基于PLC的电梯控制系统的设计与研究

0 引言
    在现代微电子技术发展日趋加速的推动作用之下，可编程序存储器装置在继承既有逻辑控制功能的基础之上，还具备了包括数据处理、信息通信以及网络传输等计算机功能，其在实践应用过程当中所表现出的体积小、编程简单、可靠性程度高、安装维护便捷以及抗干扰能力强等诸多优势使其在工业控制过程中始终占据着最为核心的地位。有关PLC(Program Logic Controller)可编程序存储器的应用主要可以归纳为以下几个方面：顺序控制：顺序控制可以说是现阶段PLC可编程序存储器应用为广泛的领域，其成功取代了传统意义上的继电器装置顺序控制，较为典型的应用形式包括数控机床、装配生产流水线以及电梯控制等；过程控制：PLC可编程序存储器装置所具有的D／A以及A／D转化模块使其能够借助于模拟量实现对工业生产过程中各种连续变化参数(包括温度、流量以及压力等在内)进行有效控制；数据处理：借助于PLC可编程序存储器装置中所设置的四则运算指令能够形成相应的监控系统，针对工业生产过程中的步进电动机及伺服电动机等进行机械位置有效控制。本文以电梯控制为研究对象，结合PLC可编程序存储器的应用，针对相关问题做详细分析与说明。

1 PLC控制应用于电梯控制系统的优势与实现功能
    现阶段电梯的控制方式主要包括继电器控制系统、微机控制系统以及PLC控制系统三种形式。在人们对电梯运行安全性及可靠性要求不断提升的背景之下，继电器控制系统所表现出的缺陷及不足不断凸显，包括电梯控制系统故障率较高、接线方式较为复杂、通用性较差以及可靠性较低等均是制约继电器控制方式发展的最根本性问题。与之相比，PLC控制系统在应用于电梯控制过程中的优势更加显著：体积小、编程简单、可靠性程度高、安装维护便捷以及抗干扰能力强等。在此基础之上所运行的电梯装置有着更为安全、方便及舒适的特点，特别是对层数较低或是控制功能较小的电梯控制，PLC控制系统的应用优势更加突出。
    基于PLC的电梯控制系统应当满足如下几个方面的功能：借助于电动机装置实现电梯轿厢的升降动作，并在各楼层之间设置相应的上行及下行呼叫开关；电梯需要在某一层停车待客的情况下，只要按下电梯相应楼层的外呼按钮，控制系统应当确保电梯能够在延时状态下自动开启轿门。与此同时，在电梯完成该项控制动作指令且未接收到任何层外呼叫指令的情况下，控制系统应当确保电梯轿厢能够及时响应自动关闭轿门动作；在电梯轿厢同时接收到多个响应指令的情况下，控制设备应当在设定时间内进行自动运行处理，确保各动作响应时间的有效性。

2 PLC电梯控制系统基本结构与工作原理
    电梯PLC控制系统主要包括逻辑控制系统以及拖动控制系统，与之相对应的结构示意图如图1所示。其中，逻辑控制功能借助于PLC系统软件予以实现，包括定向选层、轿厢所处位置判定、换速以及开启／关闭轿门等。与此同时，在拖动控制系统运行过程当中，电梯实时工作状态下的反馈信号能够借助于PLC控制系统予以传输，从而明确相应的控制信号。

    与此同时，从PLC电梯控制系统的工作原理来说，整个电梯控制系统的运行状态基本可以分为RUN(运行)以及STOP(停止)两种状态。在RUN状态下，PLC借助于反应控制要求的用户程序的执行处理来实现对电梯控制功能的操作。与此同时，为确保PLC控制系统的输出能够针对电梯运行过程中可能发生变化的输入信号予以及时响应，针对用户程序的执行并非仅执行1次，而需要多次且重复性的执行，此种重复性执行动作直至PLC处于STOP(停止)状态。与之相对应的电梯PLC控制系统工作原理示意图如图2所示。

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3 PLC电梯控制系统设计关键问题
    现以5层电梯控制系统中的PLC设计为例，针对基于PLC的电梯控制系统设计过程当中应关注的几个方面做详细分析与说明。整个5层电梯PLC控制系统基本结构框架示意图如图3所示。
    (1)PLC控制系统选型、硬件系统配置及控制系统I／O点数分析：为确保电梯控制系统运行稳定性与可靠性，I／O点数设置过程中应当确保留有一定的余量，与此同时，出于安全性因素的考虑，控制部分应当保留急停继电器装置与门锁继电器装置。对于本文所述5层／5站电梯装置而言，依照输入信号总量及输出信号总量考虑将输入点数控制在35点且输出点数控制在32点范围之内。与此同时，整个PLC控制系统输出电压设定为220 V AC／110 V DC。
    (2)I／O地址分配及外围接线方式分析：在确定PLC电梯控制系统I／O点数之后，应当依照所确定的输入点数及输出点数对I／O地址的分配情况以及外围接线方式予以合理分析。其中PLC主机为整个电梯控制系统的核心所在，此过程当中借助于PLC输入结构将信号传输至PLC主机当中，并在存储中心完成对相关数据的运算处理。在此基础之上，借助于输出结构向电梯驱动系统、指层器以及控制信号等关键程序发出与
之相对应的动作指令。
    (3)指层控制回路运行指令分析：指层控制回路在整个PLC控制系统中最关键的功能在于针对电梯轿厢现阶段所处楼层位置以及轿厢预计运行方向(上行／下行)予以指示。在当前技术条件支持下，楼层信号的指示功能借助于电梯装置每层井道内的感应器装置以及轿厢顶部隔磁板装置予以实现。预计运行方向借助于PLC程序进行控制，与之相对应的输入地址如图4所示。

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    (4)定向选层线路指令分析：选层主要是指在控制系统发出轿内指令或是厅外召唤指令的情况下，电梯装置应当做出和相应信号的相应处理。与此同时，在电梯装置即将到达存在轿内指令或是厅外召唤指令的楼层的情况下。在整个电梯处于司机正常控制的运行状态情况下，电梯装置运行方向的确定应当以电梯桥厢内所接收指令以及电梯轿厢装置实时所处位置为参照进行判定，而在整个电梯处理无人控制的运行状态情况下，电梯装置运行方向的确定则应当参照厅外召唤信号对电梯轿厢所处位置的判定为参照进行衡量。在这一过程当中，PLC控制系统下电梯装置上行指令相应方式示意图如图5所示，下行指令相应方式示意图如图6所示。

    (5)开关门运行回路分析：以双开门且电梯运行无司机控制的PLC电梯控制系统为例，在电梯开关门运行回路的设计过程中主要功能都存在包括电梯轿厢手动式开门、本层开门、达到目的楼层后自动／手动开门、自动延时关门以及基站外启动状态下的开关门处理。基于对以上开关门功能的满足，PLC控制系统下整个电梯开关门运行回路的设计示意图如图7所示。

4 结语
    伴随着新时期电力电子科学技术的持续发展，PLC控制系统及其应用装置开始广泛应用于国民经济生产的各个方面，这对于高层建筑运行过程中普遍涉及到的电梯装置而言也一样。可以说，PLC控制系统已成为了新时期电梯控制系统的必然性选择及发展趋势。总而言之，本文针对有关基于PLC的电梯控制系统相关问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。