曳引电梯安全控制系统的PLC开发

曳引电梯安全控制系统的ＰＬＣ开发　电气传动　２００６年　第３６卷　第１１期　曳引电梯安全控制系统的ＰＬＣ开发　雷钧　湖北汽车工业学院　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ＰＩ　ｃ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　ＰＬＣ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒａｃｔｉｖｅ　Ｅｌｅｖａｔｏｒ　Ｓａｆｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｅｉ　Ｊｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｕｎｎｉｎｇ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｆｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｒａｃｔｉｖｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｃｔｉｖｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｓａｆｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａ　ｎｅｗ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＰＩ　Ｃ．Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ＰＩ　Ｃ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｏｏｒ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｈｅｒｅ．Ｔｅｓｔ　ｒｅ—　ｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓａｆｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｃｔｉｖｅ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ｏｐｅｒａ—　ｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ　ｅｌｅｖａｔｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓａｆｅ　１　引言　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，　随着城市中高层与小高层建筑的不断增加，电　曳引钢丝绳与曳引轮之间产生摩擦，从而带动电　梯和人们日常生活的关系越来越紧密，电梯行业发　梯轿厢上升或下降。由于悬挂轿厢和对重的曳引　展迅速，但是我国有独立知识产权的电梯产品还不　钢丝绳与曳引轮槽间有足够的摩擦力来克服任何　多见，因此有必要对电梯深入研究。随着ＰＬＣ和　位置上的轿厢侧和对重侧曳引钢丝绳上的拉力　变压变频（ＶＶＶＦ）调速控制在电梯领域广泛使用，　差，因而保证轿厢和对重随着曳引轮的正转和反　使电梯的安全性和舒适性及智能化大大提高的同　转，而不断的上升和下降。本文所讨论的电梯是　时，又使电梯的控制更加复杂，针对高层楼宇中运　指曳引电梯，简称电梯。　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　２安全装置的机械机构　用曳引驱动、液压驱动、卷筒驱动及齿轮齿条、螺　电梯的安全装置在电梯中起非常重要的作　杆驱动等方式。现在电梯行业广泛应用的提升方　用，它的优先级是最高的，电梯安全的机械机构主　式——曳引式提升机构，如图１所示。在曳引式　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　图１　电梯曳引钢丝绳绕法　装置，通常安装在机房内或井道顶部，限速器和安　５７　维普资讯 http://www.cqvip.com

电气传动　２００６年　第３６卷　第ｌ１期　曳引电梯安全控制系统的ＰＬＣ开发　全钳联合动作保证电梯速度。限速器按其动作原　果关门时门没有关紧，则电梯绝不能启动。　理可分为摆锤式和离心式两种，其中摆锤式限速　３）如果电梯在运行过程中出现火警及其他事　器是利用绳轮上的凸轮在旋转过程中与摆锤一端　故，乘客（轿厢内的）或大楼管理员按响警铃，则电　的滚轮接触，摆锤摆动的频率与绳轮的转速有关，　梯立即取消所有指令信号和召唤信号，并且向最　当摆锤的振动频率超过预定值时，摆锤的棘爪进　近的楼层平台，这里的最近指的是轿厢到所有平　入绳轮的停止爪内，从而使限速器停止运转。电　层的时间最近的那个楼层，等停靠了某站，就立即　梯超速限速器停止运转，则带动安全钳上升，安全　自动开门。如果电梯停在某个平层，出现火警及　钳迫使超速的轿厢或对重装置夹持在导轨上，同　其他事故，则立即取消所有指令信号和召唤信号。　时切断控制回路电源，使轿厢固定在原位置。电　无论在什么情况下，警铃响则表示轿厢门不能被　梯的轿厢门入口应设置安全保护装置，以免在关　外面的人打开，但能被轿厢里的人打开，即只能出　门过程中央伤人。正在关闭的轿厢门受阻时，门　不能进。　能自动重开。轿厢的开关门在程序中起到了极其　４）一旦电梯运行过程中突然停电，来电之后　重要的作用，通过轿厢门的开关来进行楼层召唤　电梯如果不在某个平层（即不在站台），经过约　或指令信号的清除和信号寄存器的清零。轿厢门　１．３　ｓ轿厢会自动地向一楼靠拢，目的是要将高速　有一个门开到位开关和门关到位开关，当这两个　计数器清零，以消除事故给高速计数器带来的　开关分别导通时表示门开到位和门关到位。电梯　误差。　用的门入口安全保护装置是接触式保护装置——　５）电梯设有慢上慢下按钮，它的优先级别最　安全触板（或红外光幕保护、光电保护装置）和门　高，在任何时候，如果乘客想通过这两个按钮到达　力矩开关。门力矩开关可以容忍一定的阻力，这　自己的目的地，可以将自动／手动开关打到手动　样做的原因是为防止外门自身阻力的影响。而安　档，按住慢上或慢下按钮，电梯就会相应的上下　全触板开关靠内门两侧的挡板（跟门地坎、门导轨　了，如果松开，电梯就停止。需要注意，一旦限速　无直接接触）带动连杆动作，它由触板、控制杆和　器开关打开，轿厢就被卡死，这时无论按任何按钮　微动开关组成。平时，触板在自重的作用下，凸出　都不起作用。　门扇一些距离，当门在关闭时碰到人或物品时，触　３．２其他安全功能　板被推入，控制杆转动，并压住微动开关触头，它　１）如果程序刚运行，而轿厢又不在某个楼层，　受阻主要是障碍物的阻挡，所以会立即做出反应。　则轿厢会自动到一楼清零（经过约１．３　ｓ）。　通过编制的程序可以使轿厢具有一些安全措　２）如果程序刚运行，若轿厢门没关上，经过约　施，如门力矩开关可以使轿厢门经过一定力矩后　８　Ｓ的时间，轿厢门会自动的关上。　重新开门，安全触板开关可以立即将门打开等。　３）如果用完自动／手动开关手动档后又打到　３　安全功能设计与控制过程　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　３．１　电梯的安全保护措施　烁来判断电梯故障。只有方向箭头指示灯闪烁，　现在的电梯高度越来越高，速度越来越快，因　则是急停开关或限速器开关打开了；只有召唤按　此电梯的安全性越来越重要，安全装置越来越复　钮背光灯闪烁，则是直驶开关打开了；如果所有的　杂，除了靠硬件的支持，程序的安全性也很重要，　灯都闪烁，但警铃不响，且电梯不动，则是自动／手　除了在一些主驱动电路里加入必要的限制开关和　动开关打到了手动档；如果所有的灯都闪烁，警铃　自锁程序外，程序中还应加入安全子程序。　响，但电梯不动，则是有人按了警铃按钮。　１）由于电梯速度过快，导向轮上的钢缆绳被　５）在自动／手动开关打到手动档后如果一直　拉断，导向轮脱落及其他机械故障导致限速器开　按住慢上或慢下按钮，到底层或顶层轿厢就自动　关打开，则曳引机驱动电路被断开，警铃呜叫，电　停止而不会撞到上下限开关而将电源关闭。　梯轿厢被卡住。　６）警铃按钮必须被持续按住约１　Ｓ后警铃启　２）电梯在运行中，轿厢门是决不能打开的，如　动（防止误碰），再按一下（不计时间）警铃关闭，如　果是机械故障引起轿厢门松开，则电梯立即停止。　果关闭时按住不放，警铃是不会启动的，必须松开　同样，如果电梯停靠某个楼层，自动开门之后，如　之后再按１　Ｓ警铃才能启动。　５８　维普资讯 http://www.cqvip.com

曳引电梯安全控制系统的ＰＩ　Ｃ开发　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ＰＩ　Ｃ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８　ｓ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８　Ｓ　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。　图２开关门过程流程图　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　电气传动　２００６年　第３６卷　第ｌｌ期　通），重新打开门，门开到位后经过约８　Ｓ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　（Ｘ］７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巾的　“ＸＸ＝０，ＸＸ＝＝＝ｌ”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　Ｒｌ３／Ｒｌ６／Ｒｌ８／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。在一般的情况下，电梯停靠站开门后约　８　Ｓ后又自动关门。在延时过程中当乘客按下关　门按钮（Ｘ５）时电梯就立即关门。即转入关门状　态。当门开到位时，轿门开到位开关动作（轿门开　到位开关Ｘ１６导通，门机电路关断），Ｙ８与Ｙ９都　关断，门电机停；④关门。当电梯停靠楼层开门　后，门开到位（Ｘ１６导通保持）后经过约８　Ｓ的延　时或立即按关门按钮，门电机向相反的方向运转。　Ｙ８关断，Ｙ９导通，如无开门按钮（Ｘ４）信号或门　安全触板开关（Ｘ３１）及门力矩开关（Ｘ３２）信号，则　门关到位，当门在未关闭时或已被关闭的时候，如　有开门按钮（Ｘ４）信号或门安全触板开关（Ｘ３１）及　５９　维普资讯 http://www.cqvip.com

电气传动　２００６年　第３６巷　第１１期　曳引电梯安全控制系统的ＰＬＣ开发　门力矩开关（Ｘ３２）信号，则门又再开启，即转到开　当电梯停靠在某个楼层时，如果按该楼层上　门状态；⑤执行位清零。当Ｘ１６关断时用指令将　的呼叫按钮，无论是向上按钮还是向下按钮，则电　内部继电器（Ｒ５Ｏ／Ｒ５１／Ｒ５２／Ｒ５３／……）清零。　梯重新开门，其效果等于轿厢开门按钮　（Ｒ５Ｏ／Ｒ５１／Ｒ５２／Ｒ５３／……为楼层运行信号，Ｒ５０　在电梯运行的时候，电梯门是绝对不能被开　为一楼运行信号，Ｒ５０导通，向一楼运行。依次类　启，同样的，如果电梯门未关闭或电梯门因故障　推）；⑥门关到位。轿门关到位开关Ｘ１７动作（轿　（电机烧毁、门机电路断开、轿厢机械故障等）而导　门关到位开关Ｘ１７导通，门机电路关断），Ｙ８与　致门关不紧，电梯也绝对不能启动。　Ｙ９都关断，门电机停；⑦信号寄存器清零。轿门　关到位开关Ｘ１７导通，利用数据传送指令将零传　５　结语　给信号寄存器，信号寄存器清零。（ＤＴ０／ＤＴ１／　安全控制是曳引电梯ＰＬＣ控制的基础，无论　ＤＴ２／ＤＴ３／……为楼层信号寄存器，ＤＴＯ为一楼，　从机械部件的设计还是控制程序的设计都要遵循　一楼有信号，ＤＴ０为１，依次类推）。　系统的安全性，本文介绍了提高系统安全性的一　①Ｈ　开门　Ｉ埽＝１。　＝０　些措施。相信随着新技术的应用，电梯会越来越　ｌ士ｍ　竺　安全。　②Ｈ楼层指示灯亮ｌ相应的楼层指示灯　——＿兰ｊ二二舾　■——一　输出点导通　参考文献　船　睦　＿｛＝—亓弄　西『－］埽＝ｃＬ内　Ｘ１６：ｌ　＋ｊｆ５＝１或肌６＝ｌ持续８　０　１贺玲芳，赵云峰．可编程控制器在电梯控制技术中的　④Ｈ关门应用［Ｊ］．机械科学与技术，２０００，１９（５）；７９３￣７９５　●＾１●一－。－。＇＿＿。。●＿＇。＿＿＿－＿＿－＿●＿＿＿＿＿＿＿＿－一ｌ　１＇８＝０，Ｙｇ＝ｌ，Ｘ１６＝Ｏ　Ｘ４＝ｌ或　船ｌ＋船２＝１　囱＿［　圜十２＂１６，０　鬈　２孙后环，白崇哲．基于ＰＬＣ脉冲选层的电梯控制系统　［Ｊ］．电气传动，２００３，３３（１）：３６￣３９　—　Ｘ４＝０￣ｔ３１＋Ｘ３２＝０　３徐月华，汪仁煌．ＰＬＣ在电梯电控模型中的应用［Ｊ］．　广．．．］Ｉ干⑥Ｈ　门关到位　Ｉ１：８－＇０．　暑０．Ｘ］７＝Ｉ　微计算机信息，２００３，１９（８）：１９～２Ｏ　朋吾—一　囱＿匝虽圈暑　。￣’。’。。。。。。’’。。。。。。。。。。。’’’。。。。。。，。２。。。。ｏ。。。。。ｏ。。。。５。－。。。。。ｏ。。。。９。－。。。。。２—ｏ—　图３自动开关门状态流程图　修改稿日期：２００６—０５—３０　吃体　删　★中国期刊方阵　双效期刊　★中国科技论文统计用刊　★全国优秀科技期刊　★第六届华北地区优秀期刊　★自动化技术类和电工技术类　全国中文核心期刊　★天津市优秀期刊、一级期刊　《电气传动》创刊于１９５９年，由天津电气传动设计研究所和中国自动化学会共同主办。本刊　以促进科技交流，沟通行业、产品信息，培养人才为宗旨。主要栏目包括：综述和专论、交、直流传　动、计算机应用、微机及ＰＬＣ应用、自动控制理论、自动控制系统、控制技术、设计计算、讲座、国　外信息、企业之窗。内容涵益电气传动自动化最新研究成果、发展动态及新技术、新产品、新器件。　是科研院所、工矿企业广大科技人员和高等院校师生发表学术见解、应用经验及学术争鸣的园　地，也是了解新产品、新器件、新技术的窗口。　《电气传动》国内外公开发行，全国各地邮局征订，邮发代号：６—８５，国内统一刊号：ＣＮ１２—　１０６７／ＴＰ，月刊，全年定价７２元。　欢犯订阍　投稿　利簦广告　地址：天津市河东区津塘路１７４号天津电气传动设计研究所邮编：３００１８０电话：（０２２）８４３７６１９１—２传真：（０２２）２４９５５５７４　６Ｏ