技術(shù)。

(編輯：阮 毅)

*深圳市科技研發(fā)新增資金技術(shù)創(chuàng)新專項計劃先進(jìn)制造項目（編號：CXZZ20120618172559759）；深圳技師學(xué)院科研項目（編號：1111001）

2014－06－05