基于PLC的电梯变频控制系统设计

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【摘 要】针对电梯控制系统复杂、安全舒适度高等特点，采用了西门子PLC对电梯进行控制、变频器对电梯进行平滑调速的方法，通过软件和硬件的设计，有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感；同时结合组态软件，创建监控平台，为电梯控制系统构建检测和故障监控系统，为电梯的安全运行提供了可靠保证。

【关键词】PLC；电梯；变频；组态王

0.绪论

电梯控制系统复杂，是一种大型的机电结合体和重要的垂直交通运输设备。电梯如采用传统的继电器控制系统，故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大，目前已逐步被淘汰；而微机控制系统虽智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷； PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式；同时控制系统采用变频器技术和组态监控，有效提高了电梯运行的舒适性和可靠性[1]。

1.电梯控制系统结构

电梯控制系统总体结构如图1所示，由上位机组态王软件、PLC、数字及模拟量信号输入输出模块等构成。PLC采集现场数据和控制设备运行，组态软件通过通信与PLC交换数据，达到获得现场数据和控制电梯功能。组态软件对获得的数据存储并加以整理和分析，以形象的动画效果、报警、历史趋势、实时曲线等显示出来。所有控制工作都由PLC完成，计算机只负责提供人机交互界面，进行指令接收和发送、自动化进程控制、数据显示存储、参数设定、报表打印和数据处理等。在系统运行过程中，上位机一直和PLC实时通信，从而保证组态界面上显示的数据和实际数据相一致，操作人员在上位机上发出的操作命令和控制的参数也都可以实时的送到PLC上执行。

图1 电梯控制系统结构

2.电梯控制系统设计

2.1 PLC软硬件设计

PLC的选型主要根据控制对象所需的I/O点数和被控量的性质：如开关量或模拟量，以及是否要求联网通信等。针对四层电梯选用西门子S7-200CPU226即可满足控制要求，性价比高[2]。具体的I/O分配如表1所示。

表1 I/0分配表

根据I/0分配表可得到PLC硬件接线图，硬件接线图不再具体给出，电梯控制系统可实现以下功能[3]：

（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。

（3）电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选择层停止、响铃、电梯门和轿厢门同时打开。

（5）电梯门打开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。

（6）当电梯行驶过程中收到正向召唤信号，则到达召唤楼层时停止，接收到反向召唤信号，电梯继续执行当前信号，在顺向信号执行完毕后执行反向信号，执行过程中自动相应最近的信号。

（7）电梯门和轿厢门设有压力传感器，当受到一定推力时，门自动返回计时5秒后重新关闭。

根据功能要求，可得到PLC控制梯形图，电梯程序控制流程如图2所示。

图2电梯程序控制流程图

2.2变频调速设计

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒适度。因此采用西门子MM440变频器作为调速使用[4]。

西门子MM440变频器参数设置原则：

（1）为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其斜坡上升时间和斜坡下降时间应当长一些。

（2）为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击。

（3）零速一般设置为Oft，带速抱闸将影响舒适感。

电梯的工作特点是频繁启制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车包闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点是要准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。

2.3组态监控设计

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。本次设计采用北京亚控公司的组态王软件，首先定义I/O设备，其次构造数据库，最后构建上位机监控画面，完成与下位机PLC实时数据的通信，实时动态显示电梯的运行状态[5]。电梯实时监控画面如图3所示。

图3电梯实时监控画面

3.结束语

采用西门子S7-200PLC作为控制器，西门子MM440变频器作为调速设备，组态王作为监控软件，大大减少了系统中继电器的使用数量，提高系统可靠性，降低故障率，减少了控制柜的体积。实践证明，此设计取得了良好效果，系统性能稳定，电梯运行更加平稳，使用维护简单，系统的可靠性高，组态软件的监控也有利于检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果，实用性强。

【参考文献】

[1]田艳丽.基于plc的电梯控制系统的设计与实现[J].科技致富向导，2012，8（5）：155.

[2]刘维福，叶安丽.电梯运行状态实时远程监控系统研究[J].伺服控制，2006，（4）：86-87.

[3]耿立明， 杨 威.基于PLC 控制的实验电梯监控系统研究[J].工业控制计算机，2012，6（25）：76-78.

[4]邓岗，宋克岭，王大志.PLC及其组态软件在电梯模型中的设计与应用[J].工业控制计算机，2010，5（23）：95-96.

[5]曾新红.基于PLC与组态软件的电梯控制系统设计[J].广州航海高等专科学校学报，2010，3（18）：19-21.