PLC在電梯上的安全與可靠性

1、PLC電梯上的安全與可靠性摘要 電梯作為一種垂直交通設(shè)備，其安全可靠性，與人民生命息息相關(guān)，是國(guó)家認(rèn)定的特種設(shè)備。因此，對(duì)電梯的安全可靠性，有其必要性和實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)意義。例如：今年9月10日在東莞市南城區(qū)發(fā)生的電梯墜落事件，是因超載保護(hù)失效所引。關(guān)鍵字 PLC，電梯，變頻器，伺服電機(jī)，三極管前言在現(xiàn)代復(fù)雜的樓宇建筑屋中，電梯承載著主要的交通工具，隨著樓層的增加，人們對(duì)于電梯的服務(wù)細(xì)致化、安全的可靠化、準(zhǔn)確效率化提出了更高更嚴(yán)的要求。PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可以說(shuō)是能完全實(shí)現(xiàn)上述用戶提出的要求，PLC以其自身的編程靈活性好、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、體積小、能耗低、噪音低、通用性等一些優(yōu)點(diǎn)被廣泛的

2、應(yīng)用到電梯行業(yè)是其控制系統(tǒng)的主要組成之一。自從1852年世界上第一臺(tái)安全升降梯誕生150年來(lái)，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開(kāi)關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；變速式自動(dòng)人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時(shí)間；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進(jìn)行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)

3、保一款款集納了人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競(jìng)相問(wèn)世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。一、系統(tǒng)硬件構(gòu)成：一個(gè)安全、高效的電梯，它包括很多組成部分。此電梯模型硬件主要是由以下幾個(gè)方面構(gòu)成的：1.控制系統(tǒng) 2.變頻器、電動(dòng)機(jī) 3.伺服驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)。硬件構(gòu)成部分框圖1如下： 圖11.編程控制器（PLC）作為群控，采用功能強(qiáng)大的三菱F系列的中型PLC。2.PLC和變頻器的組合在電梯中的應(yīng)用最優(yōu)化的提高了電梯的運(yùn)行效率。變頻器用的是富士5000G11S的型號(hào)，功率為4KW。PLC與變頻器參數(shù)設(shè)置表PLC輸出端Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10變頻

4、器輸入端X1X2X3FWDREVX4Y5X6X7變頻器注釋一段速2HZ二段速3HZ三段速4HZ正轉(zhuǎn)1HZ反轉(zhuǎn)1HZ加速時(shí)間加速時(shí)間外部報(bào)警強(qiáng)制停止PLC輸入端X10X11X12變頻器輸出端Y11Y12Y13變頻器注釋變頻器溫度報(bào)警變頻器故障報(bào)警實(shí)際輸出頻率與設(shè)定值不一致報(bào)警控制說(shuō)明當(dāng)電梯外部或轎廂內(nèi)有樓層指令輸入時(shí)，且電梯門已經(jīng)關(guān)閉好，則電梯執(zhí)行運(yùn)行命令時(shí)，PLC根據(jù)用戶輸入指令的信息，做出兩個(gè)判斷：一個(gè)是電梯響應(yīng)勻速運(yùn)行，另一個(gè)是電梯響應(yīng)變速運(yùn)行，這兩種運(yùn)行模式都是由PLC判斷，并發(fā)出指令到PLC的輸出端Y0、Y1、Y2Y10，如果轎廂要行駛鄰近層則電梯執(zhí)行均速運(yùn)行，PLC輸出端FWD（或R

5、EV）動(dòng)作，變頻器調(diào)速后運(yùn)行頻率為1Hz；如果轎廂要上行或下降2-3個(gè)樓層時(shí)，則電梯執(zhí)行變速運(yùn)行，PLC輸出端Y0、FWD（或REV）動(dòng)作，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行一段速，輸出頻率為2Hz；如果轎廂要要上行或下降4-6個(gè)樓層時(shí)，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行二段速設(shè)置，輸出頻率為3Hz；如果轎廂要要上行或下降7-8個(gè)樓層時(shí)，變頻器響應(yīng)加速程序，執(zhí)行三段速設(shè)置，輸出頻率為4Hz。部分程序顯示如圖2示 電機(jī)用的是三相交流電機(jī)，受控與變頻器。3接近開(kāi)關(guān)平層開(kāi)關(guān)我用的是接近開(kāi)關(guān)型號(hào)為TL-Q5MC1-Z 類型為NPN型的。8個(gè)接近開(kāi)關(guān)分別裝置在每一層的底部，轎廂上裝一個(gè)感應(yīng)物體，用來(lái)觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)的

6、作用一個(gè)是起到平層，一個(gè)是PLC記憶轎廂的位置，另一個(gè)作用是起到變頻器加減速的作用。真實(shí)電梯實(shí)際上在每個(gè)平層都裝有兩個(gè)物理觸點(diǎn)，以作為電梯平層的可靠保障。兩個(gè)物理觸點(diǎn)分別為上平層和下平層，轎廂只有在這兩個(gè)平層時(shí)轎廂才可以停下開(kāi)門，或關(guān)門，當(dāng)只有上平層ON時(shí)，電梯向上找平層；當(dāng)只有下平層ON時(shí)，電梯向下找平層；如果轎廂找平層三次不成功，電梯就直接向下運(yùn)行，直到1樓停止，開(kāi)門并報(bào)故障。接近開(kāi)關(guān)與PLC的接線如圖3示：圖3部分接近開(kāi)關(guān)PLC程序如圖4示： 圖44門機(jī)驅(qū)動(dòng)門機(jī)在一部電梯中是不能缺少的一個(gè)重要組成部分。電梯門在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中都有一個(gè)變速的過(guò)程，我用伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)脈沖給步進(jìn)電機(jī)。因?yàn)殚T寬總共為

7、20cm，一扇門可開(kāi)的距離為10cm，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試定義為：在開(kāi)門的過(guò)程中，前3秒，每秒發(fā)6千脈沖給步進(jìn)電機(jī)，門可以快速的把門開(kāi)開(kāi)，后2秒，每秒發(fā)1千脈沖給步進(jìn)電機(jī)，門以一個(gè)緩速的速度把門開(kāi)到底，這樣不至于砰壞門的側(cè)臂；在關(guān)門的過(guò)程中，設(shè)置和開(kāi)門相反，如果關(guān)門太快很可能夾住乘客。PLC脈沖采用循環(huán)掃描式的方式發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器。在實(shí)際中，真實(shí)的電梯開(kāi)關(guān)門是很講究的，下面是一部真實(shí)電梯門機(jī)開(kāi)關(guān)門的時(shí)間關(guān)系圖，如圖6示。 圖6門機(jī)還有兩個(gè)重要的功能即：（1）檢測(cè)反饋轉(zhuǎn)矩可實(shí)現(xiàn)功能。安全返回功能（防夾人）： 在關(guān)門時(shí)如果擠夾了人，控制系統(tǒng)立即檢測(cè)到反饋力矩的變化，門就會(huì)向相反方向開(kāi)啟，保證人員的安全。（2

8、）防扒開(kāi)功能 在門關(guān)閉時(shí)，控制器繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以低速、小力矩繼續(xù)加壓，使門關(guān)閉緊密。在檢測(cè)到特殊力矩變化時(shí)（有人扒門等），立即加力保證門的關(guān)閉，恢復(fù)正常情況后自動(dòng)撤力。考慮到現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用和實(shí)際制作的復(fù)雜性，我把現(xiàn)實(shí)中的一些功能省略掉了，只實(shí)現(xiàn)了轎門的開(kāi)關(guān)等功能。電梯內(nèi)部主要包括兩個(gè)部分，轎廂和配重。轎廂是電梯承載人的容器，也是人們?nèi)找嬷匾暤碾娞萁M成部分。配重約為轎廂滿重的時(shí)的10%，下面是電梯模型的簡(jiǎn)易側(cè)面圖，如圖7示。二、軟件設(shè)計(jì) 因?yàn)槌绦蛄亢艽?，不方便貼出，下面就我編寫程序時(shí)遵循的幾個(gè)原則簡(jiǎn)明說(shuō)一下。因?yàn)殡娞菔亲鳛檩d人的工具和汽車、飛機(jī)一樣無(wú)論在硬件制作或軟件編程時(shí)都遵循了很多原則，在軟件編

9、程時(shí)考慮到安全以及有效的運(yùn)行我僅遵循了以下幾個(gè)原則：1電梯在走梯過(guò)程中絕對(duì)不能開(kāi)門 這是編程人員在門機(jī)編程時(shí)首要注意的問(wèn)題之一。其實(shí)它包括兩個(gè)部分：（1）走梯過(guò)程中，門鎖斷開(kāi)立即停梯；（2）門關(guān)不上，電梯不能走梯。2電梯只有在門區(qū)內(nèi)才能開(kāi)門任何狀態(tài)下都要遵守這個(gè)原則，門區(qū)是個(gè)什么概念？門區(qū)在默認(rèn)狀態(tài)下是上、下平層的區(qū)間。我電梯模型在每層的底部都裝有一個(gè)平層開(kāi)關(guān)（接近開(kāi)關(guān)），只有接近開(kāi)關(guān)ON時(shí)電梯才能開(kāi)門。真實(shí)電梯中是有兩個(gè)平層信號(hào)，即上平層信號(hào)和下平層信號(hào)。如果電梯開(kāi)門時(shí)至少有一個(gè)平層在上、下平層標(biāo)準(zhǔn)距離是22cm,也就是說(shuō)當(dāng)只有一個(gè)平層在的時(shí)候是可以開(kāi)門的，這時(shí)開(kāi)門要小心了，電梯與樓層之間形

10、成了一個(gè)最大20cm的臺(tái)階，不小心就會(huì)踩空或絆倒，所以，大家上、下電梯時(shí)一定要遵守一看二慢三通過(guò)的原則。 以上兩點(diǎn)是說(shuō)電梯在正常運(yùn)行時(shí)所遵循的原則，如果在消防狀態(tài)下可以不遵循。3電梯開(kāi)門優(yōu)先與關(guān)門 這個(gè)原則主要是防止電梯門夾人。當(dāng)你按下關(guān)門按鈕時(shí)，門進(jìn)入關(guān)門狀態(tài)，在關(guān)門過(guò)程中按下開(kāi)門按鈕，門立即轉(zhuǎn)為開(kāi)門狀態(tài)。在硬件上，我在轎門的上部裝有紅外線光幕，如果在電梯關(guān)門時(shí)，某人急匆匆跑來(lái)?yè)岄T，在快關(guān)上門的那一刻他把手伸進(jìn)了兩扇門中間，由于紅外光幕被阻斷，PLC程序上響應(yīng)開(kāi)門指令，門轉(zhuǎn)為開(kāi)門狀態(tài)。4轎廂內(nèi)指令優(yōu)先與電梯外呼指令 只有進(jìn)入了轎廂你才能選擇你要去幾樓，外呼只是說(shuō)明你給電梯的是要下還是上的信號(hào)

11、。同時(shí)也遵循了下一條原則。5定向優(yōu)先乘電梯時(shí)常常會(huì)遇到電梯?？磕硞€(gè)樓層開(kāi)門后卻看不到人的情況，這種情況有一部份是定向優(yōu)先原則引起的，意思是如果電梯已給出方向，只能朝這個(gè)方向運(yùn)行，舉個(gè)例子：電梯當(dāng)時(shí)在5樓待梯，你著急要去1樓，不小心錯(cuò)按了上召按鈕，于是又補(bǔ)按下召，注意，電梯在你按上召時(shí)就已開(kāi)門并定好上方向，當(dāng)你進(jìn)入電梯時(shí)，正好22樓有人打了下召，對(duì)不起，根據(jù)原則，只能向上運(yùn)行，你登記的1樓指令無(wú)效了，那么，電梯關(guān)好門后會(huì)綁架你到22樓，再向下運(yùn)行時(shí)才響應(yīng)你登記的5樓下召，當(dāng)電梯重回5樓開(kāi)門卻沒(méi)見(jiàn)到人時(shí)，請(qǐng)你不要開(kāi)罵，因?yàn)檫@是你造成的。 所以大家召喚電梯時(shí)方向一定要對(duì)，不然，電梯會(huì)綁架你的。6順向

12、截車顧名思義，相同方向可以截到電梯，但這個(gè)原則有個(gè)前提條件：電梯應(yīng)有足夠的減速時(shí)間或距離。大家可能有過(guò)這種情況，電梯快到本層了，趕緊按同向外召，可惜電梯很不給面子沖層而過(guò)，這就是電梯沒(méi)有足夠的減速距離而無(wú)法響應(yīng)。 因?yàn)槲易灾频碾娞菽Ｐ吞蓍g距離比較小，而且平層開(kāi)關(guān)每層只裝了一個(gè)，因此不便于說(shuō)明問(wèn)題，那么舉個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子：每層樓高3米，電梯最高速1750mm/秒，那么電梯在全速通過(guò)每層時(shí)只需1.7秒的時(shí)間，設(shè)加減/速度為550mm，那么t=(V0-Vt)/a=1750/550=3.18秒，也就是說(shuō)當(dāng)電梯在最高速度運(yùn)行時(shí)要截車的話應(yīng)至少提前3秒多的時(shí)間，相當(dāng)于提前兩個(gè)樓層，電梯響應(yīng)后需位移S=at2

13、=550*3.82=2780mm，即電梯響應(yīng)后在距你2780mm的地方開(kāi)始減速，如果減速度距離不夠別怪它不給你面子。解決方法就是提前兩個(gè)樓面截車。7超載不關(guān)門電梯超載有危險(xiǎn)，后果很嚴(yán)重，一般電梯超載后會(huì)蜂嗚提示，門關(guān)不上意思就是請(qǐng)出去幾個(gè)，不然不走了。遇到這種情況時(shí)，最后進(jìn)去的應(yīng)退出來(lái)，如果互不謙讓，電梯就沒(méi)法走了。有些情況是人出來(lái)后再輕輕的進(jìn)去，電梯就不報(bào)超載了，這和稱重裝置的靈敏度有關(guān)，如果大家看到這種情況，最好是主動(dòng)出去等下部電梯，因?yàn)榇藭r(shí)處于超載臨界點(diǎn)，電梯啟動(dòng)時(shí)的拉力或運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)或加速度因素的影響都有可能會(huì)導(dǎo)致超載有效，有的程序是電梯啟動(dòng)后就不管超載是否有效了，但也有的是電梯運(yùn)

14、行過(guò)程中超載有效停車?yán)?，這中情況就比較危險(xiǎn)了，所以大家要注意。程序控制文字說(shuō)明：舉一個(gè)例子，當(dāng)電梯在1樓待梯時(shí)，8樓有人按下招指令，電梯向上開(kāi)始運(yùn)行，如果中間其他人沒(méi)有按上招時(shí)，則PLC響應(yīng)三段速程序，PLC輸出指令到變頻器的輸入端，電梯執(zhí)行三段速設(shè)置，電動(dòng)機(jī)執(zhí)行變頻器輸出的頻率為4Hz，當(dāng)電梯行使到6樓時(shí)，電梯開(kāi)始執(zhí)行減速運(yùn)行，到5樓時(shí)變頻器輸出頻率為3Hz，到6樓時(shí)變頻器輸出頻率為2Hz，到7樓時(shí)變頻器輸出頻率為1Hz，從而使電梯能高效并平穩(wěn)的到達(dá)指定的站點(diǎn)；如果電梯在上行的過(guò)程中有人按下招，則電梯暫不響應(yīng)此信號(hào)（定向優(yōu)先原則），等8樓到達(dá)時(shí)開(kāi)始向下運(yùn)行是才響應(yīng)此動(dòng)作；如果電梯全速向上運(yùn)

15、行的過(guò)程中有人按上招，則電梯根據(jù)距離運(yùn)算，計(jì)算出能否停梯，參考原則6。三、安全設(shè)置電梯既然是作為載人工具，那么就要對(duì)它的安全性提出更高的要求。此電梯模型即在軟件和硬件上都做了相應(yīng)的安全措施。軟件上：如果電梯在運(yùn)行的過(guò)程中，轎廂按指定的指令?？繒r(shí)檢測(cè)不到本樓層信號(hào)（即平層信號(hào)）時(shí)，電梯自動(dòng)向下找平層（?？康较聜€(gè)樓層）開(kāi)門放人，然后報(bào)上面樓層故障；如果在向下找樓層時(shí)也沒(méi)有找到時(shí)，電梯直接停到1樓，開(kāi)門放人，并報(bào)電梯平層信號(hào)故障，其它任何輸入指令均無(wú)效（消防狀態(tài)時(shí)有效）。為了防止電梯在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)死程序，突然斷電，接近開(kāi)關(guān)失效，元器件損壞或老化等一些突發(fā)情況的發(fā)生對(duì)乘客的人身安全造成隱患，在電梯設(shè)

16、計(jì)中我分別在電梯的最上端和電梯的最下端串入了一對(duì)觸點(diǎn)繼電器分別稱為：上極限開(kāi)關(guān)、下極限開(kāi)關(guān)。極限位的接線為：極限位的常開(kāi)觸點(diǎn)的接在24V開(kāi)關(guān)電源的負(fù)極，另一端接到一個(gè)220V繼電器的（變頻器380V的輸入電壓經(jīng)過(guò)此繼電器，用24V開(kāi)關(guān)電源控制此繼電器吸合）A2端，從此繼電器的A1端引線到24V開(kāi)關(guān)電源的正極，以次構(gòu)成一個(gè)回路。工作原理是：當(dāng)電梯在正常運(yùn)行時(shí)是不會(huì)觸及到此兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，但當(dāng)上述造成隱患情況之一發(fā)生時(shí)，轎廂則會(huì)碰到這兩極限位中的一個(gè)，當(dāng)兩個(gè)極限位中的一個(gè)有響應(yīng)時(shí)，則控制變頻器輸入端的一個(gè)繼電器就OFF掉，變頻器因斷電而停止工作，從而使電梯立即停止運(yùn)行，防止了轎廂沖出或墜入電梯井道。四、功能實(shí)現(xiàn)1.電梯模型正常上下行駛；2.電梯模型正常選擇樓層以及正確判斷樓層到達(dá)優(yōu)先級(jí)；3.電梯程序能自由切換為單雙層行駛。結(jié)語(yǔ)1、在實(shí)際