可编程序控制器在教学模型电梯的应用

　一、引言
2014年6月，国务院印发《关于加快发展现代职业教育的决定》（以下简称《决定》），全面部署加快发展现代职业教育。《决定》提出“到2020年，形成适应发展需求、产教深度融合、中职高职衔接、职业教育与普通教育相互沟通，体现终身教育理念，具有中国特色、世界水平的现代职业教育体系”。
按照“以服务发展为宗旨，以促进就业为导向”的方针，我校每年对北京市电梯行业进行大量市场调研。从“2013首都电梯行业峰会”上获悉，北京2013年底拥有电梯15万台，电梯企业200多家，年产值突破百亿元大关，从业人员3万多人，截至2014年3月底，北京市的电梯总量，较上年同期增长16033台，增幅达10.5%，总量达到16.8万台，在世界各大城市中居第二位。每年数以万计的新电梯安装调试、在用电梯维修保养、质量检验、旧电梯更新改造都需要大量受过专门教育培训的电梯作业人员。虽然电梯行业在市场的变化可谓日新月异，但学校教育远远滞后于现场的发展速度。调查发现，职业学校中关于教学实训的电梯设备较少，距离满足学生动手操作、调试、排查故障等要求相去甚远。为此，我校与电梯公司合作开发了PLC控制的六层六站教学模型电梯。
关于的教学模型电梯的PLC控制系统的设计介绍如下：
二、教学模型电梯控制系统的组成

图1教学模型电梯控制系统
教学模型电梯控制系统图如图1所示。系统的控制核心为PLC主机，输入信息通过PLC输入接口输入，由PLC对输入信号进行运算处理，然后经输出接口实现召唤信号登记、轿厢位置判断、选层定向、顺向截车、反向最远截车及信号消除等功能，并控制电梯自动关门、启动加速、减速平层、自动开门等过程。输入的控制信号有：运行方式选择（自动运行、有司机运行、检修运行等）、运行控制信号、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号及井道位置信息、门区或平层信号、开关门信号。输出信号有电梯主拖动控制信号和开关门控制信号、呼梯信号提示、运行方向提示、呼梯铃到站钟和楼层显示。
三、教学模型电梯控制系统的硬件设计
电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。电力拖动部分由曳引机、电磁制动器和相应的开关电路以及开门机组成。

图2变频器主电路接线图
曳引电动机采用三相交流异步电动机，额定电压220V，额定电流0.66A，额定功率0.145KW，转速1400r/min。曳引轮直径85mm，教学模型电梯每层450mm，减速比为1：40。采用日本富士公司生产的FUJIFRN0.4C1S-7C紧凑型变频器作为三相交流曳引电动机的调速装置，变频器主接线图如图2所示。该装置采取电压矢量控制方式，对电机具有加减速控制、正反转控制、点动控制及根据模拟输入控制等多种功能。同时兼对曳引机的断相、缺相、相序紊乱及过压、欠压、过流、过载、失速等有保护功能。仿真轿厢门机采用60KTYZ单相可逆永磁同步电动机，额定电压220V，额定功率14W，转速20r/min。真实轿厢门电机采用三相异步电动机，额定电压380V，额定电流0.6A，转速400r/min。仿真模型轿厢门机和真实轿厢门电机都是通过电动机的正反转带动轿门开关门。

图3变频器控制电路接线图
通过PLC和变频器相配合构成电梯控制系统，PLC可提供控制信号和指令的通断，变频器控制电路接线图如图3所示。电梯正常工作时，当变频器的数字输入端X1、X2、FWD（或REV）同时有信号时，轿厢在曳引机拖动下直接加速至正常行驶速度；一旦检测到减速信号，X2信号断开，轿厢在曳引机拖动下迅速减速至爬行速度；一旦检测到平层信号，X1信号断开，曳引电动机转速迅速下降至零，FWD（或REV）信号断开，变频器主电路输出接触器线圈失电，对电动机进行抱闸制动，轿厢平稳停至所需楼层。
本系统为六层六站的交流电梯，本系统的输入点有:门厅召唤按钮、轿内指令按钮、警铃开关、司机开关、消防开关、超载开关、满载开关、轻载开关、直驶开关、锁梯信号开关、上下强缓开关、上下限位开关、真实轿厢开关门限位、仿真模型轿厢开关门限位、上换速、门区开关、机房慢上慢下、轿顶慢上慢下、开关门按钮、安全开关、检修开关、门锁继电器输入、抱闸继电器输入共有42点。输出点有:变频器输入接触器、变频器输出接触器、抱闸接触器、真实轿厢开关门继电器、模型轿厢开关门继电器、楼层指示灯、蜂鸣器、内选灯、外呼灯、上下方向灯、超载灯等共39点。根据I/O点数，选用富士公司生产的NWOP60基本单元及NWOE32扩展单元可编程控制器。它的主要技术数据：NWOP60基本单元I/O点数为36/24点，NWOE32扩展单元I/O点数为16/16点，程序存储器容量为8K，可以采用RS422或RS232通讯接口，实现PLC与PC机的通讯。
四、教学模型电梯控制系统的软件设计
要实现对电梯的控制，必须明确电梯的控制要求，对PLC进行编程，通过程序实现PLC对变频器及输出部件的控制。编程的重要依据是电梯控制系统的工作过程。电梯的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。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数。判定轿厢运行方向，在关门信号和门锁信号符合要求的情况下，电梯开始起动运行，PLC正转(或反转)及高速信号输出有效，电动机从0Hz到50Hz开始起动，起动时间可由变频器参数设置，然后维持高速一直运行，完成起动及运行段的工作。在接近目标楼层时，相应的门区开关动作，给PLC输入换速信号，PLC撤消高速信号输出，同时输出爬行信号。保证轿厢平层时减速。爬行的输出频率由变频器参数设置，从高速的频率到爬行速度的频率的减速时间由变频器参数设置，当达到爬行的速度后，电梯就以此速度爬行。电梯到达目标楼层时，给PLC输入平层信号，PLC撤消正转(或反转)及爬行信号，电动机从爬行频率减速到0Hz，减至0Hz后，零速输出点断开，通过PLC输出抱闸信号，将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。
教学模型电梯PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。模块化程序结构清晰、便于调试。如分为开关门、内选、外召唤、层楼数指示、定向、换速、到层延时、电梯位置的确定等模块。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系。且在编程时要注意各条指令间的逻辑关系，梯形图中的内部辅助继电器和定时器统一分配编号，充分利用PLC提供的指令。
本系统可以利用生产厂家提供的编程软件包可将计算机作为编程器使用，直接在PC机上用梯形图编程、调试，并进行现场实际操作调试，对学生学习、了解和掌握可编程控制器(PLC)及其应用以及工业过程自动化控制都有很大的帮助。
五、结束语
教学模型电梯是为职业学校教学而设计的，可以由学生根据给定的输入输出点及内部分配表编制电梯的PLC程序，然后由微机把程序写入PLC，通过轿厢的运行及上下指示灯以及楼层显示、召唤信号显示等验证程序的正确性。此模型非常直观，每个动作都十分明了，且可以反复实际动手操作，使学生能够很直观透彻地了解、掌握电梯的结构及其动作原理，还可以根据输入、输出功能表自己动手连接控制线路、查找及排除线路故障。教学模型电梯解决了职业学校电梯教学中单纯以理论教学、无法全面了解电梯内部结构及运行过程等实际问题，同时可以培养学生的实际操作能力和职业综合能力。