X5系列PLC在电梯控制系统中的应用
日期：2009-9-21 22:12:44 点击：
来源：中国自动化网
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一、前言
电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。X5系列 PLC 以其可靠性高、运算速度快、产品成本低和电梯专用客制化服务等优点，已在多家电梯厂家中的电梯生产及改造中获得了应用。本文以一台 4 层 4 站的别墅电梯控制系统为例，阐述了 X5 系列 PLC 在电梯控制系统的设计思想和实现方案。
二、电梯控制系统构成
电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图1所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。
变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成，变频器采用日本安川公司矢量控制电梯专用变频器616G5，其具有良好的低速运行特性，适合在电梯控制系统中应用。三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、检修速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；（4）故障信号，变频器出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。
输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。输入单元为：（1）厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为2N-2个（N为层站数），下集选方式的呼梯信号为N个；（2）轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数N；（3）开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；（5）上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；（6）门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；（7）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；（8）检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；（9）称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。输出单元为：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。
图一电梯控制系统原理图
PLC单元为电梯控制系统的核心部分，由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。通过PLC 的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。
三、PLC的I/O接口配置
PLC选用亿维自动化技术有限公司的X5系列，PLC的输入输出点数可根据需要配置，并可根据用户的要求增加并联功能。以编制一台4层4站的电梯为例，先根据控制要求计算所需要的I/O接口点数，其中输入点数为32，输出点数为24。选用X5系列PLC的一个CPU单元X5-1414RD和一个扩展单元E5-0016D来完成电梯控制系统的逻辑控制。
1、输入接口：
2、输出接口 ：
四、工作过程
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：
（1）电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。
（2）电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层。
（3）当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。
（4）平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。
五、控制系统软件设计
1．软件流程
图二PLC控制电梯工作流程图
2．模块化编程
电梯控制系统是集选式控制方式，适合采用模块化编程方法，下面介绍几个模块的梯形图程序：
（1）电梯自检模块：安全回路中各开关接触良好，安全回路信号（10001）输入，安全继电器（01169）闭合。当电梯开关门完成（01037），关门到位（01155）输出为ON，且处于非强制状态时，如果变频器无故障输入（10013），则电梯允许（01038）正常运行。
（2）电梯开关门模块： 安全继电器（01069）线圈接通时，有开门信号（10011）或有安全触板动作脉冲输入，在进入平层区1秒（02015）后，驱动门机开门，开门继电器接通；在开门到位信号（10012）或开门到位5秒后，关门继电器输出。
（3）平层检测和强迫减速模块：当电梯检测到上、下平层感应器（10009和10010）的输入信号时，表明电梯已经进入平层区。当电梯上行轿厢碰到上强迫换速开关（10006）时，上强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯的实际运行楼层（40400）是否运行到最顶层（＃00008）；当电梯下行轿厢碰到下强迫换速开关（10007）时，下强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯是否运行到最底层（＃00001）。
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电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。X5系列 PLC 以其可靠性高、运算速度快、产品成本低和电梯专用客制化服务等优点，已在多家电梯厂家中的电梯生产及改造中获得了应用。本文以一台 4 层 4 站的别墅电梯控制系统为例，阐述了 X5 系列 PLC 在电梯控制系统的设计思想和实现方案。
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二、电梯控制系统构成
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电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图1所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。
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变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成，变频器采用日本安川公司矢量控制电梯专用变频器616G5，其具有良好的低速运行特性，适合在电梯控制系统中应用。三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、检修速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；（4）故障信号，变频器出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。
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输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。输入单元为：（1）厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为2N-2个（N为层站数），下集选方式的呼梯信号为N个；（2）轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数N；（3）开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；（5）上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；（6）门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；（7）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；（8）检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；（9）称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。输出单元为：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。
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图一电梯控制系统原理图
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PLC单元为电梯控制系统的核心部分，由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。通过PLC 的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。
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三、PLC的I/O接口配置
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PLC选用亿维自动化技术有限公司的X5系列，PLC的输入输出点数可根据需要配置，并可根据用户的要求增加并联功能。以编制一台4层4站的电梯为例，先根据控制要求计算所需要的I/O接口点数，其中输入点数为32，输出点数为24。选用X5系列PLC的一个CPU单元X5-1414RD和一个扩展单元E5-0016D来完成电梯控制系统的逻辑控制。
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1、输入接口：
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2、输出接口 ：
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四、工作过程
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（1）电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。
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（2）电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层。
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（3）当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。
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（4）平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。
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五、控制系统软件设计
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1．软件流程
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2．模块化编程
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电梯控制系统是集选式控制方式，适合采用模块化编程方法，下面介绍几个模块的梯形图程序：
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（1）电梯自检模块：安全回路中各开关接触良好，安全回路信号（10001）输入，安全继电器（01169）闭合。当电梯开关门完成（01037），关门到位（01155）输出为ON，且处于非强制状态时，如果变频器无故障输入（10013），则电梯允许（01038）正常运行。
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（2）电梯开关门模块： 安全继电器（01069）线圈接通时，有开门信号（10011）或有安全触板动作脉冲输入，在进入平层区1秒（02015）后，驱动门机开门，开门继电器接通；在开门到位信号（10012）或开门到位5秒后，关门继电器输出。
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（3）平层检测和强迫减速模块：当电梯检测到上、下平层感应器（10009和10010）的输入信号时，表明电梯已经进入平层区。当电梯上行轿厢碰到上强迫换速开关（10006）时，上强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯的实际运行楼层（40400）是否运行到最顶层（＃00008）；当电梯下行轿厢碰到下强迫换速开关（10007）时，下强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯是否运行到最底层（＃00001）。
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