基于PLC的防止空运行智能电梯设计

何斌锋，张 璐，林树刚，李 鑫，王业旭

(1. 西安文理学院机械与材料工程学院，陕西西安，710065；2. 深圳市聚飞光电股份有限公司，广东深圳，518111)

基于PLC的防止空运行智能电梯设计

何斌锋1，张 璐1，林树刚1，李 鑫1，王业旭2

(1. 西安文理学院机械与材料工程学院，陕西西安，710065；2. 深圳市聚飞光电股份有限公司，广东深圳，518111)

防止空运行智能电梯主要应用于垂直电梯领域，防止人为误操作或恶作剧操作电梯后离开导致电梯空运行，提高了电梯运行效率，节约了大量电力资源。该系统采用可编程控制器（PLC）作为控制核心，由压力检测模块、电机控制模块和平层控制模块组成。通过对系统的硬件搭建和软件调试及运行，证明该智能电梯系统可以达到预期的设计目标并能稳定运行。

PLC；单片机；防止空运行；电梯

0 引言

防止空运行智能电梯是垂直电梯[1]的一大改进。压力检测模块是该系统的关键，决定了电梯能否实现防止空运行。现在市场上所使用传统电梯，都存在电梯内部呼叫按钮操作后人离开，而造成电梯在无负载情况下空运行，导致电梯运行效率低同时浪费大量电力资源。相比之下，防止空运行电梯可以在电梯内部呼叫按钮操作后人离开，相应的呼叫信号失效，电梯不再运行。轿厢外可以显示轿厢内负载大小，使电梯更加智能化，更加高效节能的运行。

1 结构设计

该电梯结构设计[1]中共用到PLC控制模块、压力传感器、电机、行程开关。其中PLC控制模块是整个装置的控制核心部分。通过电机的正反转[7]实现电梯轿厢的升降。压力传感器安装在轿厢底部，用来检测电梯轿厢负载情况，通过压力传感器预先设置好的负载上限值和下限值来判断电梯负载是否满足运行要求。当电梯负载小于下限值时，即使电梯内部操作呼叫发出后，电梯也不会运行，达到防止电梯空运转的目的，负载大于上限值时电梯不运行，同时发出超重报警。为了满足以上控制要求，设计防止空运行智能电梯结构图如1图所示。

2 硬件设计

防止空运行智能电梯以PLC作为控制核心，电梯运行包括电机控制模块和平层控制模块，通过轿厢内部及外部呼叫按钮将呼叫信号输入给PLC处理以控制电梯运行，当行程开关检测到电梯运行至呼叫楼层后停止运行。为实现防止电梯空运行，该系统使用压力传感器模块进行负载检测。其结构框图如图2所示。

图1 防止空运行智能电梯结构图

图2 电梯硬件结构框图

2.1 压力检测模块

压力检测模块使用压力传感器[2]来检测轿厢内负载大小。压力传感器是将应变片粘贴到受力的压敏型弹性元件上，当弹性元件受力产生变形时，应变片产生相应的应变，转化成电阻变化。应变片搭接的电桥电路与A/D转换器XH711芯片接线如图3所示。

图3 电桥电路与A/D转换器XH711芯片接线图

压力引起的电阻变化转换为电路的电压变化，通过测量输出电压的数值，再进行换算即可得到传感器所受压力值。当 4个应变片的材料、阻值都相同，可推导出以下公式：

由于传感器输出压差在0—20mv之间，不易采集处理，因此使用HX711芯片作为电压信号采集芯片。HX711芯片是一款高精度的24位A/D转换芯片，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。该芯片电路原理如图4所示。

图4 HX711芯片原理图

2.2 楼层呼叫模块

楼层呼叫模块用于各楼层呼叫信号的发出以及呼叫信号指示，该模块电路图如图5所示。

图5 楼层呼叫模块电路原理图

该电路与PLC接入相同的公共端GND，PLC输入口为低信号有效，因此按钮开关接通后，PLC输入口有呼叫信号输入，PLC接收到呼叫信号并处理后输出控制信号，控制继电器实现电机正

反转进行工作，同时呼叫指示灯点亮提示。

3 软件设计

采用三菱公司为FX2N-48MR系列PLC开发的GX Developer作为编程软件[4]进行编程设计。首先根据控制要求对各个模块进行编程并单独测试，分析修整后进行整合调整，并不断进行调试优化最终形成完整的软件系统。系统软件流程如图6所示。

图6 系统软件流程图

电梯轿厢内部呼操作后，压力检测模块检测轿厢负载在允许范围内则正常运行。人为误操作或恶作剧操作后离开电梯，则压力传感器检测负载小于所设定下限值（20kg）时该呼叫信号无效，电梯不运行。当压力传感器检测轿厢负载大于所设上限值（1800kg）时电梯不运行，同时超重报警。压力检测模块可根据电梯工作负载情况进行设置调节上、下限值。

4 调试运行

经过硬件及软件设计，搭建防止空运行智能电梯模型进行调试模拟运行，调试模拟运行如图7所示。

图7 运行调试过程

通过对防止空运行智能电梯系统各个模块的调试，该系统实现了防止电梯空运行，同时还可以显示轿厢内负载情况，使电梯运行实现电梯智能化、人性化。

5 结论

实验证明该系统实现了以下设计要求：（1）当电梯轿厢负载小于设定下限值时，即使轿厢内部有呼叫信号，电梯也不运行，能够有效防止电梯空运行。

（2）当电梯轿厢负载大于设定上限值时，电梯不运行，同时超重报警。

该设计提高了电梯的运行效率，延长了电梯的使用寿命，在提高电梯运行效率同时节约了大量电力资源，使电梯运行更加高效节能，因此该系统具有很高的使用价值和更好的市场前景。

[1] 王志强. 最新电梯原理、使用与维护[M].北京：机械工业出版社，2012.06.

[2] 单成祥．传感器的理论与设计基础及其应用[M]．北京：国防工业出版社，1999.8．

[3] 王阿根．电气可编程控制原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2007．

[4] 彭小平．电气控制及PLC应用技术（三菱）[M] ．北京：机械工业出版社，2011．

[5] 谭浩强. C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2000.

[6] 郭天祥．新概念51单片机C[M]．北京：电子工业出版社，2009．

[7] 冯晓，刘仲．电机与电气控制[M]．北京：机械工业出版社，2005．

Design Of Prevent Dry Running Intelligent Elevator Based on PLC

He Binfeng1, Zhang Lu1, Lin Shugang1, Li Xin1，Wang Yexu2
(1.Department of Mechanical and Materials Engineering，Xi’an University, Xi’an Shaanxi, 710065; 2.SHENZHEN JUFEI OPTOELECTRONICS CO.,LTD.,Shenzhen Guangdong,518111)

Prevent Dry Running Intelligent Elevator is a system mainly used in the elevator. The system is used to prevent the misoperation which improved the operation efficiency of the elevator and save great deal of electricity resources. As the control core, the Programmable Logic Controller (PLC) was used in the system, and the system was consist of some modules, such as pressure detection module, motor control module and leveling switch control module. The hardware and software were built and debugged, and the computational results show that the intelligent system could steady operation, and the designing satisfying the prospective requirement.

PLC; Chip microcomputer; Prevent dry running; Elevator