PLC电梯控制设计

绪 论 随着变频技术和 PLC 控制技术的发展 自动化应用也越来越多 由于一些行业的的要求或是由于工作和场地的特殊情况 电气控制 部分一般都很简单 多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式 这些升降机械存在一些明显的问题 如启动停止和运行不平稳 升 降运动过程动作不可靠 自动化程度不高 故障率较高 设备能耗 高 无法应急运行 存在安全隐患等等 基于这些问题使得这些升 降机械很难在生产生活中发挥高效率的作用 同时也使得国内这些 生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用 也无法根据 实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序 电梯作为现代智能建筑内的代步工具 越来越显示出它的重要 作用 为了适应电梯的迅速发展 由PLC控制代替传统继电器控制已 成为发展定局PLC是集计算机控制 自动控制技术 通信技术为一体 的新型自动控制装置 它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言 控 制灵方便 抗干扰能力强 运行稳定可靠 本次设计对传统电梯控 制方式加以更新 运用高性价比的现代PLC控制方式 力求以人性化 智能化方向推存出新 设计出一款高效 安全 价廉 能个性化组合 且能在商业办公楼 行政大楼 中小型宾馆和居民公寓中发挥显著 作用的普及型电梯控制系统 实际上电梯是根据外部呼叫信号和自 身控制规律等运行的 而呼叫是随机的 电梯实际上是一个人机交 互式的控制系统 单纯用顺序控制或逻辑控制都不能满足控制要求 因此 本系统采用经验设计法为主的设计方法 取得了良好的效果 关键词 电梯 变频器 PLC 一 电梯 电梯作为高层建筑不可缺少的运输二具 其使用范围日趋广泛 电梯控制系统一般采用以下三种控制方式 继电器控制系统 PLC控 制系统和微机控制系统 继电器控制系统故障率较高 控制方式不 灵活 微机控制系统抗干扰性差 系统设计较复杂 一般维修人员 难以掌握其维修技术 而PLC控制系统由于运行可靠 使用维修方便 抗干扰性强 节能等优越性 为目前在电梯控制系统中使用最多的 控制方式 二 PLC 1 定义 PLC英文全称Programmable Logic Controller 中文全称为 可编程逻辑控制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 专为 在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其 内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操 作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种 类型的机械或生产过程 2 基本组成 虽然PLC的制造厂家很多 其系列型号琳琅满目 但一般而言 PLC 的基本由中央处理器单元 CPU板 输入接口部件 输出接口部件 输出接口部件和电源部件等四部分组成 3 特点 可靠性高 抗干扰能力强 配套齐全 功能完善 适用性强 易学易用 深受工程技术人员欢迎 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 体积小 重量轻 能耗低 4 选用PLC控制电梯理由 由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机 控制 自动控制技术 通信技术为一体的新型自动控制装置 它的 编程软件采用易学易懂的梯形图语言 控制灵方便 抗干扰能力强 运行稳定可靠 因此 采用PLC控制电梯是目前最理想的方法 三 变频器 变频器是一种用来改变交流电频率的电气设备 此外 它还具 有改变交流电电压的辅助功能 四 PLC 电梯控制电路的设计 1 硬件部分电路设计 1 1 硬件电路设计 硬件电路是系统用于驱动外部设备执行工作的部分 它可分为 主电路和辅助电路 主电路采用380伏的三相电源 经交流接触器 热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转 辅助电路以PLC 器件为主 结合开关 按钮等用于控制主电路中各接触器 继电器的 通断 从而控制主电路的运行状态 它采用交流220 伏和直流24伏 两路电源供电 其中24伏电源联结按钮和开关 可以确保乘客的操 作安全 1 2 主电路的设计 电梯的运行状态有四种 开门和关门 上升和下降 开门和关 门可由一台开门电机的正反转来实现 电机正转时电梯开门 电机反 转是电梯关门 门开到位或门关紧时压下行程开关QS5 或QS6以切断 电源 使开门电机停转 电梯上升和电梯下降也可由一台升降电机 来实现 电机正转时电梯上升 反转时电梯下降 并在每层楼中设有双 向行程开关QS1 QS4 电梯每到达一个楼层时 压下该楼层的平层 开关 从而切断升降电机的电源使电梯停转 电梯就停在该楼层 为了防 止电机长期过载运行或缺相运行 而发热以至烧坏 在主电路中设 有热继电器加以保护 同时设有熔断器加以短路保护 一旦电机发 生短路或过载运行和缺相运 行 这些电器就会动作 从而及时切断电源 此外 在三相电源的入端设有组合开关QS1 在主电路出现故障 时 可以切断并隔离电源 给检修带来安全和方便 硬件电路的主电 路图上图所示 与之对应的电器布局图如下图所示 2 辅助电路的设计 2 1 确定输入输出电路 电梯的运行状态由内选信号 呼梯信号 行车方向 行车楼层 位置综合PLC内部程序控制规律决定 其中内选信号即轿厢内的召唤 指示灯的状态 由召唤按钮是否按下过来决定 呼梯信号即各楼 层的上 下行指示灯的状态 由上 下行按钮是否按下过来决定 行车方向即升降电机的正 反转的状态 由交流接触器KM1 KM2的 通断状态来决定 行车楼层位置由各楼行程开关 SQ1 SQ4 是否 压下来决定 整座电梯的外部结构如下图所示 2 2 确定输入和输出点的个数 选择PLC机型 作I O分配 轿厢内有4个召唤按钮作为输入点 另有开门按钮和关门按钮 启动按钮和停止按钮共4个点作为输入 轿厢外有6个上下行按钮和4个平层开关作为输入 6个上下行指示灯 和4个召唤指示灯作为输出 控制电梯上下行的两个交流接触器线圈 和控制电梯门开和关的两个交流接触器线圈作为输出 这样共有20 点输入 14点输出 同时考虑到系统控制功能的扩展需要 输入输 出点均留有一点的冗余度 综合各种因素在此选用CPM2A 40CDR A 采用110伏220伏交流电源供电 PLC内部有直流24伏电源 对外 提供输入设备的服务电源 因此 将按钮和行程开关并联后后接到 PLC输入侧的公共端COM上 同样的 PLC的输出端上的指示灯引出后 并联在一起接到交流220伏电源上 再由电源线引出经熔断器FU2和 组合开关SQ2连到PLC输出侧的公共端COM上 PLC的输出侧有多组公 共端 由于负载具有相同的电压 所以各组的公共端连在一起 对 于电动机的正反转控制 不仅在编程序时要保证正反转互锁 PLC的 外部接线也要采取互锁的措施 下图为PLC外部接线图 图中的升降 电机正反转控制接触器KM1 KM2要利用其常闭触电在PLC外部进行互 锁 开门电机的正反转控制接触器KM3 KM4也要利用其常闭触点进 行互锁 此外 由于电梯行车时不能开门 开门时不能行车 所以 KM3的常闭触点也要串接在KM1 KM2接触器的线圈上 KM1 KM2 的 常闭触点则要串接在KM3的线圈上 3 程序的设计 3 1 本设计要达到的具体目的和控制要求 1 下行选择由上电梯的人选择信号决定 顺向优先执行 2 行车途中如遇呼梯信号时 顺向截车反向不截车 3 选择信号 呼梯信号具有记忆功能 执行后清除 4 内选信号 呼梯信号 行车方向行车楼层位置均有信号指示灯 5 停层时延时自动开门 手动开门 本层顺向呼梯开门 6 有选择信号时自动关门 关门后延时自动行车 7 无选择信号时不能自动开门 8 行车时不能手动开门或本层呼梯开门 开门 不能行车 3 2 本程序的目标 针对上述控制要求 选用MOV指令CMP指令为主 即先把轿厢所在 楼层号传送到一个通道中 再把呼梯楼层号传送到另一个通道中 然后将这两个通道的内容进行比较 若呼梯楼号大于轿厢所在楼号 则电梯上行 若呼梯楼号小于轿厢所在楼号则电梯下行 若两楼号的 内容相等则电梯停在该楼层 对于电梯的这种控制方式是本例程序 设计的主线 为了实现电梯顺向优先执行的功能 即当电梯在上行 过程中有多个呼梯信号发出时 先接送轿厢所在楼层以上的乘客 直到轿厢以上楼层无呼梯信号或轿厢已到达建筑物顶层时 电梯才 会往下行驶 当电梯在下行过程中有多个呼梯信号发出时 先接送 轿厢所在楼层以下的乘客 直到轿厢以下楼层无呼梯信号或轿厢已 到达建筑物底层时 电梯才会往上行驶 本例各楼层的指示灯一经 点亮 就将本楼层号码实时传送到同一个通道中 但由于PLC是至 上而下扫描程序的 而且通道内的数据随着程序读取的进度在不断 的改变 因此在所有点亮的指示灯中 只有最靠近程序末尾的指示 灯传送的楼层号 才能最后保持在通道内并传送到输出 直到电梯 到达该楼层熄灭指示灯后 通道内的数据才可能在输出时发生改变 这样就确保了PLC在读取呼梯信号时 始终按照程序段的排列顺序来 读取 本例将传送呼梯楼层号的程序段分别按照从一楼到四楼和从 四楼到一楼进行排列 中间设置JMP 指令 当电梯处于上行状态时 JMP指令将从四楼到一楼的程序段跳过 转而执行从一楼至四楼的程 序段 这样以来 由于高楼层的程序段最靠近程序末尾 即最先被 执行输出 于是电梯就优先执行上行信号 反之亦然 另外由于电 梯是用来运载乘客的 因此 它的运行的可 靠性要求很高 本例用一个启动按钮和一个停止按钮来控制电梯的 起停 在按下启动按钮时 系统立即上电 电梯处于待命状态 而电 梯在运行过程中按下停止按钮时 电梯不会马上停下来 因程序中 设置了等待 延时环节 当轿厢内的最后一位乘客走出轿厢后 程 序中的等待部分动作将所有呼梯按钮锁定 此时按下任何呼梯按钮 都为无效 并使轿厢下降到一楼 经自动开门和延时关门之后启 动十秒定时部分 若在这十秒内有人按下轿厢内的开门按钮电梯仍 会开门 延时时间到动作 将系统电源切断 此时电梯才被真正 关断 针对各项内容编写出相应的程序后 将各个环节编写的程序 合理的联系在一起 即得到一个满足控制要求的系统程序 五 设计总结 该控制系统适用于四层楼电梯的控制 但它的设计思想和系统 的各项功能具有典型性和良好的扩展性 只要重复类似程序指令和 外部连接器件 就能轻松扩展到更高楼层的电梯运行控制 本系统 经过适当修改与扩展后 能适合于大型高层建筑物中使用的双电梯 运行控制 即由单个控制器实现一座上楼电梯和一座下楼电梯的控 制 让上下楼的乘客实现分流乘坐 上楼电梯采用上楼优先接送 下楼电梯实现下楼优先接送的原则 这样就能更加有序 快速 直 观地满足乘客的乘坐需求 此外 虚拟面板 这一概念的提出 使PLC 程序调试的难度大大降低 您完全可以根据具体的程序要求和自己 喜欢的风格来设计面板 而且调试起来方便快捷 并将硬件电路的 出错率降低到零 这种调试方法对于调试中大型PLC程序将有积极 的指导意义 当然 这种基于计算机的仿真调试 并不能代替整个 系统的现场调试 硬件电路部分必须搭建实际线路 并联机进行系 统调试才能发现好坏 六 参考文献 参 考 文 献 1 程周 电气控制与 PLC 原理及应用 欧姆龙机型 北京 电子 工业出版社 2003 2 戴一平