电梯控制系统中PLC的应用设计研究

发表时间:2019/12/19   来源:《建筑实践》2019年38卷第17期   作者:侯建平
[导读] 随着我国城市规模的不断扩大,高层建筑已经成为了城市发展过程中的重要标志。
         摘要:随着我国城市规模的不断扩大,高层建筑已经成为了城市发展过程中的重要标志。电梯作为高层建筑进行运输的重要工具,其质量如何直接会影响到住户的日常生活。传统的电梯系统主要是以继电器、卫星计算机进行控制,这些控制系统的接线较为复杂,而且故障率比较高,可靠性较差。本文就对电梯控制系统中PLC的应用设计进行研究。

         关键词:电梯控制系统;PLC;继电器设计;微型计算机设计
一、电梯基本运行结构
         首先让电机部分来完成电梯的升降功能,在相应的楼层里,安装可以进行上下操作的按钮开关。电梯可以快速做出反应动作。在电梯运行过程中,控制系统就会发挥作用,保证电梯在延时的情况下可以正常打开电梯门。电梯开始运行之后,会在同一个时间内出现很多不同的操作指令,PLC控制系统可以对指令进行判断,并迅速做出合理反映,使每一个指令都是有效的,保证电梯的正常运行。
         电梯在垂直运行的过程中,一定有起点站和终点站。而在电梯运行的楼层超过三层的时候,还会在中间楼层设置停靠站。对于一般的电梯而言,电梯的起点站一般设在最底层(有可能一楼,也有可能在地下室),而终点站往往设置为最高楼层。停靠站的设立基本上是每个楼层一站。
         对于每个楼层的站点,在电梯外部都会设置有召唤箱。对于普通电梯,基本召唤箱的按键为两个,一个向上,一个向下。而在电梯的轿厢内部,都会有一个操作箱。召唤箱的按键往往被称之为外指令按钮,而在操作箱上的按键则被称之为内操作指令。在操作箱上的按键则就比较繁多,包括手动控制电梯在对应楼层开门后电梯门的提前关闭或延时打开行为,紧急制动等的按键。而在操作箱上还会设置呼叫按键,以防出现紧急情况可以及时呼救。在召唤箱上还有配有一把钥匙,以便于工作人员可以在无人使用电梯的时候关闭电梯,节省能源。
         电梯的控制系统其实和汽车的控制有类似之处。但是,不同之处在于,汽车的加速,减速,停止得通过人为操作油门和刹车来实现。但是电梯的控制则截然相反。在电梯内部的人员使用操作箱的指令,在电梯外的人员使用召唤箱上的按键指令,从而向电梯控制系统传输指令,实现电梯的自动加速和减速,以及在对应楼层能够及时精准的停靠,不会使人感到不适应。
二、PLC电梯控制系统特点
         目前来看,电梯控制系统有两种控制方式。一种控制方式是PLC电梯控制系统,一种控制方式是微型计算机控制系统。文中主要对PLC控制系统进行相应研究。PLC控制系统在实际应用过程中,其可靠性较高。正常情况下,PLC控制系统能保证电梯无故障的时间为五万小时,同时PLC环境适应性也比较强,其能在复杂的工业环境下进行相应工作;其编程也比较简单,其编程语言是梯形图语言,这种语言摒弃了原有计算机编程语言表达式,以继电器梯形图为基础,来编程相应语言和模块化软件结构。这种编程的优势是能使用户程序编制更加清晰、直观、灵活、且易学、易用,也不容易出现错误;电梯控制系统体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积较小、重量较轻,便于安装。正常情况下,其会通过PLC进行自动诊断、故障报警,以实现电梯功能。PLC控制系统可编程控制器在实际应用过程中,不仅能充分利用微处理器以满足工业领域实时控制要求,同时也便于对维修人员根据已有专业知识和技能进行相应维修服务。
三、PLC在电梯控制系统设计的应用
         3.1电梯的模型结构
         电梯主要由轿厢,滑轮,曳引电动机,钢丝绳等主要部分构成。而在整个电梯控制系统中,电梯控制柜则是整个控制系统的核心。它被用来实现电梯运行的各项指令,达到设计者的预期目标。电梯控制柜一般放在电梯机房内,主要由PLC,继电器,开关,LED显示器部分。而在这些控制部件中,PLC作为主控装置实现了电梯的适度运行。电梯的运动控制主要通过PLC的编程实现。在程序设计时往往按电梯所需要实现的不同功能来进行分块式的编程,主要的编程部分有:召唤箱的控制程序,轿厢内部操作箱的控制程序,电梯门的开关程序,电梯在特定楼层准确停靠的程序等等,这样分块设计降低了设计的难度。

并且在日后电梯的维护检修中,也可以对应出现的不同电梯故障有针对性的进行查漏补缺,降低了维护成本。
         3.2电梯控制系统硬件系统
         电梯控制系统输入和输出接口数量繁多,为此要求配备多个I/O扩展模块以便接入。由于电梯控制系统结构较为繁琐和复杂,而采取面向对象的模块化编程法能够满足本系统的完整设计要求。电梯的大型机械设备,其对控制系统的可靠性、稳定性和抗干扰能力要求颇高。例如,某电梯设计项目中,综合考虑成本、I/O扩展能力等要素,采用SIMATICS7-300PLC系列作为本电梯控制系统的核心控制器。同时因为本系统的特性,只执行数字处理任务和无需扩展、一个机架可容下全部模块,没有别的额外任务需要处理等条件下,本设计仅用一台CPU、一个电源模块及分别三个数字量输入和输出模块就构成了电梯控制系统的硬件系统。
         3.3电梯控制系统程序系统
         呼梯信号包括内选信号和外呼信号,当乘客在轿厢内按下相应的楼层选择信号时,该楼层的内选指示灯点亮,内选信号被储存。当电梯到达某一层并执行开门程序时,说明轿厢已经到这一楼层并且开门等待乘客离开轿厢,相应的内选信号清除。外呼信号的清除相对要复杂一些。如果电梯运行方向与呼梯信号方向相同,那么呼梯信号可以如常执行;反之若电梯运行方向和呼梯信号相悖则首先要等电梯轿厢到达目的楼层后反向运行时,再响应该呼梯信号。如果电梯在运行过程中,有多个反方向的呼梯信号同时存在,则应先响应最远的呼梯信号。
四、系统的软件开发
         4.1运用优先级的队列
         按照电梯所处的位置进行电梯的运行,在整个编程体系中,运用了三个优先级的队列,即上行优先级和次优先级,下行优先级和次优先级队列。当上行优先级队列给电梯一个向上的运行方向的时候,那么电梯所在的地方之上的楼层,都将会朝着上方发出运行的信号,这个信号就是相对应的楼层中的脉冲数所进行的信息传递。在电梯运行的过程中,控制系统中永远会排列着这四个优先级的队列。给电梯的逻辑控制奠定了基础。
         4.2运用先进先出队列
         按照电梯所要运行的方位,把同一方向的优先级队列中的非零单元进行寄存,当通过先进先出的队列发出指令之后,并把首个单元数据传输到寄存器当中。
         4.3运用随机逻辑控制的方式
         每当电梯在运行的过程中,在靠近某一楼层的时候需要减速的时候,就要判定出楼层的呼叫信号,我们将寄存器出现的脉冲数和比较寄存器做对比,倘若出现一样的情况,那么在这个楼层要进行减速。倘若不一样,那么就要将这个寄存器的数据送入到比较寄存器当中,然后将产生的数据保存好,当执行这个楼层的减速停车动作完成好以后,把需要保存的数据重新录入比较寄存器当中,从而有效地实现逻辑控制。运用软件显示体系,运用行程对于楼层进行判断,同时系统会转化出BCD码进行输出,之后再通过硬件接口电路做出显示。针对变频器中的控制,PLC按照随机逻辑进行控制,能够朝着变频器发出正向、反向的运行信号,再由变频器来控制电机,与此同时,如果系统一旦发生故障,PLC向变频器发出信号。
结语:
         分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理,以及用PLC对电梯控制的整体思路。通过电梯控制系统的现场应用,该系统只需要稍加改进即可应用于更高性能要求的电梯中。这一切都表明PLC不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求,而且在控制水平和性能完全可以替代进口的同类产品,并将突破电梯领域应用到更为广泛的行业,未来前景将更为广阔。
参考文献:
    [1]孟雷.基于PLC的电梯模型控制系统及组态监控设计2016.8
    [2]梁丽秀.基于PLC的电梯控制系统设计2017.6
   
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