Rockwell PLC在十層電梯控制系統中的應用

摘要：介紹了Rockwell PLC在十層電梯控制系統中的應用，該系統以PLC為主控制器，采用PWM直流調速系統和集選控制方式，實(shí)現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公司推出世界第一部以電動(dòng)機為動(dòng)力的升降機以來(lái)，電梯在驅動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅動(dòng)、牽引式驅動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機拖動(dòng)和交流電機拖動(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，人們在運行的平滑性、高速性、準確性、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(xiàn)復雜、一旦接收完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開(kāi)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的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機接口、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用。 1 電梯控制系統組成 電梯控制系統可分為電力拖動(dòng)系統和電氣控制系統兩個(gè)主要部分。電力拖動(dòng)系統主要包括電梯垂直方向主拖動(dòng)電路和轎箱開(kāi)關(guān)電路。二者均采用易于控制的直流電動(dòng)機作為拖動(dòng)動(dòng)力源。主拖動(dòng)電路采用PWM調試方式，達到了無(wú)級調速的目的。而開(kāi)關(guān)門(mén)電路上電機僅需一種速度進(jìn)行運動(dòng)。電氣控制系統則由眾多呼叫按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈、LED七段數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)系統一起實(shí)現了電梯控制的所有功能。十層電梯控制系統由呼叫到響應形成一次工作循環(huán)，電梯工作過(guò)程又可細致分為自檢、正常工作、強制工作等三種工作狀態(tài)。電梯在三種工作狀態(tài)之間來(lái)回切換，構成了完整的電梯工作過(guò)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(kāi)始運行，但因為電梯尚未讀入任何數據，也就無(wú)法在收到請求信號后通過(guò)固化在PLC中的程序作出響應。為滿(mǎn)足處于響應呼叫就緒狀態(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(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。電梯自檢過(guò)程的目標為：為先按下啟動(dòng)按鈕，再按下恢復正常工作按鈕，電梯首先電梯門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后電梯自動(dòng)向上運行，經(jīng)過(guò)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)呼叫響應的步驟如下： ①電梯在檢測到門(mén)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(guò)選向模塊進(jìn)行運行選向。 ②電梯通過(guò)拖動(dòng)調速模塊驅動(dòng)直流電機拖動(dòng)轎箱運動(dòng)。轎箱運動(dòng)速度要經(jīng)過(guò)低速轉變?yōu)橹兴僭俎D變?yōu)楦咚?，并以高速運行至減速點(diǎn)。 ③當電梯檢測到目標層樓層檢測點(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?，并以低速運行至平層點(diǎn)停止。 ④平層后，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后開(kāi)門(mén)，直至碰到開(kāi)關(guān)到位行程開(kāi)關(guān)；再經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后關(guān)門(mén)，直到碰到關(guān)門(mén)到位行程開(kāi)關(guān)。電梯控制系統始終實(shí)時(shí)顯示轎箱所在樓層。 1．1．3 電梯強制工作狀態(tài) 當電梯的初始位置需要調整或電梯需要檢修時(shí)，應設置一種狀態(tài)使電梯處于該狀態(tài)時(shí)不響應正常的呼叫，并能移動(dòng)到導軌上、下行極限點(diǎn)間的任意位置?？刂婆_上的消防/檢修按鈕按下后，使電梯立刻停止原來(lái)的運行，然后按下強迫上行（下行）按鈕，電梯上行（下行）；一旦放開(kāi)該按鈕，電梯立刻停止，當處理完畢時(shí)可用恢復正常工作按鈕來(lái)使電梯跳出強制工作狀態(tài)。1．2 電梯控制系統原理框圖 電梯控制系統原理框圖如圖1所示，主要由轎箱內指令電路、門(mén)廳呼叫電路、主拖動(dòng)電機電路、開(kāi)關(guān)門(mén)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 電梯控制系統的硬件組成 電梯控制系統的硬件結構如圖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控制直流電機無(wú)線(xiàn)調速電路、轎箱開(kāi)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，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 系統輸入部分 系統輸入部分分為兩個(gè)部分，一是直接輸入到PLC輸入口的開(kāi)關(guān)量信號部分，包括：控制臺上的啟動(dòng)按鈕、恢復正常工作按鈕、消防/檢修按鈕、強迫上行（下行）按鈕部分以及開(kāi)關(guān)門(mén)行程到位開(kāi)關(guān)。二是按鈕編碼輸入信號部分。本系統為十層電梯系統，在轎箱內的選層按鈕和門(mén)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(mén)4072組成32級優(yōu)先編碼器。 1．3．2 系統輸出部分 系統的輸出部分包括發(fā)光二極管記憶燈電路、PWM控制調速電路、轎箱開(kāi)關(guān)門(mén)電路和七段數碼管樓層顯示電路等。 在PWM控制直流電機無(wú)線(xiàn)調速電路中，PWM產(chǎn)生電路接收來(lái)自PLC的八位二進(jìn)制碼，隨著(zhù)碼值的改變，其輸出的脈沖占空比也相應改變。轎箱開(kāi)關(guān)門(mén)電路使用兩個(gè)繼電器、兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)、直流電動(dòng)機、功率反相器2003等構成控制電路。在七段數碼管樓層顯示電路中，七段數據管不經(jīng)專(zhuān)用驅動(dòng)芯片驅動(dòng)而由PLC提供特定的二進(jìn)制碼直接輸入。 2 系統的軟件設計 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 本系統是集選式控制系統，控制比較復雜，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(lèi)，模塊與模塊之間的銜接可以用中間寄存位來(lái)傳遞信息。如：門(mén)廳呼叫電路和轎箱內指層電路均要求讀入按鈕呼叫信號，并保持至呼叫被響應完成為止。將門(mén)廳呼叫按鈕、箱內指層按鈕、箱內開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕、報警按鈕等通過(guò)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、控制七段數碼管顯示樓層電路模塊、電梯選向電路模塊和系統非正常工作狀態(tài)及電機調速拖動(dòng)電路模塊、減速點(diǎn)信號產(chǎn)生電路模塊、電梯轎箱開(kāi)關(guān)門(mén)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的中間寄存位，直到樓層改變?yōu)橹埂? 控制七段數碼管顯示樓層電路模塊主要控制兩片七段數碼管的顯示。 電梯的選向模塊主要是完成電梯在響應呼叫時(shí)作出的向上運行還是向下運行的判斷。該模塊有兩個(gè)對系統來(lái)說(shuō)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系統正正常工作狀態(tài)及電機調速拖動(dòng)電路模塊將系統初始化過(guò)程、強制工作過(guò)程及電機調速拖動(dòng)過(guò)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)信號通知系統的任務(wù)。電梯在運行到目標樓層檢測點(diǎn)時(shí)要進(jìn)入減速狀態(tài)，而電梯在運行過(guò)程中會(huì )碰到很多的樓層檢測點(diǎn)，只有到目標樓層的檢測點(diǎn)時(shí)才會(huì )發(fā)出減速通知，電梯在經(jīng)過(guò)目標樓層檢測點(diǎn)時(shí)接到這個(gè)信號就開(kāi)始減速了。 電梯轎箱開(kāi)關(guān)門(mén)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(mén)和按鈕接過(guò)之后需要記憶顯示的發(fā)光二極管電路。 2．3 系統調試 電梯系統為模擬實(shí)用旅客電梯系統的教學(xué)實(shí)驗裝置。它能實(shí)現實(shí)際旅客電梯系統的絕大部分功能，包括：門(mén)廳召喚功能、轎箱內選層功能、順向截梯功能、智能呼叫保持功能、電梯自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)功能、電梯手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)功能、清除無(wú)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已能滿(mǎn)足基本的電梯運行要求，但仍有許多需要改進(jìn)的地方： （1）增加與微機通信的接口，實(shí)現聯(lián)網(wǎng)控制，多臺電梯的綜合控制由微機完成。 （2）優(yōu)化電梯的選向功能，使之能隨客流量的變化而改變，達到高效運送乘客的目的。 （3）增加出現緊急情況時(shí)的電梯處理辦法。 （4）需輸入密碼才能乘電梯到達特殊檔層功能，且響應該樓層呼叫時(shí)不響應其它樓層呼叫。 （5）設置電容感應裝置，如關(guān)門(mén)時(shí)仍有乘客進(jìn)出，則轎門(mén)未觸及人體就能自動(dòng)重新開(kāi)門(mén)。