電梯電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)

電梯電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)

0電梯電氣控制系統(tǒng)隨著中國現(xiàn)代社會(huì)文明的不斷發(fā)展，我國人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高。各地高樓大廈像雨后春筍般地矗立起來,電梯己經(jīng)成為各高層建筑不可或缺的垂直交通工具,或承擔(dān)著貨物的運(yùn)輸、或擔(dān)負(fù)著人員的交通,己經(jīng)成為我們工作和生活中的必需設(shè)備。由于大部分老式電梯的電氣控制系統(tǒng)可靠性欠佳,用戶尋求對(duì)電梯的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,以便節(jié)約資金。因此,對(duì)電梯的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,提出一條適合國產(chǎn)老式傳統(tǒng)電梯的改造技術(shù),并進(jìn)而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量,將具有十分重要的意義。針對(duì)老式傳統(tǒng)電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷,論文提出采用功能強(qiáng)、故障率低、可靠性高的可編程控制器(PLC)來控制電梯系統(tǒng)。并利用GX-DeveloperV7.0軟件對(duì)六層電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了模擬運(yùn)行調(diào)試,并利用簡(jiǎn)單指令、復(fù)雜指令對(duì)電梯的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行,給出電梯的仿真結(jié)果顯示窗口。1主要控制系統(tǒng)隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,電梯的控制技術(shù)經(jīng)歷了由繼電器控制系統(tǒng)向PLC控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過程。PLC電梯控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣,主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩大部分組成。如圖1所示為電梯PLC控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖,主要硬件包括PLC主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操作盤、廳外呼梯盤、樓層指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動(dòng)系統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī),操作盤、呼梯盤、井道及安全保護(hù)等信號(hào)通過PLC輸入接口送入PLC中去,然后通過軟件程序控制向拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出信號(hào),以滿足電梯實(shí)現(xiàn)起動(dòng)加速、制動(dòng)減速和上下方向運(yùn)行等功能。系統(tǒng)采用轎廂外召喚,轎廂內(nèi)按鈕控制方式的自動(dòng)控制形式,電梯由安裝在轎廂內(nèi)的指令按鈕進(jìn)行操作,其操作內(nèi)容為響應(yīng),轎廂內(nèi)指令依層次指令運(yùn)行起動(dòng)電梯,使電梯到達(dá)目標(biāo)層。電梯上行、下行由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng),電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),電梯上升;電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),電梯下降;并可以實(shí)現(xiàn)電梯的啟動(dòng)加速、穩(wěn)定運(yùn)行、制動(dòng)減速等調(diào)速環(huán)節(jié)。電梯轎廂門由另一臺(tái)它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),該電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),轎廂門開,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),轎廂門關(guān),每層電梯都設(shè)有呼叫按鈕,轎廂內(nèi)開門按鈕,轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕。電梯的廳門外每層都有樓層位置的數(shù)碼管顯示裝置及電梯運(yùn)行方向指示燈等裝置。2電梯管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2.1電梯結(jié)構(gòu)控制模塊在電梯控制系統(tǒng)中,有大量的邏輯信號(hào)需要處理,這部分工作是由PLC來完成的,系統(tǒng)中的軟件能根據(jù)電梯的運(yùn)行要求及保護(hù)要求由PLC來實(shí)現(xiàn)邏輯信號(hào)的控制。電梯控制系統(tǒng)軟件大致可分為:電梯開關(guān)門及保護(hù)和故障顯示模塊、樓層信號(hào)的產(chǎn)生消除和數(shù)碼管顯示模塊、外呼信號(hào)的產(chǎn)生消除和顯示模塊、轎廂內(nèi)選信號(hào)的產(chǎn)生及消除與顯示模塊、電梯的確定上下行方向模塊、電梯停層信號(hào)的產(chǎn)生和消除模塊、電梯停車制動(dòng)模塊、電梯自動(dòng)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)加速和穩(wěn)定運(yùn)行模塊等幾大模塊。樓層信號(hào)的產(chǎn)生與消除模塊主要是由PLC的比較指令和加減指令讀入樓層信息并將該記憶信號(hào)存入對(duì)應(yīng)的中間繼電器,直到樓層改變?yōu)橹共⒂闷叨螖?shù)碼管顯示樓層的位置。電梯的確定上下行方向模塊主要是完成電梯在響應(yīng)呼叫時(shí)做出的向上運(yùn)行還是向下運(yùn)行的判斷。電梯停層信號(hào)和制動(dòng)模塊是要求電梯在運(yùn)行到目標(biāo)樓層檢測(cè)點(diǎn)時(shí)即進(jìn)入減速制動(dòng)狀態(tài),而電梯在運(yùn)行過程中會(huì)遇到很多的樓層檢測(cè)點(diǎn),只有到目標(biāo)樓層的檢測(cè)點(diǎn)時(shí)才會(huì)發(fā)出減速信號(hào),電梯在經(jīng)過目標(biāo)樓層檢測(cè)點(diǎn)時(shí)接到這個(gè)信號(hào)就開始制動(dòng)減速了。電梯轎廂開關(guān)門電路模塊和按鈕記憶指示燈顯示電路模塊是為了控制轎廂的開關(guān)門和按鈕接通之后需要指示的發(fā)光二極管電路。將這些模塊逐一進(jìn)行梯形圖編程,并按順序連接在一起就構(gòu)成總程序。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的模塊化編程思想,可以畫出電梯控制系統(tǒng)的主流程圖如圖2所示。2.2節(jié)點(diǎn)控制器:點(diǎn),多節(jié)點(diǎn)均為模型試驗(yàn)的主控制器根據(jù)系統(tǒng)需要控制的開關(guān)量信號(hào),設(shè)備大約有36個(gè)輸入節(jié)點(diǎn),36個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)需進(jìn)行控制,所以選用常用的整體式三菱FX-ZN系列PLC作為主控制器。故設(shè)計(jì)中選擇PLC的型號(hào)為FX-ZN-80MR,其輸入輸出節(jié)點(diǎn)各為40個(gè)。2.3樓梯設(shè)計(jì)和樓梯連接2.3.1電梯顯示電路樓層的具體位置可由七段數(shù)碼管顯示,并且PLC的輸出端直接可與七段數(shù)碼管連接,無需外部硬件譯碼器,由PLC的軟件程序直接驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管用來顯示樓層位置。在七段顯示電路中,PLC的輸出端子Y34}-Y37信號(hào)就可以控制數(shù)碼管相對(duì)應(yīng)區(qū)段的亮或滅,以組成相應(yīng)的字形,來表示當(dāng)前電梯所處的樓層位置。其程序如圖3所示。2.3.2電梯關(guān)閉系統(tǒng)總程序梯形圖電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)主要由以下五部分組成,將五種情況的梯形圖程序進(jìn)行并聯(lián),就得到關(guān)門環(huán)節(jié)總的梯形圖,其總程序梯形圖如圖4所示。(1)電梯停用時(shí)的關(guān)門。(2)電梯在停站時(shí)的提前關(guān)門。(3)電梯的自動(dòng)關(guān)門。(4)電梯門被夾或電梯超重時(shí)禁止關(guān)門。(5)電梯在檢修狀態(tài)下的關(guān)門。2.3.3電梯的內(nèi)選樓背景電梯在運(yùn)行過程中司機(jī)或乘客可通過對(duì)轎廂內(nèi)一層至六層內(nèi)選層按鈕(X14~X21)的操作,選擇自己欲去的樓層。如果電梯內(nèi)選層按鈕被按下后,相對(duì)應(yīng)的內(nèi)選樓層按鈕下的指示燈會(huì)點(diǎn)亮(Y14~Y21)。當(dāng)電梯運(yùn)行至所選擇的樓層位置后,電梯的轎廂內(nèi)選樓層信號(hào)應(yīng)當(dāng)被消除,相對(duì)應(yīng)的指示燈也應(yīng)熄滅。下圖給出電梯的一層至四層的轎廂內(nèi)選信號(hào)的產(chǎn)生與消除環(huán)節(jié),其程序梯形圖如圖5所示。3模擬調(diào)試和模擬電梯運(yùn)行3.1plc梯形圖的仿真控制三菱全系列PLC仿真調(diào)試軟件GXsimulator6.0:首先,仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運(yùn)行,如果沒有編好的程序,是無法進(jìn)行仿真的。所以,在安裝仿真軟件GXSimulator6.0之前,必須先安裝編程軟件GXDeveloper7.0,并且版本要互相兼容。其次,安裝好編程軟件和仿真軟件后,在桌面或者開始菜單中并沒有出現(xiàn)仿真軟件的圖標(biāo)。因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖礼XDeveloper7.0中了,其實(shí)這個(gè)PLC仿真軟件相當(dāng)于編程軟件的一個(gè)插件。程序編程結(jié)束后需進(jìn)行程序的調(diào)試仿真。即可進(jìn)行梯形圖的調(diào)試仿真。如圖6所示為PLC梯形圖仿真控制窗口,可控制仿真程序的停止與運(yùn)行等。選中PLC梯形圖仿真控制窗口工具欄的菜單啟動(dòng)(s)中下拉菜單的繼電器內(nèi)存監(jiān)視,則出現(xiàn)了DEVICEMEMORYMONITOR浮動(dòng)窗口,在此窗口中的軟元件中點(diǎn)擊X和Y,就會(huì)出現(xiàn)仿真浮動(dòng)窗口,如圖7所示。圖7中的輸入信號(hào)X按電梯的運(yùn)行規(guī)律人為設(shè)置,在輸出信號(hào)Y中就會(huì)有相應(yīng)的輸出。下圖中X為深色陰影時(shí),表示輸入動(dòng)作,即對(duì)應(yīng)PLC中的輸入指示燈亮;Y為深色陰影時(shí),表示此時(shí)電梯有輸出信號(hào),即PLC中的輸出指示燈亮。并且還可以對(duì)照PLC控制的I/0分配表驗(yàn)證。3.2電梯正常運(yùn)行模擬單指令運(yùn)行調(diào)試這是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)試方法,檢查所設(shè)計(jì)的程序在完成其最簡(jiǎn)單的控制功能時(shí)是否會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。若各種調(diào)試無錯(cuò)誤,則再采用相對(duì)較復(fù)雜的方法進(jìn)行調(diào)試。下面以上行和下行兩種情況為例來進(jìn)行電梯運(yùn)行時(shí)的單指令仿真。(1)當(dāng)電梯安全運(yùn)行繼電器X42接通,并且鎖梯開關(guān)X43、自動(dòng)運(yùn)行繼電器X37都將動(dòng)作時(shí),電梯安全運(yùn)行指示燈Y41、風(fēng)扇Y42、照明燈Y43都亮。在此情況下,利用下置數(shù)開關(guān)X35動(dòng)作,使電梯樓層顯示一層,即Y34亮。三層內(nèi)選按鈕X16和五層上行按鈕X31相繼動(dòng)作,使電梯的輸出三層內(nèi)選記憶指示燈Y16及五層上呼指示燈Y31亮。并且經(jīng)過當(dāng)前電梯所在樓層位置與目標(biāo)層比較得到電梯上行指示燈Y4亮。由于電梯的門鎖繼電器X36沒閉合,所以電梯無法運(yùn)行。其仿真結(jié)果如圖8所示。(2)當(dāng)電梯安全運(yùn)行繼電器X42接通,并且鎖梯開關(guān)X43、自動(dòng)運(yùn)行繼電器X37都將動(dòng)作時(shí),電梯安全運(yùn)行指示燈Y41、風(fēng)扇Y42、照明燈Y43都亮。在此情況下,利用上置數(shù)開關(guān)X34動(dòng)作,使電梯樓層顯示六層,即Y35和Y36同時(shí)亮。進(jìn)而二層內(nèi)選按鈕X15和四層內(nèi)選按鈕X17動(dòng)作;緊接著三層下行按鈕X26、四層上行按鈕X27相繼動(dòng)作。使電梯的輸出二層、四層內(nèi)選記憶指示燈Y15,Y17亮;并且三層下呼、四層上呼指示燈Y26,Y27亮。經(jīng)過當(dāng)前電梯所在樓層位置與目標(biāo)層比較得到電梯下行指示燈Y5亮。由于電梯的門鎖繼電器X36沒閉合,所以電梯無法運(yùn)行。其仿真結(jié)果如圖9所示。3.3開始不易發(fā)現(xiàn)的問題單指令運(yùn)行調(diào)試之后,再下來就是較復(fù)雜指令的調(diào)試,以確保程序在多條指令運(yùn)行時(shí)的正確性。電梯的復(fù)雜指令運(yùn)行調(diào)試是在無規(guī)律呼叫電梯時(shí)看電梯的運(yùn)行狀態(tài)是否符合正常邏輯。這種調(diào)試最容易發(fā)現(xiàn)一些潛在的開始不易發(fā)現(xiàn)的問題。例如,電梯轎廂原來停在一層,此時(shí)三層內(nèi)選按鈕、五層下行按鈕相繼動(dòng)作。此時(shí)電梯將向上運(yùn)行,運(yùn)行到三層位置時(shí)經(jīng)過制動(dòng)減速、平層開門、關(guān)門等程序后電梯將繼續(xù)向五層運(yùn)行,運(yùn)行到五層后經(jīng)過制動(dòng)減速、平層開門、關(guān)門等程序后,二層內(nèi)選按鈕再動(dòng)作,電梯又要向下運(yùn)行,經(jīng)過四層、三層、二層、最終到達(dá)二層關(guān)門后電梯處于待命狀態(tài)。通過對(duì)電梯控制系統(tǒng)的反復(fù)模擬調(diào)試和仿真結(jié)果的軟元件(X和Y)狀態(tài)分析,其仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的梯形圖程序正確,符合電梯實(shí)際的運(yùn)行規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了交流雙速電梯的基本功能。4主要參數(shù)設(shè)計(jì)文中僅設(shè)計(jì)了六層電梯的控制系統(tǒng),通過軟件的調(diào)試和電梯的仿真運(yùn)行基本實(shí)現(xiàn)了電梯的功能。但還存在一些不足之處,例如:設(shè)計(jì)時(shí)未考慮樓層之間電梯運(yùn)行的自學(xué)習(xí)功能,電