朱奎林

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川廣元628017）

電梯是機(jī)電結(jié)合的產(chǎn)品，機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng)于人的軀體，電氣控制相當(dāng)于人的神經(jīng)，機(jī)與電的高度統(tǒng)一，使電梯成為現(xiàn)代科技的典型產(chǎn)品。受安裝條件為實際高樓的限制，實物電梯無法直接進(jìn)入教學(xué)課堂，開發(fā)模型電梯[1-4]對學(xué)生熟悉電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握電梯的安裝與調(diào)試、訓(xùn)練學(xué)生的編程能力等多方面會起到事半功倍的效果。

圖1 模型電梯的總體結(jié)構(gòu)（前面）

1 七層模型電梯的結(jié)構(gòu)

模型電梯的總體結(jié)構(gòu)[5]如圖1和圖2所示，該模型電梯為七層，由底座水平部分和電梯井道垂直部分組成，井道部分通過4顆螺釘固定在電梯底板上。

電梯井道上安裝有：曳引繩、上滑輪、導(dǎo)軌、對重、轎廂及門機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、曳引電機(jī)與光電碼盤、外呼按鈕與指示電路模塊（一至七層）、上極限開關(guān)、下極限開關(guān)、一樓平層開關(guān)等組件。電梯底座上安裝有：空氣開關(guān)、開關(guān)電源、到站鐘、PLC、轎廂控制器、檢修控制器、接線端口板、線槽等組件。 下面對轎廂及門機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢修控制器、轎廂控制器、外呼按鈕與指示電路模塊幾個重要組件進(jìn)行介紹。

圖2 模型電梯的總體結(jié)構(gòu)（后面）

1.1 轎廂及門機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)

轎廂及門機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)如圖3（前面）和圖4（后面）所示，由轎廂箱體、轎廂地坎、電機(jī)驅(qū)動電路板、門機(jī)凸輪、門機(jī)連桿、轎門、門開到位開關(guān)、門關(guān)到位開關(guān)器件等部件組成。

圖3 轎廂及門機(jī)機(jī)構(gòu)（前面）

圖4 轎廂及門機(jī)機(jī)構(gòu)（后面）

通過調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動電路板上的可變電阻可以調(diào)節(jié)輸入驅(qū)動電機(jī)的直流電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)開關(guān)轎門調(diào)速的目的。

1.2 檢修控制器

檢修控制器如圖5所示，由照明開關(guān)、直駛開關(guān)、急停開關(guān)、正常/檢修開關(guān)、慢上按鈕、慢下按鈕組成。器件作用如下：

1）照明開關(guān)處于ON時，轎廂照明燈亮；處于OFF時，轎廂照明燈滅。

2）直駛開關(guān)處于ON時，電梯不接受外呼按鈕指令；僅接受轎廂控制器的內(nèi)呼指令。

3）正常/檢修開關(guān)處于ON時，電梯為自動運行狀態(tài)；處于OFF時，電梯為手動檢修狀態(tài)。

4）電梯處手動檢修狀態(tài)時，可點動慢上、慢下按鈕控制轎廂上下運行；處正常自動狀態(tài)時，點動兩按鈕無效。

圖5 檢修控制器

1.3 轎廂控制器和外呼按鈕與指示電路模塊

轎廂控制器采用的芯片為CD4511，如圖6所示，具有如下功能：

1）9路按鈕輸入電路，其中7路帶輸出指示燈（數(shù)字1～7），2路不帶輸出指示燈。

2）上行、下行指示燈輸出電路，用于指示電梯的運行狀態(tài)。

3）采用CD4511，A、B、C 3個輸入端，二進(jìn)制七段譯碼輸出，用于顯示電梯當(dāng)前樓層。

圖6 轎廂控制器

外呼按鈕與指示電路模塊如圖7所示，根據(jù)需要可設(shè)定樓層按鈕和相應(yīng)指示燈，并具有電梯上下運行指示功能，所有樓層輸入輸出信號通過排線連入接線端口電路板。

2 模型電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 模型電梯的運行邏輯與控制要求

模型電梯的運行邏輯與實際電梯基本一樣，可以實現(xiàn)電梯的自動平層、自動開關(guān)門、響應(yīng)轎內(nèi)及轎外呼梯信號、直駛、以及電梯急停、檢修、慢上、慢下、照明等功能。

1）電梯處于任意樓層都可以啟動控制[6]。

2）當(dāng)有樓層外呼或轎廂內(nèi)呼信號時，轎廂響應(yīng)該信號，到達(dá)指定樓層后，轎廂停止運行，轎廂門打開，延時后自動關(guān)閉。

3）如果電梯向上運行，則執(zhí)行完所有的向上指令后，再執(zhí)行向下的指令；同樣的，如果電梯向下運行，則執(zhí)行完所有的向下指令后，再執(zhí)行向上的指令；如果電梯?？吭谀骋粚蛹葻o向上的指令也無向下的指令，系統(tǒng)將等待新的指令然后執(zhí)行。

4）電梯具有響應(yīng)最遠(yuǎn)反向呼梯信號功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下呼梯，三層向下呼梯，四層向下呼梯，則電梯先響應(yīng)四樓呼梯信號。

5）電梯未平層時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯橋廂停止運行后，按開門按鈕橋廂門打開，按關(guān)門按鈕廂門關(guān)閉。

圖7 外呼按鈕與指示電路模塊

2.2 模型電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計

電梯控制系統(tǒng)主要有3種方式，繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)[7]和微機(jī)控制系統(tǒng)[8-9]。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，控制方式不靈活及功率消耗大等缺點，目前已被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)在智能控制方面有強(qiáng)大的功能，但存著抗干擾性能差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜等不足之處。本模型電梯采用PLC控制系統(tǒng)，其運行可靠，操作方便，成為采用較多的控制方式，與電路相關(guān)的主要部件如下。

PLC：選用三菱PLC，F(xiàn)X1N-60MR，繼電器型，輸入36點，輸出24點。由于其輸出點不夠，增加了一個輸出擴(kuò)展模塊，F(xiàn)X2N-8EYR，8個輸出點。開關(guān)電源：用于驅(qū)動PLC輸出的各種負(fù)載，如直流電機(jī)、指示燈、到站鐘等。輸其入電壓，AC 100-240 V，50/60 Hz；輸出電壓，DC 12 V，電流，4.3 A?？諝忾_關(guān)：用于供電和保護(hù)，選用DZ47LE-32，C10型，額定電流10 A，帶脫扣保護(hù)電路。

模型電梯的軟件設(shè)計分為多個功能塊，將這些功能塊組合在一起，形成完整的PLC控制系統(tǒng)[10-11]。這些軟件設(shè)計的主要功能有：電梯位置的確定與顯示，內(nèi)選和外呼登記，電梯定向選層控制，電梯的起動與運行，轎廂的平層與停車，開關(guān)門等。圖8是PLC控制的模型電梯動作流程圖，下面對流程圖的相關(guān)功能進(jìn)行說明。

圖8 模型電梯的動作流程圖

1）電梯位置的確定與顯示

電梯的運行需要準(zhǔn)確的位置信號（這是電梯運行的前提），從而實現(xiàn)運行定向、停車制動以及廳外及轎廂內(nèi)樓層顯示。

2）內(nèi)選和外呼登記

電梯自動運行時，具有“同向截梯，反向記憶”的功能。當(dāng)有內(nèi)選和外呼請求時，電梯自動登記本樓層以外的所有信號，并輸出登記信號，在電梯到達(dá)某層停車時，自動消除順向呼叫信號，保存反向呼叫信號。

3）電梯定向選層控制

電梯的上升和下降是通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制的。當(dāng)電梯處于底層或者頂層時，運行只有一個方向：上升或者下降。當(dāng)電梯處于中間樓層時，通過PLC的運算將電梯當(dāng)前位置與目標(biāo)樓層進(jìn)行比較，自動選擇電梯的運動方向。當(dāng)電梯登記了多個轎內(nèi)或廳外指令時，通過運行其調(diào)度策略自動選擇合理的?？繉诱?。

4）轎廂的平層與停車

平層是指轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的情況，平層偏差要在限定范圍內(nèi)。平層時，要經(jīng)過換速過程，先減速，后停車，再制動，以減小沖擊，提高平層的準(zhǔn)確性以及乘客的舒適感。

5）開關(guān)門

開關(guān)門只能在平層和停車制動后進(jìn)行，電梯運行過程中即使按下開門按鈕，電梯門也不會打開，同樣如果電梯門沒有完全關(guān)閉，電梯也不進(jìn)行上下運行，以此保證乘客的安全。

3 模型電梯的調(diào)試

模型電梯的調(diào)試[12-13]是在前面硬件安裝連線和軟件編程下載完成的情況下進(jìn)行，其調(diào)試步驟如下。

3.1 上下極限位置調(diào)節(jié)

在電梯導(dǎo)軌的底部和頂部，各設(shè)置了一個下限開關(guān)和上限開關(guān)，松開固定極限開關(guān)的小螺釘，調(diào)節(jié)上下極限開關(guān)的位置，調(diào)節(jié)好后固定小螺釘，就可以定位電梯轎廂運行時，最低下極限位置和最高上極限位置。

3.2 線路連接全面檢查

開機(jī)前，全面檢查整個電梯線路，排線是否插好，線路有無斷開、接錯；PLC是否打到RUN狀態(tài)，然后連接電源插頭，使電梯通入市電220 V交流。

3.3 按鈕功能全面檢查

啟動空氣開關(guān)，PLC通電，轎內(nèi)控制面板將顯示電梯所在的樓層號。全面檢查外呼按鈕板、轎廂控制器、檢修控制器各按鈕開關(guān)，模型電梯將實現(xiàn)從第一層至第七層相應(yīng)樓層選擇定向、到達(dá)、停止、開門、關(guān)門等功能。

3.4 自動循環(huán)運行狀態(tài)測試

1）自動運行測試啟動與停止。將電梯轎廂開到一層，檢修開關(guān)處于正常狀態(tài)，按下慢上按鈕，電梯將從第一層至第七層然后又從第七層至第一層，進(jìn)行每層自動停靠、自動上下循環(huán)運行。電梯上下運行時，同時按下急停開關(guān)和檢修開關(guān)，電梯停止自動運行測試狀態(tài)。

2）恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。將急停開關(guān)和檢修開關(guān)復(fù)位后，電梯處于隨機(jī)停止，按下任意樓層外呼按鈕，電梯到達(dá)指定樓層后停止，電梯恢復(fù)到正常運行狀態(tài)。

4 結(jié)束語

模型電梯的主體結(jié)構(gòu)采用透明有機(jī)材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)明了，通過軟硬件的設(shè)計和相應(yīng)的調(diào)試后完全達(dá)到要求。實踐表明，開發(fā)模型電梯[14-16]對熟悉電梯結(jié)構(gòu)，完成系統(tǒng)編程調(diào)試，拓展電梯工程項目等多方面都具有良好的實用效果，值得推廣。

[1]曹勝敏，張紅娟.基于S7-1200PLC的電梯模型控制系統(tǒng)改造[J].唐山學(xué)院學(xué)報，2016，29（3）:25-27.

[2]楊小林，潘麗萍.電梯模型在可編程控制器實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2013，32（2）:45-48.

[3]許金星，楊承志.虛擬電梯控制系統(tǒng)建模與仿真[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012，12（14）:3506-3510.

[4]武曉朦.一種用于實驗教學(xué)的計算機(jī)控制電梯模型[J].西安石油大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，25（3）:79-81.

[5]王志剛.教學(xué)用四層電梯模型機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，43（6）:56-59.

[6]鄧崗，宋克嶺，王大志.PLC及其組態(tài)軟件在電梯模型中的設(shè)計與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2010，23（5）:95-96.

[7]李鵬，楊保亮，胡勤國，等.基于可編程控制器的群控電梯模型設(shè)計與實現(xiàn)[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報：社會科學(xué)版，2015，34（5）:75-80.

[8]葉冬，周喜.基于51單片機(jī)的八層電梯控制模型的設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（1）:47-49.

[9]黃仁兵，崔文婷，郭鳳，等.電梯模型智能控制的研究[J].自動化與儀器儀表，2014（7）:27-29.

[10]陳聰，李方園.PLC在電梯模型制作中的設(shè)計與應(yīng)用[J].自動化博覽，2013（9）:116-117.

[11]王珊珊，張杰克，王瑞先.電梯模型控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（6）:20-22.

[12]常國蘭.電梯自動控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[13]葉安麗.電梯自動控制技術(shù)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[14]張小明.電梯控制技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2014.

[15]馬宏騫，石敬波.電梯及控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2013.

[16]陳登峰.電梯控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.