基于PLC的电梯控制系统研究

张国旭 王振辉

摘 要：随着电梯行业的发展，市面上的电梯性能较传统电梯有了较大改变。传统的继电器电梯稳定性不高，灵活性不强，且触点多，不易后期维护。而用PLC控制取代继电器控制，不仅提高了电梯运行的稳定性和可靠性，且易于实现可编程控制，节约生产成本，使用方便。

关键词：电梯系统；继电器；PLC

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0035-02

Research on Elevator Control System Based on PLC

ZHANG Guoxu WANG Zhenhui

（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222）

Abstract： With the development of the elevator industry， the performance of the elevator on the market has been greatly changed than that of the traditional elevator. The traditional relay elevator is not stable， the flexibility is not strong， and the contact is many， it is not easy to maintain in the later period. Instead of relay control， PLC control not only improves the stability and reliability of elevator operation， but also realizes programmable control easily， saves production cost and is easy to use.

Keywords： elevator system；relay；PLC

1 研究背景

隨着电梯的普及与发展，其在性能上和功能上有了较大提升。对于电梯设计来说，电梯系统应尽可能简化，因为电梯系统功能越复杂，其故障率越高，会给后期维修维护带来较大麻烦。我国诸多建筑大多采用进口电梯，但这些国外电梯品牌也并非完美。国外电梯在中国建筑中虽然占据着较大市场，但设备故障仍是我们面临的技术难关。

电梯系统的性能直接影响电梯质量，也关系着日后维修及维护成本。因此，要大力研发电梯控制系统，改善电梯系统控制方式，以大大提高电梯的运行质量。由PLC控制的电梯系统代替传统的继电器控制系统，不仅弥补了传统继电器故障率高、机械结构及电路复杂等缺陷，而且使PLC自身的优越性能实现最大化：PLC的处理速度极快、可靠性高及机械性能相对稳定，结构也相对简单等[1]。

基于PLC控制的电梯系统，其性能远比老式电梯的控制系统稳定，成为现代电梯行业发展的主流。

2 基于PLC控制的电梯系统的硬件构成

2.1 电梯变频系统

电梯控制系统由轿厢操纵盘、变频器、PLC、厅门信号和调速系统构成，具体如图1所示。

图1中，变频器只负责调速，而整个过程的逻辑控制由PLC来实现的。PLC接受来自外部的控制信号，如开关门、上升下降和起停位置。PLC将处理好的信号发送给变频器，由变频器驱动电机，完成最终的起停，并实现每个阶段的转速变化。在该过程中，并不是单向的顺序控制，而是将电机转动的状态及参数作为输入信号反馈给PLC，PLC对反馈的数据进行分析处理，这样就形成了速度闭环和位置闭环控制[2]。

2.2 信号控制系统

电梯信号控制也是由PLC来实现的，电梯控制系统如图2所示。

输入到PLC的控制信号有：开关门信号、选层信号、安全保护信号、运行控制信号、运行方式选择和门区或平层信号等。

3 基于PLC控制的电梯系统的软件设计

3.1 软件设计

电梯在运行过程中，其行程是随机的。每个乘客在乘坐电梯时会有不同的需求，这就使得电梯轿厢在哪停、运行行程如何都是随机的，因此电梯的控制系统也应用随机逻辑控制来实现。此外，电梯轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定的，计数器每接到一次脉冲信号，其计数值便累计一次。根据计数器的实际脉冲数，计算出电梯轿厢的位置。

3.2 软件设计特点

3.2.1 采用优先级队列。在电梯控制系统编程过程中，应该考虑实际运行过程中会出现的四种情况，方向向上会有多个指令请求，要按照最优先级和次优先级依次排列；方向向下时也是如此，故设四个优先级队列来实现电梯的正常运转。

3.2.2 采用先进先出队列。电梯运行过程中，把按下的按钮称为待运行单元，其开关数字量为“1”，相反，没有被按下的楼层代码，规定其开关数字为“0”，按照先进先出的原则，把方向相同、优先级相同的待运行单元送入寄存器队列。

3.2.3 采用随机逻辑控制。电梯运行过程中，轿厢运行到每一楼层的减速带时，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，若寄存器脉冲数与比较寄存器中的数值相同，则执行停车功能，即相应楼层有停车需求，电梯执行停靠命令。若脉冲数与比较寄存器比较后，发现其数值并不相同，这时执行继续保持原状态运行。

3.2.4 对变频器的控制。在电梯运行过程中，PLC会根据乘客的需求实现各种逻辑控制功能，其信号直接传递给变频器，在变频器的转化和驱动作用下，负载电机的运行状态（如启动、加速、减速、停车、反向等）[3]。

4 电梯功能的实验仿真

①模拟电梯由一层到三层，按下开关SB3、SB4，此时发光二极管L3、L5、L6亮，电梯从基站（一层）向上运行；经过2s后L3灭，1秒后L2亮2s，达到预设时间值时（仿真接近三层减速点时），开始减速，直到达到预设时间值时，L6灯灭，2s后上升指示灯L5灭，电梯处于待运行状态。仿真结果如图3所示。

②为仿真选层功能，同时按下SB3、SB4、SB5，L3、L5、L6、L7灯亮。经过2s后L3灭，1秒后电梯到达二层，二楼指示灯L2亮2s，L7灭，同时模拟电梯开、关门指令，8s后开始加速运转，直到4s后到达三层，电动机停止运转，L6灯灭，2s后L1、L5灯灭，电梯处于待运行状态。仿真结果如图4所示。

③仿真都功能，若10s后无操作，电梯自动回到一层。

5 结语

基于PLC控制的电梯调速系统，其稳定性更高，且在不同的应用场合，对硬件设备技术要求不高，只需要针对不同的客户需求，改变PLC控制程序即可实现，大大节约了生产成本，且后期维护方便。同时，PLC程序也具有复用性，在规模生产中，减少了程序的设计开发。

参考文献：

[1]石超坤，韩强.PLC在电梯控制系统中的应用与研究[J].电子技术，2015（2）：177-178.

[2]任艳，王运江.基于PLC电梯控制系统变频调速的研究探索[J].电子世界，2016（5）：115-155.

[3]陈元勇.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[D].济南：山东大学，2008.