基于F X系列PLC的电梯控制系统设计

陈金鑫

基于F X系列PLC的电梯控制系统设计

陈金鑫

（广州华夏职业学院，广东广州510900）

随着电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、交流变频技术等的飞速发展，社会城市化水平和百姓生活水平逐渐提高，电梯作为垂直运输工具，在工业、商业和民用等方面应用已成为不可或缺的交通设备。介绍了通过PLC技术来实现电梯的控制。

PLC；电梯控制；设计

可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以微处理器为基础，集自动化控制技术、通信技术、计算机技术为一体，用面向用户及面向控制过程的“自然语言”编程，适用工业环境，操作方便、可靠性高、还简单易懂的新一代通用工业控制装置。鉴于PLC控制各种优点，采用PLC技术对电梯运行系统进行控制的优势明显。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式由之前的直流调速、交流单速调速、交流双速调速过渡到了交流变频调速。交流变频调速具有启动制动平稳、调速性能优良、节能效果和运行效率高突出等优点。PLC技术结合电机交流变频调速技术在电梯控制系统中广泛利用，下面通过PLC来实现对电梯运行的逻辑进行控制。

1 电梯PLC控制系统的基本结构

PLC的电梯控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成[1]。主要硬件有PLC主机及其扩展、门机控制、拖动控制、调速控制、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、井道装置及安全保护装置等。电梯信号控制基本由软件来实现，输入PLC的控制信号有：运行控制信号、运行方式选择（如有无司机、消防、检修、自动运行方式等）、开关门及限位信号、呼梯信号、轿内指令、门区和平层信号、旋转编码光电脉冲、安全保护信号等。

2 电梯的控制要求

电梯运行中，遵循的交流集选调度原则为“顺向截梯，反向最远端截梯”。根据这一原则，PLC接收来自电梯的呼梯信号、选层指令信号、楼层信号、平层信号及安全信号，CPU根据输入信号的状态进行运算处理，适时地控制门机、变频器和楼层显示等负载，实现电梯自动定向、关门、启动、加速、稳速运行，到达目标层站后减速、平层、自动开门等功能。电梯的工作状态（有无司机、检修、消防）由开关来选择。电梯的运行过程如下：

确定运行方向→自动关门→启动运行→减速→平层→自动开门→自动关门。

（1）运行控制要求

根据不同楼层客户需求及时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位、层门，联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应[2]。正常时，电梯自动定向后自动关门，门关闭后，电梯自动运行并显示运行状态。

检修时，轿厢上、下行只能通过上、下运行按钮点动进行控制，并且轿厢可以在任何位置停留。

（2）自动定向要求

当轿厢内操纵盘上选层指令信号或呼梯信号m与电梯位置n具有不同方向时，比较m与n，确定电梯当前的运行方向。若m＞n，则电梯上行；若m＜n，则电梯下行。

（3）轿厢开门、关门要求

电梯到站后，自动开门，延时几秒后自动关门，门关闭后，电梯自动启动运行。层门和轿门的开启时同步进行的，为保证乘客的安全，电梯门的入口处必须有安全保护装置。

（4）停站控制要求

操纵盘选层指令信号或厅外呼梯信号停站：电梯运行中，当到达已登记层楼时，电梯按设定的减速曲线进行减速，当速度减到零时平层。

（5）信号登记与消除要求

当轿厢内或厅门外按下某层按钮时，此信号被登记。

当电梯到达某层时，并与电梯运行方向一致时，信号消除。

3 系统设计

3.1 系统硬件设计

本设计以五层5站电梯为控制对象，因控制较复杂，根据电梯的控制方式、梯型、层数、应用场所，确定PLC的输入/输出点数。在满足控制要求的前提下，PLC技术应尽可能地用些元器件（如按钮、光电传感器、交流接触器等），通过系统控制要求分析，本设计需要29个现场输入信号，22个输出信号，同时考虑到以后电梯功能的扩展，因此本设计选用三菱FX2N-64M型PLC，其基本控制单元输入/输出点数各32个，刚好能满足设计要求，其可扩展模块点数为48～64，I/O点数合计最多有128点，预留一些输入/输出点，以备后续电梯添加功能时使用。电梯PLC控制的I/O分配表如下表1所列。

表1 电梯系统PLC控制I/O分配表

（续下表）

（续上表）

输入输出设备名称输入端子编号设备名称输出端子编号四层光电传感器SQP4X20下行接触器XCY20五层光电传感器SQP5X21快速接触器KCY21上平层光电传感器SQP6X22快加速接触器KJCY22下平层光电传感器SQP7X23第一慢加速接触器1MJCY23门区光电传感器SQP8X24第二慢加速接触器2MJCY24门连锁回路X25上强迫换速开关XHKX26下强迫换速开关SHKX27开门按钮SB14X30关门按钮SB15X31

各楼层门厅开关串联后输入门连锁回路X25，只要有一层门没有关好，X25就不能动作。

3个平层传感器安装在轿厢顶部，在井道相应位置上装有隔磁钢板，当钢板同时对准3个传感器时，地铁正好处于平层位置。

3.2 系统软件设计

电梯的控制功能较多，控制程序的编制也较复杂，根据电梯的控制要求将其分解成若干个子程序或控制功能模块，再根据各控制功能模块之间的联系，编写电梯的控制程序。以下根据功能不同分别分析各功能块的梯形图的原理。

（1）电梯位置控制

PLC电梯控制系统最为关键的功能就是指层控制回路，该功能可以判定电梯轿厢当前位置，指示轿厢的上行、下行方向[3]。电梯位置判断程序分析如图1所示，通过传感器把电梯位置信号转换成相应的信号送到寄存器D1中。

若电梯在1层，把常数1赋予D1；若电梯在2层，把常数2赋予D1；若电梯在3层，把常数3赋予D1；若电梯在4层，把常数4赋予D1；若电梯在5层，把常数5赋予D1。

图1 电梯位置判断控制梯形图

（2）电梯呼叫信号控制

根据不同的按钮动作把信号转换成数值存入寄存器D0中。该环节可以实现轿内及厅外呼叫指令的登记及消除。控制梯形图如图2所示。

图2 电梯呼叫信号控制梯形图

（3）自动选向控制

电梯上下行控制，需比较呼叫信号D0与位置信号D1的大小，来决定电梯动作。

当D0＜D1，电梯在上，呼叫在下，电梯下行；

当D0＞D1，电梯在下，呼叫在上，电梯上行；

当D0=D1，电梯在与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层位置驱动自动门进行开关。控制如图3所示。

图3 自动选向控制梯形图

（4）电梯平层控制

经过I/O分配，X22、X23、X24分别对应上、下、门区平层信号。当电梯处于平层位置时，电动机脱离电源并抱闸制动，否则通过程序自动调整位置。梯形图如图4所示。

图4 电梯平层控制梯形图

（5）开关门控制

电梯完全平层后，控制电动机的正反转完全停机，电梯进入自动开关门环节，详见梯形图5.

图5 开/关门控制梯形图

将上面几个梯形图合并，基本构成了PLC电梯控制的主要部分。其余部分可根据实际酌情设计。

4 结束语

本文以三菱FX系列为例，介绍了5层电梯的控制系统，多层电梯控制理基本相同，只需根据需要自行扩展。对于一些较繁琐的逻辑控制，先理清系统的运行条件，再确定所使用的检测元件，得到各信号间的逻辑组合，为实现控制奠定基础。

编程过程中，采用“化整为零”的原则，首先将控制过程分解成若干个控制单元，简化其控制过程；然后，用“集零为整”的方法将各个单元程序有机的联系起来；最后整体进行检查和理解各个控制环节间的联系，完成整个控制过程。

[1]秦国强.P LC电梯控制系统设计[J].四川水泥，2016，01（15）：54-54.

[2]朱文立，郑中正，唐佳威.基于PLC的六层电梯控制系统设计[J].科学导报，2017（04）：1-3.

[3]刘晓雅.基于PLC的电梯控制系统应用与设计[J].中国新技术新产品，2016，6（25）：13-14.

Design of Elevator Control System Based on F X Series PLC

CHEN Jin－xin
（Guangzhou Huaxia Vocational College，Guangzhou Guangdong 510900，China）

With the rapid development of power electronics technology，microelectronics technology，computer control technology，AC frequency conversion technology，the level of social urbanization and the people’s living level gradually improve，elevator as a vertical transportation tool，has become an indispensable traffic equipment in industry，commercial and civil.This paper introduces the control of the elevator through PLC technology.

PLC；elevator control；design

TP273.1

A

1672-545X（2017）07-0045-03

2017-04-01

陈金鑫（1980-），女，湖南人，本科，教师，研究方向：电气自动化。