PLC在电梯控制中的应用综述.docx
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PLC在电梯控制中的应用综述
国家职业资格全国统一鉴定
维修电工（职业名称）论文
（国家职业资格 二 级）
论文题目：
PLC控制器在电梯设备中的应用
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引言
如今，随着科技的进步，自动控制这一领域也得到了迅速发展，相关科技得到了广泛普及和应用。
在工业控制方面，采用微机技术的可编程序控制器（简称PLC）正在世界各地，各个领域得到迅速发展。
电梯——标志现代物质文明的运输工具，是机电一体化的复杂运输设备。
目前电梯的生产情况和使用数量已经成为国家现代化城市的标志之一，随着现代化的城市的高度发展，每天都有大量人流和物流需要运输。
以上两项事实，使得PLC在电梯控制领域中的应用成为一种必然的需要，本文主要论述的内容就是这一应用中的一些问题。
目录
摘要----------------------------------------------1
第一章PLC简介---------------------------------------2
1.1PLC的基本概念与功能------------------------------2
1.2PLC的特点及结构组成------------------------------2
第二章PLC在电梯控制领域中的应用---------------------3
2.1电梯领域中PLC与其他控制方式的对比----------------3
2.2PLC的工作方式和原理------------------------------6
2.3PLC的编程语言------------------------------9
2.4电梯自动控制方式---------------------------------10
2.5PLC参与的电梯控制系统-------------------------11
2.6PLC对电梯变频电机的控制--------------------------12
2.7PLC用于电梯控制的梯形图--------------------------13
总结-----------------------------------------------15
参考文献----------------------------------------16
摘要
随着我国科技与经济的高速发展，电梯逐渐融入我们的日常生活与工作当中。
它不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的运输工具。
电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。
可编程控制器由于具有可靠性高，功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。
比较先进的电梯设备控制单元普遍采用可编程控制器PLC对机器进行全过程控制
整个控制系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层、起动、开关门等过程进行自动控制。
其机构简单、运行效率高、平层精度高，易于操作与维护。
【关键词】PLC电梯设备自动控制
第一章PLC简介
1.1PLC的基本概念与功能
可编程控制器是计算机家族中的一员，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，是为工业控制应用而设计制造的以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，还可以进行算术运算和模拟量控制等，因此，美国电器制造协会（NEMA）于1980年正式将这种装置命名为可编程控制器（ProgrammableController），简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
PLC即可编程序控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。
他采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、时序运算、定时、计数和算数运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC在传统顺序控制器的基础上，引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术形成的新型工业控制装置，目的是取代传统继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能。
1.2PLC的特点及结构组成
可编程序控制器的特点总结为如下几条。
（1）通用性好：
PLC是通过软件来实现控制的。
同一台PLC可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实现不同的控制要求。
（2）硬件的可靠性高，环境适应性好，抗干扰能力强。
（3）功能强大和丰富的I/O接口模块：
既可对数字量进行控制，也可对模拟量进行控制；既可单控，又可群控；既可现场控制，又可远距离控制；
（4）编程简单，使用方便：
采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。
（5）安装简单、体积小、重量轻、功耗低、采用半导体集成电路。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，所以其硬件结构基本上与微型计算机相同，PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。
其结构框图如图：
图1-1PLC结构简化框图
第二章PLC在电梯控制领域中的应用
2.1电梯领域中PLC与其他控制方式的对比
目前，我国国产电梯大部分为继电器和PLC控制系统，继电器控制系统性能不稳定，故障较多，给乘用人员的生活带来不便。
因而传统的电梯控制系统的更新势在必行。
可编程控制器在电梯控制中得到广泛应用。
电梯的可靠性在电梯的性能指标中尤为重要。
电梯的可靠性直接或间接的影响着生产力的发展。
在电梯控制领域，采用PLC控制技术来取代传统控制方式，也已经成为当今工业及民用领域的发展主流。
PLC在电梯控制上的应用主要是对PLC技术的理解、消化、吸收的基础上，将它运用于电梯的控制中，从而改变传统继电器接触式电梯可靠性差、接线繁琐、控制复杂的弊端使电梯的控制变得简单方便，而且经过PLC的控制还可使电梯的可靠性明显提高。
2.1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
一、电梯继电器控制系统的优点
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。
二、电梯继电器控制系统存在的缺点
（1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
2.1.2PLC及其在电梯控制中的应用特点
PLC在电梯控制领域的优势总结如下：
（1）编程方便：
在控制功能方面，PLC可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
（2）硬件的可靠性高：
PLC由于采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成；另外还采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰的措施，使其故障率明显下降。
通过在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高，PLC还具有完善的自诊断能力，检查判断故障迅速方便，因也而便于维修。
（3）扩展的灵活性:
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
（4）操作方便:
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
（5）效率高，适应能力强：
用于群控调配和管理，能提高电梯运行效率。
另外环境适应性好，抗干扰能力强：
PLC是专为工业控制设计的控制装置，能适应工业现场的恶劣环境；
（6）接线简单：
去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
PLC的接线只需将输入信号的设备与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件与PLC的输出端子连接；因此更改控制方案时都不需改动硬件接线。
（7）维修方便：
PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
总之PLC的结构紧凑，坚固耐用，又具有较强的环境适应性和较高的抗干扰能力，因此是实现机电一体化的理想控制设备。
当然，PLC也并非十全十美，其缺点是：
（1）价格还比较高：
一般来说，比继电器控制高，比一般的单板机系统也高。
（2）工作速度较计算机慢，输出对输入的影响有滞后现象。
（3）在使用中，要求使用者应具有一定的计算机知识。
2.2可编程序控制器（PLC）的工作方式和原理
PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到停止工作状态。
PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
在工作状态下，执行一次下图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。
其典型值为1-100ms，除了执行用户程序外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，每一次循环的具体阶段。
PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。
他通过执行用户程序来实现控制任务。
但是，在时间上，PLC执行的任务是串行，与继电—接触器控制系统中任务的执行有所不同。
PLC采用循环扫描工作方式。
在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把结果输出到生产过程的执行机构中。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。
这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。
反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描周期的长短主要取决于这几个因数：
一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。
对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。
因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。
但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。
应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。
2.2.1PLC的扫描工作方式
图2-1PLC的扫描过程
可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。
从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。
然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。
可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-1所示，包括五个阶段：
内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。
PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。
扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
2.2.2PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-2所示。
图2-2PLC的程序执行过程
2.2.3PLC的扫描周期
在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。
即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。
2.2.4PLC的I／O响应时间
PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。
输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。
2.３ ＰＬＣ的编程语言
PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。
利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的“可编程序”。
程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。
PLC提供的编程语言通常由三种：
梯形图、指令表、功能图等。
梯形图（LAD）编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。
PLC梯形图PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。
PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的。
梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。
指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器最基础的编程语言。
所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。
顺序功能流程图（SFC）编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。
使用它可以对具有并发、选择等复杂的系统进行编程。
许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。
每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。
2.4 电梯自动控制方式
对于PLC控制的电梯系统而言，其一旦启动，将进入一个自动循环控制的过程中，这个过程也是一个逻辑判断的流程，电梯将根据外接的呼梯等输入信号，来自动判断何时应该执行上行，下行，停止等输出信号。
当然这个过程也离不开许多传感器和控制逻辑。
如图2-3所示，简单说明电梯控制过程。
图2-3电梯系统控制过程
2.5可编程序控制器（PLC）参与的电梯控制系统
电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成如图2-４所示，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。
系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器中。
经过PLC预先编制好的程序处理，形成输出信号传递到输出接口，向拖拽系统和门机控制系统等发出控制信号。
从而实现了基于PLC的电梯自动控制。
图2-４电梯ＰＬＣ信号控制系统框图
2.6PLC对电梯变频电机的控制
电梯能够升降，主要依靠拖拽电机，PLC对电梯的控制，也主要体现在对于拖拽电机的控制上，目前比较先进的是变频电机，这类电机可以通过改变输入频率来改变其输出的速度或者扭矩。
以变频电机拖拽的电梯为例，说明一下PLC在其升降控制过程中的控制方式。
图2-５ 电梯运行曲线示意图
电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。
为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图6所示。
此处以高速50Hz，爬行速度6Hz,检修速度10Hz为例，来进行说明，当PLC发出正转（或反转）高速运行，变频器从0Hz到50Hz开始启动，启动经过一段时间后，维持50Hz运行。
当换速信号到时，PLC撤消高速信号，同时输出爬行，爬行频率为6Hz。
从50Hz下降到6Hz在短时间内完成。
当到达6Hz速度时，就以此速度爬行。
当平层信号达到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6Hz减速到0。
电梯就会准确的停留在这一层了。
在检修模式下，按下检修键后，只能以检修速度运行。
按下检修上行时，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。
同理，按下检修下行时，以检修速度（10Hz）下行，松开按键，立即停止。
2.7 PLC用于电梯控制的梯形图
此处截取了部分梯形图，该部分是控制电梯上下行运行条件的，如图7所示。
对于这一部分梯形图。
解读如下：
1.在非检修状态下，如若电梯没有下行接触器接通，门锁正常，按下向上按钮，电梯上行；反之按下向下按钮，电梯下行。
当电梯行至要求的层数时会停止。
2.在检修状态下，如果启动，则向上灯亮（意味着按下向上按钮），电梯上行，向下灯亮（意味着按下向下按钮），电梯下行。
3.在检修状态下，如果没有启动信号，则电梯自动归位于上面或下面临近的一个楼层。
图2-６ PLC电梯控制梯形图（截取部分）
总结
本论文对PLC的在电梯控制领域中的应用进行了介绍和论述。
整片论文通过分析PLC控制原理，电梯运行过程，自动控制流程，PLC梯形图等方面，论述了PLC这种工业上流行的控制方式与电梯这种现代生活必不可少的运输工具之间的结合。
从技术的角度考虑，PLC比较适合应用于电梯控制领域，同时也能够满足现代社会对于电梯控制的诸多要求，较为顺应时代潮流。
但PLC作为控制领域一场技术革新的发起者的同时，针对于每个受控设备，也难免有一些不足之处。
本论文仅对以上内容进行了简单但严谨的讨论和描述，如有不足之处，希望能够得到指正。
参考文献
[1]刘载文，李毫升《电梯控制技术》电子工业出版社，1996
[2]李秧耕,何乔治,何峰《电梯基本原理及安装维修全书》北京：
机械工业出版社，2003
[3]俞国亮《PLC原理与应用》清华大学出版社，2005
[4]陈建明《电气控制与PLC应用》[M],电子工业出版社，2006
[5]薛迎成，何坚强《PLC基础与实战》电子工业出版社，2010
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