摘要：可編程控制器（PLC）因其簡(jiǎn)單易用、可靠性好和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在電梯控制領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。本文以V80系列PLC為例，分別從電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理、系統(tǒng)PLC配置方案和軟件設(shè)計(jì)等方面，詳細(xì)闡述了PLC在電梯控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

一、前言

電梯控制系統(tǒng)主要由調(diào)速部分和邏輯控制部分構(gòu)成。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要作用，目前，大多選用高性能的變頻器，利用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量曳引電機(jī)轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。通過對(duì)變頻器參數(shù)的合理設(shè)置，不僅使電梯在運(yùn)行超速和缺相等方面具備了保護(hù)功能，而且使電梯的起動(dòng)、低速運(yùn)行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動(dòng)、停止和電機(jī)給定速度選擇則都有邏輯控制部分完成，因此，邏輯控制部分是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

早期的電梯邏輯控制采用繼電器方式，存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn)，因此，繼電器已退出了歷史的舞臺(tái)，取而代之的是性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且移植性好的PLC和微機(jī)控制系統(tǒng)。微機(jī)控制使得電梯控制系統(tǒng)體積減小、節(jié)省能源、可靠性提高，尤其是對(duì)群控、通訊等復(fù)雜電梯控制功能更具優(yōu)越性，因此，微機(jī)控制系統(tǒng)多應(yīng)用在性能要求較高的高檔客梯中。

但是，目前許多電梯廠商所謂的“微機(jī)控制系統(tǒng)”只不過是制造商改型后的電梯專用PLC，從嚴(yán)格意義上講，它只是PLC家族中的一種，甚至其編程方式和硬件接口都可以兼容某種型號(hào)的PLC。而由于可編程控制器（PLC）既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、移植性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了更為廣泛而深入的應(yīng)用。

V80系列PLC以其可靠性高、運(yùn)算速度快、產(chǎn)品成本低和電梯專用客制化服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，已在多家電梯廠家中的電梯生產(chǎn)及改造中獲得了應(yīng)用。本文以一臺(tái)4層4站的別墅電梯控制系統(tǒng)為例，闡述了V80系列PLC在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案。


二、電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成

電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及PLC單元構(gòu)成，由如圖1所示，用來完成對(duì)電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng)，加減速，停止，運(yùn)行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理和控制功能。

變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成，變頻器采用日本安川公司矢量控制電梯專用變頻器616G5，其具有良好的低速運(yùn)行特性，適合在電梯控制系統(tǒng)中應(yīng)用。三相電源R、S、T經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端U、V、W接電動(dòng)機(jī)的快速繞組，外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間，加快制動(dòng)過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測(cè)電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號(hào)為：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、檢修速度等各種速度編碼指令，復(fù)位和使能信號(hào)。變頻器輸出信號(hào)為：（1）變頻器準(zhǔn)備就緒信號(hào)，在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)，通知控制系統(tǒng)變頻器可以正常運(yùn)行；（2）運(yùn)行中信號(hào)，通知PLC變頻器正在正常輸出；（3）零速信號(hào)，當(dāng)電梯運(yùn)行速度為零時(shí)，此信號(hào)輸出有效并通知PLC完成抱閘、停車等動(dòng)作；（4）故障信號(hào)，變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，此信號(hào)輸出有效并通知PLC作出響應(yīng)，給變頻器斷電。

輸入輸出單元為PLC的I/O接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。輸入單元為：（1）廳外呼叫單元，用來對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除，而且兼有無司機(jī)狀態(tài)的“本層廳外開門”功能，全集選方式的呼梯信號(hào)為2N-2個(gè)（N為層站數(shù)），下集選方式的呼梯信號(hào)為N個(gè)；（2）轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示，呼梯信號(hào)數(shù)為電梯停站層數(shù)N；（3）開關(guān)門按鈕，輸入PLC控制轎門的開閉（廳門也同時(shí)動(dòng)作）；（4）上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層?？繒r(shí)準(zhǔn)確平層，通常設(shè)置在轎頂，電梯轎箱上行接近預(yù)選層站時(shí)，上平層感應(yīng)器限進(jìn)入遮磁板，電梯仍繼續(xù)慢速運(yùn)行，當(dāng)下平層感應(yīng)器再進(jìn)入遮磁板時(shí)，上行接觸器線圈失電，制動(dòng)器抱閘停車；（5）上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號(hào)輸入PLC，PLC發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；（6）門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；（7）安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等；（8）檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專用兩種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電；（9）稱重單元，用來檢測(cè)轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號(hào)給PLC，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。輸出單元為：（1）樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；（2）開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)停靠后，PLC給出相關(guān)指令，由變頻門機(jī)完成開關(guān)門動(dòng)作。

PLC單元為電梯控制系統(tǒng)的核心部分，由PLC提供變頻器的運(yùn)行方向和速度指令，使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運(yùn)行方向和速度。通過PLC的合理編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、自動(dòng)開關(guān)門、自動(dòng)掌握停站時(shí)間、內(nèi)外呼信號(hào)的登記與消除、順向截梯及自動(dòng)換向等集選控制功能。



三、 PLC的I/O接口配置

PLC選用深圳市矩形科技有限公司的V80系列，PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要配置，并可根據(jù)用戶的要求增加并聯(lián)功能。以編制一臺(tái)4層4站的電梯為例，先根據(jù)控制要求計(jì)算所需要的I/O接口點(diǎn)數(shù)，其中輸入點(diǎn)數(shù)為32，輸出點(diǎn)數(shù)為24。選用V80系列PLC的一個(gè)CPU單元M40DR和一個(gè)擴(kuò)展單元E16DR來完成電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制。

1、輸入接口：

四、工作過程

電梯控制系統(tǒng)由呼叫到響應(yīng)形成一次工作循環(huán)，電梯工作過程可分為自檢、正常運(yùn)行、強(qiáng)制運(yùn)行等三種工作狀態(tài)，電梯在三種工作狀態(tài)之間來回切換，構(gòu)成了完整的電梯工作過程。

1．電梯的自檢狀態(tài)

PLC后上電，電梯運(yùn)行進(jìn)入自檢狀態(tài)，檢測(cè)項(xiàng)目為：

（1） 供電電壓正常。

（2） 各控制回路電源電壓正常。

（3） 相序正確，相序繼電器吸合，安全回路中各開關(guān)接觸良好，急停繼電器可靠吸合。

（4） 關(guān)門到位后，各廳門門鎖和轎門門鎖觸點(diǎn)吸合正常，保證門鎖繼電器可靠吸合。

（5） 開、關(guān)門回路正常。

（6） 電梯制動(dòng)器動(dòng)作正?？煽俊?

（7） 井道中各開關(guān)位置正確，動(dòng)作可靠。

（8） 上、下限位開關(guān)，上、下極限開關(guān)位置正確，動(dòng)作可靠。

（9） 變頻器處于正常工作狀態(tài)，準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出有效。

（10） PLC處于正常工作狀態(tài)，其運(yùn)行模式開關(guān)處于RUN狀態(tài)。

在以上條件都得到滿足后，電梯才可以進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，否則，無法進(jìn)行正常運(yùn)行。



2．電梯的正常運(yùn)行狀態(tài)

電梯完成一個(gè)呼叫響應(yīng)的步驟如下：

（1）電梯在檢測(cè)到門廳或轎箱的召喚信號(hào)后將此樓層信號(hào)與轎箱所在樓層信號(hào)比較，通過選向模塊進(jìn)行運(yùn)行選向。

（2）電梯開始起動(dòng)，通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)轎箱運(yùn)動(dòng)。轎箱運(yùn)動(dòng)速度由低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚?，并以高速運(yùn)行至目標(biāo)層。

（3）當(dāng)電梯檢測(cè)到目標(biāo)層減速點(diǎn)后，電梯進(jìn)入減速狀態(tài)，由高速變?yōu)榈退?，并以低速運(yùn)行至平層點(diǎn)停止。

（4）平層后，經(jīng)過一定延時(shí)開門，直至碰到開門到位行程開關(guān)；再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門，直到安全觸板開關(guān)動(dòng)作。



3．電梯強(qiáng)制運(yùn)行狀態(tài)

（1）檢修運(yùn)行

當(dāng)電梯的初始位置需要調(diào)整或電梯需要檢修時(shí)，應(yīng)設(shè)置一種狀態(tài)使電梯處于該狀態(tài)時(shí)不響應(yīng)正常的呼叫，并能移動(dòng)到導(dǎo)軌上、下行極限點(diǎn)間的任意位置。檢修時(shí)，打開檢修開關(guān)，PLC程序進(jìn)入檢修模式，電梯以檢修速度運(yùn)行。按住強(qiáng)迫上（下）行按鈕，這時(shí)上（下）行繼電器吸合，同時(shí)抱閘打開，變頻器收到方向信號(hào)后，電梯啟動(dòng)并以檢修速度運(yùn)行。

（2）消防運(yùn)行

消防返回狀態(tài)： 火災(zāi)時(shí)，設(shè)在大廳的消防開關(guān)合上后，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，電梯向下返回消防層站，在返回消防層站的過程中，電梯不應(yīng)答任何內(nèi)選和外呼信號(hào)。

消防員專用狀態(tài)：到達(dá)消防層后，電梯進(jìn)入消防員專用狀態(tài)，每次只應(yīng)答一個(gè)內(nèi)選，且只有一直按住內(nèi)選按鈕，直到關(guān)好門后此內(nèi)選信號(hào)才被登記。此狀態(tài)下，外呼信號(hào)不登記。

（3）泊梯

泊梯開關(guān)閉合，進(jìn)入泊梯狀態(tài)。若電梯不在泊梯層，則消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層，然后關(guān)門，斷開電源繼電器和變頻器電源接觸器，變頻器斷電，進(jìn)入泊梯狀態(tài)。

五、 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1．軟件流程

圖2 PLC控制電梯工作流程圖

2．模塊化編程

電梯控制系統(tǒng)是集選式控制方式，適合采用模塊化編程方法，下面介紹幾個(gè)模塊的梯形圖程序：

（1）電梯自檢模塊：安全回路中各開關(guān)接觸良好，安全回路信號(hào)（10001）輸入，安全繼電器（01169）閉合。當(dāng)電梯開關(guān)門完成（01037），關(guān)門到位（01155）輸出為ON，且處于非強(qiáng)制狀態(tài)時(shí)，如果變頻器無故障輸入（10013），則電梯允許（01038）正常運(yùn)行。

（2）電梯開關(guān)門模塊： 安全繼電器（01069）線圈接通時(shí)，有開門信號(hào)（10011）或有安全觸板動(dòng)作脈沖輸入，在進(jìn)入平層區(qū)1秒（02015）后，驅(qū)動(dòng)門機(jī)開門，開門繼電器接通；在開門到位信號(hào)（10012）或開門到位5秒后，關(guān)門繼電器輸出。

（3）平層檢測(cè)和強(qiáng)迫減速模塊：當(dāng)電梯檢測(cè)到上、下平層感應(yīng)器（10009和10010）的輸入信號(hào)時(shí)，表明電梯已經(jīng)進(jìn)入平層區(qū)。當(dāng)電梯上行轎廂碰到上強(qiáng)迫換速開關(guān)（10006）時(shí)，上強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作，電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速，并判斷電梯的實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）是否運(yùn)行到最頂層（＃00008）；當(dāng)電梯下行轎廂碰到下強(qiáng)迫換速開關(guān)（10007）時(shí)，下強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作，電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速，并判斷電梯是否運(yùn)行到最底層（＃00001）。

（4）樓層召喚燈指示模塊：當(dāng)有樓層召喚登記（如01001）或已有該樓層召喚燈輸出（如00009）時(shí)，如果實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）不等于召喚樓層，則該樓層召喚燈輸出顯示亮；如果實(shí)際運(yùn)行樓層（40400）不等于召喚樓層，則該樓層召喚燈輸出熄滅。

六、結(jié)束語

本文以深圳市矩形科技有限公司生產(chǎn)的V80系列PLC為例，闡述了PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，分別描述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，并給出了PLC的I/O接口配置及其軟件設(shè)計(jì)流程和梯形圖的編寫。

通過V80系列PLC在某型號(hào)電梯控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在廣大電梯使用客戶中獲得了良好的評(píng)價(jià)，并得到了多家生產(chǎn)廠家對(duì)該系列PLC質(zhì)量和性能的認(rèn)可，該電梯控制系統(tǒng)只需要稍加改進(jìn)即可應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。這一切都表明該系列PLC不僅可以滿足電梯對(duì)高可靠性的實(shí)際需求，而且在控制水平和性能完全可以替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品，并將突破電梯領(lǐng)域應(yīng)用到更為廣泛的行業(yè)，未來前景將更為廣闊。