PLC在扶梯控制系统中的应用

前言

　　扶梯电气控制已经发展到很高的阶段，特别是EN115-2008标准出版并施行后，对扶梯的安全要求不仅对人非常严格，而且对机器本身的安全检测也非常重视。扶梯的电气控制中，各种微处理器已经广泛应用，单片机、PLC、FPGA等等，这些微处理器的应用使扶梯的电气控制功能更强大，检测范围更广，检测时间更短。

　　PLC作为最可靠的一种微处理器，在工业控制中占有很重要的脚色。经过了长年的时间检验、各种严酷的工业环境的测试，已经发展成为最可靠的工业控制器。国内外PLC的生产厂家很多，竞争也非常的激烈，特别是小型PLC。

　　台达PLC作为其中的一员，以可靠的质量及合适的价格占有一席之地，而且不断的发展壮大。台达小型PLC中，DVP-ES系列有着近30年的工业使用历史，虽然他的运行速度没有EH系列那么高，但是他的可靠性是DVP系列PLC中最高的。

1.PLC概述　

　　为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：

　　1. 可靠性高，抗干扰能力强

　　工业生产对控制设备的可靠性要求：

　　①平均故障间隔时间长

　　②故障修复时间（平均修复时间）短

　　任何电子设备产生的故障，通常为两种：

　　①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。

　　②永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。

　　如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

　　•硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

　　① 屏蔽：对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

　　② 滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

　　③ 电源调整与保护：对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

　　④ 隔离：在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

　　⑤ 采用模块式结构：这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。

　　软件措施：有极强的自检及保护功能。

　　①故障检测：软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。

　　②信息保护与恢复：当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

　　③设置警戒时钟WDT（看门狗）：如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

　　④加强对程序的检查和校验：一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

　　⑤对程序及动态数据进行电池后备：停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

　　PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制成系统亦可达4～5万小时甚至更长时间。

　　2 。通用性强，控制程序可变，使用方便

　　PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。[page]

　　3.功能强，适应面广

　　现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

　　4.编程简单，容易掌握

　　目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量

　　由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

　　6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便

　　PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

　　第二、台达PLC概述

　　台达PLC，是台达Programmable Logic Controller的缩写，又名台达可编程、台达可编程控制器、台达可编程序控制等，是台达为工业自动化领域专门设计的、实现数字运算操作的电子装置。

　　台达ES系列PLC具有如下特点：

　　1、最大I/O点数：256点

　　2、程序容量：4K Steps

　　3、通讯端口：内置RS-232与RS-485，兼容MODBUS ASCII / RTU通讯协议。

　　4、内置四点高速计数器：

　　第三、台达PLC在扶梯中的使用

　　台达ES系列PLC的性能稳定，本身含有的功能完全满足在扶梯控制系统中的应用。

        1、高速计数器的应用

　　台达PLC DVP-60ES有4个单独的32位高速计数器，这为扶梯的高速计数控制做好了准备。扶梯的高速计数主要有2个方面，一个是主机测速，另一个是扶手带测速。主机测速有专门的测速器，扶手带测速则可以通过2个高速计数器测量扶手带的速度，用2个高速计数器扑捉扶梯梯路运行的速度。这2对高速计数器形成了2路扶手带的测量，彼此独立，互不干涉，资源充足。见如下控制流程图：

2、 顺序控制的应用

　　扶梯的控制主要包含5个方面：开机前安全检查、正常运行、运行中安全检查、停机、停机的安全检测。见如下控制流程图：[page]

　　此PLC有着非常丰富的控制资源，744点一般辅助继电器，256点停电保持继电器、64点100ms定时器、63点10ms定时器、112点一般计数器等。这些资源组合起来足够细致的对扶梯控制内部的每个继电器进行安全检查，包括PLC自身的继电器的安全检测。

　　在扶梯的控制中，开机前的安全检测最重要，台达PLC能够很好的完成这一任务。主要有：

　　1）开机前的安全回路检测。外围安全回路的检测完好是扶梯运行的基础。外围安全回路断开，则停止一切与主机运行的输出。

　　2）给定一定的时间对PLC自身检测，在这段时间中，PLC给每个输出点0.5s时间检测各个外围继电器是否动作完好、是否粘连、每个输出继电器是否工作完好。将PLC各个输出点分组击活，检测后进入下一组。最终到达设定的时间。

　　3）检测完毕，进入扶梯运转阶段。

3、通信的应用

　　随着扶梯应用的范围越来越广泛，自动化水平的提高，客户对扶梯的监控系统有着越来越高的要求。这些高档的监控系统可以帮助维护人员非常快的判断出扶梯的具体故障、看到以往的故障，帮助维护人员分析原因使扶梯能够更好的为大家服务。台达PLC的ES在这方面有很丰富的资源。它本身带有1个RS232串口、1个RS485接口。

　　RS232串口用于下载并监视程序，如果简单的、扶梯数量较少，可以直接使用此端口与上位机连接，监控扶梯的运行状态。不过这种使用机会非常少，因为RS232接口传输距离相对较近，而且是1对1的接口，而扶梯的数量一般都是几个甚至几十个。所以使用成本较高。

　　RS485接口。台达PLC的ES系列非常方便的是每个PLC都有RS485接口。RS485可以方便的多机通信，而且传输距离较远，理论能够达到1.2km。ES系列PLC通过RS指令，能够方便的实现自由协议的通信，而且可以使用MODWR、MODRD等指令实现MODBUS通信。

　　在扶梯中，此RS485接口的主要作用是将PLC的运行状态及检测报警等实时的传输给故障诊断板，使客户或者维修人员能够了解扶梯的运行状态，在最短的时间内找到停梯原因，及时检修并排除故障，能够更快的恢复扶梯的运行。

4、安全设计

　　PLC使用于扶梯系统要求安全是第一位的。这点不仅在外围安全电路的设计上，对PLC自身内部的软件安全同样有严格的要求。在软件设计中，对各个功能块分别检测，例如制动检测、闸瓦厚度的检测、梯级缺少等等。这些功能块的输出继电器组成了软件安全回路，控制外围安全回路的通断。各个功能块之间也不断的交替比较检测，降低了由于单一控制带来的风险。安全回路输出继电器检测一旦检测发生故障，不仅软件上使扶梯停下来，切断主机的电源，而且从外围安全回路切断主机的电源。软硬件结合的双重控制，增强了安全等级，提高了控制的可靠性。