浅谈电梯模型控制系统

摘要：电梯是现代高层建筑的垂直交通工具,与人们的生活紧密相关,随着科技的高速发展,人们对电梯的要求也越来越高。电梯的控制系统已经由初期的继电器控制向微机控制发展,可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大等优点成为电梯微机控制系统的核心；而电梯的拖动系统由直流电动机拖动向交流调压调速控制发展,使电梯运行的可靠性、安全性、舒适性等方面得到了提高。本文章讲述了四层透明电梯教学模型的机械结构原理,设计并分析了电梯的PLC控制系统,通过分析软件设计思想,完成了电梯教学模型的完全仿真控制,并且对电梯控制的监控软件做了详细的设计分析,实现了对电梯模型的动态监控。目前,这种教学电梯模型已经应用在教学系统中,对于学生学习可编程控制技术、组态软件等课程提供了实训设备,直观、真实、形象的演示了控制过程,具有重要的实际应用价值。
1、电梯模型总体设计要求：
　　本文以一个四层电梯模型PLC控制系统为例，分为有司机、无司机、消防三种工作模式实施控制。主要具备以下功能：
　　1.1 自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)。
　　1.2 自动响应轿厢服务指令信号。
　　1.3 自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)。
　　1.4 自动显示电梯的运行方向。
　　1.5 具有电梯直达功能和反向最远停站功能。
2、电梯模型硬件设计：
　　2.1 电力驱动系统
　　电力驱动系统主要包括：电梯轿厢，牵引电动机，制动机构和相关的开关电路。
　　2.2 信号系统
　　电梯的控制信号大多是由PLC实现的。输入信号有：运行模式信号，操作控制信号，轿厢指令信号，厅门呼梯信号等。电梯系统的所有控制功能都是由PLC程序完成的。图1中显示了电梯的PLC控制系统框图。
3、电梯模型软件设计：
　　3.1 I/O端口分配
　　由于呼叫时间、呼叫地点、乘客目的地的随机性质，电梯控制系统是一个典型的实时、随机逻辑控制系统。本文采用集选控制方法与西门子PLCs7-200及其扩展模块。I/O端口分配具体为：一层上召唤(I0.0)、二层下召唤(I0.1)、二层上召唤(I0.2)、三层下召唤(I0.3)、三层上召唤(I0.4)、四层下召唤(I0.5)、一层行程开关(I0.6)、二层行程开关(I0.7)、三层行程开关(I1.0)、四层行程开关(I1.1)、上行继电器(Q0.0)、下行继电器(Q0.1)、一层显示(Q0.2)、二层显示(Q0.3)、一层指令(I1.2)、二层指令(I1.3)、三层指令(I1.4)、四层指令(I1.5)、向上行驶(I1.6)、向下行驶(I1.7)、有司机模式(I2.0)、无司机模式(I2.1)、直驶专用开关(I2.2)、置消防开关(I2.3)、三层显示(Q0.4)、四层显示(Q0.5)、开门显示(Q0.6)、关门显示(Q0.7)。
　　关于软件的设计，我们采用模块化的方法来写梯形图程序。模块之间的信息传输则依靠PLC的中间寄存器来实现。
　　整个程序主要由电梯位置显示模块，厅外层楼选择模块，轿厢层楼选择模块组成。
　　3.2 呼叫信号的传送
　　本次设计的呼叫信号的传送与寄存采用字传送指令来实现。当EN有输入信号时，IN端口的数字就会传送到OUT端口并寄存与VW0中。在层楼显示、厅外呼叫和轿厢内呼叫该指令相同。
　　3.3 比较指令
　　本文设计中的比较指令分别表示为整数大于、整数小于和整数等于指令。整数大于指令：当VW4大于VW0时接通;整数小于指令：VW4小于VW0时接通;正整数指令：当VW4等于VW0时接通。
　　VW0寄存的是来自厅外呼叫和轿厢内呼叫的信号，VW4寄存的层楼显示信号。通过运用VW0和VW4的比较来决定轿厢的上行或下行。
A.、电梯模型限速器与安全钳保护系统
当发生意外事故时，轿厢超速或高速下滑（如钢丝绳折断，轿顶滑轮脱离，曳引机蜗轮啮合失灵，电机下降转速过高等原因）。这时，限速器就会紧急制动，通过安全钢索及连杆机构，带动安全钳动作，使轿厢卡在导轨上而不会下落。
B.、轿厢、对重用弹簧缓冲装置
缓冲器是电梯极限位置的安全装置，当电梯因故障，造成轿厢或对重蹾底或冲顶时（极限开关保护失效），轿厢或对重撞击弹簧缓冲器，由缓冲器吸收电梯的能量，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。
C.、终端极限开关安全保护系统
在电梯井道的顶层及底层装有终端极限开关。当电梯因故障失控，轿厢发生冲顶或蹲底时，终端极限开关切断控制电路，使轿厢停止运行。
D.、门安全触板保护装置
在轿厢门的边沿上，装有活动的安全触板。当门在关闭过程中，安全触板与乘客或障碍物相接触时，通过与安全触板相连的联杆，触及装在轿厢门上的微动开关动作，使门重新打开，避免事故发生。
E.、门机力矩安全保护装置
门机用一定的力矩同时关闭轿厢门和厅门。当有物品或人夹在门中时，就增加了关门力矩，于是通过相连的行程开关使轿厢门和厅门自动重新打开，从而避免事故发生。
F、厅门自动闭合装置
电梯层门的开与关，是通过安装在轿门上的开门刀片来实现的。每个层门都装有一把门锁。层门关闭后，门锁的机械锁钩啮合，同时层门与轿门电气连锁触头闭合，电梯控制回路接通，此时电梯才能启动运行。
4、电梯模型（4层）基本实训项目：
1、传感器检测
2、变频器的基本使用
3、定时器指令
4、数学运算指令
5、高速计数器
6、轿厢自动开关门控制
7、电梯运行呼叫指示驱动
8、楼层显示
9、厅门安全控制
10、电梯终端开关保护
11、电梯升降减速控制
12、采用光电编码器的定位
5、电梯模型操作与总结：
　　4.1 系统工作无司机工作模式：按下无司机工作模式按键，电梯工作于无司机工作模式，此时电梯自动记忆轿厢内或厅外的各种呼叫。电梯上行与下行形成互锁，即电梯上行或下行时对相反方向的呼叫不作出回应，只是对呼叫的信号进行记忆，当轿厢到达指定位置时自动开门，开门指示灯亮延时3s后关门，关门指示灯亮。电梯才执行相反方向的呼叫信号。
　　4.2 系统工作于有司机工作模式：按下有司机工作模式按键，电梯工作于有司机工作模式，此时电梯自动对厅外和轿厢内指令的呼叫进行记忆。轿厢到达指定的位置时自动开门，开门指示灯亮。待司机按下上行或下行按键时，关门指示灯亮，电梯关门并执行其他记忆的信号。
　　4.3 系统工作于消防工作模式：按下消防工作模式按键，电梯工作于消防工作模式。此时电梯只能执行直驶功能，厅外的呼叫信号无效，轿厢到达指定位置时自动开门。
　　本文完成了对四层电梯模型控制系统的设计，该系统使用西门子s7-200plc系列设计完成，具有三种工作模式：有司机、无司机、消防工作模式，可根据不同模式执行不同的运行状态，电梯的运行方向及电梯所在层楼位置显示采用发光二极管进行显示。结果表明，经过PLC技术改进的该电梯模型的电气控制系统运行可靠，维护方便。
6、结束语：
　　电梯控制系统对于每一个电梯的平稳安全是至关重要的，传统的电梯电气控制系统是一种继电器控制系统，具有电路复杂，故障高和可靠性差等特点，大大影响了电梯的运行质量。而PLC控制可靠性高，设计方便灵活，运行稳定，本文介绍了四层电梯plc控制系统的基本结构，控制原理和实现方法，结果表明，经过PLC技术改进的居民楼中继电器控制电梯的电器控制系统运行可靠，维护方便。

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