摘要:PLC又叫可編程邏輯控制器,它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境,抗*力強(qiáng),可靠性強(qiáng),遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中。本文以福建毅天科技有限公司生產(chǎn)的毅天系列PLC為例,闡述了PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,分別描述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理,并給出了PLC的I/O接口配置及其軟件設(shè)計(jì)流程和梯形圖的編寫。
一、前言
電梯控制系統(tǒng)主要由調(diào)速部分和邏輯控制部分構(gòu)成。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要作用,目前,大多選用高性能的變頻器,利用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量曳引電機(jī)轉(zhuǎn)速,構(gòu)成閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)。通過對(duì)變頻器參數(shù)的合理設(shè)置,不僅使電梯在運(yùn)行超速和缺相等方面具備了保護(hù)功能,而且使電梯的起動(dòng)、低速運(yùn)行和停止更加平穩(wěn)舒適。變頻器自身的起動(dòng)、停止和電機(jī)給定速度選擇則都有邏輯控制部分完成,因此,邏輯控制部分是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。
早期的電梯邏輯控制采用繼電器方式,存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn),因此,繼電器已退出了歷史的舞臺(tái),取而代之的是性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且移植性好的PLC和微機(jī)控制系統(tǒng)。微機(jī)控制使得電梯控制系統(tǒng)體積減小、節(jié)省能源、可靠性提高,尤其是對(duì)群控、通訊等復(fù)雜電梯控制功能更具*性,因此,微機(jī)控制系統(tǒng)多應(yīng)用在性能要求較高的客梯中。
由于可編程控制器(PLC)既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、移植性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此,PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了更為廣泛而深入的應(yīng)用。
毅天系列PLC以其可靠性高、運(yùn)算速度快、產(chǎn)品成本低和電梯客制化服務(wù)等優(yōu)點(diǎn),已在多家電梯廠家中的電梯生產(chǎn)及改造中獲得了應(yīng)用。本文以一臺(tái)4層4站的別墅電梯控制系統(tǒng)為例,闡述了毅天系列PLC在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方案。
二、電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成
電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及PLC單元構(gòu)成,用來完成對(duì)電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng),加減速,停止,運(yùn)行方向,樓層顯示,層站召喚,轎箱內(nèi)操作,安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理和控制功能。
變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成,變頻器采用日本安川公司矢量控制電梯變頻器616G5,其具有良好的低速運(yùn)行特性,適合在電梯控制系統(tǒng)中應(yīng)用。三相電源R、S、T經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電,輸出端U、V、W接電動(dòng)機(jī)的快速繞組,外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間,加快制動(dòng)過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測(cè)電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向,變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較,從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓,使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度,達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號(hào)為:上、下行方向指令,零速、爬行、低速、高速、檢修速度等各種速度編碼指令,復(fù)位和使能信號(hào)。變頻器輸出信號(hào)為:(1)變頻器準(zhǔn)備就緒信號(hào),在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí),通知控制系統(tǒng)變頻器可以正常運(yùn)行;(2)運(yùn)行中信號(hào),通知PLC變頻器正在正常輸出;(3)零速信號(hào),當(dāng)電梯運(yùn)行速度為零時(shí),此信號(hào)輸出有效并通知PLC完成抱閘、停車等動(dòng)作;(4)故障信號(hào),變頻器出現(xiàn)故障時(shí),此信號(hào)輸出有效并通知PLC作出響應(yīng),給變頻器斷電。
輸入輸出單元為PLC的I/O接口部分,主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。輸入單元為:(1)廳外呼叫單元,用來對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除,而且兼有無司機(jī)狀態(tài)的“本層廳外開門”功能,全集選方式的呼梯信號(hào)為2N-2個(gè)(N為層站數(shù)),下集選方式的呼梯信號(hào)為N個(gè);(2)轎箱內(nèi)選層單元,負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示,呼梯信號(hào)數(shù)為電梯停站層數(shù)N;(3)開關(guān)門按鈕,輸入PLC控制轎門的開閉(廳門也同時(shí)動(dòng)作);(4)上下平層裝置,用來保證電梯轎箱在各層??繒r(shí)準(zhǔn)確平層,通常設(shè)置在轎頂,電梯轎箱上行接近預(yù)選層站時(shí),上平層感應(yīng)器限進(jìn)入遮磁板,電梯仍繼續(xù)慢速運(yùn)行,當(dāng)下平層感應(yīng)器再進(jìn)入遮磁板時(shí),上行接觸器線圈失電,制動(dòng)器抱閘停車;(5)上下限強(qiáng)迫換速開關(guān),用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全,避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故,當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí),裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板,信號(hào)輸入PLC,PLC發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置;(6)門鎖裝置(或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置),轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提;(7)安全回路,通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等;(8)檢修、消防和泊梯,檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式,檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式,消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員兩種運(yùn)行狀態(tài),泊梯狀態(tài),消除內(nèi)選和外呼信號(hào),自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電;(9)稱重單元,用來檢測(cè)轎廂負(fù)荷,判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài),然后輸出數(shù)字信號(hào)給PLC,根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償,使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。
輸出單元為:(1)樓層及方向指示單元,包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等,目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式,本系統(tǒng)為七段碼顯示方式;(2)開關(guān)門單元,用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉,在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)??亢?,PLC給出相關(guān)指令,由變頻門機(jī)完成開關(guān)門動(dòng)作。
PLC單元為電梯控制系統(tǒng)的核心部分,由PLC提供變頻器的運(yùn)行方向和速度指令,使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運(yùn)行方向和速度。通過PLC的合理編程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層、自動(dòng)開關(guān)門、自動(dòng)掌握停站時(shí)間、內(nèi)外呼信號(hào)的登記與消除、順向截梯及自動(dòng)換向等集選控制功能。
三、PLC的I/O接口配置
PLC選用福建毅天公司的毅天系列PLC,輸入輸出點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要配置,并可根據(jù)用戶的要求增加并聯(lián)功能。以編制一臺(tái)4層4站的電梯為例,先根據(jù)控制要求計(jì)算所需要的I/O接口點(diǎn)數(shù),其中輸入點(diǎn)數(shù)為32,輸出點(diǎn)數(shù)為24。選用毅天系列PLC的一個(gè)ETMX-MSDH32DC-T和一個(gè)擴(kuò)展單元ETEM-DH16來完成電梯控制系統(tǒng)的邏輯控制。
四、工作過程
電梯控制系統(tǒng)由呼叫到響應(yīng)形成一次工作循環(huán),電梯工作過程可分為自檢、正常運(yùn)行、強(qiáng)制運(yùn)行等三種工作狀態(tài),電梯在三種工作狀態(tài)之間來回切換,構(gòu)成了完整的電梯工作過程。
1.電梯的自檢狀態(tài)
PLC后上電,電梯運(yùn)行進(jìn)入自檢狀態(tài),檢測(cè)項(xiàng)目為:
(1)供電電壓正常。
(2)各控制回路電源電壓正常。
(3)相序正確,相序繼電器吸合,安全回路中各開關(guān)接觸良好,急停繼電器可靠吸合。
(4)關(guān)門到位后,各廳門門鎖和轎門門鎖觸點(diǎn)吸合正常,保證門鎖繼電器可靠吸合。
?。?)開、關(guān)門回路正常。
?。?)電梯制動(dòng)器動(dòng)作正??煽俊?br />
(7)井道中各開關(guān)位置正確,動(dòng)作可靠。
?。?)上、下限位開關(guān),上、下極限開關(guān)位置正確,動(dòng)作可靠。
?。?)變頻器處于正常工作狀態(tài),準(zhǔn)備就緒信號(hào)輸出有效。
(10)PLC處于正常工作狀態(tài),其運(yùn)行模式開關(guān)處于RUN狀態(tài)。
在以上條件都得到滿足后,電梯才可以進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài),否則,無法進(jìn)行正常運(yùn)行。
2.電梯的正常運(yùn)行狀態(tài)
梯完成一個(gè)呼叫響應(yīng)的步驟如下:
?。?)電梯在檢測(cè)到門廳或轎箱的召喚信號(hào)后將此樓層信號(hào)與轎箱所在樓層信號(hào)比較,通過選向模塊進(jìn)行運(yùn)行選向。
?。?)電梯開始起動(dòng),通過變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)轎箱運(yùn)動(dòng)。轎箱運(yùn)動(dòng)速度由低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚?,并以高速運(yùn)行至目標(biāo)層。
?。?)當(dāng)電梯檢測(cè)到目標(biāo)層減速點(diǎn)后,電梯進(jìn)入減速狀態(tài),由高速變?yōu)榈退?,并以低速運(yùn)行至平層點(diǎn)停止。
?。?)平層后,經(jīng)過一定延時(shí)開門,直至碰到開門到位行程開關(guān);再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門,直到安全觸板開關(guān)動(dòng)作。
3.電梯強(qiáng)制運(yùn)行狀態(tài)
(1)檢修運(yùn)行
當(dāng)電梯的初始位置需要調(diào)整或電梯需要檢修時(shí),應(yīng)設(shè)置一種狀態(tài)使電梯處于該狀態(tài)時(shí)不響應(yīng)正常的呼叫,并能移動(dòng)到導(dǎo)軌上、下行極限點(diǎn)間的任意位置。檢修時(shí),打開檢修開關(guān),PLC程序進(jìn)入檢修模式,電梯以檢修速度運(yùn)行。按住強(qiáng)迫上(下)行按鈕,這時(shí)上(下)行繼電器吸合,同時(shí)抱閘打開,變頻器收到方向信號(hào)后,電梯啟動(dòng)并以檢修速度運(yùn)行。
?。?)消防運(yùn)行
消防返回狀態(tài):火災(zāi)時(shí),設(shè)在大廳的消防開關(guān)合上后,消除內(nèi)選和外呼信號(hào),電梯向下返回消防層站,在返回消防層站的過程中,電梯不應(yīng)答任何內(nèi)選和外呼信號(hào)。
消防員狀態(tài):到達(dá)消防層后,電梯進(jìn)入消防員狀態(tài),每次只應(yīng)答一個(gè)內(nèi)選,且只有一直按住內(nèi)選按鈕,直到關(guān)好門后此內(nèi)選信號(hào)才被登記。此狀態(tài)下,外呼信號(hào)不登記。
(3)泊梯
泊梯開關(guān)閉合,進(jìn)入泊梯狀態(tài)。若電梯不在泊梯層,則消除內(nèi)選和外呼信號(hào),自動(dòng)返回泊梯層,然后關(guān)門,斷開電源繼電器和變頻器電源接觸器,變頻器斷電,進(jìn)入泊梯狀態(tài)。
五、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1.軟件流程
2.模塊化編程
電梯控制系統(tǒng)是集選式控制方式,適合采用模塊化編程方法,下面介紹幾個(gè)模塊的梯形圖程序:
?。?)電梯自檢模塊:安全回路中各開關(guān)接觸良好,安全回路信號(hào)(10001)輸入,安全繼電器(01169)閉合。當(dāng)電梯開關(guān)門完成(01037),關(guān)門到位(01155)輸出為ON,且處于非強(qiáng)制狀態(tài)時(shí),如果變頻器*輸入(10013),則電梯允許(01038)正常運(yùn)行。
(2)電梯開關(guān)門模塊:安全繼電器(01069)線圈接通時(shí),有開門信號(hào)(10011)或有安全觸板動(dòng)作脈沖輸入,在進(jìn)入平層區(qū)1秒(02015)后,驅(qū)動(dòng)門機(jī)開門,開門繼電器接通;在開門到位信號(hào)(10012)或開門到位5秒后,關(guān)門繼電器輸出
(3)平層檢測(cè)和強(qiáng)迫減速模塊:當(dāng)電梯檢測(cè)到上、下平層感應(yīng)器(10009和10010)的輸入信號(hào)時(shí),表明電梯已經(jīng)進(jìn)入平層區(qū)。當(dāng)電梯上行轎廂碰到上強(qiáng)迫換速開關(guān)(10006)時(shí),上強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作,電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速,并判斷電梯的實(shí)際運(yùn)行樓層(40400)是否運(yùn)行到zui頂層(#00008);當(dāng)電梯下行轎廂碰到下強(qiáng)迫換速開關(guān)(10007)時(shí),下強(qiáng)迫換速開關(guān)動(dòng)作,電梯由快速被強(qiáng)迫換速為慢速,并判斷電梯是否運(yùn)行到zui底層(#00001)。
?。?)樓層召喚燈指示模塊:當(dāng)有樓層召喚登記(如01001)或已有該樓層召喚燈輸出(如00009)時(shí),如果實(shí)際運(yùn)行樓層(40400)不等于召喚樓層,則該樓層召喚燈輸出顯示亮;如果實(shí)際運(yùn)行樓層(40400)不等于召喚樓層,則該樓層召喚燈輸出熄滅。
六、結(jié)束語(yǔ)
本文以福建毅天科技有限公司生產(chǎn)的毅天系列PLC為例,闡述了PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,分別描述了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理,并給出了PLC的I/O接口配置及其軟件設(shè)計(jì)流程和梯形圖的編寫。
通過毅天系列PLC在某型號(hào)電梯控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,在廣大電梯使用客戶中獲得了良好的評(píng)價(jià),并得到了多家生產(chǎn)廠家對(duì)該系列PLC質(zhì)量和性能的認(rèn)可,該電梯控制系統(tǒng)只需要稍加改進(jìn)即可應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。這一切都表明該系列PLC不僅可以滿足電梯對(duì)高可靠性的實(shí)際需求,而且在控制水平和性能*可以替代進(jìn)口的同類產(chǎn)品,并將突破電梯領(lǐng)域應(yīng)用到更為廣泛的行業(yè),未來前景將更為廣闊。