基于变频技术的电梯PLC控制系统设计

蒋文伟　程凯　杨浩

摘要：随着高层建筑的增加，电梯作为高层建筑的交通工具，其应用与日俱增，电梯的安全运行成为人们广泛关注的焦点问题。随着电子技术和微电脑技术的飞速发展，PLC技术和变频技术因其控制方面的明显优势取代了传统的继电器制造系统，成为电梯控制系统主流。文章研究基于变频技术的PLC控制系统的设计方法，为电梯控制系统设计提供帮助。

关键词：变频技术；电梯；PLC控制系统；系统设计；高层建筑 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）30-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.008

1 变频技术

变频技术的核心部件是变频器，变频器是改变电源频率的电气设备，其主要由交流变直流、滤波、再次直流变交流、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元等组成。变频器是能够把电压和频率不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的设备，该过程是通过变频器中电力半导体器件的通断来实现的。

2 PLC的工作原理及在电梯中应用的优点

2.1 PLC的工作原理

PLC是Programmable Logic Controller的缩写，全称可编程序逻辑控制器。所谓的PLC控制系统实际上就是一种可编程的存储器。PLC采用指令（存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算操作）通过数字输入和输出操作来实现机械控制和操作。PLC的工作过程分三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新，三个阶段构成一个扫描周期，且这个周期是重复执

行的。

2.1.1 输入采样阶段。首先，PLC在输入采样阶段通过扫描方式读入所有输入状态和数据，并存储到I/O相应的单元内；然后，进入用户程序执行和输出刷新阶段，在这个过程中，当输入状态和数据发生变化时，I/O相应单元的状态和数据不会改变。

2.1.2 用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段，PLC扫描用户程序（自上向下扫描）。在扫描过程中按先左后右、先上后下的顺序对控制线路进行相应的逻辑运算，然后根据逻辑运算结果进行相关对应。在用户程序执行过程中，采用阶段输入在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他部位的状态和数据都有可能产生改变，即逻辑顺序是从上往下的。

2.1.3 输出刷新阶段。当第二阶段结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O映象区内的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再输出到相应的外部设备，PLC才真正输出。PLC的扫描周期包括自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等，PLC逻辑控制过程如图1所示：

2.2 PLC应用于电梯的优势

从20世纪70年代，PLC广泛应用于电梯领域，PLC在电梯控制系统的优点有如下四点：

2.2.1 PLC具有可靠并且强大的逻辑运算能力，电梯的逻辑控制要求比较复杂，PLC非常适用于电梯控制系统。

2.2.2 PLC有很强的计数和算术运算能力，能很好地克服电梯传统的继电器控制方法的缺陷。

2.2.3 PLC具有可靠性高、稳定性好的特点，抗干扰能力强，非常适用于电梯。

2.2.4 PLC检修简单方便。电梯的安全非常重要，PLC本身就具有完善的诊断功能，可为电梯安全运行打好基础。

3 基于变频技术的电梯PLC控制系统设计

3.1 PLC控制系统控制过程的设计

电梯控制过程主要包括操纵、检修、停电保持及应急处理等，只要正确处理好这些方面，再结合实际情况就能很好地实现对电梯的控制。电梯PLC控制系统的设计方法如下：

3.1.1 在进行PLC控制系统的设计时先确定电梯的拖动、调速、运行及控制方式。设计基于变频技术的PLC电梯控制系统时，设计拖动方式采用交流拖动；调整方式采用交流调压调速；运行方式可分有、无司机控制两种方式。

3.1.2 确定PLC的型号，PLC型号的确定需要考虑很多方面，主要由电梯的层站数、控制要求和点数冗余几方面来决定的。其中点数的冗余根据经验一般取超过实际需要点数的9%，这样选主要为满足实际需要和经济效益。

3.1.3 分配PLC的I/O点，并设计接线图。设计过程中也是根据电梯的楼层数及相应的控制要求进行选择，选择正确后要绘制PLC控制系统的I/O接线图。

3.1.4 编制控制程序。编写控制程序非常重要，在编写程序过程中最好采用模块化设计方法。控制系统功能的实现和安全保护功能的实现是编写程序的关键。

3.2 基于PLC控制系统的硬件设计

电梯PLC控制系统硬件系统由微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出设备构成及电源部分等构成。其中微处理器为控制器的核心，输入输出设备为连接现场设备与CPU之间的接口电路。

微处理器（CPU）可使用8位的处理器，若不能满足要求则采用16位处理器。存储器分系统存储器和用户存储器，系统存储器为只读存储器，用户存储器一般用RAM存储固化在只读存储器中，输入输出设备与PLC控制器连接，对输入输出接口的要求：要有良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（包括开关量、模拟量、直流量、交流量等）的匹配能力要强。电梯控制系统要根据输入输出信号的不同来设置输入输出设备。开关量的接口要采取抗干扰措施，电梯运行环境复杂，要求抗干扰能力强。还要有很强的防抖和抗外部干扰的能力，对于输出量开关输出电流一般不能超过2A。

3.3 基于PLC控制系统软件设计

在电梯中，楼层中的升降指示灯，每一层都有对应的按钮，是用来选择楼层和开关门的。因此，在基于PLC进行电梯控制系统设计时，要对相应的信号和电梯的状态进行相应分析，确定电梯工作流程。对各种信号一一对应到软件中去，对不同信号进行设计电路并进行编程。如在设计10层楼用电梯时，设计过程中可以以10层电梯控制为依据进行分析，即电梯停在10楼时，1～9层应能实现控制且电梯处于下降状态。如果电梯在1楼时，2～9层都可以进行控制，电梯处于上升状态。

另外，应对变频器单独设置，为使变频器能够响应来自PLC或者其他信号，应对变频器的相关参数进行设置，使变频器满足电梯的运行及控制要求。

4 结语

综上所述，基于变频技术的PLC电梯控制系统凭借其独特的优势在电梯中广泛使用。与传统的控制系统和继电器控制系统相比，PLC电梯控制系统不仅提高了电梯运行的可靠性，而且也改善了电梯运行舒适性，符合现代化电梯设计需求，随着科技的发展进步，基于变频技术的PLC电梯控制技术会不断发展完善。

参考文献

[1] 曾新红.基于PLC与组态软件的电梯控制系统设计

[J].广州航海高等专科学校学报，2010，（3）.

[2] 张福恩.交流调速电梯原理设计及安装维修[M].北京：机械工业出版社，1993.

作者简介：蒋文伟（1987-），女，江苏靖江人，供职于江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院，研究方向：电梯检验技术。

（责任编辑：周 琼）