PLC在电梯教学模型控制中的应用

1 引言
在电梯控制系统中，采用PLC构成的系统具有故障率低，可靠性高，维修方便等优点。在本实验室中就是采用OMRON的PLC作为电梯教学模型的控制装置。
电梯模型控制系统可分为逻辑控制部分和调速部分。逻辑部分选用高可靠性的PLC，利用软件逻辑控制，具有硬件简单、工作可靠等特点。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，该教学模型调速部分是通过高性能的变频器控制电梯升降电机来实现的，变频器的频率输出和正反转则由PLC的输出来控制。

2 系统结构
整个硬件系统由一个8层电梯教学模型、一个与之相配套的专用实验操作箱、变频器、以及用作控制装置的PLC组成。系统的硬件构成如图1所示。
我们所用的电梯模型为8层，它由轿箱、开关门机构、升降电机、以及模型本身的控制系统组成。为了突出电梯运行控制这一重点，该电梯模型实验装置的楼层显示，电梯轿箱内楼层指示灯，均已由电梯模型实验箱完成,而各楼层电梯操作面板上的按钮指示灯则需由用户控制，这就是为了适合1台控制器同时控制多台电梯模型运行的情况。升降电机以给定的速度和转向运转。

图1 系统的硬件组成

此模型共需有34点指令信号和20点以上的控制输出信号，他们分别是:
(1) 每层楼上、下请求按钮指令信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。
(2) 每层楼的楼层限位开关指令信号，共8点
(3) 轿箱内8层楼楼层按钮指令信号，共8点。
(4) 开、关门按钮指令信号，共2点。
(5) 上下请求指示灯信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。
(6) 开、关门控制信号，共2点。
(7) 变频器正、反转信号，变频器频率选择信号，共4点。
其中(1)～(4)为输入信号，(5)～(7)是输出信号。
PLC根据现场信号的状态决定开门、关门，并决定发给调速系统(变频器)的速度选择信号。在进行PLC控制系统硬件设计时，首先是确定现场输入、输出信号的类型、作用和数量，再选择PLC的型号，在这里我们选择了日本OMRON公司C200Hα的PLC来对电梯教学模型进行控制。

3 电梯定向逻辑
电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的解决该问题。
3.1 状态转换方式
电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的新呼叫信号。

图2 电梯的状态转换

从上面的分析可以看出，由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:
(1) 电梯处于上升状态
在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。
(2) 电梯处于下降状态
在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。
(3) 电梯处于停止状态
在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状态。
3.2 电梯定向逻辑
电梯定向逻辑在程序处理上使用OMRON的C系列的PLC所具有的逻辑运算功能可以大大简化程序的开发过程，并使程序的运行更加有效。将DM0000作为电梯上行的记忆信号。将它低8位中的一位用作表示该层有没有上行请求信号产生且被接纳。第一位代表电梯1楼上行请求信号，第二位代表电梯2楼的上行请求信号，依此类推。程序开始时首先将DM0000的低8位全部置为“0”，然后判断在每一层是否又有上行请求信号，如果有，就将该层对应的位置为“1”，否则就置该层对应的位为“0”。同理可以将电梯的下行信号记忆到DM0001的低8位中，将电梯当前的位置保存在DM0002的低8位中，将电梯的轿箱内的请求信号保存在DM0003的低8位中。
电梯处于上升状态时方向判断相对简单，只需将保存当前电梯位置DM0002与DM0000(记忆上行请求)、M0001(记忆下行请求)、DM0003(记忆轿箱内楼层请求)作比较就可以简单的判断在当前楼层之上有无上行请求、下行请求或者轿箱内楼层请求是否在当前层之上，从而决定电梯是否继续上升。
当电梯处于下降状态和停止状态时的方向判断则比较复杂一些，以下只以电梯处于下降状态时为例来进行说明。为了判断电梯在当前楼层以下是否有请求，在程序中用到了另外一个DM单元(DM0004)来保存电梯的当前位置，但该单元的存储方式则与DM0002完全不同。
电梯当前所处的楼层和DM0004的低8位数据的对应关系如附表。DM0004与DM0000作“与”操作，则可以屏蔽当前楼层以上的所有上行请求，而保留当前楼层以下的所有上行请求。 若“与”后的结果不为零，则表示在当前楼层的下面仍然有上行请求存在，若“与”后的结果为零，则表示当前楼层以下已经没有上行请求存在了，程序如图3所示。用相同的方法可以判断在当前楼层的下面是否存在下行请求和轿箱内的楼层请求信号。综合以上3个判断结果就可以判断电梯是否继续处于下降状态。若电梯继续下降的条件不成立，则电梯经过一段定时后进入停止状态。
附表 电梯当前所处楼层与DM0004低8位的对应关系电梯处于停止状态时的方向判断的程序编制方法与电梯处于下降时有很大的相视之处，限于文章的篇幅就不在详细叙述。

4 电梯调速
在电梯控制系统中，电梯速度的控制是一个重要而难以解决的问题。电梯的速度控制对乘坐者的舒适感影响很大，又影响电梯的精确定位。在该电梯教学模型的控制系统中选用日本Panasonic交流马达变频调速器V700T750B1来控制电梯的速度。当PLC完成定向后，向变频器发出方向使能的速度信号，变频器依据设定的速度及加速度值启动电机，达到最大速度后匀速运行。当电梯响应呼叫，到达目的层的减速点时，PLC切断高速度信号输出，此时变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度。在减速运行过程中，变频器的调速器能够自动计算出减速点到限位点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行。

图3 判断当前楼层下有无上行请求的程序、

使用PLC、变频器来控制电梯还有一种比较好的速度控制方法可以使用，就是利用PLC的D/A模块来实现。事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，在电梯的运行过程中PLC通过查表找出对应的速度值写入D/A模块，再由D/A模块转换成模拟量后控制变频器的频率输出。

4 结束语
经过一段时间的实验证明，本系统能成功的对电梯完成自动控制，能准确地、及时地到达指定楼层，能按规定的频率曲线完成对电梯的速度控制。采用PLC控制电梯有明显的优越性，是一个改善电梯性能的有效方法。