简述PLC电梯控制系统的设计
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【摘要】电梯现已成为高层建筑的必备运输设施之一。随着高层建筑的不断增多，电梯技术的发展日益加快。电梯的控制系统由早期的继电器控制逐步向微机控制发展。可编程控制器plc因其可靠性高、功能强、操作简便等优点，现已成为微机控制系统的核心。
1.电梯的基本结构
电梯属于机与电相融合的产品之一，主要由机械部分和电气部分组成。从空间角度划分，电梯可划分为如下四部分：
①机房部分，包括电源开关、曳引机、减速器、限速器、控制柜、机座、导向轮和抱闸装置等；
②井道部分，包括导轨、对重、缓冲器、张紧装置、电缆、底坑和井道照明装置等；
③层站部分，包括楼层显示装置、开关门装置、门锁装置、呼叫装置等；
④轿厢部分，包括轿厢、安全装置、平层装置、指示灯及通讯、报警装置等[1]。
2.电梯的运行过程
乘客进入轿厢后，根据实际需要按下相应选层按钮，电梯自动决定其运行方向。关闭电梯门，电梯开始启动、加速、直至匀速运行。在运行过程中，若门厅召唤电梯且乘梯方向与电梯运行方向一致，则电梯被截停。电梯的所有同向指令执行完毕后，若有反向厅外召唤信号，则电梯自动换向应答反向信号；若没有反向信号输入，电梯自动关门停机或返回基站待命。
3.PLC简介
PLC可编程控制器，是一种用于工业自动控制的专用计算机。它与普通计算机一样，以CPU作为处理器，实现运算与存储功能。PLC主要由中央处理器CPU、存储器、编程器、输入和输出、其他外部设备等部分组成。其中，CPU是PLC的核心部分，其性能的好坏直接决定PLC的整体机能[2]。
PLC作为核心的电梯控制系统现已逐步取代继电器-接触器控制。PLC电梯控制系统主要依靠软件程序控制。在保证电梯正常工作的基础上，控制系统更改简便、维修和排故容易，同时有效的克服手动操作的人为干扰因素，逐步成为电梯控制系统中最常用的控制方式。
3.1 PLC控制电梯的优点
采用PLC控制电梯优点：PLC用软件实现对电梯的自动控制，且编程语言简单易懂，可靠性大大提高；PLC可实现复杂控制系统要求且方便改变控制功能，不必改变硬件设施；PLC控制系统结构简单，外部线路简化；PLC具备故障自主检测功能，提高电梯运行的安全性，且便于排故与维修；适用群控管理，提高电梯运行效率。
3.2 PLC的工作原理
PLC在系统软件的控制下，依次扫描各输入端口的状态；根据输入状态中的指令执行相关程序和运算；根据运算结果输出相应控制信号，实现所要求的各种控制功能。每执行一次该过程，称为一个扫描周期。为了提高电梯的可靠性，除完成上述步骤外，PLC通常要进行自诊断，及时发现问题所在。
4.电梯的控制要求
为保证电梯的安全运行，电梯控制有如下要求[3]：
（1）电梯位置显示与确定
电梯轿厢内与门厅中都设有以显示电梯位置的装置。除此以外，为满足电梯制动停车等控制需要，电梯还需要更为准确的位置信号。这主要有井道中的位置开关（门区磁感器）提供。当井道中的分布在每层的隔磁板插入感应器时，发出门区信号，这也是PLC位置控制的基准信号。
（2）轿厢内运行信号与门厅召唤信号
轿厢内进行的选层操作输入的信号称之为内选信号，选层按钮按下后，相应的指示灯点亮，信号被记忆。门厅输入的上行或下行召唤信号称之为外呼信号。信号输入时指示灯点亮，直到要求得到满足。
（3）电梯自动运行时的信号响应
电梯在自动运行时主要根据内选和外呼信号，判断电梯运行方向。一般情况下，电梯按照先上后下的原则运行，不响应中途的反向信号。
（4）轿厢的启动与运行
当轿厢门、层门都处于关闭状态时，电梯启动运行。运行初期是加速运行，随后进入稳定运行。
（5）轿厢的平层与停车
平层是指停车时，要求轿厢的底与门厅底相平齐。平层停车过程是先减速再制动。电梯平层信号由门区感应器和隔磁板接收。门区感应器位于轿厢顶部，隔磁板安装在井道壁上。电梯上行时，门区感应器先插入隔磁板下部，发出减速信号，当门区感应器插入隔磁板的1/2左右时，发出停车开门信号，电动机此时停止工作，抱闸抱死；电梯下行时的工作状态同理可得。
（6）安全保护
常见的安全保护包括冲顶与蹲底、逃生保护，消防运行、轿厢内人员跌落、电梯钢丝绳断裂保护等。
5.电梯控制系统的设计
PLC电梯控制系统设计前需要对电梯的控制要求及选用的PLC有全面的了解，并且在设计过程要遵循一定的设计准则。
5.1 电梯PLC控制系统的设计步骤
①分析总体的功能要求，确定系统的硬件配置。根据电梯所要实现的控制功能、调速方式和安全等多方面考虑，对电梯的硬件系统进行总体安排。硬件系统包括PLC、接触器、继电器和调速器等。
②计算PLC的输入输出（I/O）口。根据电梯控制方式、层站数等计算控制系统输入信号和输出信号的端口数量。设计时，注意考虑应对输入输出端口留有一定的余量。
③选型。根据I/O口，选择PLC的型号。在满足要求的前提下，尽量降低成本。
④I/O接口电路的设计。PLC与井道、控制柜、操纵盘之间的连接主要依靠I/O电路。根据输入信号的作用、类型进行I/O地址的分配。在分配I/O地址之后，绘制I/O接口线路图。
⑤控制电路的设计。控制电路主要包括信号控制电路，拖动电路，I/O电路，操纵盘、井道和控制柜的原理图和配线图等。
⑥梯形图的设计。根据PLC指令设计梯形图，保证梯形图结构清晰、程序简单明了。
5.2 PLC控制系统的设计关键点
电梯属于多位置、多控制点的系统，其输入点相对较多。减少输入点的数量，是降低PLC成本的关键所在。常用的PLC系统设计要点：
①梯形图尽量采用模块化设计方法，模块化的程序结构清晰、调试方便；
②PLC采用循环扫描方式，所以应注意各指令间的时序关系，以保证设计功能；
③将各串联开关、联动开关设置为一个输入点；
④对于作用相同的开关信号并联输入PLC；
⑤编码输入。将输入信号（如按钮开关输入信号）通过二进制编码后在输入到PLC中，这样可大大减少PLC的输入点。
参考文献
[1]肖军，孟令军.可编程控制器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2008，7.
[2]陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]张汉杰，王锡伸.现代电梯控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001.