Rockwell PLC在十層電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：介紹了Rockwell PLC在十層電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，該系統(tǒng)以PLC為主控制器，采用PWM直流調(diào)速系統(tǒng)和集選控制方式，實(shí)現(xiàn)了十層電梯的基本功能。關(guān)鍵詞：PLC 電梯 PWM 自1889年美國奧梯斯升降機(jī)公司推出世界第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)以來，電梯在驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動(dòng)、牽引式驅(qū)動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機(jī)拖動(dòng)和交流電機(jī)拖動(dòng)兩種不同的拖動(dòng)方式。如今電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的代步工具；而且作為載人工具，人們在運(yùn)行的平滑性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動(dòng)態(tài)性能方面對它提出了更高的要求。由于早期的電梯繼電器控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、一旦接收完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳎≒LC）既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用。 1 電梯控制系統(tǒng)組成 電梯控制系統(tǒng)可分為電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩個(gè)主要部分。電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要包括電梯垂直方向主拖動(dòng)電路和轎箱開關(guān)電路。二者均采用易于控制的直流電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)動(dòng)力源。主拖動(dòng)電路采用PWM調(diào)試方式，達(dá)到了無級調(diào)速的目的。而開關(guān)門電路上電機(jī)僅需一種速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。電氣控制系統(tǒng)則由眾多呼叫按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈、LED七段數(shù)碼管和控制部分的核心器件（PLD）等組成。PLC集信號采集、信號輸出及邏輯控制于一體，與電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)了電梯控制的所有功能。十層電梯控制系統(tǒng)由呼叫到響應(yīng)形成一次工作循環(huán)，電梯工作過程又可細(xì)致分為自檢、正常工作、強(qiáng)制工作等三種工作狀態(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。 1．1 電梯的三個(gè)工作狀態(tài) 1．1．1 電梯的自檢狀態(tài) 將程序下載到AB公司的MicroLogix1000型PLC后上電，PLC中的程序已開始運(yùn)行，但因?yàn)殡娞萆形醋x入任何數(shù)據(jù)，也就無法在收到請求信號后通過固化在PLC中的程序作出響應(yīng)。為滿足處于響應(yīng)呼叫就緒狀態(tài)這一條件，必須使電梯處于平層狀態(tài)已知樓層且電梯門處于關(guān)閉狀態(tài)。電梯自檢過程的目標(biāo)為：為先按下啟動(dòng)按鈕，再按下恢復(fù)正常工作按鈕，電梯首先電梯門處于關(guān)閉狀態(tài)，然后電梯自動(dòng)向上運(yùn)行，經(jīng)過兩個(gè)平層點(diǎn)后停止。 1．1．2 電梯的正常工作狀態(tài) 電梯完成一個(gè)呼叫響應(yīng)的步驟如下： ①電梯在檢測到門廳或轎箱的呼叫信號后將此樓層信號與轎箱所在樓層信號比較，通過選向模塊進(jìn)行運(yùn)行選向。 ②電梯通過拖動(dòng)調(diào)速模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)拖動(dòng)轎箱運(yùn)動(dòng)。轎箱運(yùn)動(dòng)速度要經(jīng)過低速轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴僭俎D(zhuǎn)變?yōu)楦咚?，并以高速運(yùn)行至減速點(diǎn)。 ③當(dāng)電梯檢測到目標(biāo)層樓層檢測點(diǎn)產(chǎn)生的減速點(diǎn)信號時(shí)，電梯進(jìn)入減速狀態(tài)，由中速變?yōu)榈退?，并以低速運(yùn)行至平層點(diǎn)停止。 ④平層后，經(jīng)過一定延時(shí)后開門，直至碰到開關(guān)到位行程開關(guān)；再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門，直到碰到關(guān)門到位行程開關(guān)。電梯控制系統(tǒng)始終實(shí)時(shí)顯示轎箱所在樓層。 1．1．3 電梯強(qiáng)制工作狀態(tài) 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。控制臺(tái)上的消防/檢修按鈕按下后，使電梯立刻停止原來的運(yùn)行，然后按下強(qiáng)迫上行（下行）按鈕，電梯上行（下行）；一旦放開該按鈕，電梯立刻停止，當(dāng)處理完畢時(shí)可用恢復(fù)正常工作按鈕來使電梯跳出強(qiáng)制工作狀態(tài)。1．2 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動(dòng)電機(jī)電路、開關(guān)門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。 1．3 電梯控制系統(tǒng)的硬件組成 電梯控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括按鈕編碼輸入電路、樓層傳感器檢測電路、發(fā)光二極管記憶燈電路、PWM控制直流電機(jī)無線調(diào)速電路、轎箱開關(guān)電路、樓層顯示電路及一些其它輔助電路等。為減少PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)，采用編碼的方式將31個(gè)呼叫及指層按鈕編碼五位二進(jìn)制碼輸入PLC。 1．3．1 系統(tǒng)輸入部分 系統(tǒng)輸入部分分為兩個(gè)部分，一是直接輸入到PLC輸入口的開關(guān)量信號部分，包括：控制臺(tái)上的啟動(dòng)按鈕、恢復(fù)正常工作按鈕、消防/檢修按鈕、強(qiáng)迫上行（下行）按鈕部分以及開關(guān)門行程到位開關(guān)。二是按鈕編碼輸入信號部分。本系統(tǒng)為十層電梯系統(tǒng)，在轎箱內(nèi)的選層按鈕和門廳旁的向上、向下呼叫按鈕共有28個(gè)之多，采用優(yōu)先編碼的方法將31個(gè)按鈕信號編為五位二進(jìn)制碼。這里采用四片8位優(yōu)先編碼器4532和五個(gè)四二輸入端或門4072組成32級優(yōu)先編碼器。 1．3．2 系統(tǒng)輸出部分 系統(tǒng)的輸出部分包括發(fā)光二極管記憶燈電路、PWM控制調(diào)速電路、轎箱開關(guān)門電路和七段數(shù)碼管樓層顯示電路等。 在PWM控制直流電機(jī)無線調(diào)速電路中，PWM產(chǎn)生電路接收來自PLC的八位二進(jìn)制碼，隨著碼值的改變，其輸出的脈沖占空比也相應(yīng)改變。轎箱開關(guān)門電路使用兩個(gè)繼電器、兩個(gè)行程開關(guān)、直流電動(dòng)機(jī)、功率反相器2003等構(gòu)成控制電路。在七段數(shù)碼管樓層顯示電路中，七段數(shù)據(jù)管不經(jīng)專用驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)而由PLC提供特定的二進(jìn)制碼直接輸入。 2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 2．1 軟件流程 軟件流程圖如圖3和圖4所示。 2．2 模塊化編程 本系統(tǒng)是集選式控制系統(tǒng)，控制比較復(fù)雜，適合采用模塊化編程方法。首先要將各個(gè)輸出信號的屬性分類，模塊與模塊之間的銜接可以用中間寄存位來傳遞信息。如：門廳呼叫電路和轎箱內(nèi)指層電路均要求讀入按鈕呼叫信號，并保持至呼叫被響應(yīng)完成為止。將門廳呼叫按鈕、箱內(nèi)指層按鈕、箱內(nèi)開關(guān)門按鈕、報(bào)警按鈕等通過32級優(yōu)先編碼電路編碼后輸入PLC，在軟件上就形成了讀按鈕編碼電路模塊。 系統(tǒng)軟件大致分為八個(gè)模塊：讀按鈕編碼電路模塊、樓層檢測電路模塊、控制七段數(shù)碼管顯示樓層電路模塊、電梯選向電路模塊和系統(tǒng)非正常工作狀態(tài)及電機(jī)調(diào)速拖動(dòng)電路模塊、減速點(diǎn)信號產(chǎn)生電路模塊、電梯轎箱開關(guān)門電路模塊和按鈕記憶燈顯示電路模塊。 樓層檢測電路模塊主要是讀入樓層編碼并將該記憶信號存入對應(yīng)的中間寄存位，直到樓層改變?yōu)橹埂? 控制七段數(shù)碼管顯示樓層電路模塊主要控制兩片七段數(shù)碼管的顯示。 電梯的選向模塊主要是完成電梯在響應(yīng)呼叫時(shí)作出的向上運(yùn)行還是向下運(yùn)行的判斷。該模塊有兩個(gè)對系統(tǒng)來說特別重要的中間量輸出，即上行中間寄存位和下行中間寄存位。圖3、4系統(tǒng)正正常工作狀態(tài)及電機(jī)調(diào)速拖動(dòng)電路模塊將系統(tǒng)初始化過程、強(qiáng)制工作過程及電機(jī)調(diào)速拖動(dòng)過程合并為一個(gè)模塊。 減速點(diǎn)信號產(chǎn)生電路模塊完成將減速點(diǎn)信號通知系統(tǒng)的任務(wù)。電梯在運(yùn)行到目標(biāo)樓層檢測點(diǎn)時(shí)要進(jìn)入減速狀態(tài)，而電梯在運(yùn)行過程中會(huì)碰到很多的樓層檢測點(diǎn)，只有到目標(biāo)樓層的檢測點(diǎn)時(shí)才會(huì)發(fā)出減速通知，電梯在經(jīng)過目標(biāo)樓層檢測點(diǎn)時(shí)接到這個(gè)信號就開始減速了。 電梯轎箱開關(guān)門電路模塊和按鈕記憶燈顯示電路模塊是為了便于控制組成的模塊，分別控制轎箱的并關(guān)門和按鈕接過之后需要記憶顯示的發(fā)光二極管電路。 2．3 系統(tǒng)調(diào)試 電梯系統(tǒng)為模擬實(shí)用旅客電梯系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。它能實(shí)現(xiàn)實(shí)際旅客電梯系統(tǒng)的絕大部分功能，包括：門廳召喚功能、轎箱內(nèi)選層功能、順向截梯功能、智能呼叫保持功能、電梯自動(dòng)開關(guān)門功能、電梯手動(dòng)開關(guān)門功能、清除無效指令功能、智能初始化功能、消除/檢修功能、樓層顯示功能和電梯平滑變速功能。 雖然本電梯控制系統(tǒng)已能滿足基本的電梯運(yùn)行要求，但仍有許多需要改進(jìn)的地方： （1）增加與微機(jī)通信的接口，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，多臺(tái)電梯的綜合控制由微機(jī)完成。 （2）優(yōu)化電梯的選向功能，使之能隨客流量的變化而改變，達(dá)到高效運(yùn)送乘客的目的。 （3）增加出現(xiàn)緊急情況時(shí)的電梯處理辦法。 （4）需輸入密碼才能乘電梯到達(dá)特殊檔層功能，且響應(yīng)該樓層呼叫時(shí)不響應(yīng)其它樓層呼叫。 （5）設(shè)置電容感應(yīng)裝置，如關(guān)門時(shí)仍有乘客進(jìn)出，則轎門未觸及人體就能自動(dòng)重新開門。