小型电梯ＰＬＣ智能控制系统设计探讨

冯圣华

摘要：针对小型电梯特点，在分析PLC控制技术特点的基础上，提出了一种PLC智能控制系统设计方案，提高了电梯运行的可靠性、舒适性和效率。

关键词：小型电梯；PLC；智能控制

中图分类号：TP13

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)13-0274-02

1引言

电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯，高层住宅需要有住宅梯，百货大楼和宾馆需要有客梯、自动扶梯。本文主要研究一类小型电梯的PLC智能控制方法。所谓小型电梯是指在居民楼和小型办公楼中使用的电梯，这类电梯载重量相对较小，但是使用频繁。传统电梯控制系统主要有三种控制方式即继电器控制、PLC控制和微机控制，其中继电器控制系统具有故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。微机控制具有控制系统体积减小、节能、可靠性提高，尤其是对群控、通讯等复杂电梯控制功能更具优越性，因此，微机控制系统多用于性能要求较高的高档客梯中，然而微机控制系统抗干扰能力弱。可编程控制器(PLC)编程采用易学易懂的梯形图语言，具有控制灵活方便、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点。因此对于一个小型的智能电梯，利用PLC对其进行控制是一个最佳选择。本文主要以小型交流电梯的控制系统为例，结合PLC控制技术的特点，提出了一套智能电梯控制系统的应用设计方案。

2电梯PLC智能控制的基本原理

模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解。模糊控制方法鲁棒性强，干扰和参数变化对其控制性能影响大大减弱，它设计简单，便于应用。由于模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

本文研究了一种新型的PLC智能电梯控制系统的构成。它与传统电梯控制系统的主要区别是利用模糊逻辑推理控制方法确定适合于电梯运行情况的规则，通过进一步处理所选规则从而最终确定电梯运行程序。该系统能向乘客及时报告电梯运行状况，从乘客心理和生理条件出发以满足高效率运输。智能电梯控制可分为两个方面：电梯拖动系统控制和电梯逻辑控制。电梯PLC控制系统主要包括PLC、操纵盘、呼梯盒、井道等装置。具体结构间图1。

3电梯PLC智能控制的应用实例

3.1智能电梯系统集成

为了提高上述电梯控制系统的工作稳定性和可靠性，开发了一种以数据传输为核心的智能电梯控制系统。这种智能电梯控制系统，包括电梯控制中心、电梯管理模块、楼层控制键盘、功能设备和监控计算机，具体如图2所示。

该电梯工作原理可总结为：首先，电梯管理模块通过功能设备读取用户卡内的用户信息，并查找另一微处理器中存储的用户资料，如果查得到相应的用户记录，则读取该用户的楼层权限；否则，系统返回操作。接下来，另一微处理器分析用户的楼层权限，判断其可到达的楼层数。如果用户权限等于1，即该用户只可以到达一层楼，则控制系统响蜂鸣器提示操作成功，并将相应的楼层信号发送给电梯控制中心；如果用户权限大于1，即该用户可以到达多个楼层，则控制系统响蜂鸣器提示用户输入需要前往的楼层号，并开放楼层控制键盘的权限按钮，用户通过楼层控制键盘输入目的楼层号，该楼层信号通过输入0输出电路传送到微处理器电路，同时，电梯管理模块将该用户权限信号送给电梯控制中心；如果用户无使用权限，则系统返回操作。最后，电梯控制中心对来自控制键盘的楼层信号和来自管理模块的权限信号进行分析运算，判断出用户要到达的目的楼层，并登记相应信息，点亮相应楼层的按键灯，提示操作成功，开启相应楼层开关。系统返回，等待下一个用户的操作。

3.2电梯信号PLC控制

电梯信号主要由PLC程序实现，取代了大部分继电器。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择、运行控制、内指令、外召唤、安全保护、呼梯及选层显示、方向指示、到站钟、开关门控制、井道信息或旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号等。输出控制信号有：楼层显示、拖动控制信号、门区或平层信号等。系统程序主流程见图3，其主要功能如下：

(1)运行状态程序：电梯可在有司机、无司机或检修三种状态下使用。(2)保护程序：为了保证乘客的安全，通常在轿门和中分式门双侧安装安全触板。(3)上、下行程序：集选控制电梯将各层楼厅外的向上和向下召唤信号与轿厢内的指令信号综合在一起进行集中自动控制。根据呼叫信号、内选信号与电梯位置，确定电梯是上行还是下行；程序中顺向呼叫信号与内选无条件响应，反向截车遵循最远程反向原则。(4)呼叫信号程序：电梯有内指令或厅召唤信号时，自动记忆呼叫信号并且有记忆灯亮。在电梯到达某层停车时，自动消除顺向呼叫信号，保存反向的呼叫信号。(5)轿厢与厅的指层信号程序：指层信号由高速计数器的计数值与平层点的计数脉冲相等时发出的平层信号来获得。控制电路设计可获得连续的指层信号和方向显示。(6)开关门程序；电梯到达目的层后，自动地进行开门、等待及关门过程，在关门过程中，如果门上感应器感应到门口有人时或厅外有呼叫信号时，又重新进入开门状态。还可在本层厅外开门、检修时开关门。(7)有无司机时程序；无司机电梯自动起动、加速、制动减速及自动平层，电梯按指令、召唤信号自动定向、自动保持最远层站所定的方向；有司机时按上升或下降按钮；检修时只能慢速。(8)换速程序；用PLC的高速计数器对输出脉冲进行计数，当高速计数器的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，且目的层有有效的选层信号或呼梯信号，则发出换速信号，电梯转入减速阶段。

3.3电梯变频调速PLC模糊控制

本文研究了一种变频域PLC调速控制方法。假设输入变量误差为x，其初始论域为[-E，E]，那么采用7个语言值：“正大”、“正中”、“正小”、“零”、“负小”、“负中”、“负大”。当误差逐渐缩小，原始论域对于缩小后的误差偏大，如果仍然原始论域及其划分进行分析势必加大误差，从而降低控制精度。而变论域的思想是：在规则形状不变的情况下，论域随着误差变小而收缩，论域随着误差而增大。

当电梯的运行速度受到外界干扰时(乘客的增、减)，其速度会偏离预期的速度变化曲线，传感器会采集到对应的误差变量x。如果x与极值误差接近时，论域不发生变化，当与极值误差相差较大时论域则需进行相应的变化。控制器不断输出调节作用。误差逐渐减小。对于较小的误差则调整隶属度函数的形状，以提高控制量变换精确度。电梯变频调速PLC模糊控制框图如图4。