（下）２００８ＮＯ．０７
ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄＰｒｏｄｕｃｔｓ
基于ＰＬＣ的变频调速电梯系统设计
尹刚
（沈阳职业技术学院，辽宁沈阳１１００４５）
摘要：电梯已经成为人们日常生活必不可少的代步工具，为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠，基于ＰＬＣ的变频调速电梯系统设计技术就成为现代电梯行列的一个热点。本文通过使用变频调速技术和ＰＬＣ程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，从而取代井道位置检测装置，提高了电梯系统的可靠性和平层精度。关键词：电梯；ＰＬＣ；变频调速
引言
可编程控制器（ＰＬＣ：ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以降低能耗、节约能源、减小运行费用。
（ＰＬＣ）在电梯控制中的应１可编程控制器
用
（ＰＬＣ）的特点ＰＬＣ是一种可编程控制器
用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。ＰＬＣ与普通微机一样，以通用或专用ＣＰＵ作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行（位）运算与控制。ＰＬＣ控制一般具有可靠性点高、易操作、维修，编程简单，灵活性强等特点。
可编程控制器（ＰＬＣ）控制电梯的优点在电梯控制中采用了ＰＬＣ，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。ＰＬＣ可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。ＰＬＣ可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。更改控制方案时不需改动硬件接线。
２变频调速控制电梯
电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。
变频调速控制电梯的特点：
变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。
变频调速电源使用了先进的ＳＰＷＭ技术ＳＶＰＷＭ技术，明显改善了电梯运行质量和性
控制精度高，动态性能好，舒能；调速范围宽、
适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。
变频调速电梯使用先进的ＳＰＷＭ和ＳＶＰ－ＷＭ技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。
３ＰＬＣ控制系统的硬件开发
电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信
变频器、调速系统构成，变频器只完成号、ＰＬＣ、
调速功能，而逻辑控制部分是由ＰＬＣ完成的，如
图３．１所示。
ＰＬＣ负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给ＰＬＣ，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器及ＰＧ卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。
电梯ＰＬＣ的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。主要硬件包括ＰＬＣ主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等，如图３．２所示。
ｔ４Ｔ时间内为减速制动阶段。减速制动阶段速度曲线与加速起动阶段相对称。
减速及平层控制：
电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至
“无速停车抱闸”，不速度为零时，准确平层，即
要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。系统采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计算器就可以精确地确定走过的距离，到达与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。
４系统软件开发
在电梯控制中，有大量的逻辑信号需要处理，这部分工作是由ＰＬＣ来完成的，系统软件根据运行要求及保护要求由ＰＬＣ来实现逻辑控制。
设计模块化编程：
系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化编程方法，将各个输出信号的属性分类，模块与模块之间的衔接可以用中间寄存器来传递信息。
控系统软件大致分为：楼层检测电路模块、
制七段数码管显示楼层电路模块、电梯选向电路模块、减速点信号产生电路模块、电梯轿厢开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块六大模块。
模块化编程的作用：
楼层检测电路模块主要是读入楼层编码并将该记忆信号存入对应的中间寄存器，直到楼层改变为此。
控制七段数码管显示楼层电路模块主要控制数码管的显示。
电梯的选向模块主要是完成电梯在响应呼叫时作出的向上运行还是向下运行的判断。
减速点信号产生电路模块完成将减速点信号通知系统的任务。
电梯轿厢开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块是为了便于控制组成的模块，分别控制轿厢的开关门和按钮接通之后需要记忆显示的发光二极管电路。
５电梯系统模拟调试
电梯ＰＬＣ程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再将电机接上，模拟调试完成后，则进行现场安装，并进行运行调试，确定参数，完善程序，最后交付运行使用。电梯系统经过模拟调试后，能实现绝大部分功能，包括：门厅召唤功能、轿厢内选层功能、顺／反向截梯功能、电梯自动开关门功能、电梯手
楼层显示功能和动开关门功能、消防／检修功能、
电梯平滑变速功能。结果表明，电梯的运行更加平稳，能够按照选层的要求正确的运行，已能满
图３．２电梯ＰＬＣ控制系统的基本结构图系统控制核心为ＰＬＣ主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过ＰＬＣ输入接口送入ＰＬＣ，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
电梯的控制系统实现如下功能：
一台电机控制上升和下降，各层设上／下呼（最顶层与起始层只设一只）。电梯到位叫开关
后，具有手动或自动开门关门等功能。
电梯操作方式：
单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。
速度给定曲线：
为了满足舒适感，提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速，如图３．３所示。
图３．１控制系统结构图
图３．３速度运行曲线
在０ｔ３时间内加速启动阶段，其中０ｔ１和ｔ２ｔ３时间内为抛物线速度曲线，在ｔ１ｔ２时间内为直线速度曲线；ｔ３ｔ４时间内为稳速运行阶段；
中国新技术新产品
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工业技术
提高ＰＬＣ控制系统可靠性研究
刘春禹
１
于海涛
２
（１、黑龙江省国税局票证站，黑龙江哈尔滨１５００８０哈尔滨师范大学，黑龙江哈尔滨１５００００）２、
（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｒ程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非摘要：随着信息技术的不断发展，ＰＬＣ
常可靠的控制应用，其主要原因在于可编程控制器抗干扰能力强，可靠性高，编程简单，性能价格比高，在工业控制领域得到越来越广泛应用。虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性，但如果输入给ＰＬＣ的开关量信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差，ＰＬＣ输出口控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，造成严重后果。关键词：ＰＬＣ；可靠性；研究
１ＰＬＣ的配置与系统出错原因
一套完整的ＰＬＣ主要由６个模块构成：电源模块、热备模块（可选）、开入／开出ＣＰＵ模块、（Ｉ／Ｏ）模块、通讯模块。其中电源模块Ａ／Ｏ模块、
向ＰＬＣ提供直流２４Ｖ工作电源；ＣＰＵ是微型处
（ＰＬＣ的核心部位）；热备模块是在两套ＰＬＣ理器
均为在线方式下互为热备用，并且可以人为任意切换至工作或备用状态，提高安全可靠性；开
（Ｉ／Ｏ）模块是指外围回路向ＰＬＣ输入高入／开出
（或低电平）和ＰＬＣ向外围回路输出高电平电平
（或低电平）；模数转换（Ａ／Ｏ）模块是将外围设备输入的电信号转换成数字信号，以供ＰＬＣ进行计算、判断、比较和传输。
１．１影响输入ＰＬＣ信号出错的主要原因有：造成传输信号线短路或断路（由于机械拉扯，线路自身老化，特别是鼠害），当传输信号线出故障时，现场信号无法传送给ＰＬＣ，造成控制出错；
机械触点抖动，现场触点虽然只闭合一次，ＰＬＣ却认为闭合了多次，虽然硬件加了滤波电路，软件增加微分指令，但由于ＰＬＣ扫描周期太
累加、移位等指令中出错，出短，仍可能在计数、
现错误控制结果；
现场变送器，机械开关自身出故障，如触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障同样会使控制系统不能正常工作。
１．２影响执行机构出错的主要原因有：
控制负载的接触不能可靠动作，虽然ＰＬＣ发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作；控制变频器起动，由于变频器自身故障，变频器所带电机并没按要求工作；
各种电动阀、电磁阀该开的没能打开，该关的没能关到位，由于执行机构没能按ＰＬＣ的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性，必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，否则ＰＬＣ应能及时发现问题，用声光等报警办法提示给操作人员，尽快排除故障，让系统安全、可靠、正确地工作。
２设计完善的故障报警系统
在自动控制系统的设计中我们设计了３级故障显示报警系统，１级设置在控制现场各控制柜面板，用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备正常运行时对应指示灯亮，当该设备足基本的电梯运行要求。
结论
（ＰＬＣ）和调速变本文通过对可编程控制器
频器的特点介绍以及它们各自在电梯控制系统中的运用、ＰＬＣ系统的硬件开发及软件开发过程的详细阐述，完成了对基于ＰＬＣ的变频调速
运行有故障时指示灯以１Ｈｚ的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障复位／灯测试按钮，系统运行任何时间持续按该按钮３ｓ，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，改按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。２级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上，当设备出现故障时，有文字显示故障类型，工艺流程图上对应的设备闪烁，历史事件表中将记录该故障。３级故障显示设置在中心控制室信号箱内，当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
２．１输入信号可靠性研究
要提高现场输入给ＰＬＣ信号的可靠性，首先要选择可靠性较高的变送器和各种开关，防止各种原因引起传送信号线短路、断路或接触不良。其次在程序设计时增加数字滤波程序，增加输入信号的可信性。
在现场输入触点后加一定时器，定时时间根据触点抖动情况和系统要的响应速度确定，一般在几十ｍｓ，这样可保证触点确实稳定闭合后，才有其它响应。模拟信号滤波可采用图２ｂ程序设计方法，对现场模拟信号连续采样３次，采样间隔由Ａ／Ｄ转换速度和该模拟信号变化速率决定。３次采样数据分别存放在数据寄存器ＤＴ１０、ＤＴ１１、ＤＴ１２中，当最后１次采样结束后利用数据比较、数据交换指令、数据段比较指令去掉最大和最小值，保留中间值作为本次采样结果存放在数据寄存器ＤＴ０中。
提高读入ＰＬＣ现场信号的可靠性还可利用控制系统自身特点，利用信号之间关系来判断信号的可信程度。如进行液位控制，由于储罐的尺寸是已知的，进液或出液的阀门开度和压力是已知的，在一定时间里罐内液体变化高度大约在什么范围是知道的，如果这时液位计送给ＰＬＣ的数据和估算液位高度相差较大，判断可能是液位计故障，通过故障报警系统通知操作人员检查该液位计。又如各储罐有上下液位极限保护，当开关动作时发出信号给ＰＬＣ，这个信号电梯控制系统的研究。
参考文献
［１］唐勇奇．电梯变频调速ＰＬＣ控制的设计与实现．电机电器技术．２０００
郭庆鼎．基于转子凸极跟踪的永磁同［２］王丽梅、
步电机自检测方法．沈阳：电工技术学报．２００１年
是否真实可靠，在程序设计时我们将这信号和该罐液位计信号对比，如果液位计读数也在极限位置，说明该信号是真实的；如果液位计读数不在极限位置，判断可能是液位极限开关故障或传送信号线路故障，同样通过报警系统通知操作人员处理该故障。由于在程序设计时采用了上述方法，大大提高了输入信号的可靠。
２．２执行机构可靠性研究
当现场的信号准确地输入给ＰＬＣ后，ＰＬＣ执行程序，将结果通过执行机构对现场装置进行调节、控制。怎样保证执行机构按控制要求工作，当执行机构没有按要求工作，怎样发现故障？我们采取以下措施：当负载由接触器控制时，启动或停止这类负载转为对接触器线圈控制，启动时接触器是否可靠吸合，停止时接触器是否可靠释放，这是我们关心的。
Ｘ０为接触器动作条件，Ｙ０为控制线圈输出，Ｘ１为引回到ＰＬＣ输入端的接触器辅助常开触点，定时器定时时间大于接触器动作时间。Ｒ０为设定的故障位，Ｒ０为ＯＮ表示有故障，做报警处理；Ｒ０为ＯＦＦ表示无故障。故障具有记忆功能，由故障复位按钮清除。
当开启或关闭电动阀门时，根据阀门开启、关闭时间不同，设置延时时间，经过延时检测开到位或关到位信号，如果这些信号不能按时准确返回给ＰＬＣ，说明阀可能有故障，做阀故障报警处理。Ｘ２为阀门开启条件，Ｙ１为控制阀动作输出，定时器定时时间大于阀开启到位时间，Ｘ３为阀到位返回信号，Ｒ１为阀故障位。
经数年的实践验证，在ＰＬＣ自动控制系统中采用以上方法来提高其可靠性是行之有效的。
４月１６卷第２期
［３］张福恩．交流调速电梯原理、设计及安装维修．北京：机械工业出版社．１９９３
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