天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院 天津 300222
摘要：城市化建设速度不断加快，高层建筑和智能化建筑的覆盖范围持续增大，在高层建筑中，电梯是必不可少的基础设施，电梯质量和运行性能对人们的工作和生活具有极大的影响，必须保证电梯运行中的安全性和可靠性。电梯具有多种控制方式，PLC的合理设计不仅稳定可靠，而且程序编制简单，可应用范围广，通过对电梯PLC控制系统设计的研究对于实现电梯的控制系统具有积极的意义。
关键词：变频技术；电梯PLC控制系统；设计解析
一、PLC工作原理
PLC实际上是一类存储器，可以通过编制程序来实现系统的控制。PLC应用了一系列特定的指令，借助于数字输入和数字输出来实现控制，常用的命令通常包括运算命令、顺序控制命令、定时命令以及计算命令等。可编程逻辑控制器的工作包括三个环节，分别为输入环节、用户程序执行环节以及输出环节。这三个环节构成了系统的一个扫描周期，这个周期可以重复执行。
1.输入采样
在这一阶段，系统通过扫描的方式实现输入状态以及信息和参数的读取，完成以后将全信息存储到I/O相对应的单元内部，用户开始执行程序，再刷新程序。在这期间，如果输入状态以及参数发生改变，I/O相关的单元以及参数不会发生变更。
2.用户执行
用户执行程序时，可编程逻辑控制器会对全部程序进行彻底的扫描，顺序通常为由上到下。完成扫描以后，再进行与控制线路相对应的逻辑计算，运算的顺序为从左到右、从上到下。完成以后再依据计算结论进行对应。程序执行阶段，输入阶段的数据和信息不回发生改变，其他部分的信息和参数、状态可能发生变更，逻辑顺序为从上到下。
3.输出刷新
第二环节的操作结束以后，可编程逻辑控制系统可以进行刷新操作，在这一过程中，CPU依据I/O区域中的数据以及状况刷新出全部输出电路，再对应到外部的设备中，这时，可编程逻辑控制器便实现了真正的输出。设备的扫描周期是确定的，包括：自诊断、通信、输入以及执行、刷新等环节。
二、PLC在电梯应用的主要优势
可编程逻辑控制系统又被称为PLC,是将计算机技术和电气控制技术联合起来进行系统的设计的，设备的核心部分是微处理设备。通过对计算机、通讯和自动化技术的合理整合，实现最终的控制。在生产、建设和人们的日常生活中具有极为广泛的应用，在自动控制领域中，是一类极为重要的装置，在现代化的工业发展中处于支柱地位。可编程逻辑控制系统的优势极为明显，所以得到了大范围的应用。由于电梯的运行与人们的生活密切相关，可编程逻辑控制系统通常具有极好的性能，抗干扰能力强，测试耗费时间短，时间间隔小。
第一，借助于可编程逻辑控制系统，可以通过对软件实现电梯的合理控制，使电梯的安全性显著提高。可编程逻辑控制系统的指令相对丰富，可以针对不同的系统，实现全方位的管理和控制。第二，如果系统要将设计方案进行变更，可以通过调整可编程逻辑控制系统的程序来实现，在变更时，尽可能将变更的次数减小，不要进行多次变更。应用PLC系统，可以优化电梯的使用性能，可编程逻辑控制的应用，实现了大范围的控制与集中化的管理；第三，可编程逻辑控制系统可以实现电梯的自动监测，如果电梯运行中出现故障，系统可以针对故障的实际特点和严重程度，实时发出警报，使电梯的运行得到优化，加快电梯的维修进度，PLC还具有软继电器的性能及特点，通过对系统功能的合理化利用，实现了外部线路的改善。
三、PLC控制系统的设计内容
1.控制过程设计
电梯控制通常包括操作控制、检查维修、应急处理等部分，技术人员要认真做好上述几个方面的工作，结合实际的电梯运行状况，实现电梯的高效率控制，主要的设计方法包括：第一，要结合电梯的运行状态，完成系统设计。实现合理调速，高质量运行，掌握合理的控制方法。在控制系统中合理使用变频技术，将交流拖动设置为主要的拖动方式，将交流调压调速设置为所应用的调整方法，实现司机控制和无司机控制的联合应用。第二，明确型号。要确定可编程逻辑控制系统的型号，在确定型号之前，要全面考虑各项影响因素，包括层站数、点数冗余程度等，结合以往的运行经验，点数冗余一般多于实际点数的9%；第三，规划PLC的I/O点。合理设计接线图纸，要结合电梯的层数以及控制目标来合理选择设计过程，当最终确定以后再开始绘制系统的接线图；第四，编制控制程序，程序的编写对于系统的合理化运行尤为关键，可以将模块化的设计方法应用于程序编制过程当中，使系统的安全防护功能得以全面的发挥。电梯PLC控制图见图1.
图1 电梯PLC控制图
2.系统软件设计
电梯内部的不同楼层中，均设置了升降按钮，可以随意选择楼层和开关，再设计中通过对信号以及电梯状态的了解，来开展可编程控制系统的设计，使信号和软件管理之间建立合作关系。电梯的每一层都设置了一系列的按钮，可以实现楼层的选择以及开门和关门的控制。在采用可编程逻辑控制系统进行设计时，要明确电梯的状态与其所对应的信号，确定电梯运行流畅。在软件中实现不同信号的一一对应，针对信号的不同来进行电路的具体设计和编程。在设计10层电梯时，可以在电梯控制中以10层作为依据，就是当电梯在10层时，1层到9层都可以控制电梯，使其下降，当电梯在1层时，2层到9层都可以控制电梯，呼叫其上升。
同时，要单独设置变频设备，使其可以及时的响应来自于可编程逻辑控制器的信号以及其他设备的信号，只有合理设置变频设备的参数，才能使其满足电梯控制的要求。
3.系统硬件设计
硬件控制系统包括几个主要的构成部分，分别为微处理设备、存储设备、输入输出设备以及电源。微处理设备是实现控制的关键部分，输入输出设备是实现现场设备和CPU之间合理连接的接口。在微处理设备中使用8位处理设备，如果不能满足要求，可以使用16位处理设备，存储设备分为系统存储和用户存储两个部分，系统存储通常为智能储存设备，用户存储是采用RAM存储固定在只读存储设备中，输入设备、输出设备和可编程逻辑控制系统相关联，对输入接口以及输出接口有明确的要求：必须具有良好的抵御干扰的能力，对不同的输入和输出信号，具有极好的匹配性，开关接口可以很好地抵御干扰，由于电梯的工作条件复杂程度高，所以必须要有极好的抵御干扰的能力，同时，具有防抖动和抵御外部干扰的能力，输出量开关输出电流不大于2安培。
四、电梯的基本结构
电梯系统由两个部分构成，分别为机械部分以及控制部分，结构部分。其机械部分由拽引系统、轿箱和门系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成;而电气控制部分由电力控制系统、运行逻辑功能控制系统组成。
动力的输出和传递是拽引系统的主要功能，促进了电梯的稳定运行。构成部分包括曳引设备、钢丝绳索、轮轴等部分。导轮的安装位置为曳引设备架上方或者结构梁上部。反绳轮轴的布置位置为箱结构上端的动滑轮上和控制机房中的动滑轮上。
减速箱的带齿曳引设备通常采用窝杆和涡轮传动，采用这种结构的优势在于具有较大的传动比，同时运行的稳定性较高，噪音低，体积不大。窝杆的位置可以布置在减速箱的上部，这是一类窝杆上置形式。这一结构形式中，杂质不易进入窝杆的啮合面当中，但是润滑效果不满足实际的要求。在涡轮的下部设置窝杆，这一结构是窝杆下置形式。这种结构的蜗杆可浸在减速箱体的润滑油中,是齿的啮合面得到充分润滑,但要求蜗杆的伸出端要有良好的密封,以防润滑油渗漏；拽引轮,靠钢丝绳与绳槽之间的摩擦力来传递动力,当拽引轮两侧的钢丝绳有一定拉力差时,应保证拽引刚绳不打滑。为此必须使绳槽具有一定的形状。在电梯中常见的绳槽形状有半圆槽、带切口半圆槽和楔形槽三种。
五、选择变频器
电梯的设计是在合理使用变频器的基础上完成的。变频器具有多个种类，结合不同的方式实现合理分类。依据交换环节中所应用的方法可以分为交流-直流-交流变频器以及交流-交流变频器。依照对电压的调节方式，可以分为PAM和PWM两类，依照工作原理又可以划分为V/.F控制型设备，矢量控制以及直接转矩控制三类，按照使用的用途进行分类，可以分成通用的变频器，高性能的变频器，风机、水泵用变频器；按照主电路的工作方式分为电压型变频器和电流型变频器。
对于变频器的选择上也要有一定的要求。电梯中有变频调速系统，而变频器就是变频调速系统的核心，系统的稳定性主要就是基于变频器的质量，变频器的质量好坏直接影响着系统的安全可靠性能，所以在选择时，品牌与质量是最重要的因素。在进行变频器的选择时，如果只是按照标称的功率进行选择是不够的，一定要根据具体工程的实际情况进行选择，按照标称的功率对初步的投资做一定的估算，而且还要按照额定的电流选择，多用于恒转矩负载的设计项目，在改造工程当中多数是按照电动机实际运行的电流进行选择的。不仅如此，对于电梯所选用的通用变频器的类型一定要与被控异步电动机的参数相匹配，而且制作电梯的成本相对较高，所以为了控制电梯的成本，最好是选用通用的变频器。电梯是用来为人们的交通提供便利的，所以电梯的稳定性能也是选用变频器的因素，尤其是电梯的启动和停止一定要趋于平稳，还要防止电梯出现失速的现象并且具有极好的转矩性能。
六、电梯的工作状态
1.电梯的自诊断状态
当PLC通电后，用户存储器中的梯形图程序就开始运行，但这时电梯系统还没有开始采集信号，也就无法响应。在已知电梯处于平层状态、电梯门关闭，并且已知楼层数，才能满足处于响应呼叫就绪状态这一条件。电梯一般的自诊断过程：用户先按下启动按钮，再按恢复正常工作按钮，电梯门先回到关闭状态，然后电梯自动向上并经过两个平层点后停止。
2.电梯的正常工作状态
电梯完成一个呼叫响应的一般步骤如下：当电梯在采集到轿厢内或门厅的呼叫信号后,将轿厢所在的楼层信号与电梯所在的楼层信号进行比较，然后通过选向模块进行选向决定向上还是向下运行；电梯系统中是由拖动调速模块驱动直流电机来拖动轿厢运动的。轿厢运动速度大小要符合以下原则，先低速再转变为中速再转变为高速，并保持高速运行至减速点；当电梯采集到目标楼层检测点产生的减速点信号时，电梯就进入减速状态，由中速转变为低速，并保持低速状态运行到平层点时止；电梯在平层后，要经过一定的延时时间才能开门，开门时直到碰到开到位行程开关时止；再经过一定延时时间后关门，直到碰到关到位行程开关时止。
3.电梯的强制工作状态
在需要对电梯的初始位置进行调整或检修电梯时，就需设置一种状态，在该状态下，电梯的正常呼叫信号不能被响应，但可以按用户要求将轿厢移动到导轨上下行极限点之间的任何位置。
结语：高层建筑中，电梯的应用为人们的生产和生活提供了极为便利的条件，电梯的安全性、稳定性是人们的关注重点。在电梯中采用PLC系统，不仅实现了对电梯准确、高效的控制，而且程序编辑过程简单，不会耗费大量的资金和人力资源，结合变频技术，在满足性能要求的同时，实现了能源的节约。
参考文献：
[1]王定.浅析基于变频技术的电梯PLC控制系统设计[J].科学时代，2015（2）.
[2]蒋文伟，程凯，杨浩等.基于变频技术的电梯PLC控制系统设计[J].中国高新技术企业，2015（20）.
[3] 朱国勇.电梯PLC控制系统设计及实现初探[J]. 电子技术与软件工程. 2014(03)
[4] 张锋.浅谈垂直电梯PLC控制方式及程序设计[J]. 科技创新与应用. 2014(15)
论文作者:徐雅睿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：电梯论文; 可编程论文; 控制系统论文; 系统论文; 变频器论文; 逻辑论文; 设备论文; 《防护工程》2017年第34期论文;