張書，屈省源（中山職業(yè)技術學院電子信息工程學院，廣東中山528404）

專業(yè)模型電梯電氣控制系統(tǒng)設計*

張書，屈省源
（中山職業(yè)技術學院電子信息工程學院，廣東中山528404）

采用電梯行業(yè)電氣標準，根據(jù)電梯專業(yè)教學需要設計三層站模型電梯，電氣控制系統(tǒng)包括驅(qū)動控制電路、呼叫信號電路、井道信號電路、顯示信號電路、門機電路和安全保護電路，具備實際電梯所有功能，采用PLC程序控制。經(jīng)過樣機試驗和實踐教學證明，該模型電梯易教易學，有效提升了實踐教學效果。

模型電梯；控制系統(tǒng)；PLC；電梯行業(yè)

0　引言

近幾年，電梯行業(yè)進入了快速發(fā)展時期，由于電梯使用量的急劇增長，電梯行業(yè)對高素質(zhì)技能型人才需求出現(xiàn)日益增長的態(tài)勢，但教育培訓和實訓設備相對滯后，符合電梯人才培養(yǎng)需要的實訓設備的缺乏，已經(jīng)成為制約人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的重要因素，電梯行業(yè)技術人才的緊缺已經(jīng)成為電梯制造和安裝維修保養(yǎng)企業(yè)的共同難題。研制符合電梯行業(yè)人才培養(yǎng)需要的專業(yè)實訓設備是解決這一問題的重要手段。電梯屬于特種設備，具有一定的危險性，實訓的安全隱患較大，因此對教學實訓設備提出了更高的要求[1]。本文介紹一種基于PLC控制的專業(yè)實訓教學模型電梯，以適應電梯行業(yè)的發(fā)展需要，符合電梯行業(yè)電氣標準，可以有如下用途：

（1）用于電梯專業(yè)理論和實踐教學，適應課程改革需要，可以為《電梯構(gòu)造與原理》、《電梯安裝與維修》、《電梯控制技術》課程開展教學做一體化教學提供實訓設備，可以完成如下實訓項目：①電梯結(jié)構(gòu)認知；②電梯機械部件的安裝與調(diào)整；③電梯控制系統(tǒng)程序設計；④變頻調(diào)速系統(tǒng)實訓；⑤電梯故障分析、排除與檢修；⑥電梯控制系統(tǒng)裝配與控制柜調(diào)試；⑦電梯整梯的調(diào)試（快、慢車、各功能調(diào)試）。

（2）可以用來作為電梯技能大賽、電梯職業(yè)技能鑒定的設備。

1　模型電梯的整體結(jié)構(gòu)

該模型電梯由三層站機械裝置、控制柜及井道各電氣控制元件等組成，其硬件結(jié)構(gòu)的組成及功能與實際電梯完全一樣。在PLC控制下，電梯可完成自動平層、自動關門、順序響應轎內(nèi)外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護以及電梯急停等功能，且具有性能可靠、運行平穩(wěn)、操作簡單、能耗低和便于教學等特點。其整體結(jié)構(gòu)分為井道及底坑部分、轎廂部分、門部分、機房部分，其中包括的電氣系統(tǒng)有電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)[2]，其立體結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

圖1　模型電梯立體結(jié)構(gòu)圖

2　模型電梯的硬件設計

電梯的控制特點是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律實現(xiàn)運行的，由于呼叫信號具有隨機性，所以電梯控制系統(tǒng)實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)[3]。電梯根據(jù)隨機的輸入信號以及電梯的相應狀態(tài)適時控制電梯的運行。基于電梯的這種控制特性，模型電梯的電氣控制系統(tǒng)總體設計流程圖如圖2所示。

圖2　電氣控制系統(tǒng)總體設計流程圖

2.1系統(tǒng)的控制要求

該模型電梯采用開關量和數(shù)字量兩種方式控制，可以通過轉(zhuǎn)換開關實現(xiàn)兩種控制方式的轉(zhuǎn)換。開關量是由井道內(nèi)感應器提供減速、平層信號，當轎廂經(jīng)過或停在某一層時，該層的平層感應開關得到一個輸入信號，并把此信號反饋給控制系統(tǒng)。數(shù)字量控制方式是利用旋轉(zhuǎn)編碼器提供數(shù)字脈沖，再經(jīng)PLC計數(shù)運算處理信號，得出轎廂的位置，從而發(fā)出減速、平層信號。在轎箱內(nèi)選面板和樓層呼叫面板上都有一個樓層顯示的七段數(shù)碼管以及電梯上下運行指示，其顯示分別由PLC的三個輸出點來完成。利用變頻器的調(diào)速性能，根據(jù)轎廂在井道中的實際位置，通過PLC編程來控制轎廂的平層精度。模型電梯的電氣控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：驅(qū)動控制電路、呼叫信號電路、井道信號電路、顯示信號電路、門機電路和安全保護電路等[4]，電氣控制系統(tǒng)如圖3所示。

2.2硬件選型

該模型電梯系統(tǒng)的邏輯運算、樓層選擇部分由PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)。PLC選用FX2N-128MR，輸入共64個點，輸出共64個點，可以滿足編程需要，實現(xiàn)控制功能。PLC接受來自現(xiàn)場的呼叫信號、位置信號等，經(jīng)過內(nèi)部邏輯處理，給出轎廂啟停信號、門機的開關門信號、樓層顯示信號及呼叫顯示信號等[5]。變頻器選用FR-A540型，該變頻器為高性能的矢量控制變頻器，可實現(xiàn)多段速調(diào)整、參數(shù)設置等功能。曳引機選用實際電梯使用的雜物梯曳引機YJ120，電動機為三相感應電動機，采用變頻調(diào)速驅(qū)動方式。電梯啟動時，變頻器使定子電流頻率從低頻上升到額定頻率。減速時，使電機頻率從相應的額定頻率下降到零，實現(xiàn)電梯平層，保證電梯運行平穩(wěn)，模擬真實電梯良好的舒適感。調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動控制電路圖見圖4所示。

圖3　電氣控制系統(tǒng)

圖4　調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動控制電路圖

3　模型電梯控制軟件設計

3.1I/O點數(shù)分配

根據(jù)模型電梯主要功能分析，可知輸入信號主要有1～3層減速感應信號、1～3層內(nèi)指令登記信號、上下強迫減速信號、上下限位開關信號、上下極限開關信號、開關門限位信號、檢修信號、超載信號等；輸出信號主要有七段碼顯示、1～3層轎箱位置指示燈、1～3層內(nèi)指示燈、電機上下行接觸器及顯示箭頭燈、駐停、超載指示燈等。具體如表1所示。

表1　I/O端口地址分配表

3.2梯形圖設計

根據(jù)電梯的控制要求，確定模型電梯的控制方案為：各樓層電梯口設有呼梯按鈕，轎箱內(nèi)設有樓層選擇按鈕、信號指示燈，井道內(nèi)每層有平層感應器。呼梯按鈕開關為常開式開關，接通瞬間有效。電梯上升或下降在未平層之前不響應反向呼梯信號，在編程時采用互鎖方式將反向呼梯信號予以屏蔽。電梯上升或下降到達某一平層位置后，電梯制停、呼梯信號及指示信號執(zhí)行消號指令。當電梯停在某層時，如果上行和下行兩個方向都有呼梯信號，則距離轎廂所?？繕菍幼罱暮艚行盘栍袃?yōu)先響應權(quán)；如果呼梯樓層與轎廂所?？繕菍泳嚯x相等，則先登記信號者優(yōu)先響應。而在轎廂所停靠樓層的同一側(cè)有幾層同時呼叫時，則電梯順序響應呼梯信號[6]。

由此可以編寫出模型電梯的PLC控制程序，在編寫PLC程序時，主要采用模塊化的編程思想，程序主要包括以下幾個模塊：電梯的啟動復位及參數(shù)初始化程序、呼梯信號登記程序、呼梯信號消除程序、樓層顯示程序、上下行程序、開關門程序等[7]，其中上下行的控制部分程序段見圖5所示。

圖5　上下行控制部分程序段

4　樣機實驗

對采用上述電氣控制系統(tǒng)的整體樣機進行可靠性和性能實驗。結(jié)果證明：使模型電梯自動往返運行1 000次，電梯能夠按照預定程序執(zhí)行，未出現(xiàn)故障，各電氣元件工作正常，可以滿足設計要求。

5　結(jié)論

該模型電梯采用電梯行業(yè)電氣標準，根據(jù)電梯專業(yè)教學需要設計，電氣結(jié)構(gòu)包括電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)，具備自動平層、自動關門、順序響應轎內(nèi)外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護以及電梯急停功能，經(jīng)過《電梯調(diào)試》、《電梯維修》等課程實踐教學的使用，教師和學員都感到該模型電梯易教易學，達到了課程實踐教學的目的。

［1］潘斌，殷勤，張莉瓊.一種簡易電梯教學模型制作［J］.機電工程技術，2013，42（9）：120-124.

［2］賀德明，肖偉平.電梯結(jié)構(gòu)與原理［M］.廣州：中山大學出版社，2009.

［3］魏偉，金星.PLC控制電梯教學模型的研發(fā)［J］.電氣應用，2006，25（9）：44-46.

［4］郭德全，巨輝，趙國才.基于PLC的教學電梯模型設計［J］.自動化技術與應用，2009，28（3）：77-78，87.

［5］陳步榮，周燕飛.教學實驗用模型電梯的設計與實現(xiàn)［J］.長沙航空職業(yè)技術學院學報，2007，7（1）：26-29，33.

［6］丁鑌.PLC控制四層電梯教學模型的設計［J］.現(xiàn)代制造技術與裝備，2010（4）：33-35.

［7］陳資濱.電梯教學模型的研制［J］.基礎自動化，2001，8（1）：59-60.

(編輯：阮毅)

Design of ElectricalControl System in ProfessionalM odel Elevator

ZHANGShu，QUSheng-yuan
（College of Electronic and Information Engineering，Zhongshan Polytechnic，Zhongshan528404，China）

Using the elevator industry electricalstandard，three stationsmodelelevator is designed tomeet the professional teaching，the electric control system comprises a driving control circuit，call signal circuit，well signal circuit，display circuit，doormachine circuit and safety protection circuit.It almost has the full function of elevator and use the PLC program control.As proved by the prototype experiment and practice teaching，the model elevatormakes teaching and learning easy，effectively enhancing the practice teaching effect.

modelelevator；controlsystem；programmable logic control；elevator industry

TP273

A

1009－9492(2015)04－0006－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.002

*2012年中山職業(yè)技術學院科研項目（編號：2012KQ04）

2014－10－20

張書，男，1978年生，河北崇禮人，碩士研究生，講師。研究領域：電梯工程技術。