基于PLC的电梯控制系统的设计

王博

（湖北省咸宁职业技术学院湖北·咸宁437100）

基于PLC的电梯控制系统的设计

王博

（湖北省咸宁职业技术学院湖北·咸宁437100）

本文是对基于PLC的电梯控制系统进行研究，首先介绍了PLC可编程器件和电梯系统的组成，而后详细阐述了PLC控制电梯系统的运行和工作流程，从而实现了PLC对电梯系统的控制。

PLC；电梯系统；控制信号；编程

一、概述

随着科学技术的不断发展，以微电子技术、自动化控制技术为核心的机电一体化设备成为当前社会快速发展和社会文明的象征，是现代科学技术快速发展下的主要标志之一。自动化技术主要是以可编程器件为控制核心，通过人工编程来实现对各种情况的自动判断和自动处理，最终实现人们日常生产和生活的自动化。在可编程器件中，PLC是其中常见的变成器件，以其体积小、性能高、可靠性和稳定性强以及安全文虎简单的特性，在社会的各个工业控制领域中尤其是电梯控制系统中被广泛应用。电梯系统的控制，对于控制核心可编程器件要求比较高，在可靠性、稳定性、抗干扰能力等方面要求尤为重要，PLC可编程芯片正是满足电梯控制系统的对应芯片，所以基于PLC芯片对电梯控制系统进行研究，对了解电梯控制系统，提升电梯控制系统稳定性来说具有非常重要的现实意义和实用价值。

二、PLC可编程器件

PLC是Program Logic Controller的缩写，是一种可编程器件，在工业控制系统中被广泛应用，根据其主要功能主要体现在以下几方面的应用。第一，顺序控制。PLC可编程器件替代了传统的继电器装置，在顺序控制上具有灵活多变、稳定可靠的有点，在目前新型的数据机床、电梯控制系统以及装配生产流水线过程中被广泛应用。第二，过程控制。PLC可编程器件配备相关设备构成完成的控制系统，自身携带了很多A/D、D/ A的器件，轻松实现温度、压力、湿度、流量等工业生产工程中的传感器和控制器，从而对各个过程中的连续参数变化进行感应和控制。第三，数据处理。PLC可编程器件配备的系统中有完成的四则运算指令，能够构建完成的监控系统，能够很容易实现工业生产过程中的伺服电机或步进电机的灵活有效的控制。

PLC可编程器件根据环境和需求不同，有很多型号，但是其基本功能和构成是相同的，都是以微处理器为控制核心，依赖其他相关电路实现控制系统。一般的，PLC可编程器件最基本结构包括中央处理器CPU、存储器、I/O设备。其中，CPU是实现指令解读和运算的核心部件，它能够从内存中读取相关的数据从而获取外部装置目前的状态，并通过计算分析来生成相应的控制数据，从而完成相应指令操作，控制相应的输出设备，同时CPU还能够对外部的设备的突然请求进行相应，来满足特殊情况的处理。存储器包括两部分，ROM和RAM，其中ROM是生产长假存放到相应的设备驱动程序，包括系统管理、监控以及用户程序编译等基本程序，而RAM则存放用户自己的程序代码和数，实现用户对PLC的编程控制。I/O是PLC的输入/输出接口，是实现人机交互的关键设备，在工业生产过程中，输入设备能够将工业生产过程中的各种信息或状态，如按钮信息、继电器触点、开关或传感器数据等读取到内存中，输出设备则是PLC的CPU对相应电路的数据的改变，如指示灯、接触器、继电器等，通过I/O设备实现了PLC系统与人类的信息交互。

三、电梯系统的组成

随着社会基础设施的不断完善，高楼林立已经成为我国常见的现象，这也就催生了电梯大量应用。电梯系统是一个复杂而又完整的系统，是集自动控制、检测、电动机控制等机电一体化的系统，需要有电气控制、信号检测、电机控制等多个部分配合来实现，通过各个系统在总控制系统的完全控制下，协同配合来实现电梯可靠稳定的运行。

电梯系统的基本以钢丝拽引式结构为主，包括了拽引系统、导向系统、门和轿厢控制系统、平衡系统、电力拖动系统、运行逻辑系统、安全保护系统等多个系统构成。

拽引系统是整个电梯的动力来源，是驱动电梯运行的主要动力输出和传递系统，通过拽引机带动导向轮和反绳轮旋转，拽引钢丝绳来牵引电梯轿厢上下运行，拽引机的主要动力来源是电动机，在外在电力的作用下，电动机旋转，带动拽引轮、连轴器等部件，在减速箱、电磁制动器的作用下来实现拽引力的输出。电梯的钢丝绳连接对重和电梯轿厢，拽引轮牵动钢丝绳旋转，来驱动轿厢的上下运行。

电梯导向系统在导轨等作用下使得轿厢和对重的运动轨迹只能是在导轨范围内做上下的升降运动，从而限制了其二者的自由度，保障了电梯运动的稳定性。

门和轿厢系统则是电梯主要载体的构成系统，其中，电梯门包括层门、轿厢门、联动装置，通过在层门、轿厢门之间的相互配合，协调统一的开和关，来方便乘客和货物的出进。轿厢则是乘客和货物的载体，主要由轿厢体、轿厢架构成，其中轿厢架的主要作用是为轿厢体提供承重作用，包括了横、竖、斜、底等拉杆或梁柱构成，而轿厢体则是由轿厢底、壁、顶以及相应的通风装置、装置、按钮、摄像头等设备构成。

为了能够有效促进电梯运行过程中的稳定性，重量平衡系统实现了消除由于电梯在高层楼层时由于拽引钢丝变长而对电梯平衡度的影响以及轿厢运行过程中由于自重问题带来的稳定度影响。一般的电梯重量平衡系统有对重装置和重量补偿装置构成，对重主要作用是用来平衡轿厢自重，重量补偿装置则是平衡拽引钢丝带来的不稳定性。

电梯垂直运行需要电力拽引，电力拖动系统则是提供电梯处置运动和速度控制的主要系统，一般包括电动机、电源、速度控制和反馈装置。供电系统为电动机提供电能来源；电动机一般为交流或直流电动机，通过供电系统作用下带动拽引钢丝和导向轮运动，进而拽引轿厢垂直运动；速度调速装置和反馈装置则是对电梯运动速度的控制，通过实施检测电梯运动的速度，进而生成相应的电信号来对控制系统进行反馈，控制系统来调节电动机旋转速度来实现电梯轿厢的运动速度的控制。

电梯系统需要识别乘客对轿厢控制和电梯请求信号的识别等，电气控制系统则是实现了电梯信号识别、控制信号输出等方面的系统，一般包括电梯控制装置和操作装置、位置显示系统和平层控制系统等。其中，控制装置主要是对不同楼层间电梯请求以及电梯当前位置信息情况下的逻辑判断，从而控制电梯轿厢运动，此外，有专门的对电梯的高级控制装置实现对电梯的非常规控制；操作装置是通过面板按钮来对轿厢门进行开关控制以及对电梯使用的请求，同时包括电梯门信号识别等；平层控制系统则是实现电梯轿厢底层与楼层之间到达同一水平面的控制；位置显示信息装置主要作用则是显示当前电梯所在的楼层和电梯运动的方向。

电梯系统对于乘客的安全至关重要，所以在电梯系统中，需要有安全保护系统来实现电梯运行过程中的安全和故障安全。首先，电梯系统一般会有限速器，配合安全钳来保障轿厢的运行速度不会超速，缓冲器能够有效保护轿厢在最底部和最高部的缓冲碰撞，极限保护保障切断电梯总电源情况下能够有效保证轿厢的安全。

四、利用PLC的设计电梯控制系统

PLC可编程器件主要是对电梯的运行逻辑进行判断，通过读取各种控制新型号和状态信息等，来实现对各种子系统的控制。在电梯系统中，会有很多信号，如轿厢指令信号、电梯楼层信号、电梯召唤信号、电梯门检测信号以及消防信号等，这些信号都是电梯系统中的按钮面板的人为按下以及各个信号采集器通过采集电梯状态来获取。在人为控制信号输入下或信号采集器作用下，就能够触发PLC执行相关的程序，来控制相关子系统工作，实现电梯的运行。如图1所示，为电梯运行流程图。

图1 电梯运行的流程图

如图1所示，为电梯运行流程图，展示了电梯运行的初始化状态、运行胡总和运行后的状态。当基于PLC的电梯控制系统上电后，会完成相应的初始化操作，而后等待乘客请求电梯。当乘客按下当前楼层的面板按钮后，电梯会判断目标层与当前电梯所在层是否同层，如果是，则会打开电梯门等待乘客进入，而后关闭电梯门，如果不是，则会根据目标层和当前层来为电梯选择运行方向。在方向确定后，PLC控制系统会驱动拽引电动机定向工作，先做加速运动，而后匀速运动，当电梯即将达到目标层时，电梯系统的楼层传感器会告知PLC的楼层信号，在预定位置开始减速，到到达平层后，平层信号检测器会检测电梯轿厢底部是否与楼层平行，如果否则继续运行，继续监测平层信号，如果是，则会打开楼层门和轿厢门。延迟一定时间后，轿厢门和楼层门检测是否有乘客或物品处在门间，从而判断是否关闭轿厢门和楼层门。乘客进入轿厢后，会在轿厢的按钮面板上按下自己的期望的楼层，此后PLC系统会继续重复上述实现流程，来实现轿厢的垂直运动，从而实现电梯的垂直运行。

五、总结

电梯系统是一个复杂的机电一体化的产品，包括了拽引系统、门和轿厢系统、导向系统、电力拽引系统、电气控制系统以及安全保护系统等，是在各个子系统的相互配合下，在PLC可编程器件的通过驱动各个相关的设备或装置，来获取电梯系统的楼层信号、召唤信号、平层信号等，按照固定的顺序来完成对运行逻辑判断下，从而实现对电梯运行控制。

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责任编校：王俊奇

审稿专家：周圣强

TP273

A

1009-8534（2016）02-0095-02

王博，湖北省咸宁职业技术学院教师，电气工程师中级，本科。