PLC的五层电梯控制应用实例

    电梯的种类繁多，按电机拖动系统来分有交流单速、双速拖动电梯，直流发电机一电动机拖动电梯，交流调压和交流变频调压电梯等；按控制方式可分为信号控制电梯、集选控制电梯等。而交流双速电梯是一种常用的电梯，它具有简单、经济、速度可变且舒适感较好等特点。本文中艾特贸易小编将以交流双速集选电梯为例，介绍PLC在五层电梯上的应用。

    1．交流双速电梯的工作原理

   (1)电梯的基本原理  下面艾特贸易小编介绍电梯的基本原理及控制要求。

   1)电梯基本原理。电梯是机械、电气紧密结合的大型机电产品。主要由机房、井道、轿厢、门系统和电气控制系统组成。

    井道中安装有导轨，轿厢和对重有曳引钢丝绳连接，曳引钢丝绳在曳引轮上，曳引轮由曳引电动机拖动。轿厢和对重都装有各自的导靴，导靴卡在导轨上。曳引轮运转带动轿厢和对重沿各自导轨做上下相对运动，轿厢上升，对重下降。这样可通过控制曳引电动机来控制轿厢的起动、加速、运行、减速和平层停车，实现对电梯运行的控制。图11-29为1：1传动方式电梯的原理示意图。

    图11-29    电梯传动方式原理示意图

   2)电梯的控制方式有：轿内手柄开关控制、轿内按钮开关控制、轿外按钮开关控制、信号控制、集选控制和群控等几种。

    集选控制方式是将厅外召唤箱发出的外召唤信号与轿内操纵箱发出的内指令信号进行记忆，并和其他专用信号（如层楼、减速、平层和安全等信号）加以综合分析后，由电梯司机或乘用人员控制电梯运行的控制方式。

    主要控制要求如下：

    ①有司机或无司机控制。

    ②自动开关门。

    ③到达预定停靠层站，提前减速，平层停车时自动开门。

    ④到达上、下端站，提前强迫减速。

    ⑤厅外有召唤装置，轿内有指令装置，能自动记忆召唤和指令，响应之后，能自动将召唤和指令消除（召唤和指令的记忆和消除）。

    ⑥能自动选择运行方向，在司机操纵下，能强迫决定运行方向（选向）。

    ⑦能根据指令和召唤的位置，自动选择停靠层站，并自动平层停车（选层、平层）。

    ⑧厅外和轿内有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号（层楼检测与指层）。

   (2)交流双速电梯的工作原理  为了限制电梯的起动电流，改善乘坐的舒适感和防止对轿厢的冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻与电抗的组合体，实现降压起动。随着速度的上升，逐渐将电阻或电抗器短接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。在起动过程中，往往采用一次或二次短接切除电阻或电抗。

    减速时电机由高速绕组转到低速绕组。为了限制其制动电流和降低速度，通常按二级或三级串入电抗。

    交流双速电梯的电机拖动电路如图11-30所示，该电路采用电抗起动，二级电阻电抗减速。

    图11-30    交流双速电梯的电机的主电路

   Q-电源开关MD-交流双速电动机LS-起动电抗器

    KF-快速接触器  KS-慢速接触器  KM1-上行接触器

   KM2-下行接触器  K1-加速接触器  K2-第一减速接触器

   K3-第二减速接触器LD、R-减速电抗器及电阻

    工作原理：起动时串入电抗LS，经一段时间后K1接触器接通，电动机转入固有特性运转。减速时KF断开，KS接通，慢速绕组电抗LD和电阻R运行。延时一定时间后，K2接通，短接R，电动机处于串入电抗LD运行，在延时一段时间后，K3接通，电动机在慢速固有特性上运行。直到KM1或KM2断开，电机停止运行。

    2．电梯电气控制系统

    电梯的控制电路主要由轿内指令电路、门厅召唤电路、定向选层电路、起动运行电路、平层电路、指层电路、开关门控制电路和安全保护电路等8个部分组成。这些电路的相互关系如图11-31所示。

    以上这些电路可构成有司机/无司机控制、集选运行、消防运行和检修运行等共7种工作方式，艾特贸易小编只介绍主要部分的控制。

    图11-31    电气控制系统框图

    3．电梯PLC的I/O点数的分配和机型选择

   I/O点数随电梯层数的多少而不同。一般输入点较多，可按电梯各部分来分：

   1)轿厢内指令按钮，位于轿内的操纵箱上，每层各有一个。

   2)门厅呼唤按钮，位于电梯的门厅口，除顶层只有下呼和底层只有上呼外，其余每层都有上、下呼按钮。

   3)楼层感应器，位于电梯井道每一层的相应位置上，当轿厢到达每一层的相应位置时，楼层感应器干簧管触点因隔磁板插入而断开，该触点信号用于选向、选层、轿内指令、门厅召唤的消号和指层电路等。

   4)平层感应器，位于轿厢的顶部，用于准确平层，由上平层感应器、门区感应器和下平层感应器组成，共占3个输入点。

   5)开关门有厅门、轿门电气触点开关（目的是保证电梯厅、轿门都关好后，开关接通电梯才能运行）、关门极限开关、开门极限开关和手动开关门按钮等5个，共占5个输入点。

   6)其他还有超载、上下极限、有司机/无司机方式选择等输入信号。

    输出点有：上升接触器KM1、下行接触器KM2、快速接触器KF、慢速接触器KS、加速接触器K1、第一减速接触器K2、第二减速接触器K3、开关门接触器和楼层指示灯。

    根据上面输入点和输出点的分配，这5层电梯大约需要接近60点(401/200)的PLC进行控制，可选用CPU224(141/100)+EM223 16DI/16 DO继电器型+EM221  8DI扩展模板或CPU226(241/160)+EM223  8DI/DO继电器型+EM2218DI扩展模板来完成控制。本书选用CPU226加扩展模板完成控制。

    由PLC控制的电梯几个主要部分的有关元素说明如下：

    输入继电器：

   I0.0～I0.4-1～5层上行楼层感应干簧管触点。

   I0.5～I1.1-1～5层下行楼层感应干簧管触点。

   I1.2～I1.6-轿内指令按钮(1～5)。

   I2.0～I2.3-1～4层上召唤按钮。

   I2.4~I2.7-2~5层下召唤按钮。

   I3. 0-有/无司机操作方式转换开关（无司机方式I3.0接通，有司机方式I3.0断开）。

   I3. 1-下平层感应器触点。

   I3. 2-上平层感应器触点。

   I3. 3-门区感应器触点。

   I3. 4-司机上行选择按钮。

   I3. 5-司机下行选择按钮。

   I3. 6-上行强迫换速开关（上极限）。

   I3. 7-下行强迫换速开关（下极限）。

    内部辅助继电器：

   M0.1~M0.5-1~5层楼层感应继电器。

   M1.1~M1.5-1～5层指层中间继电器。

   M2.1~M2.5-轿内指令中间继电器(1~5)。

   M3.2~M3.5-2~5层向下召唤中间继电器。

   M4.1~M4. 4-1～4层向上召唤中间继电器。

   M5.0-上行中间继电器。

   M6.0-下行中间继电器。

   M7.0-司机选向上行中间继电器。

   M7.1-司机选向下行中间继电器。

    输出继电器：

   Q0.0-KM1上行接触器。

   Q0.1-KM2下行接触器。

   Q0. 2-KF快速接触器。

   Q0. 3-KS慢速接触器。

   Q0. 4-上行指示。

   Q0. 5-下行指示。

    4．电梯各主要部分的PLC梯形图设计

   (1)楼层感应控制的梯形图设计  楼层感应由感应器干簧管的接通和断开感应楼层信号，用于指层、选向和门厅召唤的消号等。用S7-200设计的梯形图程序如图11-32所示，其中I0.0~I0.4为上行楼层感应干簧管触点；I0.5~I1.1为下行楼层感应干簧管触点。M1.1~M1.5为1～5层指层信号，M5.0、M6.0分别为上行和下行中间继电器。

    图11-32    楼层感应控制的梯形图

    层楼感应工作原理：当电梯在1楼时，M0.1接通M1.1接通，并保持；电梯到达2楼时M0.2接通M1.2接通，并保持，同时切断M1.1。由此可见，电梯到达某一层时，相应的楼层指层中间继电器接通，并同时切断原先的指层信号。

   (2)轿内指令及门厅召唤控制的梯形图设计  根据集选控制要求所设计的轿内指令控制的梯形图程序如图11-33所示。其中I1.2~I1.6分别为1~5层的轿内指令按钮，M0.1~M0.5为前述的1～5层的楼层感应信号，M5.0、M6.0分别为上行和下行中间继电器。轿内指令的工作原理是：进入轿厢内，当按下某层按钮，电梯无论处于上行或下行状态，都将记忆并保持该信号，直到达到该层才复位。

    图11-33    轿内指令控制梯形图

    在集选控制电梯中，电梯的执行方式是顺向载应，逆向记忆。即对于门厅召唤指令采取的是顺向载应，逆向记忆，也就是上行时应保留下行的信号，下行时应保留上行的信号。门厅召唤的部分梯形图程序如图11-34所示。

    图11-34    门厅召唤控制部分梯形图

    门厅召唤的工作原理为：当电梯位于1楼，如果2楼有门厅上、下呼信号，3楼有门厅上呼信号，即M3.2、M4.2、M3.3接通，当电梯同时出现上呼和下呼信号时，上呼信号优先，所以电梯上行，即M5.0接通，到达2层时，因为M5.0接通的原因，使得M3.2复位，M4.2记忆，在2层载应后继续上行到3层，在此过程中如再无上行信号，电梯将返回2楼响应门厅下呼召唤。

   (3)电梯选向控制的梯形图设计  改变电梯的运行方向，实际上就是改变电机的旋转方向。无论是直流电梯还是交流电梯都是通过上行接触器和下行接触器来改变电梯的运行方向。用S7-200设计的选向梯形图设计如图11-35所示。其中，M5.0、M6.0分别为上行和下行中间继电器。M7.0、M7.0分别为司机控制上行和下行中间继电器，I3.4、I3.5分别为司机上、下选按钮，I3.6、I3.7分别为上、下极限开关。

    选向控制原理为：当电梯位于3楼，则M1.3接通，如果按下5楼指令按钮即M2.5接通，这时由于M1.3接通（位于3楼）而切断下行中间继电器M6.0，电梯的上行中间继电器M5.0由M1.3的常开和M1.5常闭点而接通，选择上行方向。反之，如果2楼指令按钮按下即M2.2接通，向下方向继电器M6.0接通，选择下行。

    当电梯上、下方向均有指令时，例如，电梯已处于上行状态（M5.0接通），当位于3楼时（M1.3接通），若2楼(M2.2)、4楼(M2.4)、5楼(M2.5)的轿内按钮都有人按下。由于M5.0的接通而切断下行中间继电器M6.0，电梯选择上行（M5.0的第一、二并联支路均接通），响应完4楼信号后，由于M5.0的第一并联支路仍然接通，使电梯继续上行。最后才能选择下行方向去响应2楼的指令信号（接通M6.0，到2层复位）。

    在有司机操作的情况下(I3.0=0)，司机可以强行使用上、下行按钮(I3.4、I3. 5)去切断原有的运行状态。

    图11-35    选向控制梯形图

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