PLC与变频器在四层电梯教学模型中的应用

吴卓峰

（广东省韶关市技师学院 广东 韶关 512028）

由于变频器调速具备优异的调速性能和节能潜力，目前国内外均已研制生产出电梯专用变频器。电梯拖动调速方式以调频调速为主流，PLC与变频器在电梯控制系统得到广泛应用。在控制系统中，PLC主要完成逻辑控制，变频器主要完成拖动调速控制。近年来，我校开设了电梯安装维修专业。因教学需要，现自行设计、安装了一台采用PLC与变频器实现控制的四层电梯教学模型。设计既要考虑实际电梯的操作功能，又要考虑电梯教学演示的需要。

电梯控制要求

电梯的电气控制系统分为拖动调速部分和逻辑控制部分。拖动调速部分用变频器控制电梯升降电机来实现；逻辑控制部分用PLC实现，可充分发挥系统接线简单、可靠性高、维护方便的特点；主拖动采用三相交流异步电动机进行拖动，集选控制，有/无司机方式；门机驱动采用直流门电动机。

电梯控制过程

有司机操纵 司机接通基站总电源钥匙开关，打开电梯门进入轿厢，将有/无司机操纵转换开关拨至有司机位置，通过开关门按钮控制关门。当PLC接收到乘客发出的请求信号及安全保护信号后，PLC将对内存进行顺序扫描，选择相应的控制程序，通过输出端发出信号，控制继电器动作，使电梯正常启动、加速运行。当电梯运行接近停靠的层楼时，PLC接收到感应器发出的减速信号后，自动断开运行，通过变频器开始减速，控制电梯进入换速、平层、停车。待电梯停靠层站后，司机通过按钮控制打开电梯门，以完成接送客的任务。

无司机操纵 在无司机操纵的情况下，电梯的开关门、启动、加速、换速、平层及停车均通过PLC自动控制。电梯开门时间可根据需要设置。

检修慢车状态 在需要检修时，可通过检修慢车开关来控制。当接通检修慢车开关时，PLC检修控制程序起作用，司机只能通过按钮操纵电梯慢速运行。（1）停电保持。电梯在正常运行过程中，若突然停电，PLC将保存停电的现场数据，在电源重新接通时，将自动恢复停电时的现场数据，控制电梯运行。（2）应急处理。电梯在运行过程中，PLC不断对各输入信号进行识别，对运行状态进行监控，一旦发现异常信号（如安全保护装置动作等）将采取相应的安全措施，以防止事故发生。

消防开关 当按下安装在基站的消防按钮（带自锁）时，则实现下列功能：消除门厅、轿内呼叫等所有呼叫信号；将门关闭，断开开门回路；电梯如果正处于上行中，则立即在最近层停靠，不开门，然后返回基站，如果电梯处于下行中，直接驶向基站；开门中的电梯，立即关门，返回基站。

电梯拖动调速和逻辑控制系统的选用

由于是教学模型，所以变频器和拖动电动机没有采用电梯专用的设备，只用了现有的教学设备。PLC系统采用三菱FX1N系列PLC，根据四层四站电梯的控制要求，选用FX1N-60MR，30点输入，30点输出，满足系统I/O点要求。变频器选用三菱的FR-A540-1.5K-CH型变频器，额定电压380V，额定功率1.5KW，三相交流供电，额定输出电流4A。拖动电动机采用YS6324型电动机，其功率为180W，额定电压380V，Y形接法，转速1400r/min。与电动机配套的减速器变比为1／50。

图1 PLC安装接线图

图2 变频器外部接线图

控制系统各环节的作用及其梯形图实现

根据电梯工作的不同工作过程，划分出若干个功能电路，构成控制程序。PLC、变频控制系统安装接线图如图1和图2所示。由于整体程序结构较为复杂，因此，下面仅对几个重要部分的设计方法进行说明。

层楼继电器电路的实现 层楼信号可以指示电梯所在的位置（指层），为下一步的选向、选层及指令和召唤的消除提供可靠信息。每一层对应一个层楼继电器，电梯在哪一层，对应楼层的层楼继电器就会动作。本文主要采用数据传送、算术计算、数据比较处理等功能指令来实现层楼电路控制。启用数据寄存器D0，电梯在最下层端站时可将1送入D0，在最上层端站时可将最高层数4送入D0；电梯每上升一层，接近开关X0闭合一次，D0将自动加一，电楼每下降一层，接近开关X0闭合一次，D0将自动减一，这样使D0中存放的始终是层数。然后，将D0分别与1、2、3、4相比较，等于几就说明电梯在几层，这时驱动对应的层楼继电器，实现层楼继电器电路。楼层的显示由Y1、Y2、Y3以二进制的形式将数据输出到BCD译码器上，从而显示出电梯在几层。如图3所示。

图3 四层四站层楼继电器梯形图

指令回路 操纵盘上装有与层数数字相符的按钮是指令按钮，按钮内装有指示灯。乘客进入电梯按下指令按钮，该指令被登记，相应的指示灯亮；当电梯到达预选的层楼时，相应的指令被消除，指示灯熄灭。指令的这些登记与消除功能由指令电路完成，指令回路梯形图如下页图4所示。

图4 指令回路梯形图

召唤回路 召唤是梯外乘用人员向电梯发出的呼唤信号。在下端站安装一个上行召唤按钮，上端站安装一个下行召唤按钮，中间站安装上行召唤和下行召唤两个按钮，各按钮内均装有指示灯。当按向上或向下按钮时，控制系统就会记忆该信号，相应的指示灯点亮。当电梯到达目的层楼时，指示灯熄灭。一般情况下，电梯采用顺向截车、逆向呼叫记忆的选层方式，即先响应与运行方向相同的召唤，保留与运行方向相反的召唤。待反向运行时，电梯到达目的层楼才平层消号。另外，若电梯在直驶运行时不响应召唤，则应保留此召唤。可见，召唤回路与电梯的运行方向及是否直驶关系密切。为此，在召唤回路中加入了反映直驶和方向监视的继电器M1和M2。如图5所示。

图5 召唤回路梯形图

选向回路 电梯方向的选择，实际就是将指令和召唤的位置与电梯实际位置相比较。若前者在上（位置的上、下），电梯则选择向上；否则，则选择向下。首先由层楼继电器形成选向链，然后将每层的指令和召唤对应接入。一般情况下，指令选向优先，所以只有电梯门关闭后召唤才参与选向。决定电梯的运行方向有以下三种情况：（1）自然选向。在自然选向状态，电梯可自动判断，选择方向。（2）强迫选向。若电梯工作在有司机方式，可通过操纵箱上的向上或向下按钮，来干预电梯的运行方向，即强迫使其向上或向下运行。（3）检修选向。若电梯工作在检修状态，同样可使用向上或向下按钮，使电梯以检修的速度向上或向下运行。电梯的选向回路梯形图如图6所示。

图6 电梯选向回路梯形图

电梯运行线路 运行线路是电梯控制系统的核心部分。电梯是由曳引电动机拖动，电动机工作受运行线路的控制，以形成如下页图7所示的速度曲线。由PLC控制变频器决定电梯何时启动加速，何时运行，何时减速，何时平层停车。PLC完成定向后向变频器发出方向的速度信号，以在变频器中自行设定的加速度值启动电机，达到最大速度后匀速运行。当电梯响应呼叫到达目的层的减速点时，PLC切断高速度信号输出，此时，变频器以自行设定的减速度值将最大速度减至爬行速度。当变频器的频率下降到所设定值时，机械制动器马上动作，对电动机实施电磁抱闸，电梯平层停车。电梯的主要性能指标（额定速度、舒适感、平层精度等）由运行线路决定。（1）启动。电梯的启动，方向是首要条件，门锁（厅门轿门是否关好）等安全因素也是必要的。（2）减速。当电梯选中某层，意味着将在车达到换速点就应减速，为平层停车做准备。（3）平层停车。当减速运行到平层点时，说明轿门门槛与厅门门槛基本平齐，可以停车，并实施电磁抱闸。一般平层感应器置于轿厢顶上。如下页图8所示，当上、下平层感应器全部动作后，表示到平层点。运行线路控制的梯形图如图9所示。

图7 电梯运行速度曲线图

图8 平层感应器位置图

图9 运行线路控制的梯形图

电梯门的控制 门电路是电梯控制系统中较为独立的单元。它的作用是实现电梯门的开或关。电梯的门有两种：（1）轿门，即轿厢的门。门电路通常指轿厢的门控制线路。轿门由专门的门电动机拖动，实现开或关。（2）厅门，即各层门厅的门。厅门只能由轿门带动实现开或关。一般情况下，当轿厢到达某层停车后，轿厢门上的门刀会自动插入厅门的门锁中，使门锁打开，此时厅门在轿门的带动下实现开或关。电梯若没到该层，其厅处于锁闭状态，不能打开，这是安全保障的要求。门电路和控制系统的联系就在于这一点，由各厅门和轿门的门锁电气限位开关的常开触点串联后，作为门锁信号（X13）。X13为ON，表示全部门安全关闭，可正常运行，否则不能运行。开或关门由门电动机驱动，通过开、关继电器控制M的正、反转实现。（1）开门情况。上班开门、按钮开门、触板开门和门区提前开门。（2）关门情况。下班关门、按钮关门、停站自动延时关门和强迫向上（向下）启动关门。门电路的控制梯形图如图10所示。

图10 门电路的控制梯形图

PLC与变频器控制的四层电梯教学模型，能较好地满足教学演示的要求，充分体现了PLC与变频器的优越性。电梯教学模型的研制，对今后改善专业教学质量和PLC技术、变频技术应用的开展能起到一定的促进作用。

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