曳引电梯安全控制系统的PLC开发

[摘 要]：为保证电梯的安全运行，分析了曳引电梯的安全装置，讨论了曳引电梯的安全控制过程。在电梯控制技术中应用可编程序控制器构成一种新的控制系统，给出了自动门PLC控制的流程图。测试结果表明，系统达到了所要求的安全功能，电梯运行良好。 关键词：PLC 电梯 自动控制 安全 1 引言 随着城市中高层与小高层建筑的不断增加，电梯和人们日常生活的关系越来越紧密，电梯行业发展迅速，但是我国有独立知识产权的电梯产品还不多见，因此有必要对电梯深入研究。随着PLC和变压变频（VVVF）调速控制在电梯领域广泛使用，使电梯的安全性和舒适性及智能化大大提高的同时，又使电梯的控制更加复杂，针对高层楼宇中运行的乘客电梯要求有完善的安全设施。 根据电梯使用的不同要求，电梯的驱动可采用曳引驱动、液压驱动、卷筒驱动及齿轮齿条、螺杆驱动等方式。现在电梯行业广泛应用的提升方式—曳引式提升机构，如图1所示。 在曳引式提升机构中，钢丝绳悬挂在曳引轮上，其一端与轿厢连接，另一端与对重装置连接。曳引轮转动时，曳引钢丝绳与曳引轮之间产生摩擦，从而带动电梯轿厢上升或下降。由于悬挂轿厢和对重的曳引钢丝绳与曳引轮槽间有足够的摩擦力来克服任何位置上的轿厢侧和对重侧曳引钢丝绳上的拉力差，因而保证轿厢和对重随着曳引轮的正转和反转，而不断的上升和下降。本文所讨论的电梯是指曳引电梯，简称电梯。 2 安全装置的机械机构 电梯的安全装置在电梯中起非常重要的作用，它的优先级是最高的，电梯安全的机械机构主要集中在曳引机、轿厢门、电梯井道上端站和下端站的上下限开关、撞底缓冲装置。电梯曳引机上的制动器在电梯停止或电源断电的情况下制动抱闸，以确保电梯不致移动。电梯制动器最常用的是电磁制动器。安全钳是一种使轿厢(或对重)停止运动的机械装置，防止轿厢坠落的保护装置。凡是由钢丝绳或链条悬挂的载人轿厢，均需设置安全钳。限速器是一种限制轿厢(或对重)速度的装置，通常安装在机房内或井道顶部，限速器和安全钳联合动作保证电梯速度。限速器按其动作原理可分为摆锤式和离心式两种，其中摆锤式限速器是利用绳轮上的凸轮在旋转过程中与摆锤一端的滚轮接触，摆锤摆动的频率与绳轮的转速有关，当摆睡的振动频率超过预定值时，摆锤的棘爪进入绳轮的停止爪内，从而使限速器停止运转。电梯超速限速器停止运转，则带动安全钳上升，安全钳迫匣超速的轿厢或对重装置夹持在导轨上，同时切断控制回路电源，使轿厢固定在原位置。电梯的轿厢门人口应设置安全保护装置，以免在关门过程中夹伤人。正在关闭的轿厢门受阻时，门能自动重开。轿厢的开关门在程序中起到了极其重要的作用，通过轿厢门的开关来进行楼层召唤或指令信号的清除和信号寄存器的清零。轿厢门有一个门开到位开关和门关到位开关，当这两个开关分别导通时表示门开到位和门关到位。电梯用的门人口安全保护装置是接触式保护装置—安全触板（或红外光幕保护、光电保护装置）和门力矩开关。门力矩开关可以容忍一定的阻力，这样做的原因是为防止外门自身阻力的影响。而安全触板开关靠内门两侧的挡板（跟门地坎、门导轨无直接接触）带动连杆动作，它由触板、控制杆和微动；汗关组成。平时，触板在自重的作用下，凸出门扇一些距离，当门在关闭时碰到人或物品时，触板被推入，控制杆转动，并压住微动开关触头，它受阻拦要是障碍物的阻挡，所以会立即做出反应。 通过编制的程序可以使轿厢具有一些安全措施，如门力矩开关可以使轿厢门经过一定力矩后重新开门，安全触板开关可以立即将门打开等。 3 安全功能设计与控制过程 3．1 电梯的安全保护措施 现在的电梯高度越来越高，速度越来越快，因此电梯的安全性越来越重要，安全装置越来越复杂，除了靠硬件的支持，程序的安全性也很重要，除了在一些主驱动电路里加入必要的限制开关和自锁程序外，程序中还应加入安全子程序。 1）由于电梯速度过快，导向轮上的钢缆绳被拉断，导向轮脱落及其他机械故障导致限速器开关打开，则曳引机驱动电路被断开，警铃呜叫，电梯轿厢被卡住。 2）电梯在运行中，轿厢门是决不能打开的，如果是机械故障引起轿厢门松开，则电梯立即停止。同样，如果电梯停靠某个楼层，自动开门之后，如果关门时门没有关紧，则电梯绝不能启动。 3）如果电梯在运行过程中出现火警及其他事故，乘客（轿厢内的）或大楼管理员按响警铃，则电梯立即取消所有指令信号和召唤信号，并且向最近的楼层平台，这里的最近指的是轿厢到所有平层的时间最近的那个楼层，等停靠了某站，就立即自动开门。如果电梯停在某个平层，出现火警及其他事故，则立即取消所有指令信号和召唤信号。无论在什么情况下，警铃响则表示轿厢门不能被外面的人打开，但能被轿厢里的人打开，即只能出不能进。 4）一旦电梯运行过程中突然停电，来电之后电梯如果不在某个平层（即不在站台），经过约1.3s轿厢会自动地向一楼靠拢，目的是要将高速计数器清零，以消除事故给高速计数器带来的误差。 5）电梯设有慢上慢下按钮，它的优先级别最高，在任何时候，如果乘客想通过这两个按钮到达自己的目的地，可以将自动/手动开关打到手动档，按住慢上或慢下按钮，电梯就会相应的上下了，如果松开，电梯就停止。需要注意，一旦限速器开关打开，轿厢就被卡死，这时无论按任何按钮都不起作用。 3.2 其他安全功能 1）如果程序刚运行,而轿厢又不在某个楼层，则轿厢会自动到一楼清零（经过约1.3s)。 2）如果程序刚运行，若轿厢门没关上，经过约8s的时间，轿厢门会自动的关上。 3）如果用完自动/手动开关手动档后又打到自动档，电梯又会启动1）功能。 4）可以从按钮背光灯、方向箭头指示灯的闪烁来判断电梯故障。只有方向箭头指示灯闪烁，则是急停开关或限速器开关打开了；只有召唤按钮背光灯闪烁，则是直驶开关打开了；如果所有的灯都闪烁，但警铃不响，且电梯不动，则是自动/手动开关打到了手动档；如果所有的灯都闪烁，警铃响，但电梯不动，则是有人按了警铃按钮。 5）在自动/手动开关打到手动档后如果一直按住慢上或慢下按钮，到底层或顶层轿厢就自动停止而不会撞到上下限开关而将电源关闭。 6）警铃按钮必须被持续按住约1s后警铃启动（防止误碰），再按一下（不计时间）警铃关闭，如果关闭时按住不放，警铃是不会启动的，必须松开之后再按1s警铃才能启动。 至于轿厢超载自动报警功能，轿厢内应急照明功能，照明和风扇自动关闭功能等是电梯安全控制的基本功能，这里不作详述。此外，一些故障检测信号输入给PLC，则PLC进行相应的控制输出以确保电梯运行安全，这些信号包括：旋转编码器故障检测信号，拖动电机断相、错相检测信号、抱闸检测信号、过热检测信号，运行方向故障检测信号，上端站和下端站的上下限开关限位信号等信号。 4 安全控制程序的实现 笔者对曳引电梯的PLC程序进行开发，经过多次对PLC程序的修改，实现了曳引电梯所具有的安全功能，电梯运行正常。 电梯在每到一层楼（在正常情况下），就自动执行开关门程序。当电梯慢速平层时，曳引机完全停止后门电机动作，自动开门，当门开到位时，轿门开到位开关动作（轿门开到位开关导通，门机电路关断），门电机停止。当电梯停靠楼层开门后，门开到位后经过约8s的延时，门电机向相反的方向运转。当门关到位时，轿门关到位开关动作（轿门关到位开关导通，门机电路关断），门电机停。在一般的情况下，电梯停靠站开门后约8s后又自动关门。在延时过程中当乘客按下关门按钮时电梯就立即关门。当门在未关闭时或已关闭但电梯曳引机尚未启动的时候，如果按开门按钮，则门又再开启。在开关门的同时还对应着该召唤信号的登记和清除。开关门过程流程图如图2所示。 电梯门有安全触板和门力矩保护装置。门在关闭的过程中，当内门（轿厢上的门）触及到乘客或障碍物的时候，电机立即反转（安全触板开关X31导通，关门电路立即关断，开门电路重新导通），重新打开门，门开到位后经过约8s再关门（如按关门按钮则立即关门）。如果外门（楼层上的门）被障碍物或其他原因挡住，而使门机转动力矩增大一定程度时，门力矩开关X32动作（其作用同安全触板开关），门重新打开。 在电梯中，安全触板开关X31和门力矩保护开关X32是有区别的，门力矩开关可以容忍一定的阻力，这样做的原因是为防止外门自身阻力的影响。前者是立即做出反应，而后者要经过一定的时间才做出反应。由于是内门带动外门动作，因此安全触板开关X31即使坏了，门力矩开关X32还能起作用，而门力矩开关X32坏了则安全触板开关X31不能起作用。另外，当门关到位时（X17触通），安全触板开关X31一定是闭合的，但由于轿门关到位开关的关断，安全触板开关X31不起作用。 图3是自动开关门状态流程图，每次到站（正常情况）停靠后就自动执行此程序。图3中的“XX=O，XX=1”表示XX导通，XX关断。“*”表示“与”运算，“＋”表示“或”运算，“XX/XX/XX/XX”表示只选用其中一个。现对自动开关门状态流程进行详细说明，其它的如紧急逃逸状态流程、电机加减速实现的状态流程等限于篇幅，就不一一列举了。以下是对图3的简要说明：①开门。当电梯慢速平层时，当曳引机完全停止后，门电机正转输出点Y8导通，门电机反转输出点Y9关断，门电机启动；②楼层指示灯亮。内部继电器R13/R16/R18/R19/……（用于楼层判断，一楼到了，R13导通，依次类推）其中的一个导通，其他关断，相应的楼层指示灯输出导通；③门开到位。在开门期间Y8导通，Y9关断，门电机向开门的方向运转。如无关门信号（PLC输入点X5），则门开到位。在一般的