Rockwell PLC在十層電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文介紹了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。 自1889年美國(guó)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?cè)谶\(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(duì)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(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(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。 一、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(jí)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(hào)采集、信號(hào)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。 （一）電梯的三個(gè)工作狀態(tài) 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(qǐng)求信號(hào)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。 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(cè)到門廳或轎箱的呼叫信號(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。 （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(cè)到目標(biāo)層樓層檢測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的減速點(diǎn)信號(hào)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。 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?？刂婆_(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)。 （二）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(cè)與平層檢測(cè)傳感器及PLC電路等組成的。 圖1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 （三）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(cè)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他輔助電路等。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。 圖2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 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(hào)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(hào)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(hào)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(jí)優(yōu)先編碼器。 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。 二、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) （一）軟件流程 軟件流程圖如圖3和圖4所示。 圖3 電梯控制主程序流程圖 圖4 樓層現(xiàn)實(shí)程序流程圖 （二）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(hào)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(hào)，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(jí)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(cè)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(hào)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(cè)電路模塊主要是讀入樓層編碼并將該記憶信號(hào)存入對(duì)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(duì)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。 系統(tǒng)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(hào)產(chǎn)生電路模塊完成將減速點(diǎn)信號(hào)通知系統(tǒng)的任務(wù)。電梯在運(yùn)行到目標(biāo)樓層檢測(cè)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(cè)點(diǎn)，只有到目標(biāo)樓層的檢測(cè)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(cè)點(diǎn)時(shí)接到這個(gè)信號(hào)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。 （三）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)其他樓層呼叫。 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。