于紅花

(煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院 電子工程系， 山東 煙臺(tái) 265500)

0 引言

近年來，隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國人的經(jīng)濟(jì)水平逐漸提升，人們對生活質(zhì)量的需求越來越大，不再滿足于走路上下樓，房地產(chǎn)行業(yè)領(lǐng)域?yàn)榱藵M足人們的需求絞盡腦汁，最終電梯成為了人們生活必不可少的設(shè)備之一，但傳統(tǒng)電梯易發(fā)生故障，安全性能不高，而PLC的成功加入，解決了傳統(tǒng)電梯的弊端，成為了新起之秀，本文將針對PLC智能電梯進(jìn)行開發(fā)與運(yùn)用。

1 PLC控制器的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

PLC是可以進(jìn)行編程的邏輯性控制器，全稱為Programmable Logic Controller，由于它是一種具有微處理器的數(shù)字電子設(shè)備，特將用于自動(dòng)化控制的數(shù)字邏輯控制器，它可以將接收到的控制指令隨時(shí)加載至內(nèi)部存儲(chǔ)器中并對指令進(jìn)行執(zhí)行，該控制器主要由五部分組成，分別是輸入模塊、中央處理器、輸出模塊、操作界面和可編輯器件[1]。PCL控制器的基本結(jié)構(gòu),如圖1所示。

圖1 PLC控制器的基本結(jié)構(gòu)

近年來，PLC控制器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，主要原因?yàn)镻LC控制器在工作過程中不單單可以為工業(yè)領(lǐng)域降低生產(chǎn)成本，還可以對生產(chǎn)的產(chǎn)品提高質(zhì)量，具有一定的可靠性。在PLC控制器出現(xiàn)之前，工業(yè)領(lǐng)域想要應(yīng)用同樣規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)，需要同時(shí)應(yīng)用成百上千的繼電器以及計(jì)數(shù)器才可以勉強(qiáng)與之媲美，如今的PLC控制器基本可以代替那些大型裝置，該控制器與一般的微處理器具有很大差別，PCL控制器一般在出廠之前就已經(jīng)完成初始化操作，用戶只需根據(jù)自己的需求對其進(jìn)行編輯即可[2]。PLC控制器與一般微處理器的對比,如表1所示。

表1 PCL控制器與一般微處理器的對比

2 基于PLC系統(tǒng)的智能電梯運(yùn)行原理及控制方式

2.1 PLC智能電梯運(yùn)行的基本原理

傳統(tǒng)的電梯運(yùn)行原理是通過曳引繩將對重與轎廂進(jìn)行連接，使曳引繩分別纏繞于導(dǎo)向輪與曳引輪上，連接成功后，將電動(dòng)機(jī)安裝于電梯系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)在其中充當(dāng)減速器起到變速的作用，帶動(dòng)曳引輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)后，將與曳引繩產(chǎn)生摩擦力，在摩擦力的作用下帶動(dòng)對重以及轎廂進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電梯的運(yùn)行，但是傳統(tǒng)的電梯有許多弊端，極容易出現(xiàn)故障而引發(fā)事故，并且易出現(xiàn)到達(dá)指定樓層后電梯不開門現(xiàn)象[3-4]。

現(xiàn)如今，PLC控制器的迅速發(fā)展，避免了許多不應(yīng)該發(fā)生的事故，很大程度的減少了工作人員的工作量。而PLC控制器最主要的技術(shù)為掃描技術(shù)，該技術(shù)的加入使工作過程分為3個(gè)階段，分別是輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，其中輸入采樣階段主要是PLC通過掃描的方式讀入輸入的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)，并將其存入系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，采樣結(jié)束后進(jìn)入下一階段；用戶程序執(zhí)行階段，在該階段的PLC采用由上而下的順序依次掃描用戶程序，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算；輸出刷新階段是在系統(tǒng)掃描結(jié)束后，PLC自動(dòng)進(jìn)入輸出刷新階段，這一階段屬于PLC的真正輸出。

2.2 PLC智能電梯運(yùn)行的控制方式

由PLC控制器控制下的智能電梯運(yùn)行模式相比原有電梯采用的硬接線模式更加高端，由硬接線模式控制的電梯不僅運(yùn)行速率低，而且十分不穩(wěn)定，很容易受到外部因素影響而造成電梯發(fā)生晃動(dòng)，存在一定的安全隱患，影響公司形象。

現(xiàn)如今，隨著PLC控制器大量投入運(yùn)行，打破了固有局面，實(shí)現(xiàn)成本低、優(yōu)化便捷的愿望。PLC控制器控制的智能電梯運(yùn)行的控制方式主要采用軟接線模式，該模式具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，可以很快的熟悉系統(tǒng)的操作模式，并加速運(yùn)行，同時(shí)它的擴(kuò)展能力極強(qiáng)，可以隨時(shí)根據(jù)實(shí)際需求而編輯邏輯控制器。系統(tǒng)為達(dá)到信號(hào)傳輸速率加快的目的，將PLC智能電梯所采用的控制材料改成半導(dǎo)體材料，通過使用半導(dǎo)體材料很大程度上加快了電梯對于用戶指令的反應(yīng)，通過多次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)表明PLC智能電梯顛覆以往，具有運(yùn)行平穩(wěn)、無抖動(dòng)等現(xiàn)象的發(fā)生的優(yōu)勢，并且提高了電梯的安全性能，具有極高的使用價(jià)值[5]。

3 基于PLC的智能電梯控制模型設(shè)計(jì)

3.1 PLC智能電梯的基本結(jié)構(gòu)

PLC智能電梯主要運(yùn)用了西門子S7—300PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有眾多管腳，其接口分配,如表2所示。

該系統(tǒng)主要由七大部分組成。第一部分是電梯上位機(jī)監(jiān)控；第二部分是S7—300PLC主控制系統(tǒng)；第三部分由曳引機(jī)、門電機(jī)、制動(dòng)器以及變頻器組成；第四部分是各樓層召喚信號(hào)；第五部分是轎廂；第六部分是安全和門鎖畫路信號(hào)；第七部分是轎廂內(nèi)召喚信號(hào)。PLC智能電梯的基本結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 PLC智能電梯的基本結(jié)構(gòu)

表2 PLC管腳地址分配表

當(dāng)用戶使用智能電梯時(shí)，電梯的各樓層召喚信號(hào)會(huì)聯(lián)合轎廂內(nèi)召喚信號(hào)根據(jù)控制指令對信息進(jìn)行采集，指令接收成功后，由第三部分的曳引機(jī)執(zhí)行命令進(jìn)行拖拽作用，將電梯帶到用戶指定的樓層，用戶有其他的需求，可以通過開關(guān)按鈕進(jìn)行控制到達(dá)時(shí)間。

3.2 PLC智能電梯的功能要求

以西門子S7—300PLC控制系統(tǒng)為核心技術(shù)的PLC智能電梯具有許多操作部門，由這些部門組成了強(qiáng)大的智能電梯系統(tǒng)，每個(gè)部門有著屬于自己獨(dú)特的功能，在這些系統(tǒng)的緊密配合下，發(fā)揮了電梯的最大精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)作模式。PLC智能電梯對于各部分的功能要求極高，首先感應(yīng)器應(yīng)具有極高的感應(yīng)能力，正確判斷電梯所在的樓層，將信息顯示在屏幕上提供給用戶查看，該指令完成后，系統(tǒng)將對感應(yīng)器的記憶進(jìn)行消除，以便感應(yīng)器執(zhí)行下一指令。電梯系統(tǒng)將通過感應(yīng)器發(fā)送的信息，對轎廂進(jìn)行控制，拖拽至指定樓層，一分鐘之內(nèi)感應(yīng)器感應(yīng)不到任何物體進(jìn)入轎廂內(nèi)，將自動(dòng)關(guān)閉電梯門，等待接收下一指令。操作過程中PLC智能電梯對運(yùn)行的速率具有一定的要求，不可以過慢，并且運(yùn)行過程中電梯門不可以手動(dòng)打開，避免造成危險(xiǎn)發(fā)生，電梯內(nèi)應(yīng)安裝報(bào)警裝置，在電梯所承受的重量超過其自身能承載的重量之后，進(jìn)行報(bào)警處理，提示人們合理進(jìn)入電梯[6]。

3.3 PLC智能電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1 智能電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由PLC控制的控制器具有穩(wěn)定性高、程序可根據(jù)需求自主編輯以及靈活度高等特點(diǎn)，因此特別對該電梯的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)主要分為12部分組成，分別是PLC主機(jī)、CPU存儲(chǔ)器、輸入與輸出接口、轎廂操作盤、廳外呼梯盤、安全裝置、井道裝置、樓層指示器、調(diào)速裝置、主拖動(dòng)控制器和門控制器。其各部分負(fù)責(zé)不同的功能，PLC主要負(fù)責(zé)運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)，CPU存儲(chǔ)器的功能為接收各類數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分類，輸入與輸出接口是接收數(shù)據(jù)的接口，轎廂操作盤以及廳外呼梯盤是整個(gè)系統(tǒng)的輸入設(shè)備，各部分功能不同，負(fù)責(zé)的部門也不同，相互之間緊密配合主導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)的生死存亡。智能電梯控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),如圖3所示。

圖3 智能電梯控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 西門子S7—300PLC電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

為了PLC智能電梯控制系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，特將西門子S7—300PLC作為該系統(tǒng)的硬件部分，將設(shè)計(jì)分為十個(gè)部門，分別是旋轉(zhuǎn)編碼器、曳引電機(jī)、變頻器、電源、S7—300PLC門電機(jī)、呼叫與位置信號(hào)以及樓層和呼叫顯示，各自負(fù)責(zé)不同的功能，相互之間緊密配合，使整個(gè)系統(tǒng)的作用達(dá)到了制高點(diǎn)。PLC智能電梯控制系統(tǒng)硬件組成,如圖4所示。

圖4 PLC智能電梯控制系統(tǒng)硬件組成

為了更好的控制電梯的運(yùn)行速度以及保證系統(tǒng)對信號(hào)的采集、傳輸與運(yùn)算功能，特別設(shè)計(jì)了調(diào)速系統(tǒng)與邏輯控制系統(tǒng)，使電梯運(yùn)行的安全性得到了保障[7]。

3.3.3 西門子S7—300PLC電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

西門子S7—300PLC電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要從六個(gè)模塊考慮，分別是電梯識(shí)別模塊、定向回路模塊、運(yùn)行方向模塊、顯示模塊、開關(guān)控制模塊和召喚信號(hào)模塊。其中電梯識(shí)別模塊主要負(fù)責(zé)根據(jù)指令識(shí)別電梯位置，從而執(zhí)行指令，實(shí)現(xiàn)對電梯進(jìn)行拖拽過程；定向回路模塊在系統(tǒng)中起決定性作用，負(fù)責(zé)控制電梯上下運(yùn)行狀態(tài)；運(yùn)行方向模塊與顯示模塊部分主要負(fù)責(zé)電梯運(yùn)行的速度快慢問題，該部分對電梯進(jìn)行控制，才可以實(shí)現(xiàn)各樓層之間相互運(yùn)轉(zhuǎn)問題；開關(guān)控制模塊以及召喚信號(hào)模塊部分主要負(fù)責(zé)對電梯門的開關(guān)狀態(tài)以及運(yùn)行情況進(jìn)行控制，開關(guān)控制模塊負(fù)責(zé)電梯到達(dá)指定樓層后，對電梯門進(jìn)行開關(guān)指令，召喚信號(hào)模塊主要負(fù)責(zé)接收指令，對其他模塊進(jìn)行分配，指令結(jié)束后對其記憶進(jìn)行消除[8]。

4 PLC智能電梯控制模型仿真系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

4.1 系優(yōu)化測試

為了保證系統(tǒng)的可實(shí)施性，特別對電梯進(jìn)行全面的系統(tǒng)測試，以電梯從三樓和四樓開始上行為例。電梯從三樓及四樓上行過程,如表3、表4所示。

表3 電梯從三樓上行過程表

表4 電梯從四樓上行過程表

通過對電梯從三樓和四樓開始上行運(yùn)行過程，形成了模擬圖，更加直觀的了解系統(tǒng)優(yōu)化過程。電梯從三樓及四樓上下行模擬圖,如圖5、圖6所示。

4.2 仿真與評(píng)價(jià)

通過系統(tǒng)多次應(yīng)用于實(shí)際市場后發(fā)現(xiàn)，PLC控制器是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)成功的關(guān)鍵因素，PLC控制器既可以控制電梯運(yùn)行狀態(tài)，又可以保障電梯的穩(wěn)定性，成功避免了安全隱患的發(fā)生，并且在需要對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以輕松進(jìn)行操作，不需要對系統(tǒng)全部拆分，很大程度上減少了電梯維修人員的工作量，大量投入市場后，得到的反饋都十分滿意。總體來說PLC的加入，使電梯實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化發(fā)展，可以對電梯進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的同時(shí)，也保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖5 電梯從三樓上下行模擬圖

圖6 電梯從四樓上下行模擬圖

5 總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)領(lǐng)域也在不斷完善，但是占地面積有限，只能把房屋提高，才能解決面積問題，為了給人們提供方便，電梯成為了重要的運(yùn)載工具，本文針對傳統(tǒng)電梯的劣勢做出了改變，在其中加入PLC控制器，加強(qiáng)了電梯的安全穩(wěn)定性，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，該項(xiàng)設(shè)計(jì)符合開發(fā)要求，具有一定的研究意義。