浅论基于PLC的电梯控制系统

杨滋新等

摘 要：随着当今社会的快速发展，高楼林立，电梯已成为城市现代化的一项重要标志。就现今而言，我国电梯控制系统主要分为继电器控制、PLC控制和微机控制。其中，继电器控制系统由于其可靠性差、耗电量大，故障多等缺点已经逐步退出激烈的竞争市场；微机控制系统虽然在智能控制方面展示出较大优势，但是因其系统设计复杂，使维修人员很难掌握技术要点，故使用也存在一定的局限性。PLC控制系统能够实现软件对电梯的自动控制且外部线路简化，控制系统结构简单，不仅提高了电梯运行的可靠性，更使维护、维修过程更加简便易行，因此应用广泛。

关键词：PLC；电梯；控制系统

1 编程控制器（PLC）的定义

可编程控制器（PLC）的英文全称为Programmable Logic Controller--是一种数字运算操作电子系统。采用一类可编程的存储器，用于内部存储程序执行顺序控制、逻辑运算和定时等指令，并通过数字量与模拟量的相互转换（输入/输出）来达到控制各类机械设备运行或生产过程控制等目的[1]。

2 PLC控制系统的优势

（1）控制方式：PLC采用软接线的连接方式，通过改变控制程序即可更改逻辑方式和功能变更，简单易行。（2）工作方式：PLC采用串行工作方式，相互独立、互不干扰。（3）控制速度：PLC采用半导体控制方式，速度快。（4）准确性：PLC由晶振产生时钟脉冲，精度高。（5）可靠性：PLC无触点，有自我诊断功能，可靠、寿命长。（6）简单易用：常用的PLC编程方式是梯形图编程方式，编写简便、易懂易改。

3 PLC控制系统的基本组成

电梯PLC控制系统主要由信号控制系统和拖运控制系统组成。系统核心主要包括PLC主机、CPU存储器、呼梯盘、操纵盘、井道装置、安全装置等。信号通过PLC输入接口输入PLC，来完成各种控制动作。

4 PLC控制系统的原理

电梯的运行主要依据楼层的呼叫信号和轿厢的升降信号来进行控制的，某一层呼叫轿厢的信号是随机的。因此，系统控制采用的是随机逻辑控制，也就是说根据随机输入的信号和电梯当时的状态来进行电梯控制。电梯运行控制主要依靠PLC来完成。

PLC采用循环扫描即顺序扫描的工作方式，PLC运行时，CPU根据存储器中的程序进行按序周期性扫描，从第一条指令开始，到最后一条指令，顺序执行，周而复始。在此阶段，PLC还进行自诊断，通讯服务、输入处理、程序执行和输出处理[3]。

4.1 自诊断

在每次程序扫描前，PLC会执行自诊断程序。自诊断内容包括：I/O口，存储器和CPU等。若发现异常现象，会停机并显示异常；若未发现异常现象，则继续执行程序。

4.2 通讯服务

PLC检查是否存在与计算机、编程器等的通讯要求。

通常自诊断个通讯服务统称为监视服务。

4.3 输入处理

首先进行输入采样，即PLC按序扫描输入存储器中的数据，并将其暂存于输入映像区中并关闭输入端口，进入程序执行过程。此时，即便输入端口有任何变化，输入映像区中的数据也不会发生变化。只有在下一输入采样过程发生时，发生变化的输入端口数据才会被读入。

4.4 程序执行

在此阶段，PLC根据用户输入的程序按序依次执行指令。从输入映像区读取数据，经相应的运算处理，将结果写入输出映像区。

4.5 输出处理

与输入处理类似，PLC输出处理也存在输出采样过程，该过程同样存在为了暂存数据的输出映像区。当程序命令执行完毕，输出映像区中的相关指令被输送到输出锁存器中，通过一定的方式輸出，从而推动外部设备或过程运转。

每一次输入、输出采样过程（扫描周期）即为一次I/O刷新过程。也就是所说的任何输入、输出的更改只有在下一扫描周期时才能被进行。

扫描周期的长度主要取决于三个因素：（1）CPU的运算速度；（2）每条程序指令的时间；（3）程序的总长度。CPU运算速度越快、每条程序指令时间越短、程序总长度越短，扫描周期越短，反之亦然。一个完整的扫描周期=（输入一点时间*输入点数）+（运算速度*程序步数）+（输出一点时间+输出点数）+监视服务时间。一般PLC的扫描时间为10ms，满足大部分客户需求。对于控制时间要求严格、响应速度快的控制系统，对于编程要求高，必要时需采取特殊功能。

5 电梯控制系统的设计思路

在设计电梯控制系统时，首先应全面了解被控对象的机械机构、工艺要求、运动要求、运动方式和控制要求等。通过研究工艺过程、机械运动的各个步骤，确定控制系统的输入、输出信号的数量。明确区分由PLC输入、输出或驱动的端口。在此基础上选择恰当的PLC。PLC的可靠性、运行速度和成本等方面也应纳入选型的考虑范畴中。然后，确定PLC元件的编号分配。确定PLC中被占用的输入、输出端点数，进行编号分配并设计出PLC外部线路图。其次，是电梯控制系统设计过程中最为关键的一个步骤--程序设计。程序设计是整个控制系统的核心部分，其主要工作包括语句表程序的编写和梯形图的设计等。接着，进行模拟与调试过程，将编写好的程序输入PLC，进行逐条检查与验证，对发生的任何逻辑、语法和数据等错误进行改正之后，在实验室中进行模拟与调试。观察模拟过程是否符合相应的设计要求。对发现的问题及时修改，并将正确的程序重新输入到PLC中。在执行该过程时，可平行进行控制系统的其他设计部分，如装配、安装和接线等工作。最后，进行现场的运行和调试。将在实验室中初步调试好的程序输入到现场使用的PLC存储器中，接入实际的输入和负载信号再进一步进行调试。因为实验室中的模拟与调试和现场实际中会存在些许差异，因此这一步不可省略。对现场发现的问题及时解决，直到满足相关设计要求，方可交付使用。

随着社会经济的迅猛发展，高层建筑将越来越多。作为垂直方向的运输设备，电梯与人们的生活联系的越来越紧密。而作为人机交互的PLC控制系统，对于电梯运行至关重要，掌握PLC控制是电梯运行安全、高效、舒适的重要保证。

参考文献

[1]王秀英，郑海英.PLC技术在电梯运行中的应用[J].辽宁工业大学学报，1996

[2]刘载文，李豪升.钟亚林.电梯控制技术[M].北京：北京电子工业出版社，1996.

[3]李景学，金广业.可编程控制其应用系统的设计方法[M].北京：北京电子工业出版社，1996.