plc在电梯中的应用

PLC在电梯模型中的应用摘要本文结合自己实际工作经验和自己制作的8层双联电梯模型而写，分别从硬件构成以及相互之间的连接和软件的编程思想展开，通过PLC控制的一些外部设备详略有当的介绍了PLC在电梯模型每一部分的应用，电梯模拟真实电梯的运行方式以及能实现电梯基本的运行功能。本文给出了系统框图及部分PLC程序。关键字PLC，电梯，变频器，伺服电机，三极管前言在现代复杂的楼宇建筑屋中，电梯承载着主要的交通工具，随着楼层的增加，人们对于电梯的服务细致化、安全的可靠化、准确效率化提出了更高更严的要求。PLC在电梯控制系统中的应用可以说是能完全实现上述用户提出的要求，PLC以其自身的编程灵活性好、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、能耗低、噪音低、通用性等一些优点被广泛的应用到电梯行业是其控制系统的主要组成之一。自从1852年世界上第一台安全升降梯诞生150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。一、系统硬件构成：一个安全、高效的电梯，它包括很多组成部分。此电梯模型硬件主要是由以下几个方面构成的：1.控制系统2.变频器、电动机3.伺服驱动器、步进电机。硬件构成部分框图1如下：电脑PLC三极管楼层信号与指示灯楼层显示数码管门厅及轿厢楼层输入指令伺服驱动器步进电机变频器电动机图11.编程控制器（PLC）作为群控，采用功能强大的三菱A系列的中型PLC，CPU为A1JSH（该PLC包括一个电源模块A1S61PEU，一个CPU模块A2US，两个输入模块X42和两个输出模块Y42）。2.PLC和变频器的组合在电梯中的应用最优化的提高了电梯的运行效率。变频器用的是富士5000G11S的型号，功率为0.4KW。PLC与变频器参数设置表PLC输出端YA0YA1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8变频器输入端X1X2X3FWDREVX4Y5X6X7变频器注释一段速二段速三段速正转反转加速时间加速时间外部报警强制停止PLC输入端X29X2AX2B变频器输出端Y1Y2Y3变频器注释变频器温度报警变频器故障报警实际输出频率与设定值不一致报警控制说明当电梯外部或轿厢内有楼层指令输入时，且电梯门已经关闭好，则电梯执行运行命令时，PLC根据用户输入指令的信息，做出两个判断：一个是电梯响应匀速运行，另一个是电梯响应变速运行，这两种运行模式都是由PLC判断，并发出指令到PLC的输出端YA0、YA1、YA2……YA8，如果轿厢要行驶邻近层则电梯执行均速运行，PLC输出端FWD（或REV）动作，变频器调速后运行频率为1Hz；如果轿厢要上行或下降2-3个楼层时，则电梯执行变速运行，PLC输出端YA0、FWD（或REV）动作，变频器响应加速程序，执行一段速，输出频率为2Hz；如果轿厢要要上行或下降4-6个楼层时，变频器响应加速程序，执行二段速设置，输出频率为3Hz；如果轿厢要要上行或下降7-8个楼层时，变频器响应加速程序，执行三段速设置，输出频率为4Hz。部分程序显示如图2示图2电机用的是三相交流电机，受控与变频器。3．接近开关平层开关我用的是接近开关型号为TL-Q5MC1-Z类型为NPN型的。8个接近开关分别装置在每一层的底部，轿厢上装一个感应物体，用来触发接近开关。接近开关的作用一个是起到平层，一个是PLC记忆轿厢的位置，另一个作用是起到变频器加减速的作用。真实电梯实际上在每个平层都装有两个物理触点，以作为电梯平层的可靠保障。两个物理触点分别为上平层和下平层，轿厢只有在这两个平层时轿厢才可以停下开门，或关门，当只有上平层ON时，电梯向上找平层；当只有下平层ON时，电梯向下找平层；如果轿厢找平层三次不成功，电梯就直接向下运行，直到1楼停止，开门并报故障。我们学校新教学楼的那部电梯在这个处理上还是可以的，只不过不报故障。接近开关与PLC的接线如图3示：棕色黑色蓝色+VPLC输出24VDC0VCOMYNPN图3部分接近开关PLC程序如图4示：图44．三极管：由于外部面板上的所有的上/下（包括轿厢内部的上/下指示灯）指示灯和楼层显示的数码管都是并联的，每一回路的电流就被很小了，指示灯基本显示不亮，这需要一个三极管来增加每一支路的电流，使每个灯都能正常工作。三极管与PLC的接线如图5示：PLCcbeYCOM24VDCR1.8K图55．门机驱动门机在一部电梯中是不能缺少的一个重要组成部分。电梯门在开关的过程中都有一个变速的过程，我用伺服驱动器发脉冲给步进电机。因为门宽总共为20cm，一扇门可开的距离为10cm，经过反复调试定义为：在开门的过程中，前3秒，每秒发6千脉冲给步进电机，门可以快速的把门开开，后2秒，每秒发1千脉冲给步进电机，门以一个缓速的速度把门开到底，这样不至于砰坏门的侧臂；在关门的过程中，设置和开门相反，如果关门太快很可能夹住乘客。PLC脉冲采用循环扫描式的方式发给伺服驱动器。在实际中，真实的电梯开关门是很讲究的，下面是一部真实电梯门机开关门的时间关系图，如图6示。图6门机还有两个重要的功能即：（1）检测反馈转矩可实现功能。安全返回功能（防夹人）：在关门时如果挤夹了人，控制系统立即检测到反馈力矩的变化，门就会向相反方向开启，保证人员的安全。（2）防扒开功能在门关闭时，控制器继续驱动电机以低速、小力矩继续加压，使门关闭紧密。在检测到特殊力矩变化时（有人扒门等），立即加力保证门的关闭，恢复正常情况后自动撤力。考虑到现实中的应用和实际制作的复杂性，我把现实中的一些功能省略掉了，只实现了轿门的开关等功能。电梯内部主要包括两个部分，轿厢和配重。轿厢是电梯承载人的容器，也是人们日益重视的电梯组成部分。配重约为轿厢满重的时的10%，下面是电梯模型的简易侧面图，如图7示。图7二、软件设计因为程序量很大，不方便贴出，下面就我编写程序时遵循的几个原则简明说一下。因为电梯是作为载人的工具和汽车、飞机一样无论在硬件制作或软件编程时都遵循了很多原则，在软件编程时考虑到安全以及有效的运行我仅遵循了以下几个原则：1．电梯在走梯过程中绝对不能开门这是编程人员在门机编程时首要注意的问题之一。其实它包括两个部分：（1）走梯过程中，门锁断开立即停梯；（2）门关不上，电梯不能走梯。2．电梯只有在门区内才能开门任何状态下都要遵守这个原则，门区是个什么概念？门区在默认状态下是上、下平层的区间。我电梯模型在每层的底部都装有一个平层开关（接近开关），只有接近开关ON时电梯才能开门。真实电梯中是有两个平层信号，即上平层信号和下平层信号。如果电梯开门时至少有一个平层在上、下平层标准距离是22cm,也就是说当只有一个平层在的时候是可以开门的，这时开门要小心了，电梯与楼层之间形成了一个最大20cm的台阶，不小心就会踩空或绊倒，所以，大家上、下电梯时一定要遵守一看二慢三通过的原则。以上两点是说电梯在正常运行时所遵循的原则，如果在消防状态下可以不遵循。3．电梯开门优先与关门这个原则主要是防止电梯门夹人。当你按下关门按钮时，门进入关门状态，在关门过程中按下开门按钮，门立即转为开门状态。在硬件上，我在轿门的上部装有红外线光幕，如果在电梯关门时，某人急匆匆跑来抢门，在快关上门的那一刻他把手伸进了两扇门中间，由于红外光幕被阻断，PLC程序上响应开门指令，门转为开门状态。4．轿厢内指令优先与电梯外呼指令只有进入了轿厢你才能选择你要去几楼，外呼只是说明你给电梯是是要下还是上的信号。同时也遵循了下一条原则。5．定向优先乘电梯时常常会遇到电梯停靠某个楼层开门后却看不到人的情况，这种情况有一部份是定向优先原则引起的，意思是如果电梯已给出方向，只能朝这个方向运行，举个例子：电梯当时在5楼待梯，你着急要去1楼，不小心错按了上召按钮，于是又补按下召，注意，电梯在你按上召时就已开门并定好上方向，当你进入电梯时，正好22楼有人打了下召，对不起，根据原则，只能向上运行，你登记的1楼指令无效了，那么，电梯关好门后会绑架你到22楼，再向下运行时才响应你登记的5楼下召，当电梯重回5楼开门却没见到人时，请你不要开骂，因为这是你造成的。所以大家召唤电梯时方向一定要对，不然，电梯会绑架你的。6．顺向截车顾名思义，相同方向可以截到电梯，但这个原则有个前提条件：电梯应有足够的减速时间或距离。大家可能有过这种情况，电梯快到本层了，赶紧按同向外召，可惜电梯很不给面子冲层而过，这就是电梯没有足够的减速距离而无法响应。因为我自制的电梯模型梯间距离比较小，而且平层开关每层只装了一个，因此不便于说明问题，那么举个现实中的例子：每层楼高3米，电梯最高速1750mm/秒，那么电梯在全速通过每层时只需1.7秒的时间，设加减/速度为550mm，那么t=(V0-Vt)/a=1750/550=3.18秒，也就是说当电梯在最高速度运行时要截车的话应至少提前3秒多的时间，相当于提前两个楼层，电梯响应后需位移S=at^2=550*3.8^2=2780mm，即电梯响应后在距你2780mm的地方开始减速，如果减速度距离不够别怪它不给你面子。解决方法就是提前两个楼面截车。7．超载不关门电梯超载有危险，后果很严重，一般电梯超载后会蜂呜提示，门关不上意思就是请出去几个，不然不走了。遇到这种情况时，最后进去的应退出来，如果互不谦让，电梯就没法走了。有些情况是人出来后再轻轻的进去，电梯就不报超载了，这和称重装置的灵敏度有关，如果大家看到这种情况，最好是主动出去等下部电梯，因为此时处于超载临界点，电梯启动时的拉力或运行过程中的抖动或加速度因素的影响都有可能会导致超载有效，有的程序是电梯启动后就不管超载是否有效了，但也有的是电梯运行过程中超载有效停车困人，这中情况就比较危险了，所以大家要注意。程序控制文字说明：举一个例子，当电梯在1楼待梯时，8楼有人按下招指令，电梯向上开始运行，如果中间其他人没有按上招时，则PLC响应三段速程序，PLC输出指令到变频器的输入端，电梯执行三段速设置，电动机执行变频器输出的频率为4Hz，当电梯行使到6楼时，电梯开始执行减速运行，到5楼时变频器输出频率为3Hz，到6楼时变频器输出频率为2Hz，到7楼时变频器输出频率为1Hz，从而使电梯能高效并平稳的到达指定的站点；如果电梯在上行的过程中有人按下招，则电梯暂不响应此信号（定向优先原则），等8楼到达时开始向下运行是才响应此动作；如果电梯全速向上运行的过程中有人按上招，则电梯根据距离运算，计算出能否停梯，参考原则6。三、安全设置电梯既然是作为载人工具，那么就要对它的安全性提出更高的要求。此电梯模型即在软件和硬件上都做了相应的安全措施。软件上：如果电梯在运行的过程中，轿厢按指定的指令停靠时检测不到本楼层信号（即平层信号）时，电梯自动向下找平层（停靠到下个楼层）开门放人，然后报上面楼层故障；如果在向下找楼层时也没有找到时，电梯直接停到1楼，开门放人，并报电梯平层信号故障，其它任何输入指令均无效（消防状态时有效）。为了防止电梯在运行过程中出现死程序，突然断电，接近开关失效，元器件损坏或老化等一些突发情况